肝缺血再灌注(IR)损伤是肝切除术和肝移植(LT)后并发症的主要原因。明确IR损伤后肝脏修复和再生的关键分子对改善肝移植患者预后具有重要意义。有研究表明嗜酸性粒细胞在肝脏急性损伤时可以迅速被募集到肝脏并发挥保护作用。但目前嗜酸性粒细胞抑制炎症和促进组织修复的具体机制尚不清楚。
近日,美国得克萨斯大学休斯顿健康科学中心Cynthia Ju教授团队在Gut上发表研究论文“Novel IL-4/HB-EGF-dependent crosstalk between eosinophils and macrophages controls liver regeneration after ischaemia and reperfusion injury”。该研究发现肝IR损伤后,嗜酸性粒细胞在修复再生过程中发挥重要作用,并进一步揭示了嗜酸性粒细胞和巨噬细胞之间通过IL-4/HB-EGF轴对肝再生修复进行调控。
1、肝IR损伤后修复过程中嗜酸性粒细胞持续积聚
既往研究表明,小鼠肝脏IR损伤后的24小时内,嗜酸性粒细胞被募集到肝脏中并发挥保护作用。为了进一步探究肝脏IR损伤后肝脏内嗜酸性粒细胞蓄积的动态变化,研究者对C57Bl/6J小鼠进行肝缺血(60 min)后再灌注处理,通过流式细胞术和免疫组化技术比较IR损伤后1~7d小鼠肝脏嗜酸性粒细胞的数量变化和肝细胞增殖变化。结果显示在IR损伤后5天内肝脏中嗜酸性粒细胞累积增加,在第3天达到峰值(图1A-E),这与肝细胞增殖峰值(第3天)一致(图1F-G)。根据坏死面积的量化和 Suzuki 评分显示,在IR损伤后的第7天小鼠的肝脏几乎完全恢复正常(图1H-J)。这些数据提示嗜酸性粒细胞可能有助于IR损伤后的肝脏修复和再生。

2、嗜酸性粒细胞促进肝脏IR损伤后的组织修复
研究者将WT小鼠骨髓来源的嗜酸性粒细胞(bmEos)过继转移至IR损伤后的嗜酸性粒细胞缺陷小鼠(ΔdblGATA1小鼠)(图2I)。通过HE染色、免疫组化和WB进行对比,结果显示在注射生理盐水的对照组ΔdblGATA1小鼠中,IR手术后第7天HE染色显示仍有大面积坏死,第3天肝细胞增殖受到抑制。但在接受WT-bmEos的ΔdblGATA1小鼠中,第7天肝脏组织学恢复到接近正常水平(图2J-L)。此外,在注射了WT-bmEos的ΔdblGATA1小鼠中,肝细胞增殖也得到恢复(图2M-P)。这表明嗜酸性粒细胞在肝脏IR损伤后的组织修复中发挥重要作用。
为了探究嗜酸性粒细胞如何促进IR损伤后的肝脏修复,对过继转移WT-bmEos的Δ dblGATA1小鼠进行了细胞因子阵列分析。数据显示IL-4和IL-13是WT-bmEos过继转移至ΔdblGATA1小鼠时最显著上调的细胞因子。为了进一步研究IL-4和IL-13的细胞来源,使用IL-4/GFP(4Get)小鼠进行流式细胞术分析测量IL-4和IL-13的表达。结果显示IL-4和IL-13主要由组织修复过程中的嗜酸性粒细胞产生。这些数据表明,嗜酸性粒细胞产生的IL-4和/或IL-13在IR损伤后的肝脏修复和再生中起关键作用。
3、嗜酸性粒细胞通过产生IL-4促进肝组织修复
为了进一步明确嗜酸性粒细胞缺陷小鼠肝脏修复延迟是否与缺乏IL-4或IL-13有关,给IR损伤后的ΔdblGATA1小鼠分别注射IL-4c或IL-13c。结果显示,注射IL-4c可以显著增加肝细胞增殖(图3J-K)并加速肝脏修复(图3G-I)。相反,注射IL-13c的ΔdblGATA1小鼠的肝脏修复能力没有任何改善(图3G-K)。在IR损伤后第1天将从IL-4-/-小鼠(IL4缺失)获得的bmEos过继转移到ΔdblGATA1小鼠中(图3A),IL-4缺失的bmEos虽然表达IL-13,但不能恢复ΔdblGATA1小鼠的肝脏修复功能(图3Q-S)。综上结果表明嗜酸性粒细胞产生的IL-4,而不是IL-13,在IR损伤后的肝脏再生修复中起着关键作用。

4. IL-4作用于肝巨噬细胞的IL-4R α促进肝脏再生修复
将WT,CFTR-KO或CFTR-KO-GC小鼠的粪便微生物群分别移植到无菌(G
研究者筛选了NPCs中IL-4Rα的表达,数据显示70%以上的IL-4R α阳性细胞是巨噬细胞。为了进一步验证IL-4是否通过巨噬细胞中的IL-4Rα信号传导促进肝脏修复再生,对特异性巨噬细胞IL-4Rα缺失小鼠 (Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠)进行肝脏IR损伤处理,结果显示与对照组小鼠相比,Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠的肝再生修复显著延迟,肝脏坏死面积更大,增殖的肝细胞数量更少。用IL-4c治疗后,Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠肝脏修复功能并没有恢复正常(图4H-L)。这些结果表明IR损伤后嗜酸性粒细胞产生的IL-4通过肝巨噬细胞的IL-4Rα促进肝脏再生修复。

5. IL-4诱导肝巨噬细胞产生HB-EGF促进肝脏再生修复
进一步研究肝巨噬细胞中IL-4/IL-4Rα信号如何促进IR损伤后的组织修复和再生,研究者使用IR损伤后第3天的小鼠肝脏样本进行了反向蛋白阵列(RPPA)分析和蛋白质印迹验证。结果显示与对照组相比,Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠肝脏中磷酸化(p)-表皮生长因子受体(p-EGFR)水平降低,表明肝巨噬细胞中的IL-4/IL-4Rα信号可以调节一种或多种EGFR配体。在IR损伤后第3天从Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠和对照小鼠中纯化出肝巨噬细胞,并检测细胞中7种已知EGFR配体的mRNA水平(EGF、TGFα、Hb-EGF、双调蛋白(Amphiregulin)、表皮调节素(Epiregulin)、β细胞素(Betacellulin )、EPG(Epigen))。结果显示,在Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠的肝巨噬细胞中,只有Hb-EGF的表达减少(图5C)。为了证明HB-EGF在IR损伤后肝脏修复中的作用,研究者在IR损伤后第1天和第3天将重组小鼠HB-EGF注射到Il-4rαfl/flClec4f-Cre+/-小鼠中。加入外源性HB-EGF后在IR损伤后第7天肝脏恢复正常(图5F-H)。结果表明HB-EGF在IR损伤后促进肝脏再生修复。
为了进一步验证IL-4的促修复功能依赖于肝巨噬细胞来源的HB-EGF,对特异性肝巨噬细胞HB-EGF缺失的小鼠(Hb-egffl/flClec4f-Cre+/-小鼠)IR损伤后注射IL-4c治疗。治疗后Hb-egffl/flClec4f-Cre+/-小鼠不能恢复肝脏修复功能(图6B-D)。这表明嗜酸性粒细胞产生的IL-4刺激巨噬细胞产生HB-EGF,进而促进肝再生修复,这一过程在IR损伤后的肝再生修复中具有关键作用。 
该研究揭示了嗜酸性粒细胞在肝脏IR损伤后的修复再生中具有重要作用,并发现嗜酸性粒细胞和巨噬细胞之间通过IL-4/HB-EGF轴对肝脏再生修复进行调控。嗜酸性粒细胞产生的IL-4刺激巨噬细胞产生HB-EGF,进而调控肝再生修复。这些发现有助于探索肝脏急性损伤的新治疗方法,对改善肝移植患者预后具有重要意义。