慢性肝損傷中的危險(xiǎn)信號(hào)分子

蘭小勤

作者單位：510515 廣州 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院感染內(nèi)科

對(duì)病原體和損傷細(xì)胞等威脅的檢測(cè)對(duì)生物體生存至關(guān)重要。其中之一的機(jī)制是宿主細(xì)胞分泌內(nèi)源性分子到細(xì)胞外環(huán)境，細(xì)胞表面受體識(shí)別為危險(xiǎn)信號(hào)或“警報(bào)”，從而必須啟動(dòng)和保持先天性免疫反應(yīng)。這些遷移的宿主細(xì)胞來(lái)源的活化因子，被稱為損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)[1]。

在損傷、創(chuàng)傷、缺血或感染引起細(xì)胞壞死后，細(xì)胞被動(dòng)釋放DAMPs。在肝臟中，被動(dòng)釋放主要發(fā)生在脂過(guò)載、受損、凋亡的壞死肝細(xì)胞中[2]。在免疫細(xì)胞或應(yīng)激的實(shí)質(zhì)細(xì)胞和非實(shí)質(zhì)細(xì)胞中，也通過(guò)分泌溶酶體主動(dòng)釋放DAMPs[3]。這些分子通過(guò)模式識(shí)別受體(PRRs)和nod樣受體蛋白3(NLRP3)或炎癥小體感知，從而觸發(fā)趨化因子和其他介質(zhì)的釋放，引發(fā)初始的對(duì)抗感染和細(xì)胞損傷的促炎反應(yīng)[2]。雖然這種反應(yīng)可能是有益的，但持續(xù)釋放的DAMPs可能對(duì)慢性肝病產(chǎn)生不利影響。

當(dāng)DAMPs被活性氧(ROS)和活性氮(RNS)激活時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步損傷，從而釋放更多的DAMPs[4]，引發(fā)更復(fù)雜和更明顯的反應(yīng)。在肝臟炎癥反應(yīng)時(shí)，庫(kù)普弗細(xì)胞激活、巨噬細(xì)胞(MFs)和中性粒細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子 (TNF)和其他促炎細(xì)胞因子，從而激活NFκB通路，加劇對(duì)肝細(xì)胞造成的損傷[5]。因此，雖然ROS、RNS和DAMPs的生理水平影響肝臟穩(wěn)態(tài)，但它們不受控制的產(chǎn)生和釋放會(huì)激活信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，如果任其發(fā)展，則會(huì)加劇肝臟損傷。

隨著全球肥胖和代謝綜合征的增加，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)全球患病率日益攀升，已達(dá)到約25%，成為全球最常見(jiàn)的慢性肝病。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD的一個(gè)類型，其特征不僅是肝細(xì)胞脂質(zhì)積累，還包括不同程度的炎癥和纖維化。NASH可導(dǎo)致肝硬化甚至肝癌。肝相關(guān)死亡風(fēng)險(xiǎn)隨著肝纖維化程度的增加呈指數(shù)級(jí)增加。同時(shí)NAFLD是一種復(fù)雜的代謝性疾病，遺傳和環(huán)境因素相互作用。目前最普遍接受的是“多重打擊”假說(shuō)。這一假設(shè)考慮了多種損害共同作用，包括從脂肪組織分泌的激素/脂肪因子、脂肪毒性、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、遺傳和表觀遺傳因素以及腸道微生物[6]。

循環(huán)中DAMPs水平可反映肝損傷的嚴(yán)重程度，這些分子很可能是慢性肝損傷有前景的生物標(biāo)記物和(或)潛在的治療靶點(diǎn)。然而，針對(duì)NAFLD、肝纖維化和肝癌中相關(guān)DAMPs的臨床試驗(yàn)數(shù)量非常有限；有必要對(duì)這些慢性肝病中相關(guān)的主要DAMPs進(jìn)行梳理。

一、ROS和RNS可誘發(fā)慢性肝病相關(guān)的損傷和事件

ROS和RNS通常由健康細(xì)胞在生物學(xué)和代謝過(guò)程中產(chǎn)生。肝臟通過(guò)線粒體代謝,和膜結(jié)合NADPH氧化酶(NOX)的激活、胞質(zhì)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和微粒體細(xì)胞色素P450來(lái)產(chǎn)生自由基，并使自身暴露于自由基中。通過(guò)維持自由基產(chǎn)生和抗氧化防御之間的平衡，來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)[7-8]。

然而，自由基的產(chǎn)生也會(huì)促進(jìn)炎癥。在肝臟，氧化過(guò)剩和硝化應(yīng)激不僅有助于DAMPs產(chǎn)生的增加，而且與慢性肝臟疾病如非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝纖維化和肝細(xì)胞癌的發(fā)病機(jī)制相關(guān)。線粒體功能障礙是脂肪肝發(fā)病的關(guān)鍵[9]。乙醛，酒精代謝的最終產(chǎn)物，導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能的改變，從而降低三磷酸腺苷(ATP)的產(chǎn)生，增加ROS的生成。此外，富含果糖和脂肪的飲食及合并胰島素抵抗可增強(qiáng)游離脂肪酸(FFA)對(duì)線粒體的β氧化作用，增加了線粒體膜的通透性，導(dǎo)致質(zhì)子泄漏和ROS的產(chǎn)生，降低ATP水平[10]。在NASH中，CD4+T細(xì)胞中線粒體重量增加，線粒體ROS(mtROS)產(chǎn)生增加，CD4+T細(xì)胞耗竭[11]。而抗氧化劑治療可增加CD4+T細(xì)胞，從而延緩NAFLD和肝細(xì)胞癌的發(fā)生。ROS還調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞(HSCs)的促血管生成和促纖維化反應(yīng)[4]。

臨床試驗(yàn)研究了抗氧化劑在NAFLD中的療效。在動(dòng)物模型中，維生素E單獨(dú)或聯(lián)合降脂藥物阿托伐他汀可緩解脂肪變性向NASH的進(jìn)展[12]。另一個(gè)減少氧化應(yīng)激的方法是限制飲食，因?yàn)閿z入高熱量會(huì)導(dǎo)致mtROS增加，抗氧化酶活性降低[13]。

二、肝內(nèi)DAMPS

在NASH進(jìn)程中，過(guò)量的脂質(zhì)積累、ROS的產(chǎn)生和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激損傷肝細(xì)胞。這種損傷主要通過(guò)細(xì)胞凋亡和焦亡引起程序性細(xì)胞死亡，導(dǎo)致次級(jí)壞死，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)到細(xì)胞外空間，作為模式識(shí)別受體(PRRs)識(shí)別的DAMPs[14]。在NASH進(jìn)展過(guò)程中，Toll樣受體(TLRs)和NOD樣受體(NLRs)感知到多個(gè)DAMPs，從而介導(dǎo)炎癥和纖維化[15]。

線粒體損傷和隨后的細(xì)胞死亡釋放免疫原性mtDNA[16]。mtDNA受體TLR9是內(nèi)化在胞內(nèi)細(xì)胞器如核內(nèi)體和識(shí)別吞噬未甲基化的CpG DNA片段。肥胖患者血清中未甲基化的CpG DNA片段升高，TLR9表達(dá)上調(diào)[15]。接受TLR9或骨髓細(xì)胞特異性敲除處理的小鼠，及TLR9拮抗劑IRS954可降低NASH，提示可能的治療靶點(diǎn)[16]。此外，單鏈RNA (ssRNA)與TLR7結(jié)合，Nox4、ROS、NLRP3均可促進(jìn)NASH的進(jìn)展[16]。NOX1/4抑制劑GKT137831治療小鼠，可減少ROS和NLRP3的激活，并降低NASH小鼠模型中的炎癥。NLRP3抑制劑MCC950可以改善肥胖糖尿病小鼠的NAFLD和纖維化[15]。

三、肝外DAMPs

過(guò)高的膽固醇攝入和高膽固醇血癥是NASH的危險(xiǎn)因素。氧化的低密度脂蛋白通過(guò)CD36傳遞膽固醇結(jié)晶，激活MFs中的NLRP3炎性小體[17]。此外，降膽固醇藥物依折麥布和阿托伐他汀在HFHC小鼠納什模型中抑制NLRP3的表達(dá)和炎癥，靶向CD36保護(hù)小鼠免于NASH的侵襲[18]。

晚期糖基化終產(chǎn)物(AGE)是通過(guò)還原糖(如葡萄糖)與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸之間的非酶性葡糖胺反應(yīng)產(chǎn)生的。群體遺傳學(xué)表明，AGE受體基因的多態(tài)性和循環(huán)可溶性RAGE(AGER編碼)與NASH的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[19]。

四、肝纖維化(LF)中的DAMPs

慢性肝損傷中HMGB1、OPN、HSPs、IL-33和ATP等DAMPs可激活肝星狀細(xì)胞(HSCs)，HSCs是膠原的主要來(lái)源，也是肝衰竭中主要的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)成分[20]。HMGB1激活HSCs并誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)。此外，HMGB1通過(guò)pmek1/2/perk1/pcJun信號(hào)通路在HSCs中通過(guò)RAGE信號(hào)上調(diào)I型膠原的表達(dá)[21]。骨橋蛋白(OPN)是一種對(duì)氧化應(yīng)激敏感的基質(zhì)結(jié)合蛋白，在肝損傷中受到高度誘導(dǎo)，通過(guò)RAGE增加HMGB1和I型膠原在HSCs中的表達(dá)，成為L(zhǎng)F發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵DAMPs。熱休克蛋白(HSP)90參與了HSCs的激活和存活。HSP47是一種膠原特異性分子伴侶，對(duì)膠原在纖維化區(qū)周圍的沉積起關(guān)鍵作用，因此參與了LF的形成。此外，HSP47的抑制劑如乳鐵蛋白和水飛薊素可阻止HSC的活化[21-22]。

五、肝癌中的DAMPS

肝細(xì)胞癌(HCC)是常見(jiàn)的慢性肝病終末期。約90%的HCC來(lái)自肝硬化，DAMPs在肝癌的起始和進(jìn)展中都發(fā)揮了作用。

(一)HCC的起始 在人類HCC中，HMGB1在肝臟和血清中升高,與腫瘤分期和不良預(yù)后相關(guān)(薈萃分析)。在二乙基亞硝胺(DEN)肝癌小鼠模型中，HMGB1的表達(dá)與腫瘤發(fā)生相關(guān)。此外，在HCC患者中，OPN表達(dá)顯著增加，且與腫瘤和生存率相關(guān)[23]。然而，OPN在HCC啟動(dòng)中的作用尚不完全清楚。S100家族的蛋白作為細(xì)胞內(nèi)Ca2+傳感器和細(xì)胞外DAMPs結(jié)合RAGE，并在各種癌癥中經(jīng)常被異常調(diào)節(jié)。到目前為止，RAGE在HCC啟動(dòng)中的作用尚不清楚，但可溶性RAGE亞型與人類HBV和HCV感染的HCC風(fēng)險(xiǎn)負(fù)相關(guān)[24]。除了RAGE, HMGB1還與受體TLR4相互作用。該受體在HCC發(fā)生過(guò)程中起保護(hù)作用。

(二)HCC的進(jìn)展 HMGB1可誘導(dǎo)HCC細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。在低氧條件下，HMGB1從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)并與TLR9結(jié)合，其結(jié)合是通過(guò)mtDNA介導(dǎo)的。TLR9激活可幫助腫瘤細(xì)胞適應(yīng)缺氧，導(dǎo)致線粒體生發(fā)、腫瘤相關(guān)的MF侵襲、腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[4]。研究表明，HMGB1通過(guò)激活RAGE誘發(fā)HCC進(jìn)展[25]。

OPN通過(guò)激活整合素和CD44在體內(nèi)和體外誘導(dǎo)腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[26]。重要的是，在人類和小鼠HCC中，OPN與PDL1水平相關(guān)，提示其可能在免疫逃避中發(fā)揮作用[26]。因此，靶向OPN治療人HCC可能是一種有前景的方法，作為免疫治療后的二線治療。在S100蛋白中，S100A1在人類HCC中上調(diào)，并與較低的生存率和凋亡減少相關(guān)。間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞分泌S100A4，可誘導(dǎo)HCC在人體內(nèi)增殖、侵襲，上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。S100A8在體內(nèi)可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和腫瘤生長(zhǎng)。S100A9還通過(guò)RAGE信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和侵襲[27]。

目前研究表明,在NAFLD、肝纖維化和肝癌中，由ROS和RNS誘導(dǎo)產(chǎn)生的DAMPs以及由受損肝細(xì)胞或非實(shí)質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的DAMPs，會(huì)通過(guò)增加氧化應(yīng)激、脂質(zhì)積累、炎癥和纖維化，驅(qū)動(dòng)肝損傷。目前NAFLD尚無(wú)公認(rèn)的有效治療手段，且成功地以DAMPs為靶點(diǎn)預(yù)防慢性肝病發(fā)病和進(jìn)展的臨床試驗(yàn)很少。HCC是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大原因，因此，單獨(dú)阻斷或聯(lián)合阻斷特異性DAMPs可能將為NAFLD的預(yù)防和治療提供有價(jià)值的干預(yù)靶點(diǎn)，并且可能是未來(lái)提高HCC患者生存率的一種有前景的策略。