肝脏巨噬细胞极化与非酒精性脂肪性肝病的关系

邵小娟，陈东风

第三军医大学大坪医院野战外科研究所消化内科，重庆 400042

巨噬细胞是天然免疫系统中最重要的组成部分。巨噬细胞在不同器官形态学上的表现型有所不同，广泛存在肝脏、脾、肺、肠和大脑细胞基质和多种细胞中。巨噬细胞主要通过其组成成分诱导细胞吞噬作用，同时分泌的不同产物，包括细胞因子、生长因子和代谢产物等环节对机体产生影响。它们在获得性免疫中促进组织修复，主动防御并参与许多疾病发生发展。

1 巨噬细胞生物学功能及机制

巨噬细胞参与了体内的天然免疫和获得性免疫。在天然免疫中，主要通过吞噬作用杀灭和清除病原体及异物，并介导炎症反应;它能有效地阻止细菌及寄生虫入侵，其机理主要为:通过受体介导的吞噬作用及通过释放TNF-α、氧代谢产物及蛋白酶类杀伤及清除细菌和寄生虫［1］。它作为专职的抗原递呈细胞(antigenpresenting cells，APCs)，在获得性免疫中，发挥免疫调节及抗原递呈功能。通过主要组织相容体复合体(major histocompatibility complex，MHC)Class Ⅰ及Class Ⅱ［2］，机体一旦出现病原感染及组织损害，激活的巨噬细胞将会释放细胞因子及炎症趋化因子以抵御感染及修复组织。巨噬细胞的功能涉及定向迁移、识别、吞噬和杀伤等环节。

2 巨噬细胞的分型及作用

人们对巨噬细胞最早的研究源于80年代，学者们从人类单核淋巴系统和鼠类腹膜巨噬细胞的研究中发现通过IL-4的调节可以引起巨噬细胞极化。同时，IL-4、IL-13等细胞因子因其抑制巨噬细胞中TNF和IL-6的产生，被认为其主要作用是抗炎［3］。

目前，极化的巨噬细胞广义分成两类:(1)经典活化型或Ⅰ型即M1型;(2)替代活化型或Ⅱ型即M2型。巨噬细胞表型的不同取决于受体的表达、细胞因子的产生和功能。巨噬细胞在不同刺激下会转化成不同的类型。早在1970年代，经典活化M1型被描述为Ⅰ型炎症细胞因子的产物［4］。巨噬细胞在体内通过GM-CSF、IFN-γ和内毒素脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，被经典的诱导成M1型巨噬细胞，M1型巨噬细胞是促炎的效应物，能表达炎症介质，比如IL-12、TNFα、CC 化学增活素和NO 合成酶及IL-6等，表达高水平的MHC 分子，促进组织损伤及杀伤肿瘤细胞等。M2型巨噬细胞通过M-CSFs 诱导，在TH2 因子的刺激下，被M-CSF 诱导的巨噬细胞发生极化，通过免疫复合物、IL-4、IL-10、IL-13、慢性病毒及皮质醇激素等使它们分化成M2型。M2的作用与M1 相反，能在炎症下调、组织修复、组织残骸的清除、凋亡小体及诱导血管再生中发挥重要作用。M-CSF 诱导的M2型巨噬细胞可进一步极化，通过IL-4/IL-13、免疫复合物或IL-10 使它们完全地分化成不同的亚型，分别为M2a、M2b和M2c，这些亚型有不同的细胞表面特征，能分泌不同的免疫介质。最近的研究表明，M2型巨噬细胞分泌的细胞因子能促进血管新生因子的产生，它们的主要作用为组织修复和再生。同时，M2 巨噬细胞在组织修复和寄生虫防御中起到关键作用［5］。肿瘤相关的巨噬细胞普遍显示出M2 表型，并认为通过下调免疫和促进血管发生的作用促进肿瘤生长［6］。

3 肝脏Kupffer 细胞的生物学功能及作用

肝脏巨噬细胞由定植肝脏的Kupffer 细胞和炎性巨噬细胞组成。Kupffer 细胞是定居肝脏最多的一种巨噬细胞，主要位于肝窦，其生理结构有利于与外周血液接触，有利于清除体内细菌等病原物质，因此，Kupffer 细胞具有产生细胞因子、炎症介质及抗原递呈等多种作用，该细胞参与了体内的多种免疫原性及免疫耐受反应［7］。在生理条件下，Kupffer 细胞不仅能非特异地吞噬和清除外周血中的细菌和异物等抗原性物质，而且还具有特异性的免疫应答、抗感染、抗肿瘤、内毒素解毒、调节微循环及改善物质代谢等方面的作用。Kupffer 细胞一般在体内处于静息状态，在受到病原体及细胞因子的刺激下被激活。在病理条件下，Kupffer细胞可被LPS和TNF等激活，释放TNF-α、转化生长因子(transforming growth factor，TGF)、IFN、IL-1、IL-6、活性氧(reactive oxygen species，ROS)和NO等炎性介质，这些炎性介质均参与了肝损伤的发生与发展。同时，Kupffer 细胞表面具有许多与免疫反应相关的功能受体和蛋白，如IgG Fc 受体(包括CD64、CD32和CD16)、补体受体(包括补体受体-1、补体受体-3和补体受体-4)、甘露糖受体、Ia 抗原以及其他表面分子如CD13、CD15、CD68等，这些分子是参与肝细胞损伤的重要蛋白。因此，学者们认为在肝细胞损伤中，Kupffer细胞的激活程度与肝细胞损害程度呈正相关。

4 巨噬细胞极性与肥胖的关系

研究发现巨噬细胞与肥胖是有密切关系的。在肥胖大鼠及人类脂肪组织中，巨噬细胞明显增加，并且这些巨噬细胞的数量也与肥胖程度呈正相关［8］。在动物实验中，M2 激活受损的大鼠，通过高脂饮食更容易诱导肥胖和胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)［9］，并且肥胖大鼠抗炎的M2型巨噬细胞是减少的，促炎的M1型巨噬细胞是增加的［10］。有研究表明，在人类脂肪组织中的巨噬细胞，M1/M2 表型转化和细胞因子表达的特点与饮食或肥胖诱导有关［11］。

巨噬细胞极性能被TH 细胞明确。通过Th1 产生的细胞因子、IL-2、IFNγ、TNFα和分泌的细胞因子，能诱导产生M1型巨噬细胞，从而引起细胞免疫和炎症。Th2 细胞分泌的IL-4和IL-13，能诱导M2型巨噬细胞减少炎症介质产生，同时控制FFA 氧化［12］。M1 促炎的巨噬细胞产生细胞因子，诱导了IR和前脂肪细胞及脂肪细胞的炎症［13］。巨噬细胞在肥胖受试者的脂肪组织含量更高，主要原因是与胰岛素抵抗相关的炎症介质增加，比如TNFα等。脂肪细胞及巨噬细胞都能释放细胞因子及化学增活素，如TNFα、IL-6、CCL2、IL-1β、MIF。其中TNFα、IL-6 显示与糖尿病与IR 有关［14］。因此，巨噬细胞的极性转化与肥胖有密切联系。M1型巨噬细胞促进了肥胖的发展，M2型巨噬细胞可以抑制肥胖的发展。促炎的M1 与抗炎的M2 在内脏脂肪中的平衡是肥胖相关IR及代谢异常的关键因素。

5 Kupffer 细胞的异常与非酒精性脂肪性肝病的关系

肝脏组织中固有的巨噬细胞是肝脏产生炎症介质的根源，肝脏Kupffer 细胞是肥胖和IR中炎症介质的核心细胞。有学者对细针肝穿刺活检标本进行研究，发现正常肝脏的Kupffer 细胞呈梭型，散在分布于肝窦;而NASH患者肝脏中的Kupffer 细胞则主要聚集在中央静脉周围，形态增大变圆，胞内可见浓染的溶菌酶颗粒。T 细胞在门脉区和纤维间隔仅轻度增加，B 细胞则无变化。因此，研究者认为Kupffer 细胞是NASH发病中最主要的免疫细胞［15］。

脂肪变性和脂肪性肝炎被认为是NAFLD的突出表现，肝细胞的脂质聚集是NAFLD 形态学的一个重要特点，与巨噬细胞极化有密切关系。在NAFLD中，肝组织脂类的多少和组成的改变可能通过许多机制调节了肝细胞内多种物质的生物活性［16］。首先，脂质过载的肝细胞的空间占用效应可能导致窦状灌注受损。在微血管的炎症反应下，白细胞陷入狭窄的窦状间隙可能增加参与的Kupffer 细胞数量。第二，Kupffer 细胞可能通过与细胞表面的受体及胞内的炎症介质接触，调节炎症通路和IR。第三，质膜中脂质的不规则沉积可能改变脂质的结构区域和细胞表面受体功能。改变的脂质成分当遇到线粒体的游离胆固醇可能也会影响细胞内膜的功能［17］。最终，丰富的或异常的脂质可能影响脂肪肝细胞的识别，从而促进Kupffer 细胞的极化［18］。当进入肝脏或合成的脂质超过了脂质本身氧化或脂质输出，使其在肝细胞中聚集，产生脂肪变性。脂肪细胞诱导TNF-α的水平增高，会进一步抑制脂联素的活性［19］。脂联素活性的降低，通过增加脂肪酸吸收、抑制其氧化以及减少脂质输出，使肝细胞发生脂肪变性。贮留的脂肪酸进而启动肝细胞中NF-κB 信号，诱导NF-κB 敏感基因，最终使各种炎症介质的产生增加。肝脏NKT 细胞的消耗引起的抗炎TH2 细胞因子相对缺乏，使肝脏长期处于促炎的环境［20］，其持续释放炎症介质，如IL-6，可以引起机体系统性的IR。TNF-α、IL-8可促进肝脏的氧化应激，从而使肝细胞发生凋亡，并且招募炎症细胞进入肝脏［21］。当肝脏抗氧化和抗凋亡的防御系统不能阻止肝细胞的死亡和炎症细胞的聚集时，则预示着脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)的出现。在 NAFLD中，在Kupffer 细胞中PPARδ的作用被脂肪酸调节［22］，从内脏脂肪组织产生的FFA和被氧化低密度脂蛋白通过TLR的激活促进了M1 转化，PPARδ 则促进了M2 转化。有研究表明，在NAFLD中，脂肪变性促进了细胞因子平衡的TH1 极化有利的免疫或巨噬细胞的经典活化［23］。在NAFLD中TH1 免疫反应起主要作用，促进了Kupffer 细胞的M1 激活［24］。大鼠中Kupffer 细胞的M1 激活对肝脏的脂肪变性有促进作用［25］。在NASH中，Kupffer 细胞增加了硬脂酸向精氨酸转变的比率，从而促进NASH 向肝纤维化发展。

胆固醇代谢的改变可能直接影响了Kupffer 细胞的功能。因此，高脂饮食喂养LDL 受体缺陷的大鼠很快导致了显著的肝脏炎症。“泡沫状”Kupffer 细胞的存在促成了脂蛋白的清除，可能诱导了早期的炎症反应［26］。学者们根据这些发现推测人类NAFLD的发生也存在类似的变化，提示胆固醇代谢异常的重要性。PPAR-α、PPAR-γ、PPAR-σ和肝脏X 受体家族LXR-α、LXR-β 是细胞核激素受体转录因子超家族的成员，等同于复杂的基因代谢程序［27］。PPAR-γ 在肝细胞内可以促进脂质稳态［28］，同时PPAR-γ 促进了M2 激活增加了胰岛素敏感性。细胞核激素受体识别相关的脂质代谢对巨噬细胞M2 激活被认为是针对NAFLD的治疗方法［29］。

巨噬细胞及M1和M2的相互转化在多种疾病，特别是肥胖和炎症相关的疾病中起到了重要的因素。促炎的M1 与抗炎的M2 在内脏脂肪中的平衡是肥胖相关IR 代谢异常的重要环节。M2 巨噬细胞有可能成为治疗代谢疾病、肥胖、脂肪肝的新靶点。

［1］Bayón LG，Izguierdo MA，Sirovich I，et al.Role of Kupffer cells in arresting circulating tumor cells and controlling metastatic growth in the liver［J］.Hepatology，1996，23(5):1224-1231.

［2］Lehner PJ，Cresswell P.Recent developments in MHC-class-I-mediated antigen presentation［J］.Curr Opin Immunol，2004，16(1):82-89.

［3］Gordon S，Martinez FO.Alternative activation of macrophages:mechanism and functions［J］.Immunity，2010，32(5):593-604.

［4］Holt MP，Cheng L，Ju C.Identification and characterization of infiltrating macrophage in acetaminophen-induced liver injury［J］.J Leukoc Biol，2008，84(6):1410-1421.

［5］Hirata Y，Tabata M，Kurobe H，et al.Coronary atherosclerosis is associated with macrophage polarization in epicardial adipose tissue［J］.J Am Coll Cardiol，2011，58(3):248-255.

［6］Gocheva V，Wang HW，Gadea BB，et al.IL-4 induces cathepsin protease activity in tumor-associated macrophages to promote cancer growth and invasion［J］.Genes Dev，2010，24(3):241-255.

［7］Wiegard C，Frenzel C，Herkel J，et al.Murine liver antigen presenting cells control suppressor activity of CD4+CD25+ regulatory T cells［J］.Hepatology，2005，42(1):193-199.

［8］Weisberg SP，Hunter D，Huber R，et al.CCR2 modulates inflammatory and metabolic effects of high-fat feeding［J］.J Clin Invest，2006，116(1):115-124.

［9］Odegaard JI，Ricardo-Gonzalez RR，Goforth MH，et al.Macrophagespecific PPARgamma controls alternative activation and improves insulin resistance［J］.Nature，2007，447(7148):1116-1120.

［10］Lovren F，Pan Y，Quan A，et al.Adiponectin primes human monocytes into alternative anti-inflammatory M2 macrophages［J］.Am JPhysiol Heart Circ Physiol，2010，299(3):H656-H663.

［11］Maina V，Sutti S，Locatelli I，et al.Bias in macrophage activation pattern influences non-alcoholic steatohepatitis(NASH)in mice［J］.Clin Sci (Lond)，2012，122(11):545-553.

［12］Fuentes L，Roszer T，Ricote M.Inflammatory mediators and insulin resistance in obesity:role of nuclear receptor signaling in macrophages［J］.Mediators Inflamm，2010，2010:219583.

［13］Lacasa D，Taleb S，Keophiphath M，et al.Macrophage-secreted factors impair human adipogenesis:involvement of proinflammatory state in preadipocytes［J］.Endocrinology，2007，148(2):868-877.

［14］Olefsky JM，Glass CK.Macrophages，inflammation，and insulin resistance［J］.Annu Rev Physiol，2010，72:219-246.

［15］Lefkowitch JH，Haythe JH，Regent N.Kupffer cell aggregation and perivenular distribution in steatohepatitis［J］.Mod Pathol，2002，15(7):699-704.

［16］Farrell GC，Teoh NC，McCuskey RS.Hepatic microcirculation in fatty liver disease ［J］.Anat Rec (Hoboken)，2008，291 (6):684-692.

［17］Federico A，D’Aiuto E，Borriello F，et al.Fat:a matter of disturbance for the immune system［J］.World J Gastroenterol，2010，16(38):4762-4772.

［18］Maher JJ，Leon P，Ryan JC.Beyond insulin resistance:Innate immunity in nonalcoholic steatohepatitis ［J］.Hepatology，2008，48(2):670-678.

［19］Masaki T，Chiba S，Tatsukawa H，et al.Adiponectin protects LPSinduced liver injury through modulation of TNF-alpha in KK-Ay obese mice［J］.Hepatology，2004，40(1):177-184.

［20］Li Z，Oben JA，Yang S，et al.Norepinephrine regulates hepatic innate immune system in leptin-deficient mice with nonalcoholic steatohepatitis［J］.Hepatology，2004，40(2):434-441.

［21］Chaldakov GN，Stankulov IS，Hristova M，et al.Adipobiology of disease:adipokines and adipokine-targeted pharmacology ［J］.Curr Pharm Des，2003，9(12):1023-1031.

［22］Odegaard JI，Ricardo-Gonzalez RR，Red Eagle A，et al.Alternative M2 activation of Kupffer cells by PPARdelta ameliorates obesity-induced insulin resistance［J］.Cell Metab，2008，7(6):496-507.

［23］Gordon S.Alternative activation of macrophages［J］.Nat Rev Immunol，2003，3(1):23-35.

［24］Neyrinck AM，Cani PD，Dewulf EM，et al.Critical role of Kupffer cells in the management of diet-induced diabetes and obesity［J］.Biochem Biophys Res Commun，2009，385(3):351-356.

［25］Rivera CA，Adegboyega P，van Rooijen N，et al.Toll-like receptor-4 signaling and Kupffer cells play pivotal roles in the pathogenesis of nonalcoholic steatohepatitis［J］.J Hepatol，2007，47(4):571-579.

［26］Wouters K，van Gorp PJ，Bieghs V，et al.Dietary cholesterol，rather than liver steatosis，leads to hepatic inflammation in hyperlipidemic mouse models of nonalcoholic steatohepatitis［J］.Hepatology，2008，48(2):474-486.

［27］Sugden MC，Holness MJ.Role of nuclear receptors in the modulation of insulin secretion in lipid-induced insulin resistance［J］.Biochem Soc Trans，2008，36(Pt 5):891-900.

［28］Younossi ZM.Review article:current management of non-alcoholic fatty liver disease and non-alcoholic steatohepatitis ［J］.Aliment Pharmacol Ther，2008，28(1):2-12.

［29］Rigamonti E，Chinetti-Gbaguidi G，Staels B.Regulation of macrophage functions by PPAR-alpha，PPAR-gamma，and LXRs in mice and men ［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2008，28 (6):1050-1059.