脊髓损伤后肝功能障碍：中枢和外周病理的恶性循环？
摘要：肝脏对许多生理过程是必不可少的，包括从肠道过滤血液，代谢脂肪、蛋白质、碳水化合物和药物，以及调节铁的储存和释放。肝脏也是重要的免疫器官，在应对全身感染和损伤方面起着至关重要的作用。肝功能受来自脑干的自主副交感神经支配和来自胸髓的交感神经支配的调节。因此，脊髓损伤(SCI)在胸椎水平或以上会扰乱肝功能的主要调节机制。在啮齿动物和人类身上的研究表明，脊髓损伤会导致肝脏病理，包括肝脏炎症和脂肪堆积，这是一种严重的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的特征，称为非酒精性脂肪性肝炎(NASH)。这种肝脏病理与常见于脊髓损伤患者的代谢紊乱指标(如胰岛素抵抗和高脂血症)相关，并可能对这些指标有贡献。这些在脊髓损伤人群中的发生率更高，并可能对健康和生活质量产生负面影响。在这篇综述中，我们将：1)讨论SCI后人和啮齿动物肝脏病理和功能的急慢性变化；2)描述这些肝脏变化如何影响SCI后的全身炎症、铁调节和代谢紊乱；3)描述肝脏自主神经系统的紊乱是如何导致SCI后慢性肝脏病理改变的；以及4)展望目前和未来旨在阐明SCI后肝脏和代谢功能障碍的机制的研究进展。
关键词：脊髓损伤、糖尿病、神经 脂肪变性、枯否细胞炎症、代谢综合征、心血管疾病
导言
脊髓的创伤性损伤会引发立即的全身性炎症反应(Dewar等人，；Hundt等人，；Moore和Moore，)。这包括补体系统激活、细胞因子和趋化因子的产生、外周器官包括脾、肾、肺和肝内的急性中性粒细胞增多和中性粒细胞氧化爆发(Bao等人，年；Gris等人，年；Lenz等人，年；帕特里克等人，年)。中枢神经系统疾病和损伤包括脊髓损伤(SCI)后产生的这种全身性炎症反应主要由肝脏释放的因子协调，这个过程称为急性时相反应(APR)(Bao等人，,；Baumann和Gauldie，；Campbell等人，；Campbell等人，a，b；Fleming等人，；Gris等人，；Gruys等人，；Popovich和McTigue，。虽然这种肝脏对身体创伤的反应通常是短暂的，但实验数据表明，脊髓损伤会导致啮齿动物长期的肝脏炎症和病理(Goodus等人，年；Sauerbeck等人，年)。一些基本的肝功能也长期受到SCI的干扰，包括从消化道过滤血液，代谢脂肪、蛋白质、碳水化合物和药物，储存糖原、维生素和矿物质，促进铁的调节和储存(Bauman和Spongen，；Bauman和Spongen，；Chow等人，；DeLeve，；Farkas和Gater，；García-López等人，；Goodus等人，。这些正常肝功能的紊乱可能导致脊髓损伤人群中代谢紊乱发病率的增加，包括血脂异常、胰岛素抵抗和心血管相关疾病(Bauman等人，年；Bauman和Spongen，,；Lee等人，年；Maruyama等人，年；Myers等人，年)。在过去30年中，脊髓损伤后头两年的死亡率下降了40%(Strauss等人，年)。然而，30多年来，长期存活率并没有增加，而且明显低于普通人群(Shavelle等人，年)。因此，迫切需要了解延长全身病理的机制，以便改善脊髓损伤患者的长期健康和生活质量。由于肝脏病理与代谢紊乱紧密结合，了解脊髓损伤后慢性肝脏病理的驱动因素可能为改善损伤后代谢健康提供重要线索。
脊髓损伤后1~7d的急性肝脏反应
脊髓损伤的急性影响是有据可查的。局部脊髓内炎症伴随着广泛的全身性变化，包括中性粒细胞生成增加、白细胞增多、发热以及血清电解质、金属离子、凝血因子、补体蛋白和糖皮质激素水平的变化(Albayar等人，年；Blight，；Fleming等人，年；Popovich等人，年；Saville等人，年；Taoka等人，年)。值得注意的是，肝脏是许多这些效应的中心。炎症细胞因子，如肿瘤坏死因子α(肿瘤坏死因子α)、白细胞介素-1α(IL-1α)、IL-1β和IL-6，在脊髓损伤部位局部产生，进入血流并迅速到达肝脏(AnthonyandCouch，年；Fleming等人，年；Hundt等人，年)。在损伤后的几个小时内，肝脏产生并释放急性时相蛋白(APP)到循环中，放大对创伤的免疫反应，这一过程被称为急性时相反应(急性时相反应(APR))(AnthonyandCouch，；Fleming等人，年；Hundt等人，年)。哺乳动物的肝脏由于其独特的血管系统使肝脏内的天然免疫效应细胞与循环因子密切接触，从而对身体创伤做出了这种快速反应。炎症和损伤相关分子通过肝动脉进入肝脏并穿过肝窦，肝窦是位于肝细胞层之间的致密微血管网络(Aldridge等人，；Lautt，；Lautt和Greenway，；Robinson等人，)。肝实质包括肝细胞、肝窦上皮细胞、肝巨噬细胞(又称Kupffer细胞)和肝星状细胞均暴露于肝窦循环中，介导创伤后肝脏急性时相反应(APR)。占肝脏生物量约80%的肝细胞表达结合IL-1α、肿瘤坏死因子-α和IL-6的受体、糖皮质激素、过敏*素、Toll样受体4(Toll-likereceptor4，TLR4)配体和从损伤的脊髓释放到血流中的警报(BaumannandGauldie，年、年；Campbell等人，年；Crispe，年；Jensen和Whitehead，年；Koj，年；Seki和Alarmins)(BaumannandGauldie，年；Campbell等人，年；Crispe，年；Jensen和Whitehead，年；Koj，年；Seki和肝枯否细胞是体内 的常驻巨噬细胞群，约占非实质肝细胞的20%，它与细菌、真菌和脂多糖中的炎性细胞因子、补体蛋白、β-葡聚糖结合，并能迅速清除血液中的内*素、碎片和微生物(Decker，年；Gale等，年；Knolle等，年；Mackay，年；Schieferdecker等，年；Yang等，年)。肝星状细胞是组织完整性改变的重要感受器，也是天然免疫细胞活化的始发者。星状细胞暴露于氧化应激信号、危险/病原体相关分子模式(DAMPS/PAMPs)、细胞因子、趋化因子和生长因子，这些因子由邻近的Kupffer细胞、骨髓来源的巨噬细胞、肝窦内皮细胞和肝细胞分泌。星状细胞通过产生白细胞介素-17(IL-17)等细胞因子和C-C基序趋化因子(配体)2(CCL2)等趋化因子，并在肝脏急性时相反应(APR)期间充当抗原提呈细胞(Fujita和Narumiya，；Nieto等人，；Weiskirchen和Tacke，)，从而促进炎症反应(FujitaandNarumiya，；Nieto等人，；Weiskirchen和Tacke，)。因此，肝脏免疫细胞群处于理想的位置，并表达广泛的受体，使它们能够对任何身体损伤做出快速反应。
来自临床前SCI模型的数据显示，肝脏急性时相反应(APR)在SCI后迅速发生(Bao等人，年；Campbell等人，年；Campbell等人，a，b；Fleming等人，年；Hundt等人，年)。啮齿动物损伤后2小时开始，肝细胞和枯否细胞分泌多种APP，包括趋化因子细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子1(CINC-1)、CCL2和(C-X-C基序)配体1(CXCL-1)；这些因子通过肝静脉排出肝脏，促进病原体的识别和清除，增强坏死和凋亡细胞的清除，增加吞噬细胞的黏附和趋化。Hundt等人，年)。啮齿动物和犬脊髓损伤研究表明，脊髓损伤后4-24小时血中APPSC-反应蛋白(CRP)、血清淀粉样蛋白A、血清淀粉样蛋白P、结合珠蛋白、A1抗糜蛋白酶和纤维蛋白原均升高(Baumann和Gauldie，；Gabay和Kushner，；Hall等人，；Pepys和Baltz，；SteelandWhitehead，；Zahedi和Zahedi，；Hall等人，；Pepys和Baltz，；SteelandWhitehead，；Zahedi和Zahedi，；Hall等人，；Pepys和Baltz，；SteelandWhitehead，；Zahedi和。大鼠脊髓损伤后24小时内肝脏CD68mRNA显著升高，且CD68+Kupffer细胞在脊髓损伤后的前7天一直增加(Sauerbeck等人，年)。在此期间，肝脏细胞因子和趋化因子也显著升高，包括IL-1α、IL-1β和CxCL-1(图1)(Campbell等人，年，a，b；Sauerbeck等人，年)。重要的是，Kupffer细胞活动和肝脏炎症似乎积极地促进白细胞向受损的脑或脊髓募集，这表明肝脏的反应可以加强中枢神经系统的损伤(AnthonyandCouch，；Campbell等人，年)。例如，当Kupffer细胞在大鼠脊髓损伤前被耗尽时，随后进入受损脊髓的中性粒细胞数量减少(Campbell等人，a，b)。反之亦然。在脑部炎症之前，通过促进NF-κB活性来增强肝脏炎症增加了进入大脑的中性粒细胞的数量(Campbell等人，a，b)。这些耐人寻味的数据表明，肝脏积极推动中枢神经系统炎症，控制损伤后的肝脏炎症是限制损伤后脊髓损伤的治疗干预的潜在靶点。
除了损伤部位的循环因素外，脊髓损伤后的肝脏炎症可能是由肠道逃逸的因素驱动的。脊髓损伤后，肠上皮细胞之间的紧密连接变得更具通透性，允许肠道细菌和细菌产物进入血液，从而早在脊髓损伤后24小时就增加了大鼠的血浆内*素(Liu等人，年)(图1)。排出胃肠道的门静脉将这些内*素和微生物碎片直接输送到肝脏，库普弗细胞是肝脏的 道“防线”(Balmer等人，；Jenne和Kubes，；Ju和Tacke，)。据推测，脊髓损伤后“渗漏的肠道”中的LPS+内*素升高，通过压倒肝脏滤过能力，使肠道微生物绕过肝脏，引发全身炎症，从而导致急性肝炎(Kigerl等人，年；Liu等人，年；O‘Connor等人，年)。(Kigerl等人，年；Liu等人，年；O’Connor等人，年)。在肝脏内，脂多糖通过辅受体CD14和淋巴细胞抗原96(MD-2)与枯否细胞TLR4结合，激活依赖MyD88的途径，诱导NF-κB和p38/c-JNK活化。库普弗细胞激活后产生一系列生长因子、趋化因子和细胞因子，包括血小板衍生生长因子、转化生长因子-β1、肿瘤坏死因子-α、IL-1、IL-6、IL-10、IL-18、CxCL-1、CxCL-2、CxCL-8、CCl_2、CCl_5、巨噬细胞炎性蛋白-1α(CCl_3)、巨噬细胞炎性蛋白-1β(CCl_4)、活性氧和前列腺素。这刺激骨髓来源的单核细胞和中性粒细胞浸润炎症的肝脏(Kazankov等人，年；Kigerl等人，年，年；Milosevic等人，年；Myers等人，年)。因此，肠道通透性增加可能是脊髓损伤后肝脏炎症的早期触发因素。在啮齿动物受伤后的 周，肝脏脂肪堆积，称为脂肪变性，也会增加(Sauerbeck等人，年)。肝脏从循环中吸收脂肪酸，当循环中的脂肪酸水平超过肝脏的氧化和分泌能力时，肝细胞将多余的脂肪酸储存为 三酯(Dirison和Beylot，)。这可能发生在脊髓损伤后，因为在一项对脊髓损伤受试者的研究中发现循环脂肪酸升高；这表明在交感神经活性升高期间，脂肪组织脂解导致循环脂肪酸激增(Karlsson，)。因此，脂肪细胞的脂解和脂肪酸的释放可能是脊髓损伤后脂质堆积的一个来源。
图1颈椎和胸部脊髓损伤后出现急性和慢性肝脏病理改变。颈胸段脊髓损伤后自主肝神经支配的破坏导致肝炎性细胞因子、激活的枯否细胞标志物、急性时相蛋白(APP)、神经 、肝细胞损伤标志物丙氨酸 转移酶(ALT)和肝铁储存失调的急慢性升高。急性和慢性肠黏膜屏障的破坏和肠道生物失调进一步加剧了脊髓损伤后的肝脏炎症。慢性非酒精性肝炎NASH伴有代谢综合征（MRTS）症状，包括腹部脂肪增加、循环脂质增加以及葡萄糖和胰岛素抵抗。总而言之，脊髓损伤SCI诱发的非酒精性肝炎NASH增加了脊髓SCI患者发生心血管疾病、糖尿病、肝硬化和肝细胞癌的可能性。
肝脏内的新生脂肪生成也会导致肝脏脂肪变性(Lvoie和Gauthier，)。例如，我们先前的工作在损伤后的 周检测到肝脏中神经 的升高(Sauerbeck等人，年)。具体地说，肝神经 前体和成熟神经 在损伤后1d显著增加，50%的神经 在损伤后3d仍显著升高(图1)(Sauerbeck等人，年)。丝氨酸棕榈 转移酶，神经 合成的限速酶，在损伤后3d肝脏中也显著增加(Sauerbeck等人，年)。神经 是一种有效的脂质信号分子，也是炎症和细胞凋亡的调节因子；由于它们的合成可以被内*素刺激(Changetal.，)，漏出的肠道中的内容可能会诱导脊髓损伤后急性神经 的产生。神经 可通过持续激活Toll样受体-4(TLR4)的前馈机制促进炎症诱导的肝脏肥胖(BhargavaandLee，；Schilling等人，年；Sims等人，年)。在肝脏内，神经 可诱导胰岛素抵抗、氧化应激和炎症(Pagadala等人，年)，如果神经 释放到循环中，可引起中枢神经系统*性，包括诱导氧化应激和改变与阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病等疾病相关的蛋白质的聚集(Vidaurre等人，年；CzuBowicz等人，年；Obeid等人，；Pagadala等人，年)。值得注意的是，我们先前的研究在脊髓损伤后检测到丝氨酸棕榈酰转移酶的次级高峰，这表明肝脏神经 的产生可能会再次慢性上升(Sauerbeck等人，年)。其他炎症介质也可能导致急性脊髓损伤后肝脏脂质变化。例如，脂肪生成基因和神经 的产生受到肿瘤坏死因子-α的刺激，在损伤后1d，肝脏中的肿瘤坏死因子-RNA增加了10倍(Bikman，年；Sauerbeck等人，年)。释放到循环中的肿瘤坏死因子-α可以诱导脂肪细胞脂解，从而释放通过门静脉直接输送到肝脏的游离脂肪酸(Ruan等人，年；Ruan和Loish，年)。因此，SCI诱导的肝脏脂肪堆积可能是由于肝脏炎症增加了神经 和其他脂质物种的从头产生，也可能是由于刺激脂肪组织释放游离脂肪酸所致。
肝脏炎症在脊髓损伤后 周后持续存在
对身体的损伤通常会引起肝脏的急性时相反应(APR)和相关的炎症，然后迅速消退。然而，脊髓损伤后，临床前数据显示肝脏炎症持续存在。在大鼠中，脊髓损伤后至少42天，肝脏IL-1α、IL-1β、CCL2和TNF-αmRNA的表达升高(图1)(Goodus等人，年)。值得注意的是，我们观察到在中度胸部脊髓损伤后，大鼠和小鼠的肝脏炎症持续了至少6个月(Goodus和McTigue，个人观察)，这增加了脊髓损伤后肝脏生理学永远不会回到基线的可能性。
慢性肝脏炎症可能是由脊髓损伤后肠道通透性和肠道生物失调的长期变化所介导的。小鼠脊髓损伤后肠上皮细胞紧密连接的破坏持续了4周，大鼠脊髓损伤后至少8周(图1)(Kigerl等人，年；O‘Connor等人，年)。在临床前脊髓损伤模型中，细菌不仅从肠道泄漏，而且它们的组成也会改变，这种现象被称为肠道生物失调(Kigerl等人，,年；Milosevic等人，年；Myers等人，年)。全身免疫抑制、非机械性肠梗阻和肠动力受损均可引起生物失调和细菌移位，这些都是脊髓损伤的并发症(Balzan等人，年)。如上所述，肠道微生物和微生物成分(如内*素和肽聚糖)离开肠道后，由门静脉输送到肝脏。在那里，它们可以激活肝脏免疫受体，从而帮助维持脊髓损伤后的慢性肝脏炎症(Khosravi等人，年；Mazo等人，年)。有证据表明，脊髓损伤后，人体肠道微生物群落的组成也发生了重大变化。例如，与健康受试者相比，脊髓损伤患者体内产生 的细菌特别减少(Gungor等人，年)。 盐对上皮细胞的生长和分化有调节作用，对巨噬细胞有很强的抗炎作用，并能抑制中枢神经系统炎症(Arpaia等人，年；Chen等人，年；Hyeon等人，年；Park等人，年；Roediger，年)。因此，低 水平对脊髓损伤后的长期康复有影响是合理的，尽管这种影响是否或如何影响肝脏炎症尚未得到研究(Gungor等人，年)。肝细胞和枯否细胞急性暴露于LPS可能调节慢性肝脏生理。肝细胞、Kupffer细胞和肝内皮细胞都通过依赖TLR4和CD14的机制参与LPS的清除(Mimura等人，；Parent，；VanOosten等人，；Vodovotz等人，；Zlydaszyk和Moon，)。脂多糖诱导的因子，如肿瘤坏死因子α和白细胞介素-1β，由表达枯否细胞的TLR-4释放，诱导肝细胞上TLR-2的表达，从而增加肝细胞对革兰氏阳性产物的敏感性(MatsuuraandGalanos，年；Roh和Seki，年；Vodovotz等人，年)。这提示SCI后肠道通透性的急性改变可能导致肝细胞对肠源性细菌产物的敏感性，这可能是SCI后慢性肝脏炎症无法消退的部分原因。脂多糖在通过肝脏过滤后也会聚集在胆汁中，并主要排入肠道(Jackson等人，年；Maitra等人，年)。然而，在LPS攻击后1周，肝脏中的LPS浓度可以保持在注射生理盐水的对照肝脏上(邓等人，；Freudenberg和Galanos，)，进一步促进了慢性肝炎。类似的细菌致敏机制可能在脊髓损伤后发挥作用，但需要研究更清楚地揭示细节。
肝脏是铁的主要调节器官，损伤后的肝脏炎症可导致全身铁稳态失调。脊髓损伤以及其他损伤和感染导致血浆铁浓度降低(Hirsch等人，；Locke等人，年；Perkash和Brown，；Vair等人，)。这种“炎症铁血症”可能是作为宿主防御细胞外病原体而进化的，而细胞外病原体需要铁才能入侵。因此，全身炎症可能通过促进铁的固存和增加肝脏铁调节蛋白，如铁蛋白和海普西丁，从而导致SCI后贫血(Blissett等，；Frisbie，；Goodus等，；Wessling-Resnick，)。例如，脊髓创伤或炎症增加了脾脏和脊髓巨噬细胞中铁蛋白的密度，这可能是一个TLR4依赖的过程(Blissett等人，年；Goldstein等人，年；Lee等人，年；Sauerbeck等人，年)。在肝脏内，枯否细胞吞噬并降解衰老或受损的红细胞，并在贫血期间增加肝脏铁蛋白结合铁，从而降低红细胞存活率(Wessling-Resnick，)。目前尚不清楚这是否发生在脊髓损伤后，但最近的数据证实，大鼠脊髓损伤后6周，肝细胞铁蛋白显著上调，表明肝脏存在显著的慢性铁隔离(Goodus等人，年)。由于铁在亚铁状态下是高度氧化的，如果存在过量，它可能会在脊髓损伤后传播慢性肝炎(Herbert等人，年；Kew，年)。海普西丁是细胞铁释放的主要调节因子，可能与脊髓损伤所致大鼠肝脏铁超载有关。作为对TLR4信号的响应，肝脏分泌Hepcidin，它与 的铁输出物-肝脏铁蛋白结合并导致其降解。Hepcidin对位于肠上皮细胞基侧膜上的铁蛋白有类似的作用(Lee等人，年)，因此可能会抑制肠道中铁的输出。总之，这些研究表明，肝脏中过多的铁储存可能是脊髓损伤引起的贫血的原因之一。由于在没有活检的情况下很难诊断肝脏炎症，肝损伤的生物标志物经常与升高的肝脏APP一起用于推断受试者的肝脏炎症。升高的循环丙氨酸 转移酶(ALT)和天冬氨酸 转移酶(AST)主要由肝细胞产生，在细胞损伤时释放，通常用于评估临床前模型和人体的肝损伤。在我们手中，ALT在T8脊髓损伤后2周显著升高，并保持在至少6周(Goodus等人，年；Sauerbeck等人，年)。在一项对脊髓损伤受试者的研究中，超过60%的人在损伤后18-22天ALT和AST升高(BloomandFreed，；Lehmann等人，)。在另一项单独的研究中，76%的四肢瘫痪患者和60%的截瘫患者的ALT和AST水平在脊髓损伤后两个月达到峰值(BloomandFreed，；Lehmann等人，)，这表明持续的肝脏损伤。最近的一项研究显示，脊髓损伤后，与“肝功能”相关的急性血液分析，包括丙氨酸 转移酶(ALT)，可以预测损伤后3个月和12个月的感觉结果(Brown等人，年)。这表明ALT可能是一个潜在的结果预测因子，尽管这项研究的受试者规模相对较小，只有82人(Brown等人，年)。脊髓损伤患者通常服用的药物，如抗炎药物，也可能会升高ALT水平，这可能有助于评估药物诱导的肝脏病理。例如，在测试利鲁唑的临床试验中，约30%的脊髓损伤受试者显示出中度到重度的ALT升高；相比之下，另一种脊髓病理疾病--肌萎缩侧索硬化症(ALS)患者中只有3-4%的ALT升高(Grossman等人，年；La
