健康和疾病時的肝臟巨噬細胞
撰文 | 鹹姐
負責著身體許多重要的生理過程，包括新陳代謝、解毒和免疫等，其功能的重要性與它結構的複雜性密切相關。肝臟由重複的六邊形小葉組成，在這裡，一條門靜脈（將營養豐富的血液從腸道、脾臟和胃輸送到肝臟）、一條肝動脈（將含氧血液從心臟運輸到肝臟）和一條由膽管細胞（特殊的上皮細胞）組成的膽管共同構成了一個門靜脈三聯體，所有進入肝臟的血液隨後都會透過肝血竇（一種動態的微血管結構，負責血液和被稱為狄氏腔的竇周空間之間的營養交換）從門靜脈三聯體流向中央靜脈
（圖1）
。
肝細胞是肝臟的代謝能量庫，位於肝血竇之間，根據它們在肝血竇中的位置負責新陳代謝和解毒的功能，鑑於離中央靜脈不同距離處血液含量的差異，這些肝細胞在代謝上是分割槽的，這意味著它們在小葉內的位置表現出功能異質性。其中巨噬細胞被發現遍佈整個肝臟結構，人們曾一度認為肝臟巨噬細胞僅由單一群體的常駐
Kupffer細胞
（
KC
）組成，但是單細胞和空間（蛋白質組）基因組學技術徹底改變了人們對細胞異質性的看法，使得人們可以用前所未有的解析度評估肝臟內巨噬細胞的異質性、它們的特異性標記物和它們的獨特位置。KC細胞存在於肝血竇內，是取樣和對透過血液進入肝臟的病原體作出反應的最佳位置，與
肝竇內皮細胞
（
LSEC
）緊密接觸。此外，KC的相當大部分細胞延伸入狄氏腔，與星型細胞和肝細胞密切接觸。除KC外，在中央靜脈和門靜脈三聯體中還存在少量的其他巨噬細胞和樹突狀細胞
（圖1）
。人們如今清楚的知道，
即使在穩態下，小鼠和人類的肝臟都有多種的巨噬細胞亞群，而在疾病環境中會招募更多的亞群。
圖1
現階段的這些發現都使得人們開始重新思考巨噬細胞在肝臟穩態和疾病中的作用，然而，目前關於肝臟內巨噬細胞的研究和技術仍存在侷限性，從而限制了對其定義、狀態和功能的理解，2022年9月13日，來自比利時根特大學的
Charlotte L. Scott
和
Martin Guilliams
在
Immunity
線上發表題為
Liver macrophages in health and disease
的觀點文章，
詳細概述了目前已知的不同肝臟巨噬細胞群的定義、可用於識別它們的標記物、它們在肝臟中的整合方式以及它們在健康和疾病中的功能。同時強調了未來待解決的問題，指出跨物種和疾病識別這些細胞內的保守基因特徵，無疑將有助於正確識別特定的巨噬細胞亞群，並獲得更特異的工具來跟蹤和研究這些細胞的功能。
Kupffer細胞，肝臟的常駐巨噬細胞
1876年，KC細胞被發現，20年後被鑑定為巨噬細胞。作為人類已知的最古老的免疫細胞之一，人們對這些細胞的瞭解仍然相對較少，特別是它們的功能。其中一個原因在於無法將KC與其他肝臟巨噬細胞區分開來看，因為它們都表達包括CD64、F4/80和MerTK在內的通用巨噬細胞標誌物。不過近年來，研究人員在這方面取得了相當大的進展。CLEC4F被確認為小鼠KC的特異性標記物，但是它只在KC發育晚期表達，因此很難識別正在發育成KC的細胞，如有疾病的肝臟中單核細胞來源的KC（moKC）的識別。而且CLEC4F在人類中是不保守的，因此目前對真實的人類KC的識別還是缺乏的。此外，小鼠KC上的其他表面受體也被鑑定，使其能夠進一步與其他肝臟巨噬細胞區分，包括CLEC2和CD206，其中CLEC2是KC的一個非常早期的標記，在其整個生命週期中持續表達，從而可成為在表達CLEC4F之前識別moKC非常有用的標記。
目前利用單細胞或單核RNA測序 （sc/snRNA-seq） 分析健康肝臟細胞的研究有望揭示人類KC的真實身份，但是現有研究的結果卻不盡相同。透過比較人和小鼠，最近提出了KC特異性的核心基因特徵，包括CD5L、VSIG4、CD163、FOLR2、MARCO和SLC40A1，可用於在7個不同物種的肝臟中識別KC的單一同質群體。而對現有的不同sc/snRNA-seq資料的“KC特徵”進行集合，可以發現一個一致的細胞群，提示其可能成為鑑定KC的有用特徵。無論如何，儘管目前需要進一步的研究才能就小鼠和人類肝臟中KC的同質性達成共識，但透過利用KC特異性表面標記物和基因的組合，最終一定可以將KC與其他巨噬細胞區分開來。
健康肝臟中的其他巨噬細胞群
除KC外，肝臟中還存在其他已被確定的巨噬細胞群。其中一類是存在於肝表面下方的肝包膜基質中的
肝包膜巨噬細胞
（
LCM
）。在小鼠肝臟中，LCM來源於單核細胞，並在斷奶時積累，表達一般的巨噬細胞標誌物，但不表達KC標誌物。不過在人類中這些細胞的特徵仍然未知。雖然LCM在小鼠肝臟中的特徵已經比較明確，但它們的轉錄特徵在巨噬細胞中並不是唯一的，因為與存在於中央靜脈的巨噬細胞亞群共享。除此之外，在健康小鼠和人類肝臟中還有一類靠近膽管的巨噬細胞亞群，在不同物種間具有相同的轉錄譜，且與肥胖脂肪組織和脂肪肝中被稱為脂質相關巨噬細胞（LAM）的巨噬細胞相似，因此被稱為膽管LAM（BD-LAM）。在人類肝臟中，根據CD14、CD11a、CD26、CD141和CD9的表達，可在CITE-seq分析中識別BD-LAM，但在小鼠肝臟中尚缺乏有用的標誌物。
由此可見，儘管KC構成了健康肝臟中的主要巨噬細胞群，但它們至少與兩種其他巨噬細胞亞群共存。
整合生態位：透過整合和細胞間環路連線KC功能
除了在組織內穩態和免疫監測中作為吞噬細胞的典型作用外，KC還表達許多不參與免疫防禦或由其他組織常駐巨噬細胞表達的基因，提示它們可能參與實現肝臟特異性功能，如鐵和膽固醇穩態。然而，研究顯示在人類肝臟中參與鐵和膽固醇穩態的某些關鍵基因僅由特定細胞表達，表明在整個進化過程中，肝細胞、LSEC、星狀細胞和KC共同作為一個整合的生態位發揮作用。這拓寬了巨噬細胞生態位的概念，而不僅僅是生長因子的區域性供應。基於此，本文作者提出了一個更模組化的觀點——肝血竇由重複的4細胞構建而成，包括KC、星狀細胞、LSEC和肝細胞，為了強調每個細胞的功能特性由組合的細胞-細胞環路控制，提出了術語“整合生態位”。轉錄組特性的緊密交織將確保構成整合生態位的4個細胞之間的分工是正確的、協調的，但這也會限制它們的可塑性。總而言之，整合生態位的強大互聯特性對肝臟類器官的發展具有重要影響，因為不同調控程式的遺傳整合意味著在這些細胞獲得體內功能之前，必須構建包含肝細胞、LSEC、星狀細胞和KC的類器官。此外，整合生態位對人們對肝臟疾病的理解也具有重要影響，因為長時間的損傷可能破壞整合生態位，進而可能破壞整個肝臟生態系統的穩定。
病變肝臟中的Kupffer細胞和招募的巨噬細胞
肝臟疾病的一個共同特徵是常駐KC群的減少或消失
（圖2）
，包括非酒精性脂肪肝（NAFLD）、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、病毒性肝炎、急性肝損傷、細菌感染、肝硬化和肝細胞癌（HCC）。與穩態條件不同，在NASH或單核細胞增生李斯特菌感染後，常駐KC也無法增殖。有研究認為，KC可透過成為對不同刺激作出反應的可塑性細胞來介導炎症或消退。但是本文作者認為，整合生態位會大大限制KC的可塑性，那麼在沒有正確區分真正的KC和招募的巨噬細胞的情況下研究肝臟巨噬細胞，KC可塑性的功能可能被大大高估了。因此，在任何情況下，KC的啟用方式都是需要回答的問題，值得注意的是，在許多疾病模型中，KC與招募的巨噬細胞被正確地區分，並且觀察到了轉錄程式的改變，這些研究也報告了類似的KC啟用譜。除了研究KC是如何被啟用的，這種啟用與KC參與疾病發病機制的相關性也有待研究。
圖2
肝臟疾病也與單核細胞源性巨噬細胞的募集有關，但其命運尚不很清楚。疾病期間不同單核細胞來源的巨噬細胞群的存在引出了兩個問題：（1）這些細胞是否在病變肝臟中發揮不同作用，（2）這些巨噬細胞亞群是否代表不同的細胞型別或啟用狀態。為此，本文作者指出需要首先考慮已知的單核細胞來源的巨噬細胞的不同亞群，如moKC和LAM。研究發現，在NAFLD/NASH和對乙醯氨基酚過量（APAP）這兩種截然不同的肝臟疾病模型中，單核細胞已經被證明可以定位於特定的損傷區域並分化為LAM
（圖2）
。在NASH中，這些細胞替代脂肪變性和纖維化區域中死亡的KC，而從較少脂肪變性/纖維化區域丟失的少數KC被moKC替代。除了KC死亡外，在NASH的纖維化模型中還報告了LAM樣KC表型，表明在它們死亡之前，KC可能感覺到與浸潤LAM相同的訊號，導致混合型LAM樣KC表型。同樣的，在APAP中央靜脈受損區域周圍也存在類似LAM樣KC，此外，LAM也在中央靜脈周圍發育，可能與活化的成纖維細胞、壞死的肝細胞和其他招募的細胞（如中性粒細胞或cDC）相互作用。由此也表明LAM可透過促進組織修復發揮保護作用。儘管如此，由於缺乏技術工具，目前還是不清楚招募的不同的肝臟巨噬細胞亞群在病變肝臟中的作用。迄今為止收集的有限證據表明，與常駐KC相比，新招募的細胞對損傷的反應不同，再次強調了區分這些群體的重要性。
綜上所述，
在穩態肝臟中，KC並不是唯一的巨噬細胞群；而在病變肝臟中，還有其他的巨噬細胞群被招募，包括被招募到病變區域的LAM
。這種異質性強調了描述這些細胞群的標記物的必要性，並促使該領域重新考量已知的用於區分KC的通用巨噬細胞標記物或工具。總而言之，
儘管最近的研究揭示了肝臟巨噬細胞的異質性，但這種理解不可避免地提出了更多的問題。在鑑定了這些細胞群后，下一步目標將是準確區分這些細胞群，以瞭解它們在健康和疾病方面的獨特功能貢獻以及調控機制，從而獲得特定的功能方案，以改善肝功能、誘導肝再生，有利於患者的健康。
原文連結：
https://doi.org/10.1016/j.immuni.2022.08.002
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