内源性脂质介质在肝衰竭中的应用及潜在价值

颜耿杰， 林 镛， 苏会吉， 陈含笑， 班少群， 韦艾凌,， 毛德文， 龙富立

1 广西中医药大学 研究生院， 南宁 530200； 2 广西中医药大学第一附属医院 肝病二区， 南宁 530023

脂质不仅作为细胞膜的重要成分，也是关键的信号传导介质，参与多种代谢功能。同时作为代谢和免疫系统中可溶性介质网络的一部分，不仅是一种高效的能量底物，而且还可以作为关键的抗炎分子。内源性脂质已被证实是炎症过程中的关键介质，参与炎症的启动、维持和消退[1]。肝衰竭是一种严重且复杂的肝病症候群，临床上常见的有急性肝衰竭(acute liver failure, ALF)和慢加急性肝衰竭(acute-on-chronic liver failure, ACLF)，其特征在于严重的全身炎症和免疫功能障碍，病死率极高。异常和不受控制的炎症会导致免疫应答的紊乱，其特征是促炎抗炎不平衡，这反过来又会破坏组织稳态并导致急性损害，加速疾病进展。越来越多的证据表明内源性脂质介质中的类二十烷酸和专门的促分解脂质介质(specialized pro-resolving lipid mediators,SPM)与肝衰竭全身炎症免疫之间存在关联，其在肝衰竭中的治疗潜力也备受关注。

1 内源性脂质介质与炎症

1.1 类二十烷酸 类二十烷酸主要来自花生四烯酸(arachidonic acid，AA)，由120多种化合物组成，它们参与体内的炎症过程，并被认为是炎症小体活化的直接结果[2]。所有类二十烷酸的合成都是在胞质磷脂酶A2 (cytosolic phospholipase A2，cPLA2) 催化作用下开始的，cPLA2是一种广泛分布的酯酶，并且依赖膜甘油磷脂sn-2位置的AA催化多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)的水解[3]。当受体-配体相互作用引起细胞内钙的变化时，类二十烷酸开始合成，cPLA2被募集到细胞膜上，促进磷脂中 AA 的释放，进而进入三个主要的生物合成途径。(1)环加氧酶(cyclooxygenase，COX)途径：COX-1和COX-2都参与将AA转化为前列腺素类化合物[即前列腺素(prostaglandin，PG)、前列环素和血栓素]的主要前体——PGH2，PGH2随后通过组织特异性异构酶转化为下游前列腺素类化合物，最终产生前列腺素类化合物中的一种或两种[4]。(2)脂氧合酶 (lipoxygenase, LOX)途径：LOX促进AA转化为多烯，如白三烯(leukotriene，LT)和脂氧素(lipoxin，LX)，以及转化为羟基花生四烯酸或氢过氧化二十碳四烯酸[5]。(3)细胞色素P450通路：通过细胞色素P450 环氧化酶(CYP450)转化为AA的其他羟基化物(例如20-羟基花生四烯酸)或通过CYP2C和CYP2J将AA转化为具有抗炎作用的环氧二十碳三烯酸[6]。这3种途径产生类脂类信号分子，在炎症、疼痛和免疫功能等过程中发挥作用，并且是急性和慢性炎症反应中的关键介质[7]。研究[4,8-9]表明，PG[特别是PGE2和前列环素I 2(PGI2)]信号传导推动了急性和慢性炎症之间的转换，目前发现其转换机制主要是：(1)增强促炎细胞因子释放级联反应；(2)加强对病原体和损伤相关分子模式(PAMP和DAMP)的先天免疫反应；(3)通过与趋化因子协同作用，募集与慢性炎症相关的免疫细胞(例如巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞)；(4)激活辅助性T淋巴细胞(Th)的特定促炎亚群，例如Th1和Th17；(5)增加由细胞因子诱导的促炎基因。

1.2 促分解脂质介质(SPM) SPM是一个相对较新的内源性脂质家族，与类二十烷酸类似，SPM 是由PUFA合成的，PUFA通过PLA2的作用与膜磷脂分离，然后被引导到不同的生物合成途径，在急性炎症期间通过巨噬细胞、中性粒细胞、血小板和缺氧内皮细胞的协同作用产生，以抵消炎症信号，有利于炎症的消退[4]。该家族目前已发展到包括来自二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳五烯酸(DPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的二羟基化和三羟基化脂肪酸， EPA、DPA和DHA都是通过与类二十烷酸相同的途径(COX、LOX和CYP途径)代谢，最终导致消退素(resolvins)、巨噬素(maresins)、保护素(protectins)和脂氧素(lipoxins)的合成[10]。据报道[11-13]，maresins可以减轻疼痛并有利于组织再生，resolvins促进单核细胞/巨噬细胞的吞噬作用以清除体内病原微生物，protectins已被证明在大脑和视网膜中释放，具有维持细胞稳态和保护神经的作用。SPM由单核细胞/巨噬细胞和粒细胞在急性炎症期产生，在此期间，脂质信号的产生发生了巨大变化，随着类二十烷酸停止产生，SPM开始在发炎部位积累，促进巨噬细胞的分化，并诱导中性粒细胞凋亡，同时促进巨噬细胞吞噬死亡的中性粒细胞和组织碎片。这些脂质还通过干扰促炎T淋巴细胞(例如Th1和Th17)的激活和分化来避免慢性炎症，同时增强调节性T淋巴细胞 (Treg) 的免疫调节功能[14-15]。此外，SPM还通过限制几乎所有T淋巴细胞亚群的持续激活和自身反应来预防慢性炎症和自身免疫[16]。

2 类二十烷酸在肝衰竭中的应用

2.1 类二十烷酸与ALF ALF是由病毒、药物毒性、缺血等因素诱发的急性肝损伤，导致DAMP的释放、炎症小体激活和促炎细胞因子及趋化因子的分泌，进而发生线粒体功能障碍导致活性氧(ROS)的释放，其结果是因肝细胞大量坏死、肝再生功能缺陷进而增强巨噬细胞活化，并通过吞噬作用杀死细菌、分泌有利于白细胞募集和组织浸润的促炎信号进而激活全身免疫。在对乙酰氨基酚(APAP)诱导的小鼠肝损伤模型中，肝脏AA和COX表达与转氨酶相关，并且在使用COX-2抑制剂后肝损伤得到改善[17]。同样COX-2抑制剂能够改善缺血再灌注(IR)诱导的急性肝损伤，表现为血清ALT降低以及组织病理学评分的改善[18]。另外，COX-2在肝细胞中的转基因表达加速了脂多糖/D-半乳糖胺(LPS/D-GalN)诱导的ALF[19]。这些结果表明了COX-2衍生的前列腺素类化合物在肝损伤中的潜在作用。PGI2起初作为一种有效的血管扩张剂和血小板聚集抑制剂，但除了其血管和抗血栓作用外，PGI2还具有抗炎特性。Misawa等[20]发现贝前列素(PGI2类似物)在LPS/D-GalN诱导的ALF小鼠模型中具有保护作用，能够增加肝血流量和减少促炎细胞因子。PGE2通常是一种重要的促炎介质，但也被认为是一种可以抑制免疫反应的消炎分子，PGE2已被证明能抑制Th1分化、B淋巴细胞功能、T淋巴细胞活化和过敏反应，还可通过影响中性粒细胞等天然免疫细胞的募集进而发挥抗炎作用[21]。早期研究[22-23]发现，PGE2通过wnt信号传导与N-乙酰半胱氨酸(NAC)协同作用，降低了APAP相关毒性并改善了APAP诱导的ALF；前列腺素E合成酶2(mPGES-2)作为PGE2的合成酶之一，通过调节谷胱甘肽(GSH)和APAP-半胱氨酸加合物水平在改善APAP诱导的肝损伤中起着关键作用。另外，在IR诱导的急性肝损伤中，前列腺素E2合成酶(mPGES-1)通过增强mPGES-1/PGE2/EP4途径积累促炎巨噬细胞使肝损伤恶化并延迟肝脏修复，突出了PGE2可能的疾病特异性作用，而抑制mPGES-1为IR的肝脏保护和修复提供了潜在的治疗方法[24]。最近的一项研究[25]发现，间充质干细胞分泌的PGE2抑制肝巨噬细胞中的TAK1信号传导和NLRP3炎症小体活化，同时诱导M2巨噬细胞分泌抗炎细胞因子(IL-10)，并通过激活巨噬细胞中的STAT6和mTOR信号传导途径来促进炎症消退和减轻肝损伤，最终抑制LPS/D-GalN诱导的肝脏炎症反应和肝细胞凋亡，改善ALF的结局。

关于LOX途径的代谢物，LT已被证明可以在内毒素血症期间增强对器官的损伤。此外，白三烯B4(LTB4)是白细胞的化学引诱剂，在炎症和免疫性疾病的发病机制中起关键作用，而5-LOX在肝脏中的表达仅限于巨噬细胞，因此，导致LT产生的5-LOX途径是巨噬细胞中主要的促炎途径，对于ALF的进展至关重要[26]。有证据[27]报道了5-LOX抑制剂显著缓解了LPS/D-GalN诱导的ALF，肝脏中LTB4和单核巨噬细胞抗原-1阳性细胞减少，表明对巨噬细胞活化的具有抑制作用。Kupffer细胞是肝脏的常驻巨噬细胞，与肝损伤有广泛联系，其活化并释放的促炎介质(如细胞因子TNFα、IL-1和IL-6、ROS以及类二十烷酸)刺激了肝脏的炎症和纤维化，而5-LOX及其辅助蛋白5-LOX激活蛋白(FLAP)对于Kupffer细胞的存活至关重要，并且FLAP抑制剂可通过消耗Kupffer细胞并降低肝脏中的LTB4和半胱氨酸白三烯(CysLT)的表达进而缓解肝损伤[28]。综上所述，类二十烷酸途径已被证明在ALF中具有双重作用，通过调节肝细胞死亡和先天免疫细胞表型来促炎和抗炎。

2.2 类二十烷酸与ACLF ACLF在慢性肝病基础上因饮酒、服用对肝脏有害的药物、感染等诱发，促使细菌易位增加和炎症介质的广泛产生，其结果是PAMP和DAMP的释放，导致强烈的全身炎症，这种过度炎症状态最终会损害免疫细胞的防御机制，使ACLF患者免疫功能低下，更容易受到继发感染[29]。脂质组学方法揭示了类二十酸烷代谢紊乱在ACLF中的潜在意义，一项关于CANONIC队列的研究[30]通过液相色谱联用串联质谱法(LC-MS/MS)确定ACLF患者与急性失代偿肝硬化(AD)患者和健康对照组患者脂质介质的血浆水平，结果发现有11种脂质介质在不同疾病阶段患者(ACLF或AD)与健康对照组之间存在显著性差异，此外还存在两种AA衍生的脂质介质LTE4和12-HHT区分了ACLF与AD患者，并且LTE4与疾病严重程度和短期病死率相关。在肝硬化代偿期到失代偿期再到ACLF的过程中，血浆人非巯基蛋白(human mercaptoalbumin，HNA)1和HNA2水平逐渐增加，HNA1具有直接的促炎作用，并已被证明可以上调ACLF患者外周血单核细胞和边缘中性粒细胞中类二十烷酸生成酶(COX-2和mPGES-1)的表达以及炎症性类二十烷酸(PGE2、PGF2α、TXB2和LTB4)的生成[31]。继发感染是ACLF患者常见且严重的并发症，PGE2可能在这种感染的高易感性中发挥作用。Huang等[32]进行了一项前瞻性研究发现发生继发感染的ACLF患者的PGE2显著高于未发生继发感染的患者，这表明血清PGE2水平与免疫麻痹和ACLF继发感染显著相关。Maini等[33]探索了PGE2途径如何调节AD/ACLF患者的单核细胞功能障碍，结果提示PGE2主要通过COX-1/mPGES-1和COX-2途径产生，并且主要通过其EP4受体下调单核细胞TNFα和IL-6产生，并降低单核细胞HLA-DR表达从而介导单核细胞功能障碍。在HBV相关ACLF中，也观察到循环PGE2的增加，且PGE2-EP2表达改变与ACLF的疾病严重程度相关，EP2拮抗剂对PGE2-EP2途径的调节导致IFNγ、IL-6、TNFα和MCP-1的分泌增加以及单核细胞和嗜中性粒细胞的ROS产生[34]。因此，PGE2通过EP2或EP4在ACLF中的作用可能因潜在疾病而异，需要进一步探索。

3 促分解脂质介质与肝衰竭

关于SPM在ALF中的作用的研究较为有限。脂氧素是由Serhan于1984年首次发现的一组AA代谢物，与其他促炎的AA代谢物(如PG和白三烯)不同，脂氧素在炎症缓解中发挥作用。在急性炎症的消退阶段，经历了“脂质介质转换”这一过程，即PG和白三烯的产生停止，脂氧素开始产生，并促进巨噬细胞清除凋亡中性粒细胞[10]。脂氧素包括脂氧素A4(LXA4)和脂氧素B4(LXB4)，两者都在许多病理过程中起抗炎作用。据报道[35]，LXA4在LPS/D-GalN诱导的ALF大鼠模型中通过抑制Kupffer细胞中的NF-kB途径降低血清TNFα和IL-6的水平以及抑制肝细胞凋亡进而发挥保肝作用。近年来，Resolvin D1(RvD1)作为抗炎和促消退介质，对急性肝损伤具有积极的保护作用。在四氯化碳诱导的ALF小鼠模型中，RvD1已被证实可以显著降低血清TNFα和IL-6的水平，并上调了血红素加氧酶-1的表达和活性，进而缓解ALF[36]。Sordi等[37]进行了一项前瞻性研究，发现创伤患者严重的多器官功能障碍发生率和血浆RvD1水平较健康志愿者降低，此外，他们研究了RvD1在出血性休克大鼠中诱导的多器官功能障碍综合征中的治疗作用，发现通过静脉注射RvD1有效减轻了肝损伤，但它在正常器官中不起作用。另外在这项研究中，他们发现RvD1减少了肝脏中嗜中性粒细胞的聚集，下调了促炎因子的表达，并抑制了NF-κB途径的激活。RvD1还可以减少肝细胞凋亡，并通过增加ALF小鼠模型中抗氧化剂GSH和超氧化物歧化酶的表达发挥抗氧化作用[36,38]。

最近，在ACLF的一项靶向脂质组学研究[30]中，发现了ACLF患者中具有促炎性质的omega-6 AA和抗炎的omega-3 EPA之间的不平衡，这表明全身性炎症过多，无法通过促消退机制有效调控，他们还发现了EPA衍生的LXA5的血浆浓度与肝衰竭和死亡有关，而与IL-8和死亡细胞标志物呈负相关。在当下缺乏关于ACLF中SPM的研究情况下，Clària团队[39-42]提出脓毒血症与ACLF有许多相似之处，包括严重的全身炎症、免疫功能障碍、能量产生减少和线粒体氧化功能障碍导致器官衰竭，因此或可从脓毒症的实验模型中为探索SPM途径在ACLF实验模型中的影响获取经验。线粒体功能障碍和产生的ROS被认为是严重炎症发病机制的关键因素。在Gu等[43]的研究中发现，maresin 1(MaR1)抑制了ROS的产生，并且通过ALX/cAMP/ROS通路减轻了脓毒血症小鼠模型和患者的线粒体功能障碍。同样在Hecker等[44]的研究中证实了Resolvin E1(RvE1)可以恢复炎症中的线粒体功能，并降低促炎细胞因子IL-6和IL-8的水平。因此，考虑到SPM参与脓毒症炎症及免疫反应和器官损伤的关键机制可能与ACLF相类似，这或许能为探索SPM途径在ACLF动物模型及体外实验中的作用机制提供一定的思路。目前在肝脏疾病的研究中，主要通过使用omega-3脂肪酸作为SPM的治疗剂，其目的是提高其衍生SPM的生物利用度水平，并且研究主要集中在代谢性肝病中[45-46]。而在ACLF中，一项纳入了90例ACLF患者的随机对照试验[47]评估了omega-3脂肪酸脂质乳液对免疫调节、脓毒血症和病死率的影响，研究结果显示omega-3脂肪酸使脓毒血症减少了86%，显著增加了嗜中性粒细胞和单核细胞上Toll样受体2和Toll样受体4的表达，然而并未引起生存率的改变。

4 总结与展望

内源性脂质介质参与了炎症开始、维持和消退的许多细胞过程。其中，类二十烷酸和SPM已被证明与免疫细胞密切相关，并在这些过程的调节中起关键作用。在肝衰竭领域的研究中，主要集中在类二十烷酸代谢调节上，在COX代谢途径中产生的前列腺素类化合物，特别是PGE2，其通过wnt信号传导与NAC协同作用改善了APAP诱导的ALF，还可抑制肝巨噬细胞中的TAK1信号传导和NLRP3炎症小体活化，同时诱导M2巨噬细胞分泌抗炎细胞因子(IL-10)进而改善ALF；PGE2还通过EP2或EP4信号传导下调IL-6、TNFα等细胞因子的生成达到拮抗肝衰竭的作用，这些信号途径对于肝衰竭的辅助治疗可能具有较大的治疗潜力。目前COX-2抑制剂已被证明能够改善肝损伤，但是各种COX-2衍生的前列腺素类化合物在肝衰竭中的具体表达及其作用机制还需进一步探索，以便将来为COX-2抑制剂的开发和准确的靶向治疗途径提供有力的科学依据。在LOX途径中，导致LT产生的5-LOX途径是巨噬细胞中主要的促炎途径，对于ALF的进展至关重要；FLAP抑制剂可通过消耗Kupffer细胞并降低肝脏中的LTB4和CysLT的表达进而缓解肝损伤，因此运用5-LOX抑制剂或FLAP抑制剂对于缓解肝衰竭过度炎症和免疫应答紊乱具有一定的潜在价值。作为一个相对较新的脂质家族，SPM在肝衰竭中的作用相对于类二十烷酸尚未得到充分的研究，LXA4和RvD1可通过抑制NF-κB途径降低血清TNFα和IL-6的水平进而缓解ALF，RvD1还可以减少肝细胞凋亡，并通过增加GSH和超氧化物歧化酶的表达发挥抗氧化作用；目前在脓毒症方面的研究与肝衰竭在多个病理生理机制层面具有一致性，有助于填补关于ACLF中SPM研究的空白，并为ACLF的研究思路提供更广泛的视野。同时，SPM治疗剂为阻止过度炎症和免疫提供了新视角，它们作为免疫消退剂，不仅可以抑制炎症，而且也可以激活促修复通路，以此达到增强修复能力，而又不损害免疫反应的目的，但是SPM在肝脏中尚无明确的作用受体。相信在今后随着对肝衰竭研究领域的不断拓展，通过开展脂质组学的研究并获得更多的证据，靶向类二十烷酸和SPM相关代谢途径和治疗剂的研发及使用，发挥脂质免疫途径在肝衰竭治疗中的潜在价值，从而提高肝衰竭临床诊疗水平。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：颜耿杰负责课题设计，资料分析，撰写论文；林镛、苏会吉、陈含笑、班少群、龙富立参与收集数据，修改论文；韦艾凌、毛德文、龙富立负责拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。