细胞因子对肝纤维化发展影响的研究进展

吴 聪，张荣臻，王挺帅，周小博，牙程玉，覃秀容，毛德文

（广西中医药大学，广西中医药大学第一附属医院，广西 南宁 530001）

肝纤维化是机体对慢性肝炎造成的持续性肝细胞损伤的一种反应，这种慢性炎症反应诱导了纤维化细胞的活化和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的沉积，持续的肝损伤导致ECM 沉积过多，重塑受限，不可避免地导致瘢痕形成和纤维化［1］。在发生急性肝损伤的情况下，肝脏具有快速重建肝结构完整性的潜力。然而，在慢性肝损伤中，持续的有害刺激会导致肝实质变形，肝功能逐渐恶化［2］。

1 肝纤维化的发展机制

1.1 可诱发肝纤维化发展的因素

肝损伤引发纤维化级联反应，肝细胞会受到各种有害物质的影响。病毒性肝炎（HBV，HCV，HDV）、非酒精性脂肪性肝炎和酒精性肝病是导致肝纤维化的主要病因。其他导致肝纤维化的潜在因素还包括毒素、胆汁淤积性疾病、自身免疫性肝炎和遗传性代谢疾病及其他有毒代谢产物［3，4］。其中，细胞凋亡是病毒性、胆汁淤积性、脂肪性和酒精性肝病的常见病机，其形态学特征是细胞收缩、核浓缩和断裂。实质细胞的凋亡细胞死亡可以由Fas和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）α 等刺激介导。坏死性凋亡是一种特定形式的坏死细胞死亡途径，受受体相互作用蛋白调节。其中，受体相互作用蛋白3 是脂肪变性肝损伤的关键调节因子。热凋亡构成了由炎症小体激活引发的细胞死亡途径，在各种不同的肝损伤情况下已被证明可促进肝纤维化的发展［5，6］。氧化应激可诱导细胞死亡、免疫浸润、肝细胞脂肪变性并充当肝星状细胞（he‐patic stellate cells，HSC）的旁分泌刺激物，这些刺激的持续存在会导致肝纤维化。所以各种细胞死亡途径也被认为是肝纤维化发展的重要因素之一［7］。

1.2 ECM 在肝纤维化中的作用

肝纤维化是一个动态过程，是由ECM合成增加和降解降低之间的不平衡引起的。HSC是该过程的主要细胞类型，也是纤维细胞和门静脉成纤维细胞的主要来源［8］。在正常肝脏中，HSC呈非增殖性、静止表型。在肝脏损伤或体外培养后，HSC被激活，从维生素A储存细胞反式分化为肌原纤维母细胞，产生增殖、收缩、炎症和趋化等变化，引起ECM改变。静止的HSC（quiescent he‐patic stellate cells，qHSC）主要用作维生素A储备，肝脏损伤会造成qHSC被炎症介质激活，继而分化［9，10］。持续的肝损伤导致活化的HSC（activated hepatic stellate cells，aHSC）永久存在，并转分化为肌成纤维细胞。肌成纤维细胞响应各种细胞因子、趋化因子和生长因子而增殖，并产生ECM蛋白，除此之外，其他细胞（例如门静脉成纤维细胞，间皮细胞和骨髓来源的纤维细胞）也发挥了作用［11］。aHSC是肝脏中胶原蛋白的主要来源，可以大量分泌引起肝结构重塑的ECM蛋白。aHSC还释放金属蛋白酶1 和2 的组织抑制剂（tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMP），这些抑制剂能够阻止基质降解基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP），从而促进ECM的沉积。因此，aHSC消耗对于减轻肝纤维化至关重要［12］。

1.3 免疫调节在肝纤维化中的作用

免疫炎症反应能够调节肝纤维化。肝脏的瘢痕形成是一个复杂的过程，涉及包括免疫细胞在内的肝实质细胞和非实质细胞，这些细胞起着双刃剑的作用，不仅可促进肝纤维化的发展，还促进了肝纤维化的消退［13］。库普弗细胞是体内最大的常驻巨噬细胞群，能够在未受损的肝脏中保护宿主，具有主要的稳态作用。在细胞损伤期间，它会募集中性粒细胞、T 淋巴细胞、树突状细胞以及其他细胞群。例如，坏死细胞的死亡导致警报素高迁移率族蛋白B1 的释放，它与化学趋化因子CXCL12 一起将中性粒细胞导向损伤部位［14］。在持续受伤的情况下，它们会释放促炎介质，例如TNF、白细胞介素6、IL-1β 或TGFβ，从而促进T 细胞和中性粒细胞的募集并刺激aHSC 的纤维化活性。

2 主要细胞因子在肝纤维化中的作用

2.1 炎性细胞及炎性因子

炎症途径在肝纤维化中起重要作用。在炎症细胞和纤维化细胞之间存在正反馈回路，炎症发生会加重纤维化。许多其他类型细胞可促进HSC 的激活，例如巨噬细胞、自然杀伤细胞（natural killer cells，NK）、T 细胞、库普弗细胞。

2.1.1 巨噬细胞 巨噬细胞目前被认为是决定纤维化程度的关键因素，并且是纤维蛋白溶解MMPs的来源。HSC 活化的减少、肝免疫细胞浸润以及肝巨噬细胞的产生都能够直接影响HSC 活化的细胞因子和趋化因子，如TGFβ、PDGF、TNF、IL-1β、MCP1、CCL3 和CCL5 等。促炎细胞因子如TNF和IL-1β 影响活化的HSCs 并通过激活NF-κB 促进活化［15］。CCL3（也称为MIP1α）是CCR1 和CCR5的配体，可促进肝纤维化［16］。巨噬细胞通过肝纤维化的进展和消退发挥双重作用。在肝纤维化进程中，损伤引起的炎症反应触发巨噬细胞募集进入肝脏并产生细胞因子和趋化因子，从而诱导HSC 转变为产生ECM 的成纤维细胞。CCl4是一种选择性肝毒性物质，能活化HSCs。−CD11b-DTR 转基因小鼠中巨噬细胞的缺失可减少CCl4诱导的肝纤维化的瘢痕形成和成纤维细胞的产生，表明巨噬细胞在促进纤维化中起了重要作用［17］。但是，在肝纤维化的恢复过程中，巨噬细胞变为Ly6C（low）表型并停止产生纤维化和炎性因子，它们分泌MMP，例如MMP9 和MMP12［18］。MMP 是能够降解ECM 的主要酶，它们被许多细胞类型（包括巨噬细胞）分泌为活性酶，并且需要翻译后修饰才能发挥其功能［19，20］。尽管成纤维细胞的消失可以减少ECM 的产生，但增加的胶原蛋白活性是纤维化消退的另一主要机制。在肝纤维化消退过程中，巨噬细胞的转化和MMP 的产生有助于降解和吞噬现有的ECM。因此，在肝纤维化恢复过程中，巨噬细胞的消耗导致ECM 降解失败。此外，成纤维细胞是TIMP 生成的主要来源。肌成纤维细胞的消失导致TIMPs 水平降低，并有助于MMPs 活性增加和现有ECM 降解。

2.1.2 NK 和自然杀伤T 细胞（natural killer T cells，NKT） NK 通常具有抗纤维化特性，可通过NK 衍生的IFNγ 杀死活化的HSC，并通过表达死亡受体配体，如TRAIL 和FASL（也称为TNF 配体超家族成员6），诱导HSC 凋亡［21］。NK 还有助于清除衰老激活的HSC，从而促进纤维化的消退。NKT 在HSC 活化和肝纤维化中的作用是复杂的，并且依赖于环境［22］。与NK 相似，NKT 细胞通过直接杀死活化的HSCs 和产生IFNγ 从而起到抗肝纤维化的作用。但是，NKT 细胞也具有促纤维化特性。由NKT 细胞表达的CXCR6 及其由内皮细胞和巨噬细胞表达的配体CXCL16 控制NKT 细胞迁移，使得CXCR6 基因敲除小鼠免受损伤后的肝纤维化伤害。NKT 细胞的过继转移恢复了CXCR6 基因敲除小鼠肝纤维化的发展［23］。

2.1.3 TNF TNF-α 是由多种免疫细胞（包括巨噬细胞/单核细胞）产生的多效性细胞因子，涉及肝炎症发生、发展。尽管TNF-α 与导致肝纤维化的慢性肝脏炎症的发病机理有关，但是TNF-α 在肝纤维化中的作用尚不清楚。TNF-α 的产生促进炎症的发展，从而导致HSC 活化为成纤维细胞。有研究表明，在胆总管结扎的肝纤维化中，TNF-α 能够加重纤维化程度［24］。此外，其他研究发现，在TNF 受体1 基因敲除小鼠中，四氯化碳（CCl4）诱导的肝纤维化明显减少。这些结果充分说明TNF 可以促进纤维化。然而，TNF-α 也可以抑制培养纤维母细胞中胶原α1（I）基因的表达，表明TNF-α 也参与了HSC的激活。

2.1.4 白介素-22（interleukin 22，IL-22） IL-22 是IL-10 家族细胞因子的成员，在细胞炎症反应、免疫系统调节、纤维化和组织重塑中均充当有效的介体［25］。相关研究表明，增加小鼠HSCs 的数量、减少肝纤维化肝脏中αSMA 的表达、增加肝脏IL-22 的水平可以减少小鼠肝纤维化并促进肝损伤恢复。IL-22 的抗纤维化作用与HSC 衰老的诱导有关。衰老的HSC 表达了两种IL-22 受体，即IL-10R2 和IL-22R1［26］。来自慢性肝感染患者的最新临床数据支持以下假设：IL-22 可以抵御这种疾病，而其竞争对手IL-22 结合蛋白（IL-22BP）会加剧肝纤维化和肝硬化，这表明IL-22/IL-22BP 轴的药理学调节可能是限制肝硬化的一种有效的策略［27］。IL-22 与其诱饵受体的结合形成了一种被掩盖的细胞因子，该细胞因子能够与其认知受体结合，从而阻止了其发挥抗纤维化活性的作用。

2.2 生长因子

在慢性损伤期间，转化生长因子-β（transform‐ing growth factor-β，TGF-β）介导HSC 的增殖和转分化为活化的成纤维细胞，表现出收缩性和促炎性［28，29］。各种类型的细胞因子、趋化因子和生长因子［如TGFα、血管内皮生长因子（vascular endotheli‐al growth factor，VEGF）、血小板衍生生长因子］介导了这一过程。

2.2.1 TGF-β TGF-β 家族信号通路在调节不同细胞过程（包括增殖、分化、迁移或细胞死亡）中起着关键作用，这对于组织和器官的体内平衡至关重要。迁移和增殖是活化的HSC 的基本特征，而这些至少有一部分是由TGF-β 通过各种机制诱导。由于TGF-β 在人体中发挥着重要的作用，其通路的失控会导致人类产生疾病。就肝脏而言，TGF-β 信号传导参与疾病进展的所有阶段，从最初的肝损伤到炎症反应和纤维化，再到肝硬化和癌症［30］。证据表明TGF-β 在肝细胞中具有抑制细胞生长和凋亡的关键作用，这对于维持肝脏功能至关重要［31］。TGF-β 因其在HSC 活化和ECM 产生中的作用而被认为是促纤维化的细胞因子［32］。TGF-β 的关键纤维化作用主要是通过激活HSC 介导的，HSC 是肝纤维化过程中ECM 的主要产生者。HSC 中的SMAD2 和SMAD3 被赋予了不同的功能，研究发现SMAD2 可拮抗TGF-β/ SMAD3 诱导的胶原蛋白表达［33］。TGF-β 激活血小板衍生的生长因子受体β 的表达和氧化应激诱导介导TGF-β 对HSC 的增殖作用［34］。在TGF-β 介导的HSC 调节中，研究者发现miRNA 也参与肝纤维化的调节过程。例如，miR-29 介导肝纤维化的调节并形成信号连接的一部分，涉及HSC 中miR-29 家族成员的TGF-β 和NF-kB 依赖性下调，随后ECM 基因上调，NF-κB 信号通路能促进HSCs 的激活，其抑制剂能降低肝纤维一些重要蛋白的表达，诱导HSCs 产生凋亡，减缓纤维化进程［35，36］。TGF-β 可下调HSC 中的miR‐NA，从而改变其对ECM 重塑的作用，而肝细胞纤维化是至关重要的过程［37］。TGF-β 还通过其他肝细胞类型，例如肝细胞和肝祖细胞中的信号传导，参与了纤维化的发生发展。

2.2.2 结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF） CTGF 是有效的纤维生成细胞因子，也是肝纤维化中另一种重要且部分独立于TGF-β 的促纤维化刺激因子。CTGF 在肝纤维化中的作用范围广泛，有助于ECM 的产生以及细胞的增殖、迁移、黏附和存活［38］。研究表明，正常肝中CTGF 的表达较低，在肝纤维化中CTGF 的表达显著上调。CTGF 表达的细胞分布取决于疾病的病因和进展，同样，HSC（与成纤维细胞一起）被认为是肝纤维化中最重要的CTGF 来源，而肝细胞、门静脉成纤维细胞和胆管细胞也可以促进CTGF 的产生［39］。尽管TGF-β 信号通过肝细胞中的Smad 信号通路导致CTGF 表达增加，但HSC 中的CTGF却通过TGF-β 依赖性（通过Smad3 和Stat3 信号转导）和TGF-β 非依赖性途径表达［40］。像肝细胞一样，肝祖细胞也已被证明有助于通过Smad 信号通路响应TGF-β 的CTGF 产生，可上调CTGF 在肝脏中的表达水平［41］。CTGF 的分泌特征及其在肝脏疾病中的各种类型细胞的产生使其成为诊断肝纤维化及其进展的潜在生物标志物。一些临床研究表明纤维化/肝硬化肝病患者的血清或血浆CTGF都有明显增加。

2.2.3 VEGF VEGF 在受损的肝实质中诱导HSC 的增殖和血管生成。它从肝脏的肝窦内皮细胞和HSC 中释放出来。VEGF 促进纤维化的发生，同时也促进肝组织修复和纤维化消退，其拮抗作用有利于组织再生、细胞因子信号传导和抑制血管有害物质生成［42，43］。有研究表明［44］，VEGF 可通过提高肝窦内皮通透性和增加肝窦内皮细胞中血管粘附分子1 表达，促进骨髓间充质干细胞在肝纤维化中的植入，增强肝再生，并改善肝功能。

3 总结与展望

肝纤维化是肝脏疾病的关键过程，肝脏疾病是一个具有复杂病理、生理机制的全球性健康问题，目前尚无能够成功逆转或阻止其发展为肝硬化和原发性肝癌的治疗方法。肝纤维化是肝损伤多细胞复杂反应的结果，除HSC 和巨噬细胞外，NK、TNFα、TGF-β 及许多其他细胞都有助于肝纤维化的进展和消退。目前研究者通过对肝纤维化的分子和细胞机制的了解发现了多种新型靶标和途径，这些靶标和途径可能适合于阻断肝炎症/纤维化并启动肝组织消退。但是，目前大多数的发现是在动物模型中产生的，这些发现仍需要转化为人类发病机制。未来的研究可从不同细胞类型之间的串扰以及肝纤维化可逆性的分子机制着手，这将会给肝纤维化的治疗提供新的策略。