Background & AimsDevelopment of nonalcoholic steatohepatitis (NASH) involves the innate immune system and is mediated by Kupffer cells and hepatic stellate cells (HSCs). Toll-like receptor 9 (TLR9) is a pattern recognition receptor that recognizes bacteria-derived cytosine phosphate guanine (CpG)–containing DNA and activates innate immunity. We investigated the role of TLR9 signaling and the inflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β) in steatohepatitis, fibrosis, and insulin resistance.MethodsWild-type (WT), TLR9−/−, IL-1 receptor (IL-1R)−/−, and MyD88−/− mice were fed a choline-deficient amino acid-defined (CDAA) diet for 22 weeks and then assessed for steatohepatitis, fibrosis, and insulin resistance. Lipid accumulation and cell death were assessed in isolated hepatocytes. Kupffer cells and HSCs were isolated to assess inflammatory and fibrogenic responses, respectively.ResultsThe CDAA diet induced NASH in WT mice, characterized by steatosis, inflammation, fibrosis, and insulin resistance. TLR9−/− mice showed less steatohepatitis and liver fibrosis than WT mice. Among inflammatory cytokines, IL-1β production was suppressed in TLR9−/− mice. Kupffer cells produced IL-1β in response to CpG oligodeoxynucleotide. IL-1β but not CpG-oligodeoxynucleotides, increased lipid accumulation in hepatocytes. Lipid accumulation in hepatocytes led to nuclear factor-κB inactivation, resulting in cell death in response to IL-1β. IL-1β induced fibrogenic responses in HSCs, including secretion of tissue inhibitor of metalloproteinase-1. IL-1R−/− mice had reduced steatohepatitis and fibrosis, compared with WT mice. Mice deficient in MyD88, an adaptor molecule for TLR9 and IL-1R signaling, also had reduced steatohepatitis and fibrosis. TLR9−/−, IL-1R−/−, and MyD88−/− mice had less insulin resistance than WT mice on the CDAA diet.ConclusionsIn a mouse model of NASH, TLR9 signaling induces production of IL-1β by Kupffer cells, leading to steatosis, inflammation, and fibrosis. Development of nonalcoholic steatohepatitis (NASH) involves the innate immune system and is mediated by Kupffer cells and hepatic stellate cells (HSCs). Toll-like receptor 9 (TLR9) is a pattern recognition receptor that recognizes bacteria-derived cytosine phosphate guanine (CpG)–containing DNA and activates innate immunity. We investigated the role of TLR9 signaling and the inflammatory cytokine interleukin-1β (IL-1β) in steatohepatitis, fibrosis, and insulin resistance. Wild-type (WT), TLR9−/−, IL-1 receptor (IL-1R)−/−, and MyD88−/− mice were fed a choline-deficient amino acid-defined (CDAA) diet for 22 weeks and then assessed for steatohepatitis, fibrosis, and insulin resistance. Lipid accumulation and cell death were assessed in isolated hepatocytes. Kupffer cells and HSCs were isolated to assess inflammatory and fibrogenic responses, respectively. The CDAA diet induced NASH in WT mice, characterized by steatosis, inflammation, fibrosis, and insulin resistance. TLR9−/− mice showed less steatohepatitis and liver fibrosis than WT mice. Among inflammatory cytokines, IL-1β production was suppressed in TLR9−/− mice. Kupffer cells produced IL-1β in response to CpG oligodeoxynucleotide. IL-1β but not CpG-oligodeoxynucleotides, increased lipid accumulation in hepatocytes. Lipid accumulation in hepatocytes led to nuclear factor-κB inactivation, resulting in cell death in response to IL-1β. IL-1β induced fibrogenic responses in HSCs, including secretion of tissue inhibitor of metalloproteinase-1. IL-1R−/− mice had reduced steatohepatitis and fibrosis, compared with WT mice. Mice deficient in MyD88, an adaptor molecule for TLR9 and IL-1R signaling, also had reduced steatohepatitis and fibrosis. TLR9−/−, IL-1R−/−, and MyD88−/− mice had less insulin resistance than WT mice on the CDAA diet. In a mouse model of NASH, TLR9 signaling induces production of IL-1β by Kupffer cells, leading to steatosis, inflammation, and fibrosis.

Hepatic fibrosis develops as a response to chronic liver injury and almost exclusively occurs in a proinflammatory environment. However, the role of inflammatory mediators in fibrogenic responses of the liver is only poorly understood. We therefore investigated the role of CC chemokines and their receptors in hepatic fibrogenesis. The CC chemokines MIP-1α, MIP-1β, and RANTES and their receptors CCR1 and CCR5 were strongly upregulated in 2 experimental mouse models of fibrogenesis. Neutralization of CC chemokines by the broad-spectrum CC chemokine inhibitor 35k efficiently reduced hepatic fibrosis, and CCR1- and CCR5-deficient mice displayed substantially reduced hepatic fibrosis and macrophage infiltration. Analysis of fibrogenesis in CCR1- and CCR5-chimeric mice revealed that CCR1 mediates its profibrogenic effects in BM-derived cells, whereas CCR5 mediates its profibrogenic effects in resident liver cells. CCR5 promoted hepatic stellate cell (HSC) migration through a redox-sensitive, PI3K-dependent pathway. Both CCR5-deficient HSCs and CCR1- and CCR5-deficient Kupffer cells displayed strong suppression of CC chemokine–induced migration. Finally, we detected marked upregulation of RANTES, CCR1, and CCR5 in patients with hepatic cirrhosis, confirming activation of the CC chemokine system in human fibrogenesis. Our data therefore support a role for the CC chemokine system in hepatic fibrogenesis and suggest distinct roles for CCR1 and CCR5 in Kupffer cells and HSCs.

Chemokines and chemokine receptors contribute to the migration of hepatic stellate cells (HSCs) and Kupffer cells, two key cell types in fibrogenesis. Here, we investigate the role of CCR2, the receptor for monocyte chemoattractant protein (MCP)-1, MCP-2, and MCP-3, in hepatic fibrosis. Hepatic CCR2, MCP-1, MCP-2, and MCP-3 messenger RNA expression was increased after bile duct ligation (BDL). Both Kupffer cells and HSCs, but not hepatocytes, expressed CCR2. BDL- and CCl(4)-induced fibrosis was markedly reduced in CCR2(-/-) mice as assessed through collagen deposition, alpha-smooth muscle actin expression, and hepatic hydroxyproline content. We generated CCR2 chimeric mice by the combination of clodronate, irradiation, and bone marrow (BM) transplantation allowing full reconstitution of Kupffer cells, but not HSCs, with BM cells. Chimeric mice containing wild-type BM displayed increased macrophage recruitment, whereas chimeric mice containing CCR2(-/-) BM showed less macrophage recruitment at 5 days after BDL. Although CCR2 expressed in the BM enhanced macrophage recruitment in early phases of injury, CCR2 expression on resident liver cells including HSCs, but not on the BM, was required for fibrogenic responses in chronic fibrosis models. In vitro experiments demonstrated that HSCs deficient in CCR2(-/-) or its downstream mediator p47phox(-/-) did not display extracellular signal-regulated kinase and AKT phosphorylation, chemotaxis, or reactive oxygen species production in response to MCP-1, MCP-2, and MCP-3.Our results indicate that CCR2 promotes HSC chemotaxis and the development of hepatic fibrosis.