白细胞介素-4在肝脏疾病中的研究进展

董旭 许明晓 李成忠

作者单位：200433 上海 海军军医大学第一附属医院(上海长海医院)感染科

白细胞介素-4 (interleukin-4,IL-4)是为人熟知的细胞因子之一,隶属IL-2细胞因子家族,可介导2型免疫反应,在多种免疫细胞的功能调节上起着重要作用。肝脏疾病的发病与免疫学机制密切相关,大量临床数据与动物实验研究表明,IL-4参与病毒性肝炎、自身免疫性肝病、药物性肝损伤、肝纤维化和原发性肝癌等疾病的发生与发展过程,因此IL-4有望成为治疗这些肝脏疾病的新靶点。本文对IL-4在肝脏疾病中的研究进展进行综述。

一、IL-4的发现、结构与功能

1982年Howard发现T细胞培养上清中有一种能够诱导小鼠B淋巴细胞增殖的因子,将其命名为B细胞生长因子1,1986年基因克隆成功,国际统一命名为IL-4。IL-4是由活化的T淋巴细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞等产生的多效性细胞因子,其中主要由CD4+T细胞极化的Th2细胞亚群分泌[1]。人IL-4基因位于第5号染色体的关键区域,由4个外显子和3个内含子组成(约10Kb),是现知淋巴因子基因中较大的一个。人IL-4 cDNA序列有153个氨基酸残基前体蛋白,成熟IL-4由24个氨基酸残基的信号肽裂解产生,约30%氨基酸序列与IL-13相同,这两种细胞因子有部分重叠的生物学活性[2]。

IL-4生物活性的发挥通过信号传导途径来完成,主要功能是激活B细胞,辅助B细胞分化为抗体分泌细胞,促进其产生体液免疫反应的抗体,中和外来游离病毒颗粒,以防再次感染[3, 4],同时能够抑制Th1 型细胞因子的产生[5],在支持Treg介导的免疫抑制中起着重要作用[6]。IL-4介导的2型免疫反应对机体既有保护作用[7]又有致病活性[8],对肿瘤、过敏性疾病、心血管疾病[9]等具有多重生物学功能和治疗作用。

二、IL-4与病毒性肝炎

既往研究发现Th1/Th2细胞因子水平失衡与HBV感染引起的肝脏炎症活动密切相关,在慢性乙型病毒性肝炎(chronic hepatitis B,CHB)活动期Th1细胞免疫反应增强,产生大量炎症因子,清除病毒的同时使肝炎加重;而缓解期Th2占据优势,抗炎因子增多,炎症减轻。IL-4在致炎与抗炎方面具有矛盾作用。研究显示,CHB患者血清IL-4较健康人群高[10],使用甘草酸制剂后IL-4显著下降,表明甘草酸制剂通过抑制炎性因子活性、导致Th2/Th1细胞失衡来有效抑制炎症反应[11]。但也有研究显示,CHB患者血清IL-4水平低于未感染者,且在接受抗病毒治疗后IL-4显著升高,并伴随HBV-DNA载量降低[12]。IL-4在HBV感染的双重作用可介导HBV的慢性感染,主要是由于Th2免疫占优势时通过负反馈抑制Th1反应, 而Th1细胞主要参与HBV清除,因此免疫反应不足导致病毒感染慢性化。单核细胞在感染的控制中起着重要作用,研究表明CHB患者高滴度的乙型肝炎表面抗原和IL-4可引发单核细胞功能缺陷,且抗病毒治疗无法降低IL-4水平使单核细胞功能正常,因此拮抗IL-4可能恢复单核细胞功能以促进病毒清除[13]。目前免疫预防尚未完全消除HBV感染,研究显示HBV感染孕妇分娩新生儿细胞免疫功能紊乱,IL-4升高,T淋巴细胞亚群水平低且比例失调,不利于母体清除病毒,易致胎儿宫内感染[14],而在妊娠早期补充叶酸可上调婴儿的IL-4水平来促进乙型肝炎病毒表面抗体的生成与升高[15]。

慢性丙型病毒性肝炎(chronic hepatitis C,CHC)患者血清IL-4升高[16],抗病毒治疗后IL-4水平显著下降并被鉴定为抗病毒疗效的潜在生物标志物[17]。隐匿性乙型肝炎合并HCV感染患者多数细胞因子的产生较高,尤其IL-4升高明显,提示其参与HBV-DNA在肝细胞内的整合,持续诱导肝脏炎症致使慢性肝病进展[18]。HCV感染后分泌所需的细胞因子改善自身RNA以完成复制周期,研究表明IL-4水平与HCV-RNA成反比,这是由于HCV感染者中的IL-4抑制基因高频率突变所致[19]。动物实验显示,小鼠感染HCV后不变自然杀伤T(iNKT)细胞亚群在肝脏内富集并显著产生IL-4,而缺乏iNKT细胞会导致肝损伤加重,提示HCV感染后iNKT细胞可调节病毒特异性T细胞的效应功能增加IL-4,从而降低感染期间的肝损伤[20]。

三、IL-4与自身免疫性肝病

自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis,AIH)是遗传、环境和免疫相互作用导致的,迄今为止,发病机制在很大程度上尚不清楚。研究发现[21]由病毒或化学物质引起的肝损伤释放TLR2/TLR4配体导致炎症放大,肝脏中多种细胞因子增加,其中IL-4升高后协同IL-25启动Th2免疫反应,但抑制Th1反应的效率较低,导致自身免疫反应启动,因此肝脏中非AIH的炎症放大可能是自身免疫反应启动的驱动力,通过肝脏中IL-4的持续升高及TLR2/4配体扩增促进AIH发生。从基因层面分析,IL-4可变串联重复序列和IL-4-590位点CT和TT基因型在AIH患者中分布更高[22],揭示了IL-4基因变异与AIH患病风险增加之间的关联。

原发性胆汁性胆管炎(primary biliary cholangitis,PBC)的发病机制与CD4+T细胞相关,IFN-γ在早期促进募集和淋巴细胞活化,随后诱导免疫抑制分子IL-30下调慢性炎症,而IL-4虽在PBC发病早期作用不明显,但可加剧肝脏的慢性炎症和纤维化[23]。PBC患者肝内胆管上皮细胞IFN-γ刺激CX3CL1表达,在局部IL-4和IL-13的刺激下,CCL26表达增加并与CX3CL1协同促进NK细胞和T细胞趋化,加重胆管上皮损伤[24]。位于胆管上皮细胞的根尖膜上的Ca2+激活的Cl-通道跨膜成员16A(TMEM16A)是胆汁形成和分泌的重要调节因子,IL-4介导TMEM16A通道表达增加,这种涉及IL-4调控途径的鉴定为胆汁分泌提供了新见解,可能是治疗胆汁淤滞性肝病时增强胆汁形成的新的治疗靶点[25]。

四、IL-4与药物性肝损伤

IL-4在对乙酰氨基酚(APAP)诱导的肝损伤中具有保护作用。APAP导致肝损伤的主要原因是谷胱甘肽(GSH)耗竭,实验显示[26]IL-4基因敲除小鼠更容易发生肝损伤,其对药物性肝损伤易感性增加正是由于肝脏GSH持续减少,而给予重组IL-4可增加GSH水平并减轻肝损伤程度,表明IL-4在细胞应激条件下调节肝脏中GSH的合成。服用过量APAP的患者肝活检中大量嗜酸性粒细胞积聚,而健康肝组织中很少,体外实验表明,IL-33刺激嗜酸性粒细胞释放IL-4,促进巨噬细胞释放大量的CCL24,进一步促进肝脏嗜酸性粒细胞募集[27],嗜酸性粒细胞可通过环氧合酶介导产生的IL-4/IL-13发挥肝脏保护作用[28],该结果表明嗜酸性粒细胞介导产生IL-4可能是治疗APAP诱导的肝损伤的有效疗法。

五、IL-4与寄生虫性肝损伤

研究显示,血吸虫感染后肝组织中IL-4相对表达较高[29]。IL-4在血吸虫感染后调节肝脏氧化损伤中起着至关重要的作用,IL-4基因敲除小鼠感染血吸虫后肝脏寄生虫虫卵周围的肉芽肿炎症比未敲除的小鼠更严重,且中性粒细胞浸润增加、肝细胞坏死严重,而IL-4可以抑制中性粒细胞过度浸润,减少促炎细胞因子产生,降低肝损伤[30]。抗血吸虫药可提高IL-4水平,为新药研制及血吸虫感染患者的治疗管理提供可参考范围[31]。IL-4和IL-10共同决定小鼠肠道寄生虫感染后肝脏炎症的进展,IL-10调节CD4+T细胞的数量,CD4+T细胞是IL-4的主要来源,而肝脏中活化中性粒细胞的隔离需要IL-4,中性粒细胞减少可防止进展至明显坏死,因此IL-10基因缺失小鼠在感染旋毛虫后会发生坏死性肝炎并增加IL-4水平[32]。

六、IL-4与肝纤维化及肝硬化

IL-4在一定条件下参与肝纤维化与肝硬化的发生[33],它通过诱导人肝内成纤维细胞激活,上调Ⅰ型胶原的表达,刺激细胞外基质蛋白合成, 促进肝纤维化的发生与发展。回顾性分析显示CHB患者IL-4升高且与肝纤维化指标呈正相关[34],IFN-γ/IL-4与肝纤维化进展呈负相关[35],CHC患者IL-4水平升高也与肝纤维化程度相关(OR=2.99,P=0.042),IL-4对晚期肝纤维化有较强的诊断价值[36],提供了IL-4水平升高预示初发CHB与CHC患者肝纤维化进展的证据。HBV相关肝硬化患者中,激活的iNKT细胞迁移到肝脏并通过IL-4的表达影响肝星状细胞激活,促进肝脏纤维化[37]。大麻二酚可阻止IL-4诱导的成纤维细胞迁移,抑制胶原蛋白基因的合成(转录),是潜在的治疗纤维化疾病的方法[38]。

七、IL-4与原发性肝细胞癌

原发性肝细胞癌是最常见的肿瘤之一,每年导致全球近100万人死亡。基因水平显示IL-4-590C/T为危险等位基因,与HCV诱导的HCC呈正相关,可能作为HCC早期诊断及预后的遗传标记[39]。IL-4在肿瘤免疫中具有矛盾作用,最初的小鼠实验中IL-4表现出较强的抗肿瘤能力,而且IL-4诱导的免疫反应是几种细胞因子中最有效的;然而也有相反的结论表明IL-4是促肿瘤分子,在癌症患者中通常升高,IL-4基因敲除小鼠更能抵抗肿瘤侵袭,并有研究者发现HCV相关肝硬化患者中IL-4增加可能会诱导癌变[40]。CHB患者IL-4和HCC患者IL-4表达升高且HCC高于CHB,表明HBV感染后IL-4受疾病进展的影响而表达上调[41];CHC患者进展至肝癌后IL-4表达也较高且与严重程度相关,提示阻断IL-4可能控制HCV炎症并阻止进展至肝硬化甚至HCC[42]。在基础机制上,IL-4促进人源Huh7肝癌细胞的增殖,IL-4/IL-4R可异常激活HCC内JAK1/STAT6信号通路,促进HCC的增殖和转移,负性调控JAK/STAT信号通路可抑制肝细胞癌的生长[43]。此外,IL-4/IL-4R还通过调节凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的表达, 最终促进HCC细胞增殖并抑制凋亡[44],这提示IL-4/IL-4R有望成为治疗HCC的新靶点。

八、总结和展望

综上所诉,IL-4主要由CD4+T细胞极化的Th2细胞亚群分泌,通过激活B细胞促进产生抗体,同时介导2型免疫反应。近年来针对多种肝脏疾病的免疫学发病机制方面的研究逐渐增多,越来越多的研究证明IL-4在病毒性肝炎、自身免疫性肝病、肝脏纤维化和肝癌的发病与进展上展现出重要的免疫调节作用,拮抗或促进IL-4的表达可能是减轻肝脏炎症、抗肝纤维化与抑制肿瘤生长的新型免疫学手段,在维持机体免疫平衡方面具有巨大的研究潜力。但是部分研究显示出相反的结果,如在CHB患者的促炎与抗炎方面,在抗肿瘤能力与促进肿瘤进展方面,因此在蛋白组学、转录组学和代谢组学等层面仍需通过进一步动物实验与大样本临床数据的分析进行阐明。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。