肝脏固有免疫功能对肝再生的影响

周航，周光纪

·综 述·

肝脏固有免疫功能对肝再生的影响

周航，周光纪

肝细胞、肝间质细胞(肝窦内皮细胞、星形细胞、Kupffer细胞)和“过客淋巴细胞”共同组成了肝脏的固有免疫系统，是全身免疫系统的一部分。除了参与肝脏的免疫应答外，肝固有免疫系统在肝损伤修复、肝再生过程中也有重要作用。肝间质细胞的激活启动了肝再生过程，肝间质细胞与实质细胞的相互作用促进了肝再生。肝间质细胞释放的炎性细胞因子既是肝再生的促进因素，也是制约因素。肝损伤时适当的炎症反应有利于肝再生，过强的炎症反应则容易造成肝损伤，不利于肝再生。本文着重归纳炎性反应在肝再生中的正反两方面作用，强调抗炎作用对肝再生的重要性。

肝脏；固有免疫；肝再生

正常肝脏具有强大的再生能力[1]，但在肝炎、肝硬化或其他肝损伤情况下，肝的再生能力明显减弱。病理情况下肝再生能力减弱的原因目前尚无定论[2]，但有研究表明可能与肝脏的免疫功能有关[3]。肝细胞可合成多种模式识别受体(pattern recognition receptors，PRRs)，参与细菌、病毒、真菌等多种病原体的识别、杀伤，介导机体对病原体的免疫应答。肝脏中数量庞大的非实质细胞(肝窦内皮细胞、星形细胞、Kupffer细胞、树突细胞、NK细胞等)可参与多种情况下的局部和全身免疫应答。此外，肝脏中还有大量的过客淋巴细胞(passenger lymphocytes)。肝实质细胞、非实质细胞和过客淋巴细胞共同组成了机体免疫系统的一部分。因此，肝脏也被认为是一个重要的免疫器官[4]。

1 肝间质细胞与肝脏的固有免疫功能

1.1 肝内的抗原提呈细胞(antigen presenting cell，APC) 肝间质细胞中数量最多是的肝窦内皮细胞(liver sinusoidal endothelial cells，LSEC)，约占肝间质细胞总量的50%。LSEC属于肝脏中的抗原提呈细胞，表达多种与抗原摄取、加工、提呈有关的分子，协助肝窦内大分子物质的清除。此外，LSEC还表达促进抗原呈递的分子MHC-Ⅰ、Ⅱ类分子以及共刺激分子CD40、CD80和CD86等，这些分子的表达与LSEC向T细胞呈递抗原有关。活化的LSEC可释放多种细胞因子，参与免疫应答和肝损伤修复[5]。

Kupffer细胞(kupffer cell，KC)和树突细胞(dendritic cell，DC)可视为肝内的专职APC[6]。KC属于组织特异性吞噬细胞，主要存在肝血窦中，是肝脏中仅次于LSEC的非实质细胞，是肝脏内抗原提呈作用最强的专职APC。成熟DC高表达黏附分子(CD50、CD54 等)、MHC分子以及共刺激分子(CD40、CD80、CD86等)。慢性乙型肝炎患者DC成熟障碍，共刺激分子CD80、CD86等表达减少，IL-12分泌不足，使Th0向Th1转化能力下降，造成HBV不能有效清除，形成长期慢性带病毒状态，同时还有NK细胞的过度激活，造成肝细胞的持续损伤及再生不良[7]。

肝星状细胞(hepatic stellate cell，HSC)位于肝板与LSEC之间的Disse间隙内，是仅次于KC的肝非实质细胞。激活的HSC表达Toll样受体(toll-like receptors，TLRs)，其中TLR-2及TLR-4可识别细菌的脂多糖(LPS)，介导细胞免疫反应。活化的HSC还表达共刺激分子CD40，通过与T细胞表面的CD40-L结合促进免疫应答。此外，HSC还释放补体C4、C5a受体及Fc受体，在免疫反应中起“调理作用”，加强免疫应答。

1.2 肝内的免疫效应细胞 NK细胞与NKT细胞是肝内的固有免疫效应细胞。NK细胞不需要特异性抗原刺激即可直接杀伤靶细胞，还能分泌炎性因子IFN-γ、TNF-α、IL-3等，在机体的抗感染免疫中发挥着重要作用。NKT细胞通过识别抗原中的MHC-Ⅰ类分子而活化。激活的NKT细胞释放IFN-γ、IL-4等细胞因子，调节Th1和Th2之间的平衡，在自身免疫性疾病、抗感染和抗肿瘤免疫方面发挥重要作用[8]。

肝脏中的过客淋巴细胞来自血液循环，是全身外周淋巴细胞的重要组成部分。从功能上，肝脏中的T淋巴细胞可以分为Th1细胞、Th2细胞和调节性T细胞(Treg)几种类型。Th1细胞分泌IL-2、TNF-α、IFN-γ等Th1型细胞因子，参与细胞免疫应答，与机体的抗感染免疫和炎症反应有关。Th2细胞分泌IL-4、IL-10和TGF-β等Th2型细胞因子，与免疫抑制和免疫耐受有关。Th1细胞占优势时倾向于发生急性抗感染反应，出现病毒清除或免疫损伤；Th2细胞占优势时则倾向于发生免疫抑制，出现持续的带病毒状态和慢性感染[9]。Treg细胞高表达免疫抑制分子TGF-β，可抑制Th1型细胞因子的产生及APC的抗原提呈作用，对免疫系统产生负性调节，Treg细胞缺乏时易导致免疫损伤[10]。

2 肝间质细胞对肝再生的调控

2.1 肝再生的基本过程及主要特征 在肝脏未受损伤的情况下，肝叶切除后引起的肝再生以残余肝叶中成熟肝细胞分裂、增殖为主，称为“肝细胞型肝再生”。在大量肝细胞受损(如严重中毒、感染引起肝细胞大量坏死)的情况下，主要靠肝脏中的肝干细胞(肝卵圆细胞)增殖分裂来完成再生修复，称为“干细胞型肝再生”。肝细胞型肝再生时残余的肝细胞分裂快，再生能力强，修复速度快。干细胞型肝再生时由于肝干细胞数量有限，且增殖速度慢，因而再生修复缓慢。实际上，这两种类型的肝再生不是绝对的，在某种情况下以某一种方式为主，同时也有另一种方式的参与[11]。

无论哪种类型的肝再生都包括激活、增殖、终止三个阶段[12]。激活是指成熟肝细胞和肝干细胞从静止的G0期激活后进入到G1期的过程；增殖阶段是指静止期细胞激活后进行DNA复制和细胞分裂，细胞数量不断增加的过程；终止阶段是指处于增殖阶段的细胞停止分裂，细胞数量不再继续增加，同时过度增殖的细胞发生凋亡，进行肝脏大小重塑，使肝脏的大小、功能与全身代谢需要相适应的过程。虽然肝再生的调控机制还不完全清楚，但肝间质细胞的作用至关重要。

2.2 肝间质细胞对肝再生的调节 在肝再生过程中最先被激活的是LSEC和KC，随后HSC也被激活，这些激活的细胞释放TNF-α和IL-6是肝再生启动的关键[13]。TNF-α使NF-κB-STAT信号通路激活，核因子从细胞质转位到细胞核，启动“及早应答基因”(c-jun、c-fos、c-myc等)的表达，使原来处于G0期的肝细胞(或肝干细胞)激活进入G1期，开始细胞分裂。实际上，TNF-ɑ在肝再生过程中扮演着多重作用：①启动细胞增殖；②促使IL-6释放；③启动炎症/免疫反应过程。IL-6释放可以协同TNF-α刺激肝细胞的分裂增殖。炎症/免疫反应过程的启动则会带来免疫损伤。因此，肝再生过程也是一个炎症伴随的过程。

除了释放TNF-α、IL-6激活肝细胞再生外，LSEC、KC、HSC还能合成释放肝细胞生长因子(hepatic growth factor，HGF)和表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)。HGF和EGF都是广谱的有丝分裂原，可刺激多种组织细胞增殖。HGF是刺激肝细胞增殖作用最强的细胞因子，可促进肝细胞的DNA合成和细胞分裂，加速肝再生[14]。肝细胞还可以合成释放肝再生增强因子(augmenter of liver regeneration，ALR)进一步促进肝再生。ALR对肝再生的调节作用是“自分泌式正反馈调节”，即再生的肝细胞可合成释放ALR刺激更多的肝细胞增殖，增殖的肝细胞又可合成释放更多ALR进一步刺激肝再生，如此往复循环，彼此促进[15]。当生长到接近正常水平时，肝再生速度减慢并最终停止，使再生的肝脏大小保持与机体代谢需要相适应的水平，即肝再生的终止。肝再生终止的机制尚不清楚，但可能与KC有关[16]。

3 肝固有免疫功能与肝再生的关系

3.1 肝固有免疫细胞激活是肝再生的启动因素在肝切除实验中发现，肝部分切除后总是LSEC和KC首先被激活，随后HSC也被激活，这些细胞的先后激活在肝再生中有重要意义[17]。LSEC、KC激活后释放的TNF-α、IL-6首先启动了肝细胞再生过程，激活的LSEC、KC释放的HGF、EGF则进一步促进了肝再生。TNF-α使肝细胞的STATA3信号通路激活，是目前已经清楚的肝再生启动路径[18]。在肝部分切除后数分钟内，肝脏非实质细胞就可以释放TNF-α、IL-6，它们通过激活肝细胞DNA结合蛋白的合成，进一步刺激肝细胞合成对细胞增殖具有刺激作用的急性时相蛋白，使肝细胞对生长因子的作用更为敏感，从而加速肝再生。实验发现，小鼠肝叶切除后1～2h，TNF-α、IL-6即开始增高，12～24h达到高峰，72h左右肝细胞增殖达到高峰，此时HSC开始大量增殖并长入新生的肝细胞之间，分隔肝细胞团块形成“肝板”样结构，有利于肝小叶微细结构的重建。采用TNF-α基因敲除小鼠进行的肝再生实验发现，TNF-α基因敲除小鼠的肝再生水平显著低于野生型小鼠，补充外源性IL-6能纠正基因敲除小鼠的肝再生缺陷，表明TNF-α、IL-6对肝再生有协同作用[19]。

3.2 肝间质细胞与实质细胞的相互作用是肝再生的促进因素 如前所述，肝部分切除后首先激活的LESC、KC释放TNF-α、IL-6是肝再生启动的关键。激活的LESC、KC还可释放HGF、血管内皮细胞生长因子(VEGF)和EGF直接刺激肝细胞增殖。在动物实验中发现，低剂量激光照射可以通过增加HGF分泌促进肝再生[20]。此外，肝实质细胞还能合成释放ALR，以正反馈形式加强肝再生。ALR由肝细胞合成释放，具有多种生物活性，可通过多种路径促进肝再生[21]：①加强细胞线粒体代谢，促进能量产生和利用，间接促进肝再生；②刺激肝间质细胞，通过KC、LESC产生HGF、EGF、VEGF这些促生长因子促进肝再生；③通过调节肝脏的免疫功能，抑制过强的炎症反应，营造有利于肝再生的局部微环境。

3.3 肝免疫功能是肝再生的调节因素 TNF-α既是启动肝再生的重要细胞因子，也是炎症反应的核心因子，还是重要的细胞凋亡诱导分子。TNF-α所致的NF-κB激活可诱导IL-1、IL-2、IL-6、IFN-γ等多种炎性细胞因子释放，产生强烈的炎症反应，导致肝损伤。大量临床和实验研究都证明，炎性细胞因子是造成肝损伤、肝衰竭的重要原因，也是肝再生的重要制约因素[22]。适度的炎症反应有利于清除病原体，对肝脏的损伤不大，有利于肝再生。但若炎症反应过于强烈，将造成严重的肝细胞损伤，甚至引起大量肝细胞坏死，导致肝衰竭。受损的肝细胞增殖能力减弱或完全失去分裂增殖能力，是制约肝再生的重要因素。因此，在肝再生过程中如何控制炎症反应，使肝细胞免于过于强烈的炎症损伤，就成为调控肝再生的重要条件[23]。

TGF-β是最重要的抗炎及免疫抑制因子，在肝脏中主要由肝间质细胞HSC、KC、LESC产生，肝细胞也可以产生TGF-β。TGF-β可抑制免疫细胞激活、诱导免疫活性细胞凋亡、抑制免疫级联反应、抑制抗体生成、诱导免疫负调节分子IL-10和调节性T细胞(Treg)的产生，对细胞免疫和体液免疫均具有全面抑制作用，也能广泛抑制包括免疫细胞在内的多种细胞的增殖[24]。TGF-β对肝实质细胞的直接作用是抑制，但由于TGF-β能够抑制过强的免疫反应，减轻炎性细胞因子造成的损伤，为其他肝细胞增殖刺激因子(HGF、VEGF、EGF)的作用提供了有利条件，所以总体上有利于肝再生[25]。正常情况下肝组织不表达TGF-β，但慢性肝脏疾病患者的肝脏组织多有TGF-β表达的异常增高，且TGF-β水平与肝炎、肝硬化程度呈正相关。由于TGF-β抑制了免疫功能，使肝炎病毒不易清除，这是造成持续性肝脏损伤的重要因素[26]。因此，急性肝损伤情况下，适当的TGF-β分泌可防止过强的炎症损伤，有利于肝再生，但持久的TGF-β分泌则不利于病原体的清除和肝再生。

ALR是肝细胞合成释放的肝细胞增殖刺激因子，也是重要的免疫调节因子。研究发现，ALR可抑制由HBsAg、BSA诱导的实验动物的IL-2、IFN-γ释放，明显抑制ConA活化的人外周血淋巴细胞增殖，还能显著诱导CD4+、CD25+、Fox P3+-Treg细胞生成，增加抗炎细胞因子TGF-β和IL-10的表达，有利于抑制过强的炎性反应[27]。

Th17细胞和Treg细胞的免疫平衡在肝再生过程中也有重要作用[28]。Th17细胞通过分泌IL-17、IL-21等炎性细胞因子来发挥促进、加强炎性反应的作用，不利于肝再生。Treg细胞可通过抑制炎症反应保护肝细胞，有利于促进肝再生。但如果Treg的作用过于强烈，将不利于病原体的清除，易形成慢性带病毒状态。病原体的持续存在不断刺激免疫系统，这又是导致持续性免疫损伤的重要条件。但Th17/Treg之间的免疫平衡水平究竟如何才既有利于病原体的清除又有利于肝的损伤修复和再生，目前尚未取得一致看法[29]。

4 问题与展望

炎性细胞因子TNF-α的释放是肝再生的启动因素，同时也是免疫/炎症反应和某些细胞凋亡的加强、诱导因素。肝损伤早期轻度炎症反应有利于刺激肝再生，但持久而强烈的炎症反应则易于造成肝损伤，导致肝衰竭。这给临床工作予启示：在肝再生后期或有慢性肝病、肝再生能力因免疫损伤而减弱的情况下，适当的免疫抑制措施也许有利于肝再生和损伤修复。

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Influence of hepatic innate immunity on liver regeneration

ZHOU Hang1, ZHOU Guang-ji2*1Department of General Surgery, First Affliated Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 440100, China
2Institute of Stem Cell and Regenerative Medicine,Guangdong Medical College, Dongguan, Guangdong 523808, China
*< class="emphasis_italic">Corresponding author, E-mail: gdmczhou@126.com

, E-mail: gdmczhou@126.com
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (30772769)

Hepatic innate immunity system which is made up of hepatic cells, interstitial cells (liver sinusoidal endothelial cells, hepatic stellate cells, Kupffer cells) and passenger lymphocytes, is considered to be a part of body immune system. Besides their contribution to immunological response in liver, the innate immune system plays an important role in repair and regeneration of the liver. Activation of hepatic interstitial cells would switch on liver regeneration. Interaction between hepatic and interstitial cells would improve liver regeneration. Pro-inflammatory cytokines from liver interstitial cells would play a dual role in liver regeneration. An adequate inflammatory reaction would be beneficial for the regeneration of liver cells. But hyperinflammatory response would injure liver and subdue the regeneration. The positive and negative effects of inflammation response on liver regeneration are emphasized, in this paper, especially the importance of the role of anti-inflammatiory response in liver regeneration.

liver; innate immunity; liver regeneration

R657.3

A

0577-7402(2015)09-0769-04

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.09.17

2014-12-29；

2015-06-28)

(责任编辑：熊晓然)

国家自然科学基金(30772769)

周航，硕士研究生。主要从事肝脏再生方面的研究

440100 广州 中山大学附属第一医院普通外科(周航)；523808 广东东莞 广东医学院基础医学院干细胞与再生医学研究所(周光纪)

周光纪，E-mail: gdmczhou@126.com