《Advanced Science》：Hepatocyte BDNF Acts as a Novel Immune Checkpoint to Restrain TLR4-Mediated Acute Hepatitis
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急性肝损伤/急性肝衰竭(ALI/ALF)目前缺乏有效治疗手段，亟待寻找新的治疗靶点。本研究聚焦于肝细胞来源的脑源性神经营养因子(BDNF)，探讨其在急性肝炎中的作用。研究发现，肝细胞BDNF是Toll样受体4(TLR4)的内源性拮抗剂，可作为一种新型免疫检查点，通过抑制巨噬细胞的TLR4信号通路来缓解炎症。基于此机制设计的模拟肽BDP12在多种ALI/ALF模型中展现出显著的治疗潜力。该研究为治疗急性肝炎相关的ALI/ALF提供了新的治疗策略和候选药物。
肝脏是人体的“化工厂”，但也常常成为免疫风暴的“战场”。当病毒、细菌、药物或自身免疫反应攻击肝脏时，会引发急性肝炎，这是急性肝损伤(ALI)和急性肝衰竭(ALF)的主要病理过程。ALF的死亡率高达50-75%，然而目前却没有能够有效遏制炎症风暴的靶向治疗方法。因此，寻找能够精准调控肝脏免疫反应的新型治疗靶点，成为了一项迫切而艰巨的任务。近日，一项发表于《Advanced Science》的研究，为破解这一难题带来了曙光。该研究团队从肝脏微环境中细胞间的“对话”入手，发现肝细胞分泌的一种名为脑源性神经营养因子(BDNF)的蛋白质，竟是限制免疫细胞过度活化、防止肝脏“发炎风暴”的关键“刹车”。更为重要的是，基于这一机制，研究人员成功设计出一种安全性更高、疗效更优的候选治疗药物。
为了探究BDNF在急性肝炎中的作用，研究人员整合分析了多个急性肝损伤模型的公开转录组数据集，并通过单细胞RNA测序等技术，确定了BDNF在肝脏中的主要来源细胞。他们构建了多种急性肝损伤/肝衰竭的小鼠模型，包括经典的LPS/D-半乳糖胺(DGal)模型、盲肠结扎穿刺(CLP)诱导的脓毒症模型以及刀豆蛋白A(Con A)诱导的自身免疫性肝炎模型。在机制探索层面，他们运用了免疫沉淀-质谱联用(IP-MS/MS)技术、表面等离子共振(SPR)和邻近连接分析(PLA)等手段，来鉴定和验证BDNF的新受体。同时，他们还利用分子对接和动力学模拟，分析了BDNF与靶蛋白的相互作用界面，并以此为基础设计出肽类模拟物。在功能验证上，研究者通过腺相关病毒(AAV)介导的肝细胞特异性基因操作、骨髓移植构建的髓系特异性基因敲除小鼠，并结合体内外的条件培养基共培养体系，系统性地揭示了BDNF-TLR4轴的抗炎功能和机制。
研究结果
2.1 肝细胞BDNF表达在急性肝损伤/肝衰竭进程中下调
通过对多个公共数据集的分析，研究人员发现，在由脂多糖(LPS)/DGal、酒精、对乙酰氨基酚(APAP)等多种因素诱导的ALI/ALF模型中，肝细胞特异性表达的BDNF是唯一在所有模型中均一致性显著下调的神经营养因子(NTF)。单细胞测序和蛋白水平检测均证实BDNF主要表达于肝实质细胞，且在病人肝炎组织和小鼠损伤模型中，其表达水平与疾病严重程度呈负相关。进一步机制探索发现，这种下调是由转录抑制因子RE1沉默转录因子(REST)的介导的。
2.2 肝细胞源性BDNF减轻急性肝损伤/肝衰竭
研究人员通过腺相关病毒(AAV)在肝细胞中特异性过表达BDNF，或直接给予重组BDNF蛋白(rBDNF)，在LPS/DGal诱导的ALI/ALF模型中进行验证。结果显示，BDNF的恢复能显著降低血清转氨酶(AST/ALT)水平、减轻肝脏水肿和出血、减少免疫细胞（特别是巨噬细胞）浸润、抑制肝细胞凋亡，并最终显著提高小鼠的生存率。这表明肝细胞来源的BDNF具有明确的肝脏保护作用。
2.3 肝细胞旁分泌的BDNF通过抑制NF-κB减轻巨噬细胞炎症
通过肝细胞-巨噬细胞间接共培养体系，研究人员发现肝细胞分泌的BDNF能以旁分泌方式，有效抑制LPS诱导的巨噬细胞产生多种促炎细胞因子（如TNF-α, IL-6, IFN-α等），并抑制其核因子κB(NF-κB)信号通路的激活。这表明BDNF是肝细胞来源的内源性抗炎分子，其抗炎作用不依赖于其经典受体原肌球蛋白受体激酶B(TrkB)。
2.4 BDNF是TLR4的新型拮抗性配体，可限制TLR4炎症信号
为了找到BDNF在巨噬细胞上的抗炎受体，研究者采用了免疫沉淀-质谱联用(IP-MS/MS)技术，出人意料地发现BDNF能与Toll样受体4(TLR4)直接结合。进一步的表面等离子共振(SPR)和邻近连接分析(PLA)实验证实了BDNF与TLR4的直接、特异性相互作用。机制上，BDNF会与TLR4的经典共受体MD2竞争性结合TLR4，从而破坏TLR4-MD2复合物的形成，并抑制下游TAK1-NF-κB和TBK1-IRF3通路的激活。因此，BDNF是TLR4的一个内源性拮抗剂。
2.5 髓系特异性TLR4缺失消除了BDNF对急性肝炎和肝损伤/肝衰竭的保护作用
为了确认BDNF是通过巨噬细胞上的TLR4发挥作用的，研究者构建了髓系特异性TLR4基因敲除(TLR4MLKO)小鼠。实验发现，在TLR4MLKO小鼠中，LPS/DGal诱导的肝损伤本身被显著削弱，更重要的是，外源性给予的重组BDNF(rBDNF)在TLR4MLKO小鼠中完全丧失了其肝脏保护作用和抗炎效果。这直接证明了BDNF的抗炎和肝保护作用依赖于其在髓系细胞（主要是巨噬细胞）上对TLR4的拮抗。
2.6 靶向TLR4的BDNF模拟肽可抑制炎症而无TrkB相关的增殖作用
虽然BDNF是有效的TLR4拮抗剂，但其激活经典受体TrkB可能带来促增殖甚至促癌的副作用。为了获得更特异、更安全的TLR4靶向药物，研究者通过分子对接和动力学模拟，锁定了BDNF与TLR4相互作用的关键界面——BDNF的第233-244位氨基酸区域。他们合成了包含此区域的12个氨基酸的模拟肽，命名为BDP12。实验证实BDP12能选择性结合TLR4而非TrkB，保留了BDNF拮抗TLR4、抑制炎症信号的能力，且在体内外均未表现出BDNF那样的促细胞增殖效应，避免了潜在的安全风险。
2.7 BDNF模拟肽BDP12对感染相关ALI/ALF的治疗潜力
在LPS/DGal和CLP诱导的脓毒症两种感染相关的ALI/ALF模型中，腹腔注射BDP12均能剂量依赖性地减轻肝脏病理损伤、降低血清转氨酶、减少免疫细胞浸润和抑制促炎因子表达，并提高小鼠生存率。机制上，BDP12在体内同样能破坏肝脏中MD2-TLR4复合物的形成，抑制下游炎症信号。
2.8 BDP12在非感染性ALI/ALF中展现出优越的治疗效果
在Con A诱导的自身免疫性肝炎模型中，BDP12同样表现出强大的治疗效果。与临床一线用药泼尼松(PRDN)相比，在同等剂量下，BDP12在减轻肝损伤、抑制炎症浸润和下调促炎因子方面效果更优。重要的是，BDP12能直接抑制TLR4信号通路（表现为抑制MyD88与TLR4的结合），而泼尼松则无此作用，这可能是BDP12疗效更佳的原因。
研究结论与意义
这项研究系统性地揭示了肝细胞-巨噬细胞间通讯在急性肝炎中的新范式。研究发现，在ALI/ALF发生发展过程中，肝细胞表达的转录抑制因子REST会上调，从而抑制了BDNF的转录和分泌，导致肝脏微环境中BDNF水平下降。这打破了由肝细胞源性BDNF构成的天然“免疫刹车”。BDNF作为一种新型的TLR4内源性拮抗剂，其减少使得巨噬细胞上的TLR4信号通路失去约束，炎症风暴由此加剧，肝损伤进一步恶化。
该研究的核心意义在于：第一，发现了一个全新的肝脏免疫调控检查点，即肝细胞来源的BDNF通过直接拮抗巨噬细胞TLR4来限制炎症，这深化了对肝脏免疫微环境稳态维持机制的理解。第二，拓展了BDNF的生物学功能，首次将其定义为一种不依赖于TrkB的、新型的TLR4拮抗性配体，为神经营养因子参与外周免疫调节提供了全新视角。第三，成功实现了从机制到药物的转化。基于结构模拟设计的BDNF模拟肽BDP12，在保留高效抗炎活性的同时，规避了全长BDNF可能通过TrkB引发的增殖风险，在多种病因（感染性、自身免疫性）的ALI/ALF模型中均展现出显著疗效和良好的安全性，具有极高的临床转化潜力。
综上所述，该研究不仅阐明了一条新的REST-BDNF-TLR4轴在急性肝炎免疫病理中的作用，将肝细胞源性BDNF定位为一种内源性的、通过直接拮抗TLR4来限制巨噬细胞炎症的免疫检查点，而且成功开发出非致癌性的肽类抑制剂BDP12，为ALI/ALF的治疗提供了极具前景的新策略。这项工作为肝脏免疫学的细胞驱动干预开辟了新途径，并凸显了肽类药物治疗急性炎症性肝病的巨大潜力。
