肝星状细胞活化、增殖的免疫调控机制研究
2017-03-09罗雨欣张晓岚
罗雨欣,张晓岚
(河北医科大学第二医院东院区消化内科,河北石家庄050035)
肝星状细胞活化、增殖的免疫调控机制研究
罗雨欣,张晓岚
(河北医科大学第二医院东院区消化内科,河北石家庄050035)
肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSCs)的活化和增殖是肝纤维化发生的中心环节,HSCs活化后可大量合成细胞外基质(extracellular matrix,ECM),在肝组织内异常沉积,从而引起肝纤维化。免疫调控细胞分泌的各种免疫调控因子以及其他活化分子在HSCs活化、增殖中起到重要调控作用。本文就HSCs活化、增殖的免疫调控机制做一综述。
细胞;肝星状细胞;免疫调控
肝纤维化是慢性肝损伤的愈合反应,主要表现为细胞外间质(extracellular matrix,ECM)的生成和降解平衡被破坏,导致ECM在肝脏内大量沉积。活化的肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSCs)是ECM生成的主要来源,在肝纤维化发生、发展中起着重要作用[1]。各种慢性肝损伤启动并刺激免疫调控细胞分泌各种免疫调控因子以及其他活化分子,这些化学信号可引起HSCs的活化和增殖,进而大量合成胶原、糖蛋白和蛋白多糖等,导致ECM的沉积;同时HSCs自身也可分泌少量转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)等免疫调控因子[2],一方面可维持自身活化状态并激活邻近HSCs,另一方面也作用于免疫调控细胞,通过级联放大反应,进一步促进HSCs活化、增殖。因此,免疫调控在HSCs的活化、增殖过程中发挥重要作用。本文就HSCs活化、增殖的免疫调控机制做一综述。
1 巨噬细胞与树突状细胞对HSCs活化、增殖的调控作用
巨噬细胞作为机体重要的固有免疫细胞,在HSCs活化、增殖中起到关键调控作用。定居在肝脏内的巨噬细胞也称为枯否细胞(kuffer cells,KCs),在脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)等结合病原体病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP)侵袭肝脏时,定位于KCs的模式识别受体(pattern-recognition receptors,PRR),尤其是Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)可将其识别并产生应答,通过分泌大量TGF-β1、白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎症因子,进一步活化HSCs[3]。
He等[4]利用敲除RBP-J基因的小鼠骨髓来源的巨噬细胞(bone marrow-derived macrophages,BMMs)的培养上清液干预HSCs,结果表明培养上清液中IL-1β、TNF-α及TGF-β1含量比野生型小鼠BMMs培养上清液明显减少,且HSCs合成的胶原量比野生型小鼠BMMs培养上清液干预的HSCs大大减少,证实巨噬细胞可以通过诱导RBP-J基因的表达,促进其炎症因子的分泌,进而促进HSCs胶原合成。
在肝纤维化过程中TGF-β1是最主要的HSCs激活因子[5-7],通过Smad通路激活HSCs并促进其增殖[8-9],诱导HSCsⅠ型及Ⅲ型胶原的m RNA转录[5,10]。另有学者研究证明,TGF-β可以抑制自然杀伤(nature killing,NK)细胞活化,从而减少NK细胞诱导的HSCs凋亡[11]。
IL-1β是主要由巨噬细胞分泌的较强效的促炎、促纤维化因子。已有学者证实,IL-1β可通过c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)/激活蛋白1(activator protein-1,AP-1)通路及JNK/p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路维持大鼠HSCs的增殖状态[12-13];此外,IL-1β还可通过上调HSCs的基质金属蛋白酶组织抑制剂-1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1,TIMP-1)及下调骨形成蛋白和激活素的跨膜抑制剂(bone morphogenetic protein and activing membrane-bound inhibit,BAMBI)的表达,进而减少ECM的降解,并可延长HSCs的生命周期。
TNF-α是固有免疫中重要的细胞因子,主要由单核和巨噬细胞分泌,一方面可促进肝细胞凋亡,另一方面激活免疫调控细胞及HSCs[14],促进HSCs合成大量胶原,在肝纤维化发生、发展中起着重要作用。有研究证明,缺乏TNF-α及其Ⅰ型受体的小鼠胆汁淤积性肝纤维化的程度明显比野生型小鼠轻[15],证实TNF-α的确可以促进肝纤维化的发展。TNF-α同IL-1β一样,也可能是通过上调HSCs的TIMP-1、下调BAMBI以及抑制HSCs凋亡从而促进肝纤维化的进程,但TNF-α并不能诱导Ⅰ型胶原的合成增多[16-18]。另外,巨噬细胞产生的IL-1β及TNF-α均可刺激HSCs核转录因子kappa B(nuclear transcription factor kappa B,NF-κB)的磷酸化并转入胞核,促进HSCs转化为肌成纤维细胞[19-20];清除巨噬细胞后,HSCs的NF-κB的表达量明显下降[21]。此外,巨噬细胞还可分泌少量最强效促增殖因子-血小板衍生生长因子(platelet derived growth fator,PDGF),通过MAPK信号通路、下调p27基因表达促进HSCs进入S期;且HSCs被激活后表面PDGF受体表达增加,也可以增强PDGF介导的HSCs的增殖,导致大量的ECM合成并在局部沉积。
与此同时,血液中的单核细胞也在激活后的HSCs分泌的一系列促炎及趋化因子的作用下,向肝脏募集并向Ly6C(Gr1)高表达的巨噬细胞亚群分化[22]。这些募集到肝脏的巨噬细胞可分泌大量的TGF-β1,进一步刺激HSCs活化,在促进肝纤维化发生、发展过程中起主导作用[23]。另一方面,HSCs也可以通过促进巨噬细胞p38 MAPK的活化,从而促进巨噬细胞分泌更多的促炎因子及增殖[24],扩大炎症反应,进而加速肝纤维化的进程。
肝脏中的树突状细胞(dendritic cells,DCs)是一个异质性群体,包括具有DCs功能的单核细胞衍生而来的DCs,浆细胞样DCs以及骨髓来源的DCs[25],主要分泌IL-10引起Th2反应。尽管已有实验证明DCs能通过IL-1以及TNF上调NF-κB的相关基因,但是该作用相对于巨噬细胞促进HSCs活化的作用来说来相差甚远;且有研究表明体外DCs与HSCs共培养时,DCs并不能活化HSCs;用氯磷酸盐二钠脂质体选择性的使肝内DCs细胞耗竭,在胆管结扎肝纤维化模型和四氯化碳(carbon tetrachloride,CCl4)诱导的肝纤维化模型中,肝纤维化依旧形成[21],说明DCs细胞不能促进HSCs的激活和肝纤维化的进展。
2 NK细胞和NKT细胞对HSCs活化、增殖的调控作用
肝脏中富含大量NK细胞及NKT细胞,分别占肝脏淋巴细胞总量的30%~50%、5%~10%[26]。目前认为这两类细胞在肝纤维化过程中对HSCs均有影响[26-27]。Gur等[28]在小鼠肝纤维化模型中发现NK细胞可通过激活NKp46受体选择性清除活化的HSCs。同样,有学者发现NK细胞可以通过肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factorrelated apoptosis-inducing ligand,TRAIL)、脂肪酸合成酶配体(fatty acid synthetase ligand,Fas L)及NK细胞活化性受体(natural-killer group 2 member D,NKG2D)来诱导活化的HSCs凋亡[29]。除此之外,NK细胞还可分泌干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)[30],它属于Th1型免疫调节细胞因子,具有较强的免疫调节及抗病毒作用。IFN-γ能直接抑制HSCs的增殖及α平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的表达,具有抑制纤维化的作用;同时可增强NK细胞清除活化HSCs的能力,发挥抗纤维化作用[11]。活化的NK细胞除了分泌IFN-γ,还分泌IFN-α。已有研究表明IFN-α可通过抑制HSCs活性、诱导HSCs凋亡、降低TGF-βl表达、增强胶原酶活性,促进ECM降解等途径抑制CCl4所致的大鼠肝纤维化。此外,NK细胞还可分泌IL-15,其与HSCs表面的IL-15受体结合后可抑制其活化及分泌胶原[31]。综上可知,NK细胞可以诱导活化的HSCs凋亡、抑制活化及其增殖,从而发挥抗纤维化作用。
NKT细胞是一群细胞表面既有T细胞受体(T cell receptor,TCR),又有NK细胞受体的特殊T细胞亚群。有研究者认为NKT细胞可以通过分泌促炎因子或者通过骨桥蛋白及Hedgehog(Hh)配体来活化更多的HSCs,在肝纤维化发生发展中起到一定作用[27,32]。但是,也有学者认为NKT细胞也可以通过清除HSCs、分泌INF-γ,起到抗纤维化的作用[26]。因此,NKT细胞在肝纤维化发生发展中的作用仍有待进一步研究。
3 T淋巴细胞和B淋巴细胞对HSCs活化、增殖的调控作用
尽管目前对于HSCs的直接抗原递呈能力仍有争议,但HSCs与T淋巴细胞之间的相互作用以及HSCs可抑制适应性免疫的作用却毋庸置疑。
T淋巴细胞通过分泌IL-17、IL-22等免疫调节因子作用于HSCs,在肝纤维化发生发展中发挥作用。有实验证明病毒性肝炎、酒精性肝病以及自身免疫性肝炎患者血清IL-17表达量均增多;在CCl4肝纤维化小鼠模型中,IL-17A通过激活NF-κB和STAT3刺激巨噬细胞以及HSCs分泌更多的IL-6、TNF-α以及TGF-β等促进HSCs的活化与增殖,而敲除小鼠IL-17A或IL-17RA基因后,肝纤维化程度明显减轻[33-34];另外,IL-17还可直接通过HSCs的STAT3通路诱导HSCs活化,分泌更多的Ⅰ型胶原,导致细胞外胶原沉积。IL-31是属于IL-6家族的一类细胞因子,主要是由Th2细胞产生,具有促炎作用。在肝纤维化发生发展中,TGF-β1通过Smad2/3通路刺激Th2细胞产生更多的IL-31,而IL-31又可激活下游的JAK-STAT信号转导通路使得巨噬细胞等产生更多的TGF-β1[35],从而间接诱导HSCs的活化。
IL-9是主要由Th9细胞产生的一类促炎因子,应用流式细胞学检测CCl4肝纤维化小鼠模型中脾组织中Th9细胞数量,发现造模前至造模6周Th9细胞逐渐增多,且在造模第6周时达到顶峰;进一步应用IL-9抗体治疗CCl4肝纤维化小鼠模型8周后,肝组织中α-SMA阳性HSCs数量明显下降,且脾脏中Th9、Th17和Th1细胞数量也显著减少[36],证明Th9/IL-9在活化HSCs及肝纤维化进程中发挥一定的作用。
另一方面,IL-10是一类主要由Th2细胞产生的具有多种生物学功能的细胞因子,具有抑制炎症反应及减轻纤维化的作用[37]。活化的HSCs可以促进巨噬细胞表达大量的IL-10,能抑制HSCs中细胞间黏附分子(intercellular adhesion molecule,ICAM)的表达[38],减少白细胞向肝实质浸润,减缓肝脏炎症,从而抑制肝纤维化的发生发展。
IL-22是一种特殊的免疫调节因子,属于IL-10家族细胞因子,主要由Th22、Th17和Th1细胞分泌。在肝脏中,IL-22通过STAT3-p53-p21通路诱导HSCs衰老,从而限制肝纤维化的进程以及促进肝纤维化逆转[39-41]。也有其他研究表明,IL-22也可刺激HSCs分泌其他促炎因子,Zhao等[42]发现在HBV感染患者和小鼠中,IL-22通过募集Th17促进慢性肝炎和肝纤维化的发展。因此,IL-22对HSCs的作用仍有待进一步研究。
此外,已有研究者证实,活化的HSCs可高表达B7-homolog 1(B7-H1),从而进一步诱导T细胞凋亡[43]。另外,活化的HSCs也可以通过表达B7-H4,从而抑制早期T细胞活化,导致T细胞失去活性[44]。Xing等[45]发现大鼠HSCs和CD4+T淋巴细胞在体外共培养时,活化HSCs可通过促进Th1凋亡及T细胞向Th2分化,同时抑制IFN-γ、促进IL-4的分泌,降低Th1/Th2比例,从而促进肝纤维化的发生发展。
肝脏中富含B淋巴细胞,几乎占到肝内淋巴细胞数量的一半[46]。目前认为B淋巴细胞可能是通过非抗体依赖方式在肝纤维化中发挥作用,通过产生免疫调节因子,提供给巨噬细胞、T淋巴细胞等免疫调控细胞协调刺激信号,从而促进HSCs的活化。有研究表明,特异性敲除B细胞的CCl4模型小鼠肝纤维化程度明显低于对照组,且α-SMA阳性的HSCs数量明显少于对照组,提示B淋巴细胞确实参与了肝纤维化的发生并能够促进HSCs的活化[47]。给予CCl4肝纤维化模型小鼠视黄酸受体β特异性抑制剂LE540治疗后发现肝纤维化程度显著降低,而加入LE540干预B淋巴细胞与活化的HSCs共培养液中后发现培养液上清IgG水平明显下降,证实活化HSCs产生的视黄酸可促进B细胞的活化;进一步特异性敲除B淋巴细胞髓样分化因子88(myloid differentiation factor,MyD88)的CCl4模型小鼠的肝纤维化程度较野生型CCl4模型小鼠减轻;表明活化HSCs产生的视黄酸可能是通过My D88通路促进B淋巴细胞的活化,进而加速肝纤维化进程[47]。
4 小结
慢性肝损伤启动的免疫反应在参与HSCs的活化与增殖过程中起着重要的作用。目前研究表明,肝脏内各种免疫细胞在损肝因子刺激下通过固有免疫细胞应答或适应性免疫细胞应答,产生各种免疫调节因子,作用于HSCs,从而影响肝纤维化的发生的进程。因而有关HSCs活化、增殖过程中的免疫机制以及阻断HSCs活化、增殖通路的研究将为肝纤维化的治疗提供新的思路与契机。
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:1004-583X(2017)03-0272-05
10.3969/j.issn.1004-583X.2017.03.023
2016-11-07 编辑:王秋红
张晓岚,Email:xiaolanzh@126.com