库普弗细胞极化改变在慢性肝脏疾病中的作用

罗雯静 华 静

巨噬细胞是机体免疫防御机制中的重要成分，在天然免疫和适应性免疫中具有重要的调节作用。巨噬细胞具有强大的吞噬、抗原递呈和分泌细胞因子等功能，通过触发免疫－炎性反应清除病原微生物与衰老细胞，并诱发适应性免疫应答，促进损伤组织的修复和重塑，维持内环境稳定。

巨噬细胞具有高度的可塑性和多功能性，在体内外不同微环境的影响下可分化出不同表型并表现出功能上的差异，这种现象称为极化。巨噬细胞极化改变在炎性反应、肿瘤及代谢性疾病的发生、发展中起重要的作用［1］。

巨噬细胞广泛存在于全身各种组织中，肝脏内的巨噬细胞即库普弗细胞（KC）是维持肝脏内环境稳定和应对病理改变的重要成分，以其表型的可塑性和功能的多样性参与各种慢性肝脏疾病的发生发展。

1 巨噬细胞的极化改变及调控机制

1.1 巨噬细胞极化的特点

早期研究发现，干扰素－γ（IFN－γ）伴或不伴微生物刺激［如脂多糖（LPS）］或细胞因子［如肿瘤坏死因子（TNF）和粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子（GM－CSF）］可激活巨噬细胞，而白细胞介素－4（IL－4）、IL－13等细胞因子是巨噬细胞的抑制剂，抑制巨噬细胞活化及其吞噬能力和抗原递呈功能。然而近年来研究发现，IL－4和IL－13并非抑制巨噬细胞活化，而是诱导了巨噬细胞的另一条活化通路，称为巨噬细胞的替代性活化。另外，免疫复合物（IC）联合LPS或白细胞介素－1受体（IL－1R）的配体、IL－10、糖皮质激素等亦可引发巨噬细胞的替代性活化。效仿Th1／Th2细胞的分类方式，通过经典途径活化的巨噬细胞称为经典活化的巨噬细胞（即M1型巨噬细胞），而通过替代性通路活化的巨噬细胞称为替代性活化的巨噬细胞（即 M2型巨噬细胞）。M2型巨噬细胞根据刺激物不同可进一步分类：由IL－4或IL－13诱导产生的巨噬细胞称为M2a型；由IC和Toll样受体（TLR）或IL－1R配体诱导产生的称为M2b型；由IL－10和糖皮质激素诱导的称为 M2c型［2］。

巨噬细胞的极化功能状态是连续的，M1型和M2型极化代表了巨噬细胞连续的功能状态的两个极端。M1型巨噬细胞一般具有IL－12highIL－23highIL－10low表型，表达趋化因子CXCL9和CXCL10，能生成各种效应分子（活性氧和氮中间体）和炎性因子（IL－1β、TNF、IL－6），参与 Th1型应答，具有杀伤微生物和肿瘤细胞的作用。M2型巨噬细胞一般具有IL－12lowIL－23lowIL－10high表型，表达趋化因子CCL17、CCL22和CCL24，具有高效的吞噬活性，高表达清道夫受体、甘露糖和半乳糖受体，参与Th2型应答，具有清除寄生虫感染、促进组织重塑、血管生成、肿瘤进展和免疫调节的作用［3］。

不同极化类型的巨噬细胞在营养物质代谢中具有不同的表现。在氨基酸代谢中，M1型巨噬细胞利用诱导性一氧化氮合酶（iNOS）催化L－精氨酸为活性氮中间体，M2型巨噬细胞上调精氨酸酶－1（Arg－1）的活性，催化L－精氨酸为鸟氨酸和多胺类。在糖代谢中，M1型巨噬细胞参与糖酵解途径，M2型巨噬细胞则利用氧化磷酸化途径。在脂代谢中，M1型巨噬细胞下调脂肪酸氧化相关基因，M2型巨噬细胞则上调这些基因［4］。

1.2 巨噬细胞的极化调控机制

近年来，随着人们对转录组学、转基因学的不断研究，对巨噬细胞极化和可塑性的分子机制有了更深入的认识。研究发现，信号分子、转录因子、组蛋白修饰以及miRNA等对巨噬细胞的极化及可塑性均有重要的调控作用。参与巨噬细胞极化的重要的转录因子包括信号转导及转录激活因子（STAT）、核因子－κB（NF－κB）、干扰素调节因子（IRF）、细胞因子信号转导抑制因子（SOCS）以及过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）等。NF－κB与M1型巨噬细胞的活化相关，可调节 TNF－α、IL－1β、环氧合酶－2（COX－2）、IL－6和IL－12p40等炎性因子的表达［1］。IFN和 TLR通过STAT－1促进 M1型极化，IL－4 和IL－13通 过 STAT－6以 及IL－3 通 过STAT－5促进 M2型极化，IL－10通过STAT－3促进M2型极化［3］。IRF－5和IRF－8参与调节 M1型基因转录，IRF－4参与调节 M2型基因转录［5］。IFN－γ可协同TLR的刺激，上调SOCS－1和SOCS－3，分别抑制 STAT－1 和 STAT－3 的 活 性［6－7］。SOCS－2 和SOCS－3分别是M1型和M2型巨噬细胞极化的调节因子［8］。PPAR 通 过 干 扰 激 活蛋 白－1（AP－1）／NF－κB信号通路表现出抗炎活性，其中PPAR－γ和PPAR－δ是巨噬细胞M2型活化所必需的［9］。

近年来的研究逐渐认识到表观遗传修饰对巨噬细胞极化的影响。IL－4可上调组蛋白去甲基化酶JMJD3，减少M2型基因启动子H3K27的甲基化而激活转录，促进M2型基因的表达并抑制M1型基因的表达。此外，JMJD3亦可通过诱导IRF－4的表达调节巨噬细胞M2型极化［10］。miRNA主要参与巨噬细胞极化的转录后调节。miRNA let－7c的过度表达通过影响转录因子C／EBP－δ促进 M2型并抑制 M1型巨噬细胞极化［11］，miR－19a－3p的表达也可促进M2型巨噬细胞极化［12］。

2 KC极化改变在慢性肝脏疾病中的作用

KC主要位于门静脉周围的肝窦状隙，亦可迁移至Disse间隙。KC是肝脏内天然免疫和适应性免疫网络的关键调节细胞。KC在肝脏内的特殊解剖位置赋予其独特的功能表型，既能作为肝脏内防御外来细菌、病毒侵袭的首要防御线，又可避免过度炎性－免疫反应以维持肝脏内环境稳态。目前研究已发现KC可能存在不同的亚群，并在特定的微环境下发挥截然不同的功能（即促炎或抗炎作用），这种“双刃剑”作用提示KC存在异质性以及基于微环境改变的表型转换潜能。

2.1 KC极化改变与非酒精性脂肪性肝病

Th1型应答在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）相关的系统性轻度炎性反应中占重要地位，促进了KC的M1型活化。Maina等［13］通过蛋氨酸－胆碱缺乏（MCD）饮食诱导的小鼠非酒精性脂肪性肝炎（NASH）模型发现小鼠肝脏表现为脂肪变性和炎性反应，从中分离的KC的M1型极化标志物表达升高，而M2型标志物表达无明显改变。另有研究发现KC的M1型活化在肝脏异常脂质代谢中发挥直接作用，而KC的消除可预防肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗［9］。Wan等［14］通过 NAFLD小鼠模型证实了M2型KC释放的IL－10可促进M1型KC细胞凋亡，提示在NAFLD中KC M1／M2型的平衡依赖于M2型KC对M1型KC的抑制作用，因此一旦这种作用减弱将促进M1型占主导地位。

大量研究表明，以PPAR为代表的核受体超家族参与调节KC极化及其介导的肝脏脂肪变性和炎性反应。有研究通过肝脏脂肪变性伴胰岛素抵抗的小鼠模型发现，PPAR－γ的活化可抑制M1型KC表达iNOS、IL－6、COX－2以及基质金属蛋白酶9（MMP9）等炎性因子，指出 PPAR－γ和 PPAR－β／δ与IL－4和IL－13协同刺激M2型KC极化。研究还证实了PPAR－δ缺失的小鼠KC的M2型相关基因表达水平降低［9］。另外，Mandal等［15］发现脂联素通过KC的M2型极化预防小鼠NASH的进展，其机制可能是脂联素激活PPAR－α和肉碱棕榈酰转移酶－Ⅰ（CPT－Ⅰ），促进线粒体脂肪酸的β－氧化。

2.2 KC极化改变与酒精性肝病

Louvet等［16］研究表明，酒精性肝病（ALD）小鼠模型中KC表现为M1／M2混合型。乙醇可直接诱导肝脏产生具有M1型特点的促炎介质，包括细胞因子 TNF－α、IL－6及趋化因子 CCL3和 CCL4，从而促进KC的M1型活化；乙醇摄入也提高了肝脏KC的M2型标志物表达，如Arg－1、甘露糖受体C2（Mrc2）和CD163；而大麻素受体2（CB2）使肝脏KC的M1／M2平衡主要偏向M2型应答，并减缓乙醇诱导的脂肪肝的进展。另外，Lee等［17］通过免疫组化分析发现M1和M2型KC相关的受体和细胞因子均参与了酒精性肝炎（AH）的进展。

2.3 KC极化改变与肝纤维化

Ramachandran等［18］阐述了KC极化改变在肝纤维化演变过程中的双重作用。在肝纤维化启动的早期炎性反应期，KC主要表现为M1型，高表达趋化因子单核细胞趋化蛋白－1（MCP－1）和炎性因子TNF－α、IL－12β、IL－6、IL－10，促进局部炎性反应，导致肝脏损伤；而在肝纤维化的形成和逆转过程中M2型KC发挥着双向调节作用。在肝纤维化形成过程中，KC在M2型极化信号IL－13的作用下，通过 MMP9诱导转化生长因子－β1（TGF－β1）的产生和活化，进而激活肝星状细胞（HSC），促进间质纤维胶原的合成，导致纤维化的发生。在肝纤维化逆转过程中，KC产生间质胶原酶（MMP1、MMP2、MMP8、MMP9和MMP13）降解细胞外基质，招募和／或活化其他胶原酶分泌细胞，吞噬细胞碎片，调节纤维化的消减和逆转。此外，Murray等［19］的研究结果显示，M2型KC也可通过抑制抗原特异性CD4＋Th2型细胞应答而减缓肝纤维化的进展。

2.4 KC极化改变与原发性肝细胞癌

大量研究表明，原发性肝细胞癌（HCC）微环境可促进肿瘤相关巨噬细胞（TAM）浸润及其M2样极化。TAM可促进肿瘤生长、血管生成和侵袭转移，并具有一定的抵抗免疫损伤和介导肿瘤细胞抗凋亡的功能，与HCC的不良预后密切相关。Capece等［20］研究表明，TAM可通过分泌促血管生长因子如血管内皮生长因子（VEGF）、血小板源性生长因子（PDGF）、TGF－β、成纤维细胞生长因子（FGF）和血管生成趋化因子促进肿瘤血管生长。另外，TAM分泌大量间质胶原酶MMP2和MMP9，可溶解细胞外基质并破坏基底膜的完整性，促进肿瘤细胞侵袭转移和组织重塑。Shirabe等［21］发现，在巨噬细胞及HCC细胞的体外共培养基的上清液中可检测到Foxp3＋调节性T细胞（Treg）数量增加，且部分可被抗IL－10抗体拮抗。另有研究表明KC可表达 PD－L1（B7－H1），抑制肿瘤特异性 T 细胞免疫。以上研究提示在HCC的发生发展过程中，TAM具有一定的抵抗免疫损伤的作用。此外，He等［22］认为 TAM 可通过 NF－κB调节IL－6的分泌，后者通过STAT－3途径介导HCC细胞抗凋亡机制，使肿瘤细胞免受凋亡威胁。

3 总结

巨噬细胞具有高度的可塑性和异质性，在不同的微环境信号作用下可极化为不同的表型，主要为经典活化的M1型和替代活化的M2型，在生理和病理条件下表现功能的多样性。肝脏内的巨噬细胞KC在各种慢性肝脏疾病的发生发展中经历表型的可塑性和功能的多样性。KC主要以M1型极化状态参与NAFLD的肝脏脂肪变性和炎性反应；在ALD发生发展过程中，长期慢性乙醇摄入可提高KC的M1／M2型标志物的表达；在肝纤维化的形成和逆转过程中M2型KC发挥双向调节作用；浸润于HCC微环境中的TAM则表现为M2样表型，与肿瘤细胞的生长和侵袭密切相关。目前关于KC在慢性肝脏疾病中的表型－功能改变的机制的研究正逐步深入，阐明KC在肝脏生理和病理条件下表现的可塑性和多样性的分子机制将对创新性诊疗手段的发展起到积极作用，通过合理干预某些关键步骤，对极化的KC再定向可能是某些慢性肝脏疾病治疗策略发展的新角度。

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