武漢大學模式動物研究所工作人員在進行實驗。受訪者供圖
多面體的肝臟細胞、神秘的肝臟巨噬細胞、善變的星形細胞……作為人體最大代謝器官的肝臟內部千姿百態(tài)，細胞類型眾多，探秘的故事正是從這里開始。
不久前，國際權威綜述類期刊《疾病病理機制年鑒》(Annual Review Pathology)刊登了一篇題為《天然免疫分子調控代謝疾病和心血管疾病》的文章。“天然免疫很長時間以來被認為是機體抵御外來入侵的‘警察系統(tǒng)’，然而我們要講述的是另一個故事，它們還進行代謝調控等工作。”在近日召開的第五屆武漢肝臟代謝與心血管疾病國際學術會議期間，作者之一的武漢大學人民醫(yī)院研究助理教授張曉晶博士向科技日報講解這篇高水平綜述的標題中所暗藏的“玄機”。通俗地說，機體里的“大內衛(wèi)隊”竟然還有重要的兼職，它們之前未被覺察的另一個任務是什么呢?
應武漢大學基礎醫(yī)學院院長、模式動物研究所所長李紅良教授的邀請，在本次學術會議期間，美國科學院院士麥克·凱林、蒂莫西·畢勒等近六十位國際頂尖專家就學界在這一領域發(fā)現(xiàn)的新進展進行了深入交流，勾勒出全新的細胞機制網絡。
外侵者和潛入者，都會激發(fā)免疫
基于相應的基礎研究，人們對于病毒性肝炎及病毒如何入侵并危害肝臟已經有了相對成熟、系統(tǒng)的認知和應對策略。然而，人們往往會視外侵者為“眼中釘”，反而對過量脂質等潛入者的危害視而不見。武漢大學中南醫(yī)院研究助理教授姬燕曉博士表示，對非酒精性脂肪肝炎的新近病理生理研究顯示，有“潛入者”的肝臟細胞，也能啟動免疫體系，如果程度嚴重甚至啟動“毀滅”程序。
當非酒精性脂肪肝病發(fā)展到嚴重的炎癥階段，肝臟內巨噬細胞就會異常活躍起來，它們會從血液中募集更多兄弟炎癥細胞，例如白細胞就會進到肝臟里面，出現(xiàn)炎癥細胞浸潤。“這個時候如果做病理分析，就會看到肝臟里面有很多炎癥細胞，圍著變大的肝臟細胞。”姬燕曉說，這就說明肝臟細胞里邊“出事兒”了，不要以為炎癥細胞是去解救肝臟細胞的，很可能炎癥細胞已經認為它是不正常細胞，想把它干掉。而這個機制與肝炎病毒入侵后，免疫系統(tǒng)對帶毒肝臟細胞的“絞殺”很相似。
對于肝臟來說，肝炎病毒顯然是外侵者，而由于過度攝入高脂肪食物導致肝臟內過度蓄積脂質，則是潛入者，它們都會激發(fā)免疫。
“當被診斷出脂肪肝時，人們或許只會認為肝臟細胞里多了一些‘小油滴’。”李紅良表示，但對于分子水平的基礎研究發(fā)現(xiàn)，這些過度蓄積的脂質同樣會損害肝臟并啟動機體內免疫系統(tǒng)的反應。細胞的“大內衛(wèi)隊”會視“小油滴”為異物，開啟免疫機制的相關路徑。這一觀點也得到美國科學院院士加州大學圣地亞哥分校的麥克·凱林的認同，他認為肝臟內脂質代謝紊亂會導致肝臟細胞處于應急狀態(tài)，使得局部炎癥加劇，并最終加快肝硬化甚至肝癌的發(fā)病進程。同時，目前已經有包括加州大學圣地亞哥分校教授大衛(wèi)·博瑞納團隊在內的多個國際知名教授團隊的研究都支持這個觀點。“人們發(fā)現(xiàn)不僅脂肪肝，肥胖、動脈粥樣硬化等狀態(tài)的存在，都會誘發(fā)慢性、長期、低水平的炎癥。”姬燕曉說，這些炎癥從外觀上人們感覺不到，不會發(fā)熱也不會疼痛，沒有異常，但是如果持續(xù)時間久了就會誘發(fā)各種疾病。
基于武漢大學模式動物研究對來自全國100多家醫(yī)院的2000多萬份真實人群的健康數(shù)據(jù)進行的大數(shù)據(jù)分析結果，李紅良在大會上報告了非酒精性脂肪肝病患者與冠心病、心血管疾病、中風等存在著高度的相關性。“這極大可能意味著非酒精性脂肪肝病的存在會增加心血管、中風等的幾率。”李紅良說。來自美國德州大學西南醫(yī)學中心的資深心臟病學教授約瑟夫·希爾在大會報告上也明確指出非酒精性脂肪肝病等代謝紊亂相關性疾病是心血管疾病死亡率居高不下的重要因素。
細胞通路拐出一片“新大陸”
那么，為什么會出現(xiàn)這樣的關聯(lián)?人們能不能從分子機理上找到相關的機理解釋這些現(xiàn)象的發(fā)生?
“人們發(fā)現(xiàn)雖然免疫系統(tǒng)啟動了，卻并沒有產生誘發(fā)經典的免疫分子通路。”姬燕曉說，這意味著很早前人們發(fā)現(xiàn)的免疫依賴的通路并沒有工作。也就是說，“大內衛(wèi)隊”雖然行動了，可是并沒有按照之前發(fā)現(xiàn)的細胞通路去執(zhí)行任務，而是在細胞通路上拐了個彎，去執(zhí)行了原本任務之外的任務。
那么，它們干什么去了呢?李紅良團隊在基礎研究的過程中發(fā)現(xiàn)了在肝細胞中免疫相關分子機制的“新大陸”，即天然免疫的非免疫依賴調控網絡。
“我們用油脂刺激了肝臟細胞，模擬飲食，例如給細胞或者實驗鼠高脂供給之后，對肝臟細胞進行分析。”姬燕曉解釋，我們選取不同干預時間的肝臟細胞進行多種組學的聯(lián)合分析。通過對比會看到一些蛋白發(fā)生了顯著的變化，并能夠掌握蛋白變化的“時間線”。
相對應地，研究人員也會從中發(fā)現(xiàn)發(fā)生作用的關鍵基因的線索。“我們會鎖定一些關鍵基因進行進一步的深入研究分析。”姬燕曉說，利用基因工程的方法，將該基因敲除，可以證實免疫系統(tǒng)的非免疫依賴信號“走過”的通路。
基于這一研究策略，李紅良領導的武漢大學模式動物研究所獲得了多個調控非酒精性脂肪肝病的關鍵分子靶點。2018年前后，《自然·醫(yī)學》《肝臟病學》等雜志先后發(fā)表了一系列研究成果，他們經過近八年研究發(fā)現(xiàn)了通過阻斷“ASK1”或者“TAK1”酶的激活的系列關鍵分子，可明顯抑制非酒精性脂肪性肝炎的炎癥發(fā)生、肝臟纖維化、胰島素抵抗和肝臟脂質堆積等一系列疾病過程，并在動物身上進行了實驗證實。基于以上研究成果，團隊已經開發(fā)了2個全新的小分子先導化合物，目前已經在非人靈長類非酒精性脂肪肝炎模型上獲得了良好的療效，并計劃在近期開展臨床前的研究開發(fā)工作。
記者在本次學術會議上獲悉，在過去10年時間里，李紅良帶領團隊成功解析了一系列對非酒精性脂肪肝病疾病進程有關鍵調控功能的靶點及分子通路，為相關藥物的開發(fā)提供了重要靶點及思路。這些研究成果受到該領域內的權威專家廣泛認可，李紅良團隊也受邀于2018年在國際權威期刊《生理學綜述》發(fā)表題為《天然免疫信號通路及其在代謝和心血管疾病中的作用》的論著。
因果之間仍有“黑箱”待解
“細胞中的分子事件是一個復雜的網。我們尋找到的通路是最明顯、起最關鍵作用的‘主路’。”姬燕曉說，組學的分析提示研究人員，分子機制是“牽一發(fā)而動全身”的，仍舊有更復雜的機制有待探索。
過量攝入油脂，引發(fā)免疫系統(tǒng)的介入，進而引發(fā)代謝紊亂，甚至在非酒精性脂肪肝病的惡化過程中也引來免疫細胞對肝臟細胞的攻擊。一因一果的之間，仍是一個待解的“黑箱”，剛剛有了些眉目。
“細胞通路的勾勒是全世界科學家共同工作的集合。”姬燕曉說，每個研究都可能為這幅拼圖的完整性貢獻一份力量。“我們的系列研究，可以為這個巨大的網絡提供重要的節(jié)點甚至主線。”
目前解開的細胞通路，已經形成了全球共享的數(shù)據(jù)庫，例如reactome、KEGG等網站將通路整合起來。后續(xù)的發(fā)現(xiàn)將讓這個網絡更加豐富。
在此次大會上，很多頂尖專家都帶來了全新的研究成果。例如康奈爾大學醫(yī)學教授大衛(wèi)·科恩表示，他們發(fā)現(xiàn)棕色脂肪中線粒體介導的能量消耗，能夠起到調控非酒精性脂肪肝的作用，并能作用于肥胖、糖尿病的發(fā)生發(fā)展進程。而美國科學院院士蒂莫西·畢勒則表示，其團隊重點關注高遷移率族蛋白1(HMGB1)在肝臟損傷中發(fā)揮的關鍵調控作用，最新成果發(fā)現(xiàn)HMGB1可直接結合線粒體DNA并將其運送至胞漿DNA感受器，相關研究首次系統(tǒng)、深入闡明了肝細胞中HMGB1在不同誘因導致的肝損傷中的具體調控機制，為深入解析肝臟損傷發(fā)病機制和針對性開發(fā)靶向藥物提供了重要支持。(張佳星)
