u  导语

肝脏是人体内最大的实质器官，在传统医学一直被认为具有“排毒”“解毒”的功能，现代医学也证实了肝脏的特殊免疫功能，其在清除病原体、维持体内稳态等方面发挥重要作用。有句话叫做“结构决定功能”，那么肝脏究竟有怎样的特殊结构和免疫细胞构成，使它在体内发挥独一无二的功能呢？

u  肝脏的基本结构单元

想象拿着一个放大镜，放大观察肝脏剖面，会发现肝脏中布满了无数个“六边形”，这个六边形，也就是肝脏最基本的功能单位--肝小叶。

冬奥会开幕式最后点燃圣火的环节里，无数片小雪花拼接相连，形成一片大雪花。在这里，每一个肝小叶就像一片片小雪花，连接聚集构成“大雪花”（完整肝脏），共同执行肝脏的功能。肝小叶由无数的细胞堆积构成，由剖面看去上面布满了细胞，中间则是中央静脉的横截面。在六边形的六个角上，均有一个独特的结构称作汇管区，由门静脉、肝动脉和胆管三部分分支的终末端交织组成。

u  肝脏的脉管系统

肝脏的脉管主要包括门静脉、肝静脉、肝动脉、胆管和淋巴管。循环血液通过门静脉和肝动脉入肝，经肝静脉出肝。门静脉中富含来自胃肠道的营养物质，为肝脏提供营养。进入肝脏后，门静脉在肝脏内不断分支、变细，在肝小叶的边缘形成极细的末端分支，称为小叶间静脉。肝动脉中是含氧量较高的动脉血液，为肝脏输送氧气，同样进入肝脏后在肝小叶边缘形成末端分支，称为小叶间动脉。肝小叶中央有一条纵行的中央静脉，围绕着中央静脉的毛细血管网络称为肝血窦。肝血窦排布形似迷宫，蜂窝状的“迷宫道路”错综复杂，增加了血液在其中的流通时间，使其能够和血窦中的多种肝脏细胞充分接触。小叶间动脉与小叶间静脉在肝小叶边缘汇合后共同汇入肝血窦，流向位于肝小叶中心的中央静脉，汇合而成肝静脉，注入下腔静脉出肝。门静脉在肝脏整体的外部，在将肝脏向体左侧翻开后即可直接观察到呈暗红色的血管。肝静脉则在肝叶内，由小叶中的中央静脉汇聚而成，无法直接观察到，直径比门静脉要小。

胆管则负责收集肝细胞产生的胆汁，汇总输送到胆囊储存。胆管位于肝小叶边缘的末端分支称为小叶间胆管。肝脏是产生淋巴最多的器官，其占比接近人体总淋巴液一半。由于肝脏脉管极其复杂，又缺少肝脏淋巴管的特异性标志物，此前人们对肝脏淋巴管系统的结构与功能认识严重不足。但近日华中科技大学研究人员的最新结果表明，肝小叶的汇管区存在四联管结构—淋巴管与小叶间静脉缠绕并行存于汇管区。

图一：肝脏脉管和肝小叶示意图。本图引自参考文献^[1]

左图：肝脏整体脉管结构，下方入肝蓝色脉管为门静脉（Portal vein），上方出肝蓝色脉管为肝静脉（Hepatic vein），红色脉管为肝动脉，绿色脉管为胆管（Bile duct），黄色脉管为淋巴管（Lymph vessels）。

右图：肝小叶示意图，边缘存在四联管结构，红色：门静脉，蓝色：肝静脉，绿色：胆管，黄色：淋巴管，中间的蓝色粗脉管为中央静脉（central vein）。

u  肝脏具有清除病原体的能力

正是由于肝脏具有两个供血系统（门静脉和肝动脉），它可以筛查血液中的全身性和肠道源性病原体。前面说到，门静脉的血液流经胃肠道而来，也就是说肠道上皮细胞损伤或功能障碍可导致病原体从肠道转移到门静脉血中。通常循环系统中病原体会通过淋巴管引流到淋巴结，在那里启动适应性免疫反应。但门静脉血直接流入肝脏，绕过了脾脏和淋巴结这些典型的免疫“前哨”。大多数情况下，病原体经门静脉转入时，肝脏不会产生慢性炎症或感染，表明肝脏具有筛查和免疫过滤血液的能力。有研究表明，与进入肝脏的门静脉内血液相比，病原体来源的分子（如LPS）在外周静脉血的浓度下降了100倍。

u  肝血窦/肝窦的结构与功能

那么肝脏是如何清除门静脉进入的病原体和其他外来分子的呢。整个过程其实可以想象成是血液中的物质经过肝内细胞的“机场安检”，允许正常的人与物通过，而截留下不能登机的危险物品。我们还是结合肝小叶的具体结构进行说明。

前面说到，肝小叶形态为六边形，内中布满了细胞，但是其实在六边形的内部，有一条条像迷宫样的“道路”，称为肝血窦。迷宫的墙是由肝细胞和贴附于其表面的肝血窦内皮细胞组成。

血液作为被检阅的“队伍”从肝小叶边缘进入肝血窦后，流速会明显降低，甚至比其他组织器官中的毛细血管内的流通速度更慢。这种“放慢步伐”的行为就像经过主席台前的队伍将踏步换为正步一样,目的都是接受更为细致的检查。血液通过错综复杂迷宫样结构的肝血窦减缓流速，能够使循环中的病原体与肝脏细胞（包括肝实质细胞、肝血窦内皮细胞和免疫细胞等）之间的接触机会和接触时间最大化，提高了血液中的病原体或其他物质被检测和捕获的概率。在慢性疾病如肝纤维化/肝硬化中，肝血窦还会发生重排现象，如密度、分支和环结构增加。这些肝窦内的形态结构变化将进一步影响肝小叶内的微循环。

前面说到，肝脏清除门静脉中病原体的过程就像一个安检，肝血窦是安检的“过道”，而负责“检阅”肝脏中流动血液的，就是肝脏中的各类“专职”或“兼职”的免疫细胞。

图二：肝血窦内免疫细胞分布示意图。

u  肝血窦内皮细胞(Liver sinusoidal endothelial cells, LSECs)：

LSECs是与流经的血液有必然接触的细胞，也是最先接触并检阅“血液队伍”的细胞，能够检测和捕获病原体并呈递抗原。LSECs将肝实质细胞与血液分隔开，但在血窦内皮细胞和肝细胞之间会形成一个缝隙，称为Disse腔。肝细胞与血窦中物质仍可以“私下联系”的原因就是LSECs并不是完全紧密的连接，在细胞与细胞之间留有空隙。这个空隙使LSECs发挥了“看门人”的作用，不仅可以选择性地调节血液中的分子从血窦“出去”到Disse腔进一步进入肝细胞，还可以促进肝细胞通过该空隙“进来”与血窦内的淋巴细胞直接接触。此外，LSECs也是重要的免疫前哨细胞和抗原提呈细胞(APCs)，除了直接向T细胞呈递抗原，也可以调节其他细胞的抗原呈递能力。例如通过细胞-细胞直接接触，LSECs可以降低肝脏树突状细胞(Dendritic cells，DCs)激活T细胞的能力。由于持续暴露于肠道源性分子，如果LSEC对非致病性外源性物质一直保持“大惊小怪”的敏感态度，频繁激活体内的主动免疫反应，则不利于体内稳态的保持。

由此可见，LSECs在肝脏免疫耐受形成中扮演重要角度，对维持肝脏的免疫稳态至关重要。

u  肝实质细胞(Hepatocytes)：

肝细胞的主要作用是代谢、蛋白质生产和毒素中和，但它们也会“兼职”检测病原体并协助免疫应答。大量研究已经证实在识别病原体后，肝细胞也会产生固有免疫反应，或参与适应性免疫反应的启动，向自然杀伤T细胞呈递抗原。值得注意的是，肝细胞的“兼职”免疫监测并不局限于肝脏本身，在整个脉管系统和其他大多数组织中也有类似发现。原因就是肝细胞负责大多数急性期蛋白质和补体成分的产生，而这两个大家族是防御病原体的第一道防线的一部分，其中的许多组成部分会作为主要的免疫前哨。例如，急性期蛋白中的C反应蛋白可以结合到特定的微生物表面，并提醒免疫系统注意这些病原体的存在。同样，补体系统的组成部分，如C3蛋白也可以直接结合微生物表面，并向免疫系统发出警报。正因肩负“生产”这些关键的先天免疫蛋白的重任，肝细胞在病原体检测中的作用得到极大的扩展，免疫的“兼职”能力远远超出肝脏的范围。

u  肝脏内定居型巨噬细胞—枯否细胞(Kupffer cells, KCs)：

KCs是肝内数量最多的一类定居型巨噬细胞，约占非实质细胞的35%。KCs固定位于血管中，粘附在LSECs上，直接暴露于血液内容物中，它最特殊的就是在流动条件下捕获病原体的能力。相比之下，其他组织中的单核细胞和巨噬细胞则会在组织中积极爬行，主动寻找病原体。除了捕获和清除，KCs也是重要的抗原提呈细胞。与LSECs的情况一样，持续暴露于肠道吸收来源物中，KCs对此不再“大惊小怪”，减弱了激活淋巴细胞的能力，避免机体对门静脉循环中常见的肠道源性抗原频繁产生免疫反应。但某些病原体相关分子或炎症细胞因子还是可以调节KCs的，将这些常态下的“佛系”（耐受性）细胞转化为“战斗状态”（能强烈激活T细胞）的强效抗原提呈细胞。KCs还可以结合并吞噬活化/凋亡的中性粒细胞，清除活化的血小板。这种清除活化细胞的行为，也是为了限制这些细胞产生炎症介质的可能，是调节炎症、减少细胞损伤和启动组织炎症消退的重要机制。就像在作战时，有些士兵情绪过于高昂（持续活化的中性粒细胞），在休战后已经到了让作战区域（相应组织）休养生息（炎症消退、恢复）的阶段，但士兵还想继续战斗（继续产生炎症反应），这时就要KCs来抚平这些躁动不安的士兵，也就是发挥其吞噬功能直接清除掉。

u  树突状细胞(Dendritic cells，DCs)：

通过门静脉进入肝脏的DCs在肝窦中可以提取血液中的抗原，并将这些抗原运输到肝脏引流淋巴结。与其他组织的DCs相比，肝脏中的DCs在刺激T细胞激活方面的效率较低。这一现象与KCs的行为对应，即在基本条件下，这些细胞并不是优秀的抗原呈递细胞，主要功能是维持免疫耐受而不是激活T细胞。在一般条件下，DCs激活T细胞的效果不佳的原因主要有三个。一是，肝脏中的局部细胞因子环境导致DCs 处于“不成熟”的发育状态；其二，与LSECs和肝细胞这些“佛系细胞”们的接触进一步降低了DC细胞激活T细胞的能力；最后，DCs会产生额外的白介素-10，一方面使促炎性型应答向抑炎性型应答转变，进一步抑制细胞免疫，另一方面还促进Treg细胞(regular T cells)--一种具有显著免疫抑制作用的T细胞亚群的发育。Treg细胞就像是军队的调解员，对躁动不安的士兵们（激活的T细胞或中性粒细胞）具有明显的压制效果，能够抑制其它细胞的免疫应答，是自身耐受的主要调控者。

在适当条件下，DCs还是会“重振旗鼓”，被诱导成为有效的抗原提呈细胞。比如阻断白介素-10或某些病原体相关分子(TLR9配体)的激活，就可恢复DCs激活T细胞的能力。这些手段增强了DC细胞呈递抗原的能力，增加了刺激分子的表达，并使T细胞发生强烈的抗原特异性激活。

u  淋巴细胞

前面叙述的细胞群体发挥免疫作用主要都是作为抗原提呈细胞，也就是将抗原提交给淋巴细胞进行“处置”。那么淋巴细胞又是如何继续发挥作用的呢？

肝脏中1/3到1/2的淋巴细胞是自然杀伤细胞(nature killer cells, NK)，它是检测肝脏病毒感染和细胞内细菌感染的关键哨兵。NK细胞活化后，以细胞为导向释放细胞毒性颗粒；在受到刺激时，还会产生并释放大量细胞因子(如IFN-γ)，指导并进行随后的免疫反应。

肝脏中还含有人体内最大的γδT细胞群之一，这种细胞数量相对较少，但它就像是免疫细胞中的“特种部队”，可以通过“亲自上阵”和“呼朋唤友”两种方式杀伤肿瘤细胞。“亲身上阵”是通过其细胞表面的NK细胞受体，及其分泌的细胞因子(如IFN-γ和TNF-α等)直接杀伤肿瘤细胞，而“呼朋唤友”则是通过各种力所能及的方式激活DC、αβ T细胞和NK细胞等对肿瘤进行间接杀伤。

淋巴细胞还有一个重要的组成是NKT细胞。相比其他组织，NKT细胞在肝脏中更丰富。与NK细胞相似，NKT细胞可通过穿孔素和颗粒酶直接杀伤靶细胞。但是NKT细胞更重要的还是其作为免疫调节剂所发挥的功能。根据激活信号的不同，NKT细胞能够产生多种细胞因子诱导促炎或抑炎反应，且细胞因子的产生速度惊人。

NKT细胞还有两个特征表明它对免疫监测也至关重要。

第一个特征就是，NKT细胞是唯一活跃地巡逻肝脏血管以寻找病原体的肝脏淋巴细胞。通过使用活体显微镜和荧光蛋白标记技术，能够直接观察到活体小鼠肝脏中巡逻的NKT细胞。这些细胞沿着血窦壁爬行，不受血流方向的影响。被血液中的配体激活后，这些细胞就停止爬行，牢牢地附着在血管壁上。这种巡逻行为是NKT细胞特有的，也就是说在肝脏中只有NKT细胞不是等待抗原的呈递，而是主动地去寻找病原体。

第二个特征是，NKT细胞能够被一系列不同的信号激活。NKT细胞不仅对病原体有反应，而且也会“听从”细胞因子、自身脂质、甚至是神经调节信号的命令。被部分神经递质（如去甲肾上腺素）激活的NKT细胞可以释放出抗炎细胞因子，在小鼠体内诱导免疫抑制状态，减少炎症并保护大脑。通过这种方式，肝脏NKT细胞作为一个其他部位的“编外成员”，可以检测到远处的组织损伤从而调节动物的整体免疫状态。

u  结语

肝脏特殊的脉管结构为各类细胞发挥不同的免疫功能提供了适合的“作战场地”，不同的免疫细胞即独立又相互配合，对流经肝血窦的血液进行抗原识别—抗原检测—抗原提取/呈递/吞噬的一系列过程。肝脏这种“检阅”血液的能力，能够清除潜在的病原体，同时保持对非致病性抗原的免疫耐受，使得肝脏成为机体重要的免疫调节器官。

作者：张智红，袁雪楠

2023年4月发表于科学网“科普集锦”

[1]  Huang S, Li, B., Liu, Z., Xu, M., Lin, D., Hu, J., Cao, D., Pan, Q., Zhang, J., Yuan, J., Luo, Q., Zhang, Z. Three-dimensional mapping of hepatic lymphatic vessels and transcriptome profiling of lymphatic endothelial cells in healthy and diseased livers. [J]. Theranostics, 2023, 13(2):639-58.