肝骨对话的生物学基础

刘凯军，孙文静，文良志，陈东风

·专家论坛·

肝骨对话的生物学基础

刘凯军，孙文静，文良志，陈东风

肝脏；骨髓；造血功能

肝脏在胚胎第6周开始具有造血功能，人胚第5个月骨髓开始造血，而后骨髓成为造血中心[1]。骨髓造血干细胞会发育为单核细胞，在肝脏中则可发育为重要的Kupffer细胞。同时，肝脏代谢功能异常也会影响骨髓的造血功能。因此，肝脏与骨髓之间在生理以及病理过程中有着密切的联系。骨髓间充质干细胞移植也为终末期肝病提供了一种新的治疗方式。因此，“肝骨对话”概念的提出加深了人们对肝脏与骨（髓）之间生理和病理过程联系的认识和理解。

1 肝脏和骨髓的造血功能联系

肝脏和骨髓在胚胎发育的不同时期都具有造血功能。随着胚胎的发育，造血中心会发生更替。造血起源于胚胎发育第三周，出现在卵黄囊间充质细胞内形成的血岛。胚胎发育第6周，进入肝造血期，肝和脾开始造血，到4～5个月达到高峰，胚胎第7个月时肝脾造血停止。在肝造血期，主要以红系和粒系造血为主[2]。骨髓造血期开始于胚胎发育的第4个月，第5个月后骨髓成为造血中心，肝脏造血功能逐步转化为代谢功能，骨髓发育成为终身的造血器官，骨髓造血干细胞成为红细胞系、粒细胞系和单核巨噬细胞系发生的主要来源[3]。

在婴幼儿时期，虽然骨髓造血功能通常都可满足生长和发育的需求，但是，肝、脾仍然可以在造血需求过多的时候参与造血，从而补充骨髓功能的不足，称为代偿性髓外造血。在成人时期，骨髓造血功能可以满足全身的需求，肝脏成为最大的代谢器官，在一般情况下，不会发生髓外造血[4]。在红细胞破裂以后，所释放出来的血红蛋白可以与血浆中的结合珠蛋白相结合，然后再被肝脏摄取，使脱铁血红素转变成为胆色素，铁就以铁黄素的形式沉着于肝细胞内。因此，肝脏和骨髓在胚胎时期均具有造血功能。成人后，肝脏会代谢衰老的红细胞产物，而骨髓生成的造血干细胞会分化生成单核吞噬系统，迁移至肝脏后在多种细胞因子的作用下生成肝脏重要的Kupffer细胞。因此，肝脏和骨髓在造血功能上有着紧密的联系。

2 肝脏来源的细胞因子对骨骼及骨髓的影响

2.1 胚胎肝脏中血管活性肠肽（vasoactive intestinal polypeptide，VIP）及其受体（vasoactive intestinal polypeptide receptor，VIPR）等细胞因子对造血干细胞生长和肝脏发育的影响 胚胎肝脏中血管活性肠肽及其受体与造血干细胞生长和肝脏发育有关。VIP广泛分布于全身各个系统，通过与细胞膜上相应受体（VIPR）结合而具有广泛的生理调节功能。王利等[4]研究发现，在胚胎期发育过程中肝脏VIP含量较低，有利于造血干细胞发育。出生后，肝脏VIP含量增加，抑制造血干细胞发育以及肝脏造血干细胞生长，而后肝脏造血功能逐渐减退，促进了肝脏造血转移为骨髓造血[5]。在发育过程中肝脏VIP及其受体表达量呈动态变化过程，在肝脏及造血干细胞生长发育、造血中心转换等多个生理过程中发挥重要作用，但其具体机制仍不十分清楚，有待进一步研究阐明[6]。除VIP外，胎儿肝脏产生的基质细胞衍生因子 -1（stromal cell-derived factor-1，SDF-1）可以引导造血干细胞从胎儿肝脏到骨髓的迁徙[7，8]，肝脏巨噬细胞可产生集落刺激因子等对骨髓各系细胞的分化、成熟产生密切的影响，参与其生物学调控。

2.2 肝脏代谢对骨骼的影响 肝脏是机体最重要的代谢器官，众多骨代谢相关蛋白如碱性磷酸酶、骨保护素（osteoprotegerin,OPG）都是在肝脏合成。因此，肝脏疾病可影响骨代谢。非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）常会引起肝外疾病，包括心血管疾病、糖尿病、甲状腺疾病，甚至相关性骨病。肝脏是众多骨代谢相关蛋白的来源以及众多骨代谢途径包括钙磷代谢、成骨及破骨途径的调控者。众多研究已表明非酒精性脂肪肝会引起骨质疏松，但机制尚不明确。目前认为，非酒精性脂肪肝可引起Vitamin D水平降低，从而引起骨质疏松，但具体机制仍不十分明确[9-11]。

3 骨髓来源细胞因子对肝脏的影响

3.1 骨髓微环境中的肝细胞生长因子可促进肝脏再生 骨髓微环境中存在大量的细胞因子，能促进骨髓造血干细胞的分化和发育。其中，骨髓基质细胞及间充质干细胞分泌的肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)可调节造血细胞的分化，抑制骨髓间充质干细胞的凋亡和迁移[12]。HGF在促进肝脏再生和促进细胞增殖分裂方面起到重要作用。红细胞生成素（erythropoietin,EPO）可诱导骨髓间充质干细胞分泌HGF[13]。有研究指出，HGF是肝脏再生的启动信号。此外，肝脏成纤维细胞、Kupffer细胞等均可以分泌HGF，进入外周循环后会进一步影响骨髓造血干细胞的分化和发育[14]。此外，成骨细胞产生的骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）对骨髓造血干细胞的定向分化起到重要的调控作用，同时也是肝脏干细胞、肝脏免疫细胞的分化和发育的重要调节分子[15,16]。因此，骨髓和肝脏分泌的细胞因子可通过外周循环相互作用，相互影响[14,17]。

3.2 骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡有利于肝脏缺血再灌注损伤的修复 肝脏缺血再灌注损伤以及相关的炎症反应会影响肝脏功能，引起肝脏手术及移植后相关并发症。骨髓间充质干细胞具有降低肝脏缺血再灌注损伤的作用，因为其在损伤部位具有免疫调节功能[18]。近期研究表明骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡（extracellular vesicles）有利于肝脏缺血再灌注损伤的修复。Haga et al[19]的研究表明，在小鼠肝脏缺血再灌注损伤造模前30 min给予骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡可以有效降低肝脏缺血再灌注损伤，降低细胞凋亡，血清转氨酶和IL-6 mRNA水平降低。此外，骨髓间充质干细胞来源的细胞外囊泡可提高致死性肝衰竭动物的存活率，降低肝脏损伤，调节细胞因子的表达[20]。

4 肝脏与骨髓的免疫学联系

4.1 单核吞噬系统 Kupffer细胞是单核巨噬细胞系统的重要组成部分，是肝脏中重要的吞噬细胞，具有吞噬清除病原体、抗原递呈，启动适应性免疫反应等功能[21]。单核吞噬细胞系统共同来源于骨髓造血干细胞，是机体内重要的吞噬及防御的细胞系统，在骨髓中分化发育，经过幼单核细胞发育成为单核细胞，通过外周循环系统进入全身各器官，在多种细胞因子如集落刺激因子等的作用下，转变成巨噬细胞，在肝脏分化成为Kupffer细胞[21，22]。肝脏Kupffer细胞也存在多种亚型，如CD68+Kupffer细胞 和CD11b+Kupffer细胞在功能和发育上均有较大的差异[23]，CD68+kupffer细胞主要在抗感染免疫中发挥重要作用，而CD11b+Kupffer细胞主要在肝脏抗肿瘤免疫过程中发挥重要作用[23]。

4.2 肝脏分泌的胰岛素生长因子1（IGF-1）对免疫细胞发育的影响 骨髓是B细胞分化和发育的场所。B细胞分化发育受到多种细胞因子的调控，其中，胰岛素生长因子1是一种重要的调节因子。肝细胞分泌的胰岛素生长因子1可以促进前体B细胞分化发育成为成熟B细胞。此外，IGF-1在肝脏NK细胞分化发育和增殖过程中也起到重要的调节作用[24,25]。

骨髓是众多免疫细胞分化发育的场所，而免疫细胞的分化发育会受到多种细胞因子的调控。肝脏可分泌大量的细胞因子，如白细胞介素、生长因子、趋化因子等参与到免疫细胞的分化、发育、增殖、成熟多个环节，构建起肝脏与骨髓的免疫学联系。

5 肝骨对话的网络调控与展望

“肝骨对话”概念的提出使人们更加深入认识和了解肝脏与骨髓之间的紧密联系。在胚胎时期，肝脏和骨髓均具有造血功能，同时肝脏和骨髓均可分泌各种细胞因子，相互作用，相互影响，形成了肝骨对话的网络基础。此外，单核巨噬细胞系统作为机体重要的防御系统，起源于骨髓，而在肝脏则分化成为Kupffer细胞，起到清除病原，抗原递呈，启动免疫应答等重要功能，形成了肝骨对话的免疫学联系。

“肝骨对话”作为一个新的概念，需要更加深入的基础和临床研究，在生理学和病理生理学等方面阐明肝脏与骨（髓）之间的联系，将为肝脏和血液系统疾病乃至全身性疾病的诊断和治疗提供新的思路和方向。

[1] Timens W，Kamps WA.Hemopoiesis in human fetal and embryonic liver.Microsc Res Tech，1997，39（5）:387-397.

[2] Nilsson SK，Bertoncello I.The development and establishment of hemopoiesis in fetal and newborn osteopetrotic（op/op） mice.Dev Biol，1994，164（2）:456-462.

[3] Orphanidou-Vlachou E，Tziakouri-Shiakalli C，Georgiades CS.Extramedullary hemopoiesis.Semin Ultrasound CT MR，2014，35（3）:255-262.

[4] 王利，唐承薇，王春晖，等.发育过程中肝脏血管活性肠肽及其受体量的变化. 生理学报，2005，57（3）:379-383.

[5] Rameshwar P，Gascon P，Oh HS，et al.Vasoactive intestinal peptide （VIP）inhibits the proliferation of bone marrow progenitors through the VPAC1 receptor.Exp Hematol，2002，30（9）:1001-1009.

[6] Delgado M，Chorny A，Ganea D，et al.Vasoactive intestinal polypeptide induces regulatory dendritic cells that prevent acute graft versus host disease and leukemia relapse after bone marrow transplantation.Ann NY Acad Sci，2006，1070:226-232.

[7]Yu Y，Wu RX，Gao LN，et al.Stromal cell-derived factor-1-directed bone marrow mesenchymal stem cell migration in response to inflammatory and/or hypoxic stimuli.Cell Adh Migr，2016，10（4）:342-359.

[8]Okada K，Kawao N，Yano M，et al.Stromal cell-derived factor-1 mediates changes of bone marrow stem cells during the bone repair process.Am J Physiol Endocrinol Metab，2016，310（1）:E15-23.

[9] Poggiogalle E，Donini LM，Lenzi A，et al.Non-alcoholic fatty liver disease connections with fat-free tissues:A focus on bone and skeletal muscle.World JGastroenterol，2017，23（10）:1747-1757.

[10]Eshraghian A.Bone metabolism in non-alcoholic fatty liver disease:vitamin D status and bone mineral density.Minerva Endocrinol，2017，42（2）:164-172.

[11]Upala S，Jaruvongvanich V，Wijarnpreecha K，et al.Nonalcoholic fatty liver disease and osteoporosis:a systematic review and meta-analysis.J Bone Miner Metab，2016，（ahead of print）.

[12]Ikehara S.Role of hepatocyte growth factor in hemopoiesis.Leuk Lymphoma，1996，23（3-4）:297-303.

[13]Tari K，A tashi A，Kaviani S，et al.Erythropoietin induces production of hepatocyte growth factor from bone marrow mesenchymal stem cells in vitro.Biologicals，2017，45:15-19.

[14]Nita I，Hostettler K，Tamo L，et al.Hepatocyte growth factor secreted by bone marrow stem cell reduce ER stress and improves repair in alveolar epithelial II cells.Sci Rep，2017，7:41901.

[15]Solmesky LJ，Abekasis M，Bulvik S，et al.Bone morphogenetic protein signaling is involved in human mesenchymal stem cell survival in serum-free medium.Stem Cells Dev，2009，18（9）:1283-1292.

[16]Zachos T，Diggs A，Weisbrode S，et al.Mesenchymal stem cell-mediated gene delivery of bone morphogenetic protein-2 in an articular fracture model.Mol Ther，2007，15（8）:1543-1550.

[17]Al Ghrbawy NM，Afify RA，Dyaa N，et al.Differentiation of bone marrow:Derived mesenchymal stem cells into hepatocyte-like cells.Indian JHematol Blood Transfus，2016，32（3）:276-283.

[18]Qu M，Yuan X，Liu D，et al.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells attenuate immune-mediated liver injury and compromise virus control during acute hepatitis B virus infection in mice.Stem Cells Dev，2017，（ahead of print）.

[19]Haga H，Yan IK，Borelli D，et al.Extracellular vesicles from bone marrow derived mesenchymal stem cells protect against murine hepatic ischemia-reperfusion injury.Liver Transpl，2017，（ahead of print）.

[20]Haga H，Yan IK，Takahashi K，et al.Extracellular vesicles from bone marrow-derived mesenchymal stem cells improve survival from lethal hepatic failure in mice.Stem Cells Transl Med，2017，6（4）:1262-1272.

[21]Klein I，Cornejo JC，Polakos NK，et al.Kupffer cell heterogeneity:functional properties of bone marrow derived and sessile hepatic macrophages.Blood，2007，110（12）:4077-4085.

[22]Paradis K，Sharp HL，Vallera DA，et al.Kupffer cell engraftment across the major histocompatibility barrier in mice:bone marrow origin，class II antigen expression，and antigen-presenting capacity.J Pediatr Gastroenterol Nutr，1990，11（4）:525-533.

[23]Ikarashi M，Nakashima H，Kinoshita M，et al.Distinct development and functions of resident and recruited liver Kupffer cells/macrophages.J Leukoc Biol，2013，94（6）:1325-1336.

[24]Jamitzky S，Krueger AC，Janneschuetz S，et al.Insulin-like growth factor-1 receptor （IGF-1R）inhibition promotes expansion of human NK cells which maintain their potent antitumor activity against Ewing sarcoma cells.Pediatr Blood Cancer，2015，62（11）:1979-1985.

[25]Ni F，Sun R，Fu B，et al.IGF-1 promotes the development and cytotoxic activity of human NK cells.Nat Commun，2013，4:1479.

（收稿：2017-05-04）

（本文编辑：陈从新）

Biologic bases of liver-bone interaction

Liu Kaijun，Sun Wenjing，Wen Liangzhi，et al.Department of Gastroenterology，Daping Hospital，Third Military Medical University，Chongqing，400038

Liver；Bone marrow；Hemopoiesis

10.3969/j.issn.1672-5069.2017.04.001

400042重庆市 第三军医大学大坪医院野战外科研究所消化内科

刘凯军，男，31岁，医学博士，讲师，主治医师。E-mail：kliu_tmmu@126.com

陈东风，E-mail：chendf1981@126.com