肝脏缺血-再灌注损伤中相关细胞因子机制的研究进展

郑克谱，冉江华，刘驳强，李温凯

昆明市第一人民医院暨昆明医科大学附属甘美医院肝胆胰外科，云南 昆明 650011

肝脏缺血-再灌注损伤中相关细胞因子机制的研究进展

郑克谱，冉江华，刘驳强，李温凯

昆明市第一人民医院暨昆明医科大学附属甘美医院肝胆胰外科，云南 昆明 650011

缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury,IRI)是由于各种因素引起的细胞或组织缺血、缺氧引起的损伤及恢复供血、供氧后损伤加重的病理过程。目前研究肝脏缺血-再灌注损伤(hepatic ischemia-reperfusion injury,HIRI)的机制中涉及到一些细胞因子的参与，如肿瘤坏死因子-α、核因子kappa B、白细胞介素。本文就细胞因子发生在HIRI的机制进行综述，并对临床上如何减少HIRI进行展望。

缺血-再灌注损伤；肝脏；细胞因子

缺血-再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury, IRI)是由于各种因素引起的细胞或组织缺血、缺氧引起的损伤及恢复供血、供氧后损伤加重的病理过程。肝脏缺血-再灌注损伤(hepatic ischemia-reperfusion injury, HIRI)是临床上广泛关注的问题之一，它是一系列病理生化反应在体内交融的体现，常见于终末期肝脏手术当中。HIRI的发生机制尚未明了，研究表明与细胞内钙超载、氧自由基损伤、Kupffer细胞的激活、细胞因子的参与、中性粒细胞聚集、微循环障等因素息息相关[1]。

肝脏发生缺血再灌注时，可激活Kupffer细胞，被激活的Kupffer细胞通过产生一系列细胞因子等生物活性物质，在肝脏损伤中起重要作用。这些细胞因子可通过单体或者协同作用引起肝损伤。现就近年来研究较多的几种细胞因子在HIRI中的机制作一概述。

1 肿瘤坏死因子-α (TNF-α)

TNF-α是多种细胞在炎症反应和免疫调节刺激时产生的一种多效性细胞因子，其主要生物学效应是诱使肝细胞、内皮细胞损伤，使半胱氨酸、天冬氨酸蛋白酶激活导致白细胞趋化、中性粒细胞激活、上调氧自由基产生、线粒体毒性和细胞凋亡[2-3]。研究[4]表明TNF-α的直接毒性作用还包括：(1)促使肝窦内皮细胞肿胀；(2)激活中性粒细胞而释放氧自由基并能引起细胞凋亡；(3)干扰肝窦细胞内DNA正常复制过程；(4)诱发Kupffer细胞产生大量氧自由基，加重多形粒细胞浸润和肝细胞损害；(5)诱导脂类介质、多肽介质的产生等造成肝细胞凋亡[5-7]。

2 细胞间黏附因子-1(ICAM-1)

ICAM-1属于细胞黏附分子中的免疫球蛋白家族。生理状态下Kupffer细胞可低表达少许ICAM-1，但在HIRI时，Kupffer细胞、内皮细胞却可以分泌大量ICAM-1，且上述细胞释放血小板活化因子，后者诱导中性粒细胞表达淋巴细胞功能相关抗原-1(LFA-1)。ICAM-1与其配体LFA-1结合后会启动细胞黏附与活化，使中性粒细胞黏附在血管壁中。同时，ICAM-1还会介导中性粒细胞通过内皮细胞全层进而迁至肝实质细胞，释放蛋白酶造成肝细胞损伤[8]。

3 核因子kappa B(NF-κB)

NF-κB是一个转录因子蛋白质家族，也是一类重要的转录激活因子，广泛存在于各类真核细胞中。在HIRI时，活化的Kupffer细胞主要受NF-κB调控，由此促进炎症因子、急性期反应蛋白、细胞间黏附分子的表达等损伤肝细胞[9-10]。在HIRI中将大多数介质联系在一起的主要是它们的转录调节，细胞因子、细胞趋化因子、黏附因子的转录都受NF-κB的调节。过氧化氢及HIRI期间产生氧自由基都可以激活NF-κB[11]，导致mRNA、TNF-α、ICAM-1增高。

4 血红素氧合酶-1(HO-1)

HO-1是人体氧化应激的血红素代谢的限速酶，生理状况下调节体内活性氧物质的平衡，可将血红素分解成一氧化碳、胆绿素和游离铁等具有生物活性的物质。研究[12]发现HO-1表达上调具有重要的抗炎和抗氧化作用，在大量的缺血再灌注和肝移植动物模型中发挥保护作用，故也被称为“移植物存活基因”，具有广泛的临床应用潜能。实验证实在短期热缺血预处理时注射多柔比星可以提高HO-1蛋白的表达，从而产生对继发长期热缺血损伤的耐受性[13]，钴原卟啉诱生出HO-1通过抑制1型干扰素通路改善肝功能，辛伐他汀预处理及临床上麻醉使用的异氟烷都可以诱生HO-1来减轻HIRI。

5 TOLL样受体家族(TLRs)

TLRs是一种模式识别受体，识别保守性病原相关分子模式，是连接先天免疫反应与适应性免疫反应的关键蛋白。已发现有TLRs 13种，目前研究最多的是TLR2和TLR4。TLR4的表达存在于Kupffer细胞、星形细胞及肝细胞中。HIRI时，TLR4的激活引发一系列级联反应促发肝组织的炎性反应，特别是TLR4可以启动引起肝细胞损伤的级联反应[14]。Shen等[15]研究发现在小鼠HIRI中TLR4基因缺陷可减少ROS、细胞因子并增加保护性因子HO-1的表达水平，减轻肝热缺血再灌注损伤。Kang等[16]研究表明N-乙酰-5-甲氧基色胺抑制TLR4下游1型IFN信号途径使HO-1过表达减轻HIRI。

6 血小板活化因子(PAF)

PAF是一种与诱导血小板聚集密切相关的脂质递质，可促进血小板和中性粒细胞聚集而不依赖花生四烯酸的代谢产物，同时PAF也参与超氧化合物的形成与蛋白质的磷酸化，促使TNF-α的产生，调节白介素分泌。PAF在HIRI中发挥生物学效应主要可能通过以下三种方式：(1)PAF可直接促使肝糖原的分解；(2)肝组织缺血再灌注后可导致PAF的释放，导致L型钙离子通道的关闭，影响细胞正常的收缩功能，进而导致细胞凋亡；(3)PAF的过量释放激活磷脂酶C，线粒体内钙离子增加，线粒体膜结构破坏，最终导致细胞凋亡[17]。目前对PAF在HIRI中的研究仍缺少实验数据的有力支持。

7 白细胞介素(IL)

IL是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。在传递信息、激活与调节免疫细胞、介导T细胞B细胞活化、增殖与分化及在炎症反应中起重要作用。目前发现的IL家族多达35种，这些细胞因子可通过单体或协同作用引起肝细胞的损伤。研究[18-19]表明降低炎症因子能明显降低HIRI时肝细胞的损伤。现就与HIRI密切相关的几种IL的机制阐述如下。

7．1 白细胞介素-1β(IL-1β) IL-1β是启动炎症反应的关键因子，在HIRI时常与TNF-α协同产生作用。HIRI初期，IL-1β可持续高水平地维持并引起中性粒细胞聚集，导致中性粒细胞破坏。同时TNF-α又可以引起IL-1β的释放，IL-1β的释放又可上调白细胞中自由基的产物，从而破坏氧化呼吸链的传递。IL-1β可诱导IL-8的合成从而产生更多的细胞黏附分子选择素，增强中性粒细胞与内皮细胞的黏附，进一步合成更多的细胞因子，干预肝细胞内正常的生理生化表达[20]。

7．2 白细胞介素-4(IL-4)与白细胞介素-10(IL-10) IL-4与IL-10主要由TH2细胞、肥大细胞与单核细胞分泌，通过下调TH1细胞因子的表达而发挥抗炎作用。联合应用抗体阻断IL-4与IL-10会加重HIRI时的炎症反应，应用外源性IL-10可弱化HIRI时大鼠的损伤[21]。HIRI起始时，细胞中产生过量的TNF-α，TNF-α诱导肝巨噬细胞产生大量IL-10，抑制NF-κB活化进而减少炎症细胞因子的过度表达，从而减轻炎症反应；同时可以抑制炎症细胞的浸润和减少肝细胞中中性粒细胞聚集，从而保护细胞进一步不被损伤[22]。

7．3 白细胞介素-6(IL-6) IL-6是由多种细胞均能产生的具有多功能的一种细胞因子，如：内皮细胞、单核吞噬细胞、成纤维细胞等。生理状况下的IL-6家族具有防御宿主和促进炎症反应的作用。肝脏既是IL-6产生的主要地方，也是其清除的主要场所。IL-6对脏脏的作用机制目前仍未完全明确：动物实验中发现去除IL-6的大鼠在发生HIRI时肝细胞损伤较未去除组严重，在发生HIRI时，随着IL-6表达的增多，TNF-α表达减少[23]。Cui等[24]发现IL-6在HIRI时会大量产生，增强T、B淋巴细胞与NK细胞的活性，在炎症反应交叉网络中起关键作用，反映炎症与肝细胞损伤的水平。

7．4 白细胞介素-12(IL-12) IL-12是由吞噬细胞产生，在TH1介导的免疫应答中起着关键作用的一类细胞因子[25]。IL-12参与肝脏的病理生理表达主要体现在诱导黏附因子的产生，促进Kupffer细胞的激活，从而进入炎症反应。但就目前研究来看，仍无法确定IL-12在HIRI中的机制：实验表明在剔除IL-12的大鼠在缺血时IL-12的表达能诱导TNF-α的生成[26]。Tan等[27]发现在HIRI时，干扰素调节因子-2的过度表达会限制干扰素调节因子-1所依赖的促炎性因子的表达，如IL-12与诱导型一氧化氮合酶，可据此推断IL-12可放大干扰素调节因子-1的某些作用，但以上推断缺少实验室证据。

7．5 白细胞介素-17(IL-17) IL-17是一种最新发现的细胞因子，首先发现来源于TH17细胞，之后发现NKT细胞、Paneth细胞也可以分泌。生理状况下IL-17信号通路在调控炎症早期炎性细胞向组织浸润具有重要作用，同时在诱导新血管生成以及自身免疫系统疾病具有独特作用[27]。在HIRI初期，肝细胞受损就会诱导Kupffer的NF-κB活化，随后IL-1β、IL-6等细胞因子大量释放，促进TH17细胞分化大量IL-17，IL-17在肝脏中主要存在于中性粒细胞中，活化的IL-17会促进中性粒细胞大量向炎症中募集，在HIRI整个过程中起放大作用[28]。IL-17还可直接作用于星状细胞并导致其激活、释放大量胶原纤维。

综上所述，HIRI是一个极其复杂的病理生理过程，是多种因素相互作用的结果。各种细胞因子在炎症反应中发挥着各自不同的作用，最终引起中性粒细胞的浸润，从而引起肝细胞的破坏最终导致肝功能衰竭。由以上分析，可以看出在HIRI时，细胞因子发挥作用的大小直接影响到再灌注后炎症的范围。基于这样的理论，在临床工作中对特定细胞因子采取干预措施可以减少肝脏损伤；对炎性趋化因子与黏附因子的靶向治疗将是以后的研究重点。值得探讨的是增加炎症反应中抗炎因子的数量，促进抗炎因子(如IL-6)的生成，同样可以达到保护肝功能的目的。对此加以研究必将对我国临床预防及治疗HIRI具有重要的意义。

[1]Klune JR, Tsung A. Molecular biology of liver ischemia/reperfusion injury: established mechanisms and recent advancements [J]. Surg Clin North Am, 2010, 90(4): 665-677.

[2]Perry BC, Soltys D, Toledo AH, et al. Tumor necrosis factor-alpha in liver ischemia/reperfusion injury [J]. J Invest Surg, 2011, 24(4): 178-188.

[3]Shuh M, Bohorquez H, Cohen AJ, et al. Tumor necrosis factor-α: life and death of hepatocytes during liver ischemia/reperfusion injury [J]. Ochsner J, 2013, 13(1): 119-130.

[4]Wang WT, Lin LN, Xie KJ, et al. Role of tumor necrosis factor in reperfusion injury following hepatic ischemia and effect of propofol [J]. Chinese Journal of Critical Care Medicine, 2013, 23(11): 753-754. 王万铁, 林丽娜, 谢克俭, 等. 肿瘤坏死因子在肝缺血/再灌注损伤中的作用及异丙酚的干预[J]. 中国急救医学, 2013, 23(11): 753-754.

[5]Linkermann A, De Zen F, Weinberg J, et al. Programmed necrosis in acute kidney injury [J]. Nephrol Dial Transplant, 2012, 27(9): 3412-3419.

[6]Linkermann A, Himmerkus N, Liu S, et al. Rip1 (receptor-interacting protein kinase 1) mediates necroptosis and contributes to renal ischemia/reperfusion injury [J]. Kidney Int, 2012, 81(8): 751-761.

[7]Oerlemans MI, Koudstaal S, Chamuleau SA, et al. Targeting cell death in the reperfused heart: pharmacological approaches for cardioprotection [J]. Int J Cardiol, 2013, 165(3): 410-422.

[8]Von Heesen M, Schilling MK, Moussavian MR, et al. Preconditioning by cilostazol protects against cold hepatic ischemia-reperfusion injury [J]. Ann Transplant, 2015, 20: 160-168.

[9]Van Golen RF, Van Gulik TM, Heger M. The sterile immune response during hepatic ischemia/reperfusion [J]. Cytokine Growth Factor Rev, 2012, 23(3): 69-84.

[10]Eltzschig HK, Carmeliet P. Hypoxia and inflammation [J]. N Engl J Med, 2011, 364(7): 656-665.

[11]Sun K, Chen Y, Liang SY, et al. Effect of taurine on IRAK4 and NF-kappa B in Kupffer cells from rat liver grafts after ischemia-reperfusion injury [J]. Am J Surg, 2012, 204(3): 389-395.

[12]Wang CF, Wang ZY, Tao SF, et al. Preconditioning donor liver with Nodosin perfusion lessens rat ischemia reperfusion injury via heme oxygenase-1 upregulation [J]. J Gastroenterol Hepatol, 2012, 27(4): 832-840.

[13]Wang CF, Wang ZY, Li JY. Dual protective role of HO-1 in transplanted liver grafts: a review of experimental and clinical studies [J]. World J Gastroenterol, 2011, 17(26): 3101-3108.

[14]Ellett JD, Atkinson C, Evans ZP, et al. Toll-like receptor 4 knockout mice are protected from endothelial overactivation in the absence of Kupffer cells after total hepatic ischemia/reperfusion [J]. Liver Transpl, 2011, 17(9): 1089-1098.

[15]Shen XD, Ke B, Uchida Y, et al. Native macrophages genetically modified to express heme oxygenase 1 protect rat liver transplants from ischemia/reperfusion injury [J]. Liver Transplantation, 2011,17(2): 201-210.

[16]Kang JW, Lee SM. Melatonin inhibits type 1 interferon signaling of toll-like receptor 4 via heme oxygenase-1 induction in hepatic ischemia/reperfusion [J]. J Pineal Res, 2012, 53(1): 67-76.

[17]Wang QY, Dong L, Chen GL, et al. Progress of platelet activating factor receptor antagonists [J]. Journal of Shenyang Pharmaceutical University, 2011, 28(3): 245-252. 王秋月, 董亮, 陈国良, 等. PAF受体拮抗剂的研究进展[J]. 沈阳药科大学学报, 2011, 28(3): 245-252.

[18]Chen GY, Nuez G. Sterile inflammation: sensing and reacting to damage [J]. Nat Rev Immunol, 2010, 10(12): 826-837.

[19]Mandelia A, Bajpai M, Agarwala S, et al. The role of urinary TGF-β1, TNF-α, IL-6 and microalbuminuria for monitoring therapy in posterior urethral valves [J]. Pediatr Nephrol, 2013, 28(10): 1991-2001.

[20]Kamo N, Ke B, Ghaffari AA, et al. ASC/caspase-1/IL-1β signaling triggers inflammatory responses by promoting HMGB1 induction in liver ischemia/reperfusion injury [J]. Hepatology, 2013, 58(1): 351-362.

[21]Ji H, Zhang Y, Liu Y, et al. Vasoactive intestinal peptide attenuates liver ischemia/reperfusion injury in mice via the cyclic adenosine monophosphate-protein kinase a pathway [J]. Liver Transpl, 2013, 19(9): 945-956.

[22]Mahmoud MF, El Shazly SM, Barakat W. Inhibition of TNF-alpha protects against hepatic ischemia-reperfusion injury in rats via NF-kappaB dependent pathway [J]. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol, 2012, 385(5): 465-471.

[23]Possamai LA, Antoniades CG, Anstee QM, et al. Role of monocytes and macrophages in experimental and human acute liver failure [J]. World J Gastroenterol, 2010, 16(15): 1811-1819.

[24]Cui LZ, Wang B, Chen LY, et al. The effect of ischemic precondition to IL-6 on rat liver ischemia-reperfusion injury in transplantation [J]. Asian Pac J Trop Med, 2013, 6(5): 395-399.

[25]Drago L, Nicola L, Iemoli E, et al. Strain-dependent release of cytokines modulated by Lactobacillus salivarius human isolates in an in vitro model [J]. BMC Res Notes, 2010, 3: 44.

[26]Klune JR, Dhupar R, Kimura S, et al. Interferon regulatory factor-2 is protective against hepatic ischemia-reperfusion injury [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2012, 303(5): 666-673.

[27]Tan Z, Jiang R, Wang X, et al. RORgammat+IL-17+ neutrophils play a critical role in hepatic ischemia-reperfusion injury [J]. J Mol Cell Biol, 2013, 5(2): 143-146.

[28]Lee HT, Kim M, Kim JY, et al. Critical role of interleukin-17A in murine intestinal ischemia-reperfusion injury [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2013, 304(1): 12-25.

(责任编辑：王全楚)

Progress of mechanisms about cytokines in hepatic ischemia-reperfusion injury

ZHENG Kepu, RAN Jianghua, LIU Boqiang, LI Wenkai

Department of Hepatobiliary, the First Hispital of Kunming, Ganmei Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650011, China

Ischemia-reperfusion injury (IRI) is a pathological process because of cell or tissue ischemia and hypoxia caused by various factors injury and the injury aggravated after restoring blood flow and oxygen. The latest studies on mechanism of hepatic ischemia-reperfusion injury (HIRI) involved in some cytokines, such as tumor necrosis factor-α, nuclear factor kappa B and interleukin. The purpose of this article was to review the mechanisms about cytokines in HIRI, and to prospect how to reduce the clinical HIRI.

Ischemia-reperfusion injury; Liver; Cytokines

云南省应用基础研究(2013FB191)

郑克谱，硕士研究生在读，研究方向：肝胆胰外科及肝脏移植的实验和临床研究。E-mail:hxjackie@163.com

冉江华，主任医师，教授，博士生导师，研究方向：肝胆胰外科及肝脏移植的实验和临床研究。E-mail：rjh2u@163.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.03.030

R575

A

1006-5709(2016)03-0344-04

2015-04-12