华中科技大学同济医学院附属同济医院 宁 琴 郝连杰 暴发性肝衰竭是由多种原因引起的肝细胞急性大量坏死和严重肝功能损伤所致的临床综合症。患者通常死于继全身炎症反应综合症(systemic inflammatory response syndrome, SIRS)后的严重感染。肝炎病毒、药物和休克均可引起暴发性肝衰竭,而大部分暴发性肝衰竭由病毒和药物所致。无论为何种病因所致,其形态学改变均表现为类似的肝细胞大片坏死。病毒引起肝损伤的机制较复杂,主要由病毒复制和宿主防御反应及其相互作用所致。由于肝炎病毒不能培养及缺乏合适的动物模型,使我们不能很好剖析其病理机制。然而,通过鼠Ⅲ型肝炎病毒(murine hepatitis virus strain 3, MHV-3)诱发暴发性肝衰竭动物模型,乙型肝炎病毒(HBV)转基因动物模型及临床病例的研究正在使我们对病毒性暴发性肝衰竭有所了解。此外HBV变异、自身免疫紊乱与暴发性肝炎或重症肝炎以及非细胞溶解性抗病毒作用机制均为近年来研究热点, 本期的专题评述作相应介绍。本文介绍病毒诱发暴发性肝衰竭的分子机制研究进展。

一、 病毒蛋白的作用

大部分肝炎病毒并无细胞毒作用,肝脏损伤主要为病毒抗原表达于肝细胞表面诱发的免疫反应所致。我们对于病毒或病毒蛋白导致肝脏疾病机制的了解大部分来源于HBV和丙型肝炎病毒(HCV)。机体对于HBV和HCV的一种或多种蛋白包括核心蛋白、前C蛋白、表面蛋白和X蛋白的免疫反应,一方面可以清除病毒,另一方面也可以引起感染过程中肝脏损伤。例如:表达HBsAg的转基因小鼠由于表面抗原特异性细胞毒性T细胞(CTL)作用而发生急性坏死性炎性肝脏疾病。

研究表明,这些病毒蛋白在暴发性肝炎中可以直接影响宿主细胞功能。HBV的表面蛋白或大蛋白形成长分枝丝状颗粒并在内质网内蓄积,导致内质网增生从而使肝细胞对γ-干扰素的细胞毒性作用更敏感。在HBV转基因小鼠研究方面,前C区编码蛋白即HBeAg可以使Th1辅助T细胞耗竭,从而抑制了它们启动CTL攻击感染肝细胞的能力。相反,当前C区发生变异不能表达HBeAg,这种乙肝携带者野生株的免疫耐受被打破从而可导致暴发性肝炎。日本的一个研究机构报告了相同的观察结果,他们发现暴发性乙肝的严重程度和HBV C区启动子及前C区基因的变异数量密切相关,前C区突变株的病毒基因组被认为是经过抗病毒免疫阳性选择的结果,而且可能成为"逃逸"突变株。这样可以解释为什么在急性重症型乙型肝炎患者中,HBV突变株感染多于野生株而成为优势株。最近,研究显示HBV核心蛋白基因启动子区突变增加了病毒RNA上包装信号构型的稳定性,从而增加了HBV复制率。HBV前C区突变株也可影响HBx蛋白的编码,这种蛋白在肝脏凋亡中起重要作用。目前尚未见报道HBx变异与临床暴发性乙型肝炎的进展之间的相互作用。

病毒蛋白还可以在分子水平抑制宿主细胞的功能,例如HCV的核衣壳蛋白调节宿主细胞基因如C-myc、c-fos、p53和p21,病毒基因包括HBV基因组内部启动子的表达。

最近发现鼠Ⅲ型肝炎病毒的核心蛋白可以诱发一种独特凝血酶原酶/纤维介素(mfgl2/fibleukin)的表达,此mfgl2凝血酶原酶在鼠暴发性肝炎的发病中起重要作用。推测HBV和HCV蛋白在人暴发性肝炎中有可能以类似方式诱导人凝血酶原酶的表达。

同样,乙肝病毒的X蛋白在乙肝感染中也可以引起肝脏损伤,研究发现由乙肝病毒最小开放阅读框(open reading frame, ORF)编码的X蛋白,可激活细胞原癌基因,亦可通过细胞信号传导通路使细胞不断生长。实际在乙肝感染早期,X蛋白使肝细胞对肿瘤坏死因子等炎性介质更敏感而诱导凋亡。因此,尽管X蛋白与原癌基因激活有关,在某种条件下,也可能与暴发性肝炎发生有关。

二．宿主反应

1、 CTL反应
在急性肝炎和暴发性肝炎中,细胞毒性T细胞(CTL)直接杀死被病毒感染之肝细胞,对于清除病毒起决定性作用。研究发现,在急性肝炎和暴发性肝炎的病人中,所有病毒蛋白均可作为MHC I类抗原限制的CD8+ CTL细胞的靶抗原。其CTL反应具强大、多克隆和特异性等特点。抗原特异性CTL不仅作为针对感染靶细胞的效应细胞,而且作为关键的始动因素,引发一系列继发免疫反应,包括召集其它炎性细胞到达CTL细胞周围杀死剩余肝细胞而形成炎症坏死灶。并且,活化的抗原特异性CTL可以分泌γ-干扰素,活化巨噬细胞产生炎性细胞因子,如IL-2、TNF-α,后者可以诱发暴发性肝炎,主要是通过杀死γ-干扰素高度敏感之表达病毒抗原的肝细胞而致病。

2、 巨噬细胞的激活
巨噬细胞的激活在大面积坏死性病毒性暴发性肝衰竭中起重要作用。巨噬细胞浸润及枯否氏细胞过度增生是病毒性暴发性肝衰竭的典型特征。活化的巨噬细胞通过多种机制诱导组织损伤,包括细胞因子的产生、多种氧化反应产物及溶酶体蛋白的释放。它们产生细胞因子招募其他的炎症细胞,特别是中性粒细胞,这些炎症细胞引起各种全身性炎症反应。在HBsAg转基因小鼠暴发性肝衰竭模型中,由IFN-γ激活巨噬细胞起动的迟发性超敏反应是肝脏大片坏死的原因。组织巨噬细胞也可通过氧自由基诱导肝脏损伤。更重要的是,活化的巨噬细胞可产生包括组织因子和fgl2凝血酶原酶等免疫凝血素,激活凝血级联反应,在暴发性肝衰竭中起重要作用。

3、 细胞因子
病毒性暴发性肝衰竭伴有局部及全身的细胞因子水平的增加。这些细胞因子是由肝细胞内病毒的复制诱导产生,随着活化的淋巴细胞及单核细胞的浸润而不断放大。在病毒性暴发性肝衰竭和急性肝炎患者可检测到全身IL-1、TNFα及IL-6水平增加。亦有证据表明,局部产生来源于T细胞的TNF-α和γ-干扰素是导致肝脏坏死的基础。局部细胞因子可干扰细胞生长和诱导肝细胞凋亡,促进白细胞活化和单核细胞的浸润,并且诱导血管粘附分子的改变。

4、 肝细胞凋亡
暴发性肝炎的组织病理学定义是指大量肝细胞炎性坏死。象其他类型的病毒性肝炎一样,其肝脏坏死的机制还不十分清楚。针对入侵病毒的一系列免疫反应而引起的肝细胞凋亡被认为在肝脏受损的过程中起重要的作用。凋亡(即程序性细胞死亡)是从形态学上对细胞死亡进行区分。已有证据表明半胱氨酸蛋白酶家族(caspase)在启动和凋亡的过程中具有非常重要的作用。这些半胱天冬酶的激活最终导致程序性细胞死亡,包括染色质固缩、DNA裂解、核小体断裂成碎片、核膜破裂和凋亡小体形成。

在HBV感染期间,针对病毒感染的特异性的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)识别HBV抗原,然后引起感染细胞凋亡。尽管由于CTL的运动受固体组织框架结构的严重约束而只发生在极少细胞中,人们在急性病毒性肝炎病人的肝脏中已经观察到由于CTL和靶细胞相互作用而引起的广泛分布的嗜酸性凋亡小体。肝细胞凋亡可能是肝损伤中的一个普遍机理。肝细胞的过度调亡可以导致暴发性肝炎, 其详尽机制尚未完全阐明, 普遍认为Fas 和TNF-α起重要作用。

在所有这些研究中均发现,Fas和Fas配体在暴发性肝衰竭患者的肝细胞中大量表达。肝细胞凋亡具有潜在的损伤肝脏的可能,甚至在缺少明显的炎症浸润的情况下,给予抗Fas抗原特异性抗体腹腔注射可诱导大鼠急性肝坏死。肿瘤坏死因子在引起肝细胞凋亡方面也至关重要。近来已有报道,在死于急性暴发性肝炎的病人中TNF-α和它的受体、肿瘤坏死因子受体1均有显著增加。并且肿瘤坏死因子α和肿瘤坏死因子受体的表达水平同暴发性肝衰竭中凋亡的肝细胞数量之间有非常显著的正相关。TNF-α和Fas配体引起的肝细胞凋亡均通过Fas相关的死亡决定域(FADD)/caspase 8介导,通过它们导致线粒体细胞色素C的释放和caspase 3活化,最终导致肝细胞凋亡。因此,Fas和TNF-α介导的凋亡可能是引起暴发性肝衰竭的重要因素。

5、 凝血机制的作用
凝血系统级联反应的激活是宿主炎症反应不可分割的组成部分。凝血过程与炎症反应密切相关:许多生物活性物质,包括内毒素、细胞因子、细菌产物和病毒感染可以激活凝血过程,而且在实验动物模型中证明凝血系统级联反应在败血症和炎症反应中起着关键性的作用。凝血系统的激活产生有直接炎症作用的因子,如凝血酶Xa因子、纤维蛋白原,最终导致纤维蛋白的沉积;同时引起微血管血栓的形成、白细胞聚集以及炎性反应的上调。另有研究表明凝血酶是肝损伤的关键介质。特别在暴发性病毒性肝炎中,凝血酶的局部产生可以解释在急性肝损伤中纤维蛋白的沉积。此外在伤口愈合过程中,凝血酶很可能是作用于肝窦内皮细胞,导致内皮细胞的激活、促炎介质分泌、白细胞粘附,从而增强炎症反应。在肝脏的炎症中凝血机制的激活也可通过上调凝血因子受体而实现。Marra等发现,在暴发性病毒性肝炎患者,凝血因子受体(TR)在单核细胞中大量表达。肝组织中TR的高度表达伴有大量肝细胞坏死和组织修复系统的激活。

目前已知,介导炎症反应的巨噬细胞和血管内皮细胞产生免疫凝血剂,包括组织因子和mfgl2(hfgl2)凝血酶原酶/fibleukin,它们在小鼠和人类暴发性肝炎、同种或异种移植排斥反应、细菌性败血症中的大块组织坏死等以微循环障碍为特征的疾病的发病机制中起始动作用。应用fgl2凝血酶原酶的中和抗体可以改善或阻断炎症反应,从而支持了此分子在上述疾病发病机制中的重要作用的观点。

尽管病毒诱导的暴发性肝衰竭的发病机理尚不十分清楚,但目前的资料支持这种假说:在不考虑暴发性肝衰竭病原学因素的情况下,宿主免疫应答产生的细胞因子和炎症介质引起微循环障碍,进而导致肝细胞缺氧性损伤和大量细胞坏死,网状内皮系统清除功能的损伤更进一步加重了肝脏血流量的下降和缺血性坏死的发生。本文强调了近年来对暴发性肝衰竭造成肝细胞坏死的分子机制的研究进展,肯定了病毒特异性CTL反应、细胞因子、凝血因子以及肝细胞凋亡在暴发性肝衰竭病理过程中的重要性。如果能调控细胞因子产生和作用的关键点,就可能控制病毒诱导的暴发性肝衰竭的免疫病理过程。这些知识的积累为我们的实验研究和治疗人类暴发性肝衰竭提供了新的思路,通过调节内源性细胞因子的产生或应用细胞因<