中性粒细胞在肝纤维化中的作用

齐婧姝 平大冰 孙鑫 胡旭东 彭渊 刘成海

肝纤维化是由多种病因如酒精性肝病(alcoholic liver disease,ALD)、非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)、病毒性肝炎、胆汁淤积等导致的慢性肝损伤向肝硬化发展的关键病理过程,主要涉及肝细胞损伤、间质细胞活化、炎性细胞浸润、细胞外基质(extracellular matrix,ECM)过度沉积等。近年来,以肝星状细胞(hepatic stellate cell, HSC)与肝脏天然免疫细胞所构成的肝脏免疫微环境失衡而导致肝纤维化进展是重要的研究热点,主要围绕固有免疫细胞如巨噬细胞、自然杀伤细胞(natural killer cells, NK cells)等与HSC间相互关系展开研究[1],然而中性粒细胞在其中的作用却鲜有关注。传统观点认为中性粒细胞属于终末分化细胞,是一群有着抗菌功能的同质细胞,但越来越多的证据表明,中性粒细胞具有免疫抑制性,并参与多种器官纤维化进程[2,3],这表明中性粒细胞具有可塑性和异质性。本文就中性粒细胞在肝纤维化中的作用展开综述。

一、中性粒细胞的基本生物学特征

中性粒细胞由骨髓造血干细胞发育而来,造血干细胞经多能祖细胞阶段分化为粒细胞-单核细胞髓样祖细胞,随后在粒细胞集落刺激因子或粒细胞巨噬细胞集落刺激因子的作用下,经成髓细胞、早幼粒细胞、中幼粒细胞、晚幼粒细胞等阶段,最终分化为成熟的中性粒细胞,释放至循环中。经典的中性粒细胞从血液中募集至炎症部位(包括肌肉、皮肤、肠系膜等),是通过选择素-PSGL-整合素的途径实现的。然而Senger团队研究发现肝脏招募中性粒细胞并不遵循此经典途径,他们认为中性粒细胞通过与肝脏内皮细胞的特异受体(Ⅰ型二肽酶)结合,从而募集至肝脏[4]。正常成人的中性粒细胞占循环白细胞的50%～70%,在小鼠中只有10%～25%[5,6],在人和小鼠外周血存活的半衰期分别为8小时和1.5小时[7,8]。尽管中性粒细胞的寿命很短,但其具有强大的趋化能力和吞噬功能,被认为是固有免疫系统的第一道防线。事实上,中性粒细胞是循环中最丰富的白细胞,它可通过吞噬、脱颗粒、产生活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)等,形成中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NET)来捕获并消灭入侵微生物[9]。同时,中性粒细胞释放的髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)因子和ROS等亦可引起正常组织的损伤[10,11]。越来越多的证据表明,中性粒细胞在多种病因所致肝损伤和肝纤维化中扮演重要角色[12,13]。

二、中性粒细胞在不同病因所致肝纤维化中的作用

(一)脂肪性肝纤维化 脂肪性肝纤维化主要是指由ALD和NAFLD所引起的肝纤维化,其突出病理改变是肝组织内出现明显的肝细胞脂肪变性[14]。

中性粒细胞在脂肪性肝纤维化中起着促纤维化和抗纤维化的双重作用,其促肝纤维化的机制如下:①ROS。在高脂饮食+乙醇诱导的脂肪性肝纤维化模型中,Zhou等发现中性粒细胞来源的ROS可促进肝纤维化的进展[15]。中性粒细胞受到胞外信息(如激素、细胞因子、细菌等)的刺激时被激活,胞膜形成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase,NOX)复合体,催化胞外O2生成大量ROS,如过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)等,引起肝细胞G2期细胞阻滞,导致肝细胞凋亡和坏死[16]后释放肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor α, TNF-α)和转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β),并激活邻近HSC[17,18]。②MPO。MPO是主要存在于中性粒细胞嗜天青颗粒中的一种血红素蛋白,可作为中性粒细胞和NET的特异性标记物[19]。MPO可通过脱颗粒和NET释放至胞外,发挥杀灭病原微生物及促纤维化的作用。在低密度脂蛋白受体缺陷小鼠(NASH易感)的模型中,MPO缺乏可减轻纤维化严重程度[20]。其机制如下:MPO可激活促纤维化细胞因子TGF-β,进而激活HSC[21];同时,释放至胞外的MPO可催化H2O2生成高氧化性的次氯酸,其可失活基质金属蛋白酶7,从而抑制ECM的降解[22];此外,与MPO相关的脂质过氧化产物可通过激活核转录因子(nuclear factor-kappa B,NF-kB)和诱导cmyb核表达刺激HSC激活[23]。③人中性粒细胞多肽-1(human neutrophil polypeptide-1,HNP-1)。HNP-1是储存在中性粒细胞嗜天青颗粒中的一种防御素,即抗菌蛋白[24]。和MPO一样,中性粒细胞在受到胞外信息被激活时,HNP-1会释放到胞外。Hashimoto等予HNP-1转基因小鼠胆碱缺乏性氨基酸饮食诱导脂肪性肝纤维化,发现中性粒细胞来源的HNP-1可诱导HSC激活并增殖,使胶原产生增加[25]。此外,HNP-1也可通过抑制肝细胞B淋巴细胞瘤-2基因(B cell lymphoma-2,Bcl-2)的表达,通过诱导肝细胞凋亡促进肝纤维化[26]。

中性粒细胞减轻肝纤维化的机制与微小RNA-223(microRNA-223,miR-223)密切相关。miR-223是中性粒细胞中表达最丰富的miRNA之一,并在中性粒细胞来源的胞外囊泡中特异性富集,miR-223在包括肝脏疾病在内的各种疾病的炎症控制中发挥关键作用[27]。miR-223可以通过胞外囊泡从中性粒细胞传递到肝巨噬细胞,在肝巨噬细胞中,miR-223抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3),将促炎型巨噬细胞转化为一种恢复表型,以减轻蛋氨酸和胆碱缺乏饮食诱导的脂肪性肝纤维化模型[28];miR-223也可由中性粒细胞经胞外囊泡转移至肝细胞,并通过靶向抑制肝细胞中的C-X-C基序趋化因子10(C-X-C motif chemokine 10,CXCL10),以及与pdz结合基序的转录共激活因子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif,TAZ)表达[29],遏止脂肪性肝纤维化的发生及发展。

(二)感染性肝纤维化 感染性肝纤维化由病毒、细菌、真菌等病原微生物引起的感染性肝病进展而来,以乙型和丙型肝炎病毒性肝炎最为常见。研究发现,由病毒性肝炎进展至肝纤维化的患者肝组织中,白细胞介素-17(interleukin-17, IL-17)阳性的中性粒细胞可在纤维化间隔和门脉区特异性累积,并与循环中IL-17表达呈正相关[30]。IL-17是一种具有多种生物学功能的细胞因子[31],通常IL-17即特指IL-17A[32]。除了由辅助性T细胞分泌,中性粒细胞亦为其主要来源[30]。IL-17以c-Jun末端激酶(JNK)依赖的方式增加HSC中的TGF-β受体,增加母亲DPP同源物3(mothers against decapentaplegic homolog 3,SMAD3)的磷酸化,从而激活HSC[33]。IL-17A还可通过激活细胞外调节蛋白激酶1/2(extracellular regulated protein kinases,ERK1/2),以及p38信号通路促进HSC激活和胶原蛋白表达,进而促进肝纤维化的发展[34]。因此IL-17+中性粒细胞可通过分泌IL-17在局部促进纤维化的进展,有望成为减轻甚至治愈肝纤维化的有效靶点。

(三)化学试剂诱导的肝纤维化 肝纤维化体内试验的开展少不了小鼠肝纤维化模型的建立,而诱导小鼠肝纤维化最常见的化学试剂就是四氯化碳(carbon tetrachloride,CCl4)。中性粒细胞在CCl4诱导的肝纤维化中发挥着促纤维化和抗纤维化的双重作用。相关机制如下:①基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)。MMP-9又称为明胶酶B,可储存在中性粒细胞明胶酶颗粒中。Eiko Saijou等敲除小鼠trib1基因,人为使小鼠肝脏中性粒细胞增加,结果显示:CCl4造模4周后,trib1敲除的小鼠与野生型小鼠肝脏相比,中性粒细胞显著增多,而纤维化程度明显减少,且中性粒细胞来源MMP-9显著升高。这表明中性粒细胞可通过表达MMP-9,从而抑制金属蛋白酶组织抑制剂1 (tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1, TIMP1),进而促进ECM的降解[35]。②中性粒细胞经胞外囊泡转移至肝细胞及HSC的miR-223,可分别通过抑制肝细胞中TAZ-IHH-GLI2通路及靶向GLI家族锌指蛋白2(GLI family zinc finger 2,GLI2)和血小板衍生生长因子受体α/β(platelet-derived growth factor receptor α/β,PDGFα/β),直接抑制HSC的激活和增殖,从而改善肝纤维化[36]。③其他。有研究发现CCl4小鼠肝纤维化模型中性粒细胞具有显著的NETosis激活,MPO释放,ROS暴发,从而促进肝纤维化[37]。此外,中性粒细胞下调丁酸受体G蛋白偶联受体43,上调TNF-α和IL-6的分泌,从而促进肠道微生物易位,加重CCl4诱导的肝纤维化[38]。

(四)胆汁淤积性肝纤维化 由胆道结石、肿瘤、胆道寄生虫病、胆管闭锁、胆管炎等引起的慢性炎症进展而来的肝纤维化称为胆汁淤积性肝纤维化。在胆道梗阻诱导的胆汁淤积性肝纤维化模型中,中性粒细胞可抑制肝纤维化的进展。Harty等发现抑制中性粒细胞会降低基质金属蛋白酶8(matrix metalloproteinase-8,MMP-8),又称为中性粒细胞胶原酶的活性及胶原吸收,这表明中性粒细胞来源的MMP-8或其介导的固有肝脏MMP的激活是肝纤维化修复成功的关键[39]。

三、总结及展望

中性粒细胞是人体固有免疫的第一道防线,是第一个到达病灶的免疫细胞,较早产生免疫应答;而在肝纤维化中后期阶段,中性粒细胞及其因子或产物可在多种病因引起的肝纤维化中发挥促进和抑制肝纤维化的作用,似一把“双刃剑”。我们总结中性粒细胞促进纤维化作用机制主要如下:①产生ROS引起肝细胞凋亡坏死,释放TNF-α/TGF-β,进而激活HSC。②释放MPO通过激活NFκB和诱导cmyb核表达或直接激活TGF-β,进而诱导HSC活化;其氧化产物HOCl失活具有降解细胞外基质作用的MMP7。③表达HNP-1抑制肝细胞Bcl-2的表达,引起肝细胞的凋亡释放TNF-α/TGF-β,进而激活HSC。④分泌IL-17通过激活ERK1/2、p38或JNK-SMAD3-TGFβ信号通路,激活HSC(图1)。

图1 中性粒细胞在肝纤维化中的作用机制

中性粒细胞抑制纤维化作用主要机制:①中性粒细胞可将富含miR-223的胞外囊泡转移至肝细胞、肝巨噬细胞、HSC,并分别通过抑制TAZ-IHH-GLI2通路、促使肝巨噬细胞转化为恢复型、靶向GLI2和PDGFα/β,抑制HSC的激活,进而减轻肝纤维化。②中性粒细胞来源的MMP9可中和TIMP1,进而促进纤维胶原降解(图1)。

中性粒细胞在肝纤维化中的作用仍有较大的研究空间,体现在以下几个方面:①机制研究不够深入。例如,MPO怎么激活TGF-β?HNP-1如何抑制肝细胞Bcl-2表达?这些问题尚无研究涉及。②与肝纤维化相关的中性粒细胞亚群待研究。

肝内中性粒细胞的亚群包括肿瘤相关中性粒细胞(tumor-associated neutrophils,TAN)、多性核髓源抑制细胞(polymorphonuclear-myeloid-derived suppressor cells,PMN-MDSC)等,然而它们与肝纤维化的关系尚无报道。Lemmers等虽发现在纤维化肝脏中存在一群分泌IL-17的中性粒细胞,这群中性粒细胞与肝纤维化的进展呈正相关,但尚无具体研究此群细胞的相关论述。解决并深入研究上述问题将为临床抗肝纤维化治疗提供靶点,促进抗肝纤维化药物的研发。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。