先天免疫细胞与肝脏再生①

杨献光 夏 聪 李帅洪 和春翠 徐存拴

(河南师范大学生命科学学院，新乡 453007)

肝脏是具有先天免疫功能的器官，同时也具有强大的代谢功能和再生能力[1]。先天性免疫反应不仅在宿主防御入侵微生物和治疗肿瘤方面起着重要作用，而且在肝损伤和修复方面也发挥着重要作用[2]。肝再生是由特定外部刺激而产生协调反应，部分肝切除后(Partial hepatectomy,PHx)静止的肝细胞通过代偿性增长来恢复肝的质量[3]，期间包括基因表达，生长因子和形态结构的连续变化。维持肝脏功能和体积的肝细胞约占肝脏总体积的70%[4]，肝细胞增殖是PHx后主要的补偿方式[5]，2/3肝切除后的肝细胞体积增大进入细胞周期，通过细胞分裂恢复至原来的细胞数量[6]。肝脏再生依赖于自身强大的免疫系统，其中涉及先天性免疫系统的免疫细胞。PHx、免疫反应和生长因子激发共同启动了肝再生机制，其中IL-6和肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor,TNF)起着重要的调控作用[7，8]。此外，先天免疫反应在调节肝损伤和肝纤维化的过程中也扮演重要角色，这代表治疗慢性肝病新的治疗靶点[2]，例如NK细胞对于治疗纤维化可能比临床试验中使用的目标导向药物有更大的治疗效果[9]。

先天性免疫系统是机体的第一道防线，可迅速应对病原体的潜在攻击。肝脏内的先天免疫系统包括自然杀伤细胞(Natural killer cell，NK)、自然杀伤T细胞(NKT)和枯否细胞(Kupffer cell，KCs)以及中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和补体成分。部分肝切除术会导致肝脏急性期反应，在此期间免疫系统会被激活，包括细胞因子、趋化因子和补体在内的炎症介质会被释放，从而刺激静止的肝细胞进入细胞周期的G1期[10，11]。随后，分泌的生长因子会促进肝细胞的增殖，而相应的抑制信号也会激活避免过度增殖，直至肝脏可以恢复到正常的体积、质量和功能[3，10]。在此，我们对近年来有关肝脏天然免疫细胞和在肝再生中的作用进行综述。

1 先天性免疫系统

一系列先天性免疫反应由先天性免疫系统来完成，先天性免疫系统作为机体抵御侵害的第一道防线，具有区分自我与非自我的能力，其系统中包含丰富的先天性免疫细胞，如：中性粒细胞、巨噬细胞、树突细胞(Dentritic cells，DCs)、NK细胞、NKT细胞、先天性淋巴细胞等，这些先天免疫细胞能够通过模式识别受体识别微生物组件(糖脂、脂多糖、病毒RNA、鞭毛蛋白)和内源性配体(损伤和坏死的宿主细胞释放的热休克蛋白)等病原体相关的分子模式[11]。此外，先天性免疫系统在病理生理学刺激的炎症反应中也扮演重要角色，其中Toll样受体和炎症细胞作为先天性免疫系统中主要的模式识别受体，可以激活特定的促炎症反应[12]。

巨噬细胞通过识别、捕获、清除和运输抗原影响免疫反应，并且招募炎症反应和免疫系统中的造血细胞，通过调节它们的活动参与免疫应答[13]。NKT细胞是一种特殊的能够识别表达NK细胞标记和T细胞受体(T cell receptor，TCR)所呈现的脂质抗原T细胞亚群，肝脏NKT细胞在肝炎和其他疾病发病机理中也扮演重要角色，例如：在原发性胆汁肝硬化、缺血-再灌注损伤、非酒精性脂肪肝疾病、酒精性脂肪肝[14]等中。NK细胞通过调节细胞毒性和发生炎症的细胞因子来完成抵御异常细胞转化，其中包括干扰素γ(IFN-γ)、TNF-α等，肝脏NK细胞在病毒侵染和肿瘤过程中能够不断维持肝脏耐受状态[15]。肝脏先天性免疫系统中免疫细胞(如：DCs、巨噬细胞、NK细胞、NKT细胞，先天性淋巴细胞等)协同作用于细胞大环境中，共同抵御病原体的侵袭，感染和转化而形成自身的免疫屏障。

2 先天性免疫细胞与肝再生

2.1DCs与肝再生 DCs是极其特殊的抗原呈递细胞，是连接先天性免疫和适应性免疫的重要桥梁。同时，DCs也具有很高的组织相容性复合物(MHCⅡ)和CD11c的表达能力。肝脏中DCs可以分为两个亚群，浆样树突细胞(pDCs)和经典树突细胞(cDCs)。pDCs表达MHCⅡ相对较低，捕获和呈递抗原的能力比较弱；相反cDCs表达很高的MHCⅡ，是很强的抗原呈递细胞[16]。在捕获抗原后，组织DCs成熟并通过淋巴管转移到淋巴结，随后将抗原呈递给T细胞。据报道，DCs是激活T细胞免疫最有效的细胞[17]。DCs与CD4+和CD8+T细胞以及肝脏NKT细胞和NK细胞相互结合，可以有助于调节肝脏炎症反应和肝脏移植后的再生过程，肝脏移植后，肝树突细胞(Hepatic dendritic cells，HDCs)上调IL-10和下调IFN-γ mRNA，并通过初始的同种异体T细胞诱导Th2细胞因子的产生[18]。肝脏免疫系统不断接触大量的抗原体，所以要保持一定的耐受性，身为抗原呈递细胞的HDCs是骨髓衍生细胞的异质性群体，并呈现出一种不成熟的表现型，可以低容量吞噬抗原和刺激T淋巴细胞，结合IL-10、IL-27等细胞因子，显著地提高肝脏的耐受性环境，并且HDCs还可以与激活的肝星状细胞相互作用促进耐受性应答，肝脏耐受性过高会导致HBV感染和肝脏肿瘤的产生，而耐受性破坏会导致自身免疫性肝炎，所以HDCs对于维持肝脏耐受性环境有着重要意义[19]。此外，鼠肝再生过程中，树突细胞自噬作用对于免疫反应的起始阶段和晚期的DCs来说都起着重要的作用[20]。此外，HDCs具有独特的定位，围绕在门脉循环周围，它们在调节肝免疫耐受性、对血源性病原体的反应、肝脏纤维化和肝脏内平衡方式的作用，都是值得深入研究的领域[21]。

2.2巨噬细胞与肝再生 巨噬细胞是重要的免疫效应细胞，可以吞噬细菌、分泌抗菌和促炎症介质。细胞受到创伤或压力造成坏死产生的细胞碎片，也必须由巨噬细胞来清除，但是巨噬细胞吞噬充满内源性信号的坏死碎片(包括热休克蛋白、核蛋白、组蛋白及细胞外基质的组成成分等)则会导致它们的生理变化，包括表面蛋白表达发生变化以及促炎症介质和细胞因子的产生[22]。细胞内模式识别受体、IL-1受体(IL-1R)、TLR等作为巨噬细胞检测内源性信号的重要武器，使得巨噬细胞成为识别宿主危险的传感器之一。巨噬细胞可以分为经典途径激活的M1型巨噬细胞和替代途径激活的M2型巨噬细胞。M1型巨噬细胞由IFN-γ和LPS而刺激活化，而M2型则由IL-4和IL-13所诱导[23，24]。M1型表达高水平促炎症因子，并促进Th1应答，对消灭微生物和肿瘤细胞有着强有力的作用；M2型则促进组织重建和肿瘤相关方面的治疗，并且具有免疫调节功能。激活M1的主要细胞因子IFN-γ可以促进特定细胞因子受体(如CSF2RB、IL15 receptor alpha[Rα]、IL2Rα、IL6Rα)和细胞黏附分子的表达而激活M1；IL-4由Th2细胞、嗜碱性粒细胞嗜酸性粒细胞或巨噬细胞自身产生的，IL-4Rα1与γ链配对，使得IL-4与IL13Rα1结合，IL-4的受体结合激活JAK1和JAK3导致STAT6激活和易位从而激活M2[25]。

KCs是肝脏衍生的巨噬细胞，也是一种抗原呈递细胞，位于肝血窦的位置，是防御细菌、胃肠道中产生的内毒素、微生物碎片的第一道防线，同时也为先天性免疫和适应性免疫提供重要桥梁[26]。再生是肝脏的关键特征，在肝祖细胞的编排和分化中，选择性地消耗KCs会延迟肝再生，并且 NF-κB 的活化也使得KCs逐渐损耗，导致TNF-α和IL-6的减少以及肝再生的延迟[27]。Xu等[28]对小鼠进行肝切除手术，采用梯度离心技术和免疫磁珠法KCs与再生的肝细胞分离，发现随着肝再生的不断进行，残留在肝内的KCs数量增加。Ma等[29]证明10号染色体张力蛋白同源物的缺失会促使KCs的M2极化，导致NK细胞活化减少，从而抑制肝再生的进行，NK细胞分泌的IFN-γ和KCs分泌的促炎细胞因子(如TNF-α，IL-12和IL-18)协同作用介导急性肝损伤。Kupffer和NK细胞形成正反馈循环，会为肝切除术后促进肝再生提供一个潜在的靶点。

2.3NK细胞与肝再生 NK细胞是人类肝脏中主要的淋巴细胞群，可以通过快速产生细胞因子和细胞毒性活动来协调完成免疫反应。NK细胞的激活可以通过刺激受体NKG2D和NKp46的偶联反应和抑制性受体NKG2A的脱离，也可以通过CD16A信号直接激活，CD16A可以触发抗体依赖性细胞介导的细胞毒性作用识别损伤细胞。激活后的NK细胞释放溶解性颗粒(穿孔素、颗粒酶)等细胞毒物质和诱导凋亡受体(TRAIL/TRAIL-R，FasL/Fas)表达凋亡信号，作用并杀死靶细胞[30]。

PHx后，NK细胞在残余肝脏中积累，NK细胞的细胞毒性受细胞外ATP的抑制，并通过肝细胞外P2(P2Y1、P2Y2、P2X3)受体的激活使得ATP释放，细胞外ATP的清除提升了NK细胞的细胞毒性，促进了肝脏的再生[31]。通过抗GM1抗体消耗NK细胞或是通过免疫抑制药物抑制NK细胞活性可以提高肝再生，聚肌胞苷酸(poly I:C)活化NK细胞和病毒性侵染也会抑制肝再生[32]。Bi等[33]表明T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域蛋白(T cell Ig and ITIM domain，TIGIT)在肝再生中防止NK细胞过度活化，激活骨髓灰质炎病毒受体(Poliovirus receptor,PVR)结合受体CD226提高肝再生，并且TIGIT与PVR协同作用，负调控NK-肝细胞，抑制NK细胞的活化，减少IFN-γ的产生，防止由过量产生的IFN-γ引起的细胞周期阻滞增殖，最终保护肝脏再生。

2.4NKT细胞与肝再生 与NK细胞相同的是，NKT细胞也可以通过产生促细胞炎症因子或者直接杀死肝细胞来加快肝损伤。NKT细胞是一种异构类的T淋巴细胞，可分为两个细胞类型：Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型NKT细胞约占肝NKT细胞的95%，可表达一种恒定的T细胞受体(TCR)α链，被称为恒定NKT细胞(iNKT)；Ⅱ型NKT细胞则可以表达多种多样的TCR。Yin等[34]发现，iNKT缺失小鼠在PHx后表现出正常的肝再生过程，但注射α-半乳糖神经鞘醇(α-GalCer)(iNKT细胞的特异性配体)的小鼠则出现肝再生延迟，表明α-GalCer会刺激iNKT活化产生IFN-γ和IL-4，显著抑制肝再生。

在肝脏疾病方面，NKT细胞抑制肝星状细胞从而抑制肝纤维化，并且还可以通过增强肝脏炎症和肝损伤促进肝纤维化[35]。Liu等[36]通过检测HIV感染者NKT细胞表面分子的表达，发现HIV感染后NKT细胞数量减少，但依旧分泌IFN-γ对抗病毒感染。在刀豆球蛋白A(ConA)诱导的自身免疫肝炎模型中，注射ConA 刺激NKT细胞活化可促进NKT细胞产生穿孔素和颗粒酶B并且上调FasL，导致急性炎症性肝损伤；在小鼠α-GalCer诱导的自身免疫性肝炎模型中， NKT细胞被α-GalCer激活迅速产生大量细胞因子(IFN-γ，TNF-α，IL-17)，可引起抗炎症与促炎症反应，活化的NKT细胞可以进一步激活其他类型的细胞，并产生特异性的趋化因子将调节性细胞募集入肝脏中，包括调节T细胞(Treg)、骨髓抑制性细胞[37]。

3 先天免疫细胞联合作用与肝再生

图1 NK、NKT、KCs参与肝再生调控的主要途径Fig.1 NK,NKT,Kupffer cells participate in regulation of liver regeneration

肝脏内的先天性免疫细胞发生免疫反应共同作用于肝细胞，KCs、NK细胞、NKT细胞及DC细胞之间相互作用调节肝再生。Wu等[38]用抗生素(Atb)处理肝切除小鼠，发现KCs数量增加并且细胞表面CD80、CD86和CD68的表达上调，并分泌更多的IL-22来激活NKT细胞，促进肝细胞增殖。Kupffer可以产生TNF-α和IL-6，IL-6是一种促炎细胞因子，通过结合IL-6受体(IL-6R)作用于细胞进而促进肝再生，目前IL-6被认为是肝再生必要的调节剂，靶向肝细胞中的IL-6受体复合物(gp80/gp130)，引发信号转导和活化转录激活因子3(STAT3)，促进肝细胞存活和增殖，IL-6活化的STAT3也会诱导细胞因子信号传导抑制因子3(SOCS3)的表达，反过来会终止STAT3信号传导并负向调节肝脏再生[39](图1)。TNF-α主要巨噬细胞产生，并在免疫防御中起重要作用，同时还可以作为启动因子激活 NF-κB，使被切除的肝脏对肝生长因子(HGF)变得很敏感，但是过量的TNF-α会诱导TGF-β抑制肝细胞的增殖[40]。Hosoya等[41]用抗NK1.1抗体和抗脱唾液酸神经节-N-四糖基神经酰胺(GM1)抗体对野生型小鼠和敲除CD1-d的小鼠进行处理，结果表明抗NK1.1抗体和GM1抗体消耗NK和NKT细胞导致肝再生受损，其中下调了TNF-α、HGF、IL-6以及JAK-STAT信号传导的肝再生应答因子，在NKT细胞缺失时，NK细胞的消耗也会使肝再生受损，证实了肝再生通过消耗NK和NKT细胞而受损，并且Kupffer也参与细胞因子的产生。

4 结语与展望

综上所述，先天性免疫反应在一系列免疫细胞协调下共同完成。肝脏受损后，肝细胞迅速通过分裂增殖进入细胞周期，NK细胞、NKT细胞及KCs分泌细胞因子(TNF-α、IFN-γ、IL-6等)作用于肝细胞，并在信号通路的共同作用下，完成了肝脏再生复杂的过程，在这个过程中免疫细胞之间的相互协同以及细胞因子的作用可能在肝再生过程以及肝脏疾病中发挥着更为关键的作用。

肝再生是一个复杂的过程，涉及多种免疫细胞的免疫反应。同时，在肝纤维化、肝硬化、缺血-再灌注损伤等一些肝脏疾病中，先天性免疫反应也起着尤为重要的作用。免疫细胞通过TNF-α、IFN-γ、IL-22、IL-6等细胞因子作用于肝脏，TNF对于治疗酒精性肝病有着重要作用；IL-6与受体结合激活STAT3促进肝脏再生，SOCS3会负反馈调节肝再生过程，这对于治疗肿瘤以及急性肝损伤有着重要作用；IFN-γ的产生会损伤肝再生过程，这对于肝癌免疫治疗提供了线索[42]。细胞与细胞之间的作用网络的阐明将为揭示肝再生及肝病发生发展的分子机理、开发新的肝病治疗方法奠定基础。

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