您现在的位置:首页 >> 专题栏目 >> 感染病专业委员会 >> 正文
肝衰竭发生机制中的三重打击
[ 来源:  作者:  点击数:  更新时间:2012-05-02 ]  【字体: 字体颜色

肝衰竭发生机制中的三重打击

——免疫损伤、缺血缺氧和内毒素血症

中山大学附属第三医院 叶一农 高志良

 

肝衰竭是多种因素共同作用下的结果,因此其发生机制十分复杂,一直是研究的热点。在肝衰竭发生发展的过程中,最核心的事件是大量的肝细胞死亡。但是在其肝组织病理片中,除了可见大量的肝细胞死亡,还可以见到另外两种典型的重要改变:炎症细胞浸润与微循环障碍。免疫损伤、缺血缺氧损伤和内毒素血症损伤,无疑都在肝衰竭发生发展的过程中所起到了的重要作用:首先,病毒、药物、肝毒性物质等病因,诱发免疫损伤,直接导致肝细胞死亡;免疫损伤以及局部肝细胞的死亡介导了局部炎症反应。第二步,局部炎症反应是一个重要的节点,一方面导致了微循环障碍,造成了缺血缺氧性损伤,另一方面在诱发内毒素血症中也起到关键作用。第三步,缺血缺氧性损伤既能够直接导致肝细胞死亡,也能够促进内毒素血症的发生。最后,肝脏解毒能力的降低、肠道屏障功能的障碍、免疫抑制等等,促进了内毒素血症的发生,内毒素血症加速了肝细胞的死亡。

因此,从肝细胞大量死亡这个角度看,肝组织肝衰竭发生过程中依次经受了免疫损伤、缺血缺氧和内毒素血症等的三重致死性打击。本文以HBV导致的肝衰竭为例,讨论这三个损伤性环节对肝衰竭患者的三重打击效应。

 

1 第一重打击——免疫损伤

如果缺少免疫因素的作用,HBV在肝细胞中的复制,即使是活跃的、大量复制状态,也不会导致大范围、严重的肝细胞死亡。免疫反应造成的损伤,在肝衰竭的发生中起着至关重要的作用。病毒性肝炎引起的免疫损伤以细胞免疫为主,以体液免疫为辅。而细胞免疫过程的主要环节细胞包括:DC细胞与Kuffer细胞(本文将重点讨论DC细胞)、CTL细胞、NK/NKT细胞等。其主要过程为:DC细胞将抗原递呈给TH1细胞;诱导过的淋巴细胞被肝细胞产生的细胞因子特异性的吸引至肝内;病毒特异性CTL通过Fas或穿孔素介导的(凋亡)机制直接“杀死”受染肝细胞,或通过抗病毒因子“治愈”受染肝细胞;诱导过的NK/NKT细胞也能够致死受染肝细胞。主要环节如下:

1.1 抗原递呈

肝内浆细胞样DC细胞(pDCs)和髓细胞样DC细胞(mDCs)的数量,在肝衰竭时明显高于未发生肝衰竭时;肝内的pDCs衍生的IFN-a与产生IL-12IL-10有关;循环pDCs产生IFN-a的能力下降,程度与病情严重性有关[1]。提示在发生HBV相关的慢加急性肝衰竭时,血循环中的DC细胞富集到肝脏,并被激活。DC细胞激活后,抗原递呈作用明显加强,促使机体的免疫反应进入激进状态。

1.2 直接损伤效应细胞的活化

此类细胞包含TNKNKT细胞等。在清除受病毒感染的肝细胞过程中,由CTL细胞、NK细胞和NKT细胞造成、Fas介导的细胞凋亡起到了主要作用。

T细胞的损伤效应主要过程:首先抗原特异性的CTL介导HBV感染肝细胞凋亡(通过穿孔素/颗粒酶系统、Fas/Fas配体系统或TNF/TNF受体系统等路径);随后,在数小时内抗原非特异性淋巴细胞和中性粒细胞扩增聚集形成炎性灶;最后,CTL分泌IFN-γ,激活肝内巨噬细胞并导致迟发性超敏反应,从而造成肝脏进一步的损伤。

NK细胞和NKT细胞表面表达FasL,激活后可以释放FasTNF相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligandTRAIL)和IFN-γ(正调节FasTRAIL的释放),导致死亡受体介导的肝细胞凋亡。研究提示在病毒性肝炎过程中,NK细胞和NKT细胞的作用是导致肝细胞大量死亡的一个相当重要的因素[2]

1.3 靶细胞自身的相关变化

程序性死亡受体1programmed death 1PD-1/程序性死亡受体配体(programmed death ligandPD-L)在调节免疫,抑制潜在的有害或过度激活的T细胞中起重要作用。活化的T细胞及病毒感染,均能够增强原代培养的人肝细胞中PD-L1 的表达。急性肝衰竭患者的外周血HBV特异性CD8+ T 细胞表达PD-1的强度相对降低,缺乏PD-1表达将会失去对T细胞反应过强的控制能力。最终PD-1/PD-L抑制系统崩溃,能够诱发和加速肝衰竭[34]

1.4 自身抗体

在肝衰竭尤其是急性亚急性肝衰竭的发生过程中,自身抗体相关的体液免疫性损伤也是存在的。例如采用较为敏感的检测方法进行研究后发现,非对乙酰氨基酚所致药物性肝炎、HBV所致肝炎、原因不明的急性肝炎等数种不同原因导致的急性肝衰竭也普遍存在自身抗体[5],且这些自身抗体以可溶性肝抗原抗体为主。

1.5 细胞因子的变化

    细胞因子不仅是肝细胞坏死过程的主要因素,还与肝衰竭时肝细胞再生抑制有关。目前已证实与肝衰竭发生有重要关系的细胞因子包括:TNF-α、IFN-γ、IL-1IL-6 等。

高水平的TNF-α可以诱导肝细胞凋亡与坏死,是造成肝细胞损伤的主要因子。血中TNF-α水平明显升高,肝细胞TNF-α受体1(TNFR1)过度表达,均与肝衰竭患者的死亡风险增加直接相关。IFN -γ由NK细胞和活化的T 淋巴细胞生产,具有诱导MHC I类抗原和MHC Ⅱ 类抗原的表达、刺激TNF -α产生的重要作用。众多的研究已经证实血清IL-6水平与肝细胞坏死程度相关,并且它在肝细胞坏死区内的表达增强。更有学者认为,循环中的IL-6水平可反映急性/亚急性肝衰竭的病情严重程度。

1.6 肝衰竭时免疫状态的动态变化

观察发现[6]早期慢加急性肝衰竭(ACLF)的单核细胞释放以TNF-α、IL- 6增高为主,而晚期ACLF单核细胞炎症因子分泌功能下降,抗炎因子IL-10 分泌增强;ACLF晚期HLA- DR表达低于ACLF早期,后者又低于慢性肝炎及肝硬化患者;ACLF早晚期及肝硬化患者单核细胞内毒素受体TLR-4 表达均高于健康对照组。提示ACLF早期以炎症反应为主,在向晚期进展的过程中,出现抗炎反应明显增强的现象。

    临床可以观察:在肝衰竭的不同时期,免疫增强或者免疫抑制治疗的效果是不同的。早期往往需要使用糖皮质激素类药物抑制相关的免疫反应,中晚期往往需要给予免疫增强剂来提高机体的免疫状态。这种现象反映了肝衰竭时机体免疫状态存在一种动态变化过程。

 

2 第二重打击——缺血缺氧性损伤

    肝衰竭时,肝组织出现亚大块状、大块状坏死,以及广泛出现的肝内炎症反应,造成了微血管的栓塞、肝血窦的结构破坏等,引起了明显的肝灌流障碍。同时,由于肝脏代谢旺盛,为高需氧组织器官,因而对缺血缺氧性损伤极为敏感。缺血缺氧以及再灌流损伤(ischemia-reperfusion injuryIR)的通过多个环节致使肝细胞坏死或凋亡:缺血缺氧以及IR诱导大量的线粒体途经凋亡等;局部代谢废物、门脉血毒素等直接造成的细胞损伤与坏死等;氧自由基、炎症因子等造成的细胞损伤与坏死,以及通过死亡受体途经的凋亡等。

研究发现进展为致死性肝衰竭者的LDH升高与降低,与存活者比较均出现延迟,表现为ALT/LDH指标的降低,提示肝衰竭过程中存在肝细胞普遍缺氧现象[7]。近期另一项研究发现[8],缺血性损伤发生后早期的细胞因子基因表达增强,然后逐渐降低。再灌注后,细胞因子基因表达再次增强,并于再灌注4小时达到高峰;早期的细胞因子信号转导抑制因子1suppressor of cytokine signaling-1SOCS1)、SOCS3增加,然后逐渐降低;再灌注后,SOCS1SOCS3再次增多,再灌注4小时达到高峰。SOCS1SOCS3能够通过负反馈调节JAK-STAT信号系统,限制细胞因子的表达强度,而IL-6IRSOCS1SOCS3的根本诱导物。研究同时也提示了高IL-6水平与肝损伤严重程度存在相关性、IR介导的肝损伤存在明显的时相动态变化。

临床也同样表明,在肝衰竭的特定阶段,改善微循环的治疗对缓解肝损伤也有明显的作用。

 

3 第三重打击——内毒素血症损伤

肝脏是体内清除内毒素和解毒的主要脏器, 也是遭受内毒素攻击的首要器官。肠源性内毒素血症是机体承受的第三重严重打击,其产生在于内毒素产生和吸收的增多与肝脏灭活内毒素的减少两大方面的因素。肠源性内毒素血症诱导炎性介质/细胞因子,后者介导肝细胞死亡或凋亡。内毒素血症还可以通过引起肝微循环障碍途经,导致或促进肝细胞的大量死亡。内毒素通过与脂多糖结合蛋白结合发挥作用,经由CD14-TLR4——NF-κB——TNF-α信号通路诱导凋亡。如果敲除小鼠的脂多糖结合蛋白基因,那么当给予小鼠严重肝损伤性内毒素刺激时,内毒素的损伤效应明显减弱[9]如果阻断TNF-α通路,也能够阻断内毒素介导的肝细胞死亡。内毒素脂多糖刺激肝组织后,肝组织分泌TNF-α、IL-1IL-10等增多,这些因子可以诱导肝细胞死亡。

总的说来,内毒素打击的机制在于多方面:(1)降低肝脏腺苷酸和ATP/ ADP 值,使能量代谢发生障碍;(2)下调巨噬细胞表面的清道夫受体的表达,降低巨噬细胞的吞噬功能, 致使内毒素滞留于体内,导致肝脏发生微循环障碍;(3)和LBP形成复合物与巨噬细胞表面受体(CD14) 结合,使后者释放各种肝损伤因子和细胞因子;(4)诱导中性粒细胞向肝内聚集,并激活中性粒细胞;(5)上调共刺激因子CD80 CD86 在肝细胞表面表达,参与导致大块肝细胞坏死的炎症过程;(6)作用于肝窦内皮细胞及微血管,引起肝微循环障碍,导致缺血缺氧性损伤。

 

4 三重打击学说与肝衰竭的治疗策略

    临床观察提示肝衰竭的发生发展过程存在4个时相:上升前期、上升期、平台期、恢复期。其中,在肝衰竭的上升前期机体承受的打击以免疫损伤为主;在肝衰竭的上升期的初期阶段,机体承受的打击以免疫损伤加缺血缺氧性损伤为主;在肝衰竭的上升期的中后期阶段,内毒素血症也开始参与对机体的沉重打击;在肝衰竭的平台期的中后期阶段以及恢复期的早期,机体处于免疫抑制状态,主要承受来自内毒素血症的压力。

    参照肝衰竭过程的时相变化,并结合“三重打击”机制,可以分析肝衰竭的治疗策略问题。其中:抗病毒治疗贯穿始终;免疫治疗分阶段,初期为免疫抑制治疗,中后期为免疫增强治疗;根据时相及病情选择抗感染治疗及治疗强度;选择恰当时机进行改善微循环治疗、人工肝治疗、肝移植治疗;干细胞治疗多选择平台期及之后。免疫调节治疗、干细胞治疗与人工肝治疗等的相关问题还需要作进一步的研究。

 

病毒性疾病的致病作用与免疫损伤密切相关,“三重打击 假说基本上能够概括这一类型的肝衰竭发生发展的主要机制。然而,酒精、药物或其它毒物等导致的初始肝损伤主要是这些化学结构直接或间接的肝细胞毒性作用。虽然如此,在随后的这些类型疾病发展成为肝衰竭的过程中,免疫损伤、缺血缺氧和内毒素血症依然渐次登上舞台,大力推动并加速了肝衰竭的进展。因此,三重打击 假说能够较为全面的概括肝衰竭发生发展过程中的主要推动机制。综合考虑“三重打击假说与肝衰竭的时相问题,有助于更客观准确的制定肝衰竭的治疗策略

 

 

参考文献:

[1] Zhang Z, Zou ZS, Fu JL, et al. Severe dendritic cell perturbation is actively involved in the pathogenesis of acute-on-chronic hepatitis B liver failure. J Hepatology, 2008,49:396-406.

[2] Malhi H, Gores GJ. Cellular and Molecular Mechanisms of Liver Injury. Gastroenterology, 2008,134(6):1641-1654.

[3] Radziewicz H, Hanson HL, Ahmed R, et al. Unraveling the Role of PD-1/PD-L Interactions in Persistent Hepatotropic Infections: Potential for Therapeutic Application? Gastroenterology, 2008,134(7):2168-2171.

[4] Zhang Z, Zhang JY, Wherry EJ, et al. Dynamic programmed death 1 expression by virus-specific CD8 T cells correlates with the outcome of acute hepatitis B. Gastroenterology, 2008,134:1938-1949.

[5] Bernal W, Ma Y, Smith HM, et al. The significance of autoantibodies and immunoglobulins in acute liver failure: A cohort study. J Hepatology, 2007,47:664-670.

[6] Xing T, Li L, Cao H, et al. Altered immune function of monocytes in different stages of patients with acute on chronic liver failure. Clin Exp Immunol, 2007,147(1):184-188.

[7] Kotoh K, Enjoji M, Kato M, et al. A new parameter using serum lactate dehydrogenase and alanine aminotransferase level is useful for predicting the prognosis of patients at an early stage of acute liver injury: A retrospective study. Comp Hepatol, 2008,7:6.

[8] Langdale LA, Hoagland V, Benz W, et al. Suppressor of cytokine signaling expression with increasing severity of murine hepatic ischemia-reperfusion injury. J Hepatology 2008;49:198-206.

[9] Uesugi T, Froh M, Arteel GE, et al. Role of Lipopolysaccharide-Binding Protein in Early Alcohol-Induced Liver Injury in Mice. J Immunol, 2002,168(6):2963-2969.

[10] Zang GQ, Zhou XQ, Yu H, et al. Effect of hepatocyte apoptosis induced by TNF-alpha on acute severe hepatitis in mouse models. World J Gastroentero, 2000,6(5):688-692.

 

收藏】 【关闭