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.

Interleukin (IL)-17 signaling has been implicated in lung and skin fibrosis. We examined the role of IL-17 signaling in the pathogenesis of liver fibrosis in mice.Using cholestatic and hepatotoxic models of liver injury, we compared the development of liver fibrosis in wild-type mice with that of IL-17RA(-/-) mice and of bone marrow chimeric mice devoid of IL-17 signaling in immune and Kupffer cells (IL-17RA(-/-) to wild-type and IL-17A(-/-) to wild-type mice) or liver resident cells (wild-type to IL-17RA(-/-) mice).In response to liver injury, levels of Il-17A and its receptor increased. IL-17A increased appeared to promote fibrosis by activating inflammatory and liver resident cells. IL-17 signaling facilitated production of IL-6, IL-1, and tumor necrosis factor-α by inflammatory cells and increased the expression of transforming growth factor-1, a fibrogenic cytokine. IL-17 directly induced production of collagen type I in hepatic stellate cells by activating the signal transducer and activator of transcription 3 (Stat3) signaling pathway. Mice devoid of Stat3 signaling in hepatic stellate cells (GFAPStat3(-/-) mice) were less susceptible to fibrosis. Furthermore, deletion of IL-23 from immune cells attenuated liver fibrosis, whereas deletion of IL-22 exacerbated fibrosis. Administration of IL-22 and IL-17E (IL-25, a negative regulator of IL-23) protected mice from bile duct ligation-induced liver fibrosis.IL-17 induces liver fibrosis through multiple mechanisms in mice. Reagents that block these pathways might be developed as therapeutics for patients with cirrhosis.

Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase (NOX) generates reactive oxygen species (ROS) in hepatic stellate cells (HSCs) during liver fibrosis. In response to fibrogenic agonists, such as angiotensin II (Ang II), the NOX1 components form an active complex, including Ras-related botulinum toxin substrate 1 (Rac1). Superoxide dismutase 1 (SOD1) interacts with the NOX-Rac1 complex to stimulate NOX activity. NOX4 is also induced in activated HSCs/myofibroblast by increased gene expression. Here, we investigate the role of an enhanced activity SOD1 G37R mutation (SODmu) and the effects of GKT137831, a dual NOX1/4 inhibitor, on HSCs and liver fibrosis. To induce liver fibrosis, wild-type (WT) and SOD1mu mice were treated with CCl4 or bile duct ligation (BDL). Then, to address the role of NOX-SOD1-mediated ROS production in HSC activation and liver fibrosis, mice were treated with a NOX1/4 inhibitor. Fibrosis and ROS generation was assessed by histology and measurement of thiobarbituric acid reactive substances and NOX-related genes. Primary cultured HSCs isolated from WT, SODmu, and NOX1 knockout (KO) mice were assessed for ROS production, Rac1 activity, and NOX gene expression. Liver fibrosis was increased in SOD1mu mice, and ROS production and Rac1 activity were increased in SOD1mu HSCs. The NOX1/4 inhibitor, GKT137831, attenuated liver fibrosis and ROS production in both SOD1mu and WT mice as well as messenger RNA expression of fibrotic and NOX genes. Treatment with GKT137831 suppressed ROS production and NOX and fibrotic gene expression, but not Rac1 activity, in SOD1mut and WT HSCs. Both Ang II and tumor growth factor beta up-regulated NOX4, but Ang II required NOX1. Conclusions: SOD1mu induces excessive NOX1 activation through Rac1 in HSCs, causing enhanced NOX4 up-regulation, ROS generation, and liver fibrosis. Treatment targeting NOX1/4 may be a new therapy for liver fibrosis. (HEPATOLOGY 2012)

TGF-β–activated kinase 1 (TAK1) is a MAP3K family member that activates NF-κB and JNK via Toll-like receptors and the receptors for IL-1, TNF-α, and TGF-β. Because the TAK1 downstream molecules NF-κB and JNK have opposite effects on cell death and carcinogenesis, the role of TAK1 in the liver is unpredictable. To address this issue, we generated hepatocyte-specific Tak1 -deficient ( Tak1ΔHEP ) mice. The Tak1ΔHEP mice displayed spontaneous hepatocyte death, compensatory proliferation, inflammatory cell infiltration, and perisinusoidal fibrosis at age 1 month. Older Tak1ΔHEP mice developed multiple cancer nodules characterized by increased expression of fetal liver genes including α-fetoprotein. Cultures of primary hepatocytes deficient in Tak1 exhibited spontaneous cell death that was further increased in response to TNF-α. TNF-α increased caspase-3 activity but activated neither NF-κB nor JNK in Tak1 -deficient hepatocytes. Genetic abrogation of TNF receptor type I (TNFRI) in Tak1ΔHEP mice reduced liver damage, inflammation, and fibrosis compared with unmodified Tak1ΔHEP mice. In conclusion, hepatocyte-specific deletion of TAK1 in mice resulted in spontaneous hepatocyte death, inflammation, fibrosis, and carcinogenesis that was partially mediated by TNFR signaling, indicating that TAK1 is an essential component for cellular homeostasis in the liver.