肝纖維化進(jìn)程中細(xì)胞衰老的作用及相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

孔德松，魏東華，張 峰，張自力，陸 茵，3，王愛(ài)云，3，陳文星，3，鄭仕中，3

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)一級(jí)學(xué)科，江蘇 南京 210029;2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)大慶校區(qū)藥學(xué)院中藥學(xué)與藥用植物學(xué)系，黑龍 江大慶 163319;3.南京中醫(yī)藥大學(xué)江蘇省中藥藥效與安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210046)

細(xì)胞衰老是生物界的普遍規(guī)律。細(xì)胞作為有機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)單位，從其新生開(kāi)始，就在經(jīng)歷著衰老的過(guò)程，直至死亡。自從Hayflick等［1］首次在人類(lèi)成纖維細(xì)胞中觀察到細(xì)胞衰老的現(xiàn)象后，人們對(duì)各類(lèi)細(xì)胞的衰老現(xiàn)象進(jìn)行了更為深入的研究。衰老細(xì)胞雖然能保持一些基本的代謝活性，但無(wú)論是在形態(tài)還是在功能上已經(jīng)發(fā)生了很多根本性的改變。衰老細(xì)胞主要有以下4個(gè)特征:①細(xì)胞被穩(wěn)定地阻滯于細(xì)胞周期G1期和G2/M中的某個(gè)時(shí)期;② 細(xì)胞的一些結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生改變;③衰老細(xì)胞不易發(fā)生凋亡;④與細(xì)胞衰老相關(guān)的分泌功能發(fā)生改變［2-3］。因此，衰老細(xì)胞處于一種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。與細(xì)胞衰老相關(guān)的調(diào)控途徑主要有兩條:p16-pRb途徑與p53-p21-pRb途徑，其中p53和pRb基因是兩條調(diào)控途徑的核心，在誘導(dǎo)與維持細(xì)胞衰老的進(jìn)程中起著重要作用［4-6］。

肝中各類(lèi)型細(xì)胞的衰老在肝纖維化等慢性肝疾病的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮著重要作用［7］。肝纖維化是各種損傷因子持續(xù)作用而引起的損失修復(fù)反應(yīng)，表現(xiàn)為細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的大量沉積。肝纖維化的發(fā)展進(jìn)程是以肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell，HSC)活化增殖為中心環(huán)節(jié)，以肝細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞及其他各種細(xì)胞和細(xì)胞間相互作用的信號(hào)因子相互作用與影響的結(jié)果。如無(wú)有效的治療措施，隨著病情的發(fā)展將導(dǎo)致肝纖維結(jié)節(jié)形成并破壞正常的肝結(jié)構(gòu)與功能，最終發(fā)展成為肝硬化而出現(xiàn)肝功能的衰退，甚至有演變?yōu)楦伟┑目赡埽?］。加強(qiáng)HSC、肝細(xì)胞等細(xì)胞衰老機(jī)制的研究，對(duì)肝纖維化的實(shí)驗(yàn)研究與尋找肝纖維化防治的新機(jī)制有著重要意義。本文將對(duì)近期細(xì)胞衰老與肝纖維化的關(guān)系及相關(guān)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞衰老抑制肝星狀細(xì)胞增殖并加速其清除

肝纖維化的主要表現(xiàn)是ECM的大量沉積，HSC及肌成纖維細(xì)胞(myofibroblasts，MFB)是膠原分泌的主要細(xì)胞類(lèi)型。抑制HSC的活化、增殖及向MFB的轉(zhuǎn)變是目前肝纖維化研究與防治的主要措施［9］。衰老細(xì)胞被穩(wěn)定阻滯于細(xì)胞周期的G1期和G2/M中的某個(gè)時(shí)期，不再具有增殖活性。因此，細(xì)胞衰老與HSC的活化增殖的關(guān)系正在受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。Sekoguchi等［10］研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞周期的周轉(zhuǎn)是端?？s短的主要原因，可使細(xì)胞進(jìn)入衰老狀態(tài)并能減輕肝纖維化的發(fā)展，而氧化應(yīng)激可加速這一進(jìn)程，尤其在肝纖維化晚期。Park等［11］研究發(fā)現(xiàn)，衰老標(biāo)志蛋白30(senescence marker protein 30)基因敲除的小鼠體內(nèi)維生素C的含量下降，進(jìn)而促進(jìn)過(guò)氧化物酶增殖因子的高表達(dá)，肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展得到減輕?？梢?jiàn)，肝纖維化與細(xì)胞衰老之間關(guān)系密切。Jun等［12］指出在肝和皮膚受損時(shí)，起初MFB增殖并分泌ECM，最終它們走向衰老抑制其進(jìn)一步增殖，此過(guò)程可能受到CCN1蛋白的表達(dá)調(diào)控。Krizhanovsky等［13］研究發(fā)現(xiàn)，表達(dá)細(xì)胞衰老重要標(biāo)志物細(xì)胞衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase，SA-β-GAL)的區(qū)域，肝纖維化重要標(biāo)志物 α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的表達(dá)則降低，ECM沉積明顯減少;而在細(xì)胞衰老基因p53敲除的實(shí)驗(yàn)性肝纖維化小鼠中，HSC的衰老被阻斷，肝纖維化程度明顯加重;活化HSC的增殖通路(如AKT通路)的過(guò)表達(dá)觸發(fā)細(xì)胞衰老的開(kāi)始。Schnabl等［14］同樣發(fā)現(xiàn)與處于活化態(tài)的HSC相比，衰老的HSC中膠原、纖連蛋白、細(xì)胞黏合素的表達(dá)也明顯降低，原位末端標(biāo)記法結(jié)果顯示，衰老的HSC中有21%出現(xiàn)DNA破裂與凋亡的現(xiàn)象，而處于活化態(tài)的HSC中只有4% ～5%，另外衰老的HSC的炎癥相關(guān)基因的表達(dá)也更高。HSC是肝纖維化發(fā)生與發(fā)展中的主要細(xì)胞，誘導(dǎo)HSC的衰老可阻斷其增殖活化，對(duì)肝纖維化的防治意義重大。

研究表明，進(jìn)入衰老階段的HSC與肝纖維化炎癥微環(huán)境之間存在相互關(guān)聯(lián)［15-16］。Cuesta等［17］將快速老化小鼠與抗快速老化小鼠進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)快速老化小鼠肝中炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子腫瘤壞死因子、一氧化氮合酶、白介素1β(IL-1β)、人血紅素氧合酶、人單核細(xì)胞趨化蛋白、核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB2)和NF-κB激活蛋白的表達(dá)上調(diào)。此外，Krizhanovsky等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在衰老的 HSC中自然殺傷細(xì)胞的NKG2D受體的配基表達(dá)上調(diào)，同時(shí)NKG2DU受體的配基LBP2和黏附分子CD58(參與自然殺傷細(xì)胞與其靶細(xì)胞之間相互作用)的表達(dá)也增加，與炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子如IL-11，IL-8和IL-6在衰老的HSC中也過(guò)量表達(dá)。另外，衰老的HSC可誘導(dǎo)自然殺傷細(xì)胞等免疫細(xì)胞向其聚集，加快衰老細(xì)胞的清除。HSC等類(lèi)型細(xì)胞的清除，可減少其通過(guò)自分泌、旁分泌對(duì)自身和其他細(xì)胞的刺激活化，抑制肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展。

2 細(xì)胞衰老與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化是指在某些特殊的生理或病理?xiàng)l件下，上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化在肝纖維化等肝臟疾病的損傷修復(fù)反應(yīng)中起著重要的作用。同時(shí)在肝纖維化進(jìn)程中上皮細(xì)胞可通過(guò)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑轉(zhuǎn)變?yōu)?MFB，促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展［18］。Allan 等［19］指出，在纖維化疾病中，胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白5(insulin-like growth factor-binding protein-5，IGFBP5)與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)有著相似的作用，可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的活化和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑的發(fā)生，調(diào)節(jié)纖維化的發(fā)生與發(fā)展。同時(shí)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)敲除人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)中的IGFBP5基因可阻斷其衰老進(jìn)程的發(fā)展，相反導(dǎo)入外源性的IGFBP5可誘導(dǎo)HUVEC的提前衰老，提示在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑中有著重要作用的IGFBP5在細(xì)胞衰老的調(diào)控中也扮有重要角色，上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑與細(xì)胞衰老之間或許存在著密切聯(lián)系［20］。Gutierrez-Reyes等［21］對(duì)肝病晚期兒童的肝樣本研究發(fā)現(xiàn)，在肝硬化的肝樣本中，膽管內(nèi)皮細(xì)胞(bile duct epithelial cells，BEC)和肝細(xì)胞表達(dá) SA-β-GAL，而在肝纖維化區(qū)域則很少有SA-β-GAL的表達(dá);p53具有與SA-β-GAL相同的作用，p16INK4a和p21cip1在移植肝的肝細(xì)胞、膽管中的表達(dá)也上升。這也證明在膽汁淤積型肝硬化中，BEC存在衰老現(xiàn)象。Sasaki等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在慢性肝疾病晚期特別是原發(fā)性膽汁性肝硬化中，BEC高表達(dá)細(xì)胞衰老的重要標(biāo)志物p16INK4a和p21WAF1/Cip1，并表達(dá)細(xì)胞周期G1期重要標(biāo)志物周期蛋白D，且一些細(xì)胞被阻滯于G1期，這些衰老細(xì)胞與肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展有著緊密聯(lián)系。此外，該研究組還發(fā)現(xiàn)有些BEC表達(dá)間質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物神經(jīng)細(xì)胞黏附因子，并認(rèn)為細(xì)胞衰老與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化之間存在一定聯(lián)系。而Ansieau等［23］則提出細(xì)胞衰老可抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Twist1和Twist2可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞經(jīng)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細(xì)胞，又可抑制癌基因過(guò)表達(dá)所致的細(xì)胞衰老，從而促進(jìn)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生。Smit等［24］研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子Twist和Zeb1都可抑制細(xì)胞衰老，誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，使上皮細(xì)胞獲得間質(zhì)細(xì)胞表型，侵襲與遷移能力增強(qiáng)。在肝纖維化的治療中如果能通過(guò)細(xì)胞衰老的調(diào)控抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，對(duì)于減少M(fèi)FB的來(lái)源，抑制肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展意義重大。因此，深入開(kāi)展細(xì)胞衰老與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化之間的調(diào)控關(guān)系的研究，進(jìn)一步闡明其分子機(jī)制十分必要。

3 肝細(xì)胞衰老與肝纖維化

雖然肝細(xì)胞不是肝ECM的細(xì)胞學(xué)來(lái)源，但是肝細(xì)胞損傷在肝纖維化發(fā)生中仍然具有重要作用。肝細(xì)胞炎癥壞死既是肝纖維化與肝硬化的啟動(dòng)因素，又是其向前進(jìn)展的推動(dòng)因素［25-26］。Yoon等［27］研究發(fā)現(xiàn)，鐵螯合劑可誘導(dǎo)肝細(xì)胞系的衰老，使細(xì)胞阻滯于 G1期，這是由于 TGF-β1誘導(dǎo)p27Kip1(對(duì)細(xì)胞周期有抑制作用)的表達(dá)增加，而不依賴(lài)p53途徑。Wiemann等［28］研究發(fā)現(xiàn)，在肝纖維化區(qū)域各種原因?qū)е碌母渭?xì)胞受損使肝細(xì)胞的端粒固縮明顯，且要短于巨噬細(xì)胞和HSC，肝細(xì)胞進(jìn)入衰老階段，肝細(xì)胞再生也減少，衰老的肝細(xì)胞可激活HSC等其他類(lèi)型的細(xì)胞導(dǎo)致肝纖維化的加劇。更加嚴(yán)重的是由于免疫微環(huán)境的改變以及肝纖維化進(jìn)程的不斷惡化，肝細(xì)胞可能跨過(guò)衰老階段發(fā)展為肝癌細(xì)胞［29］。另外，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，衰老細(xì)胞可大量分泌IL-6，并通過(guò)IL-6引起其他細(xì)胞的衰老，稱(chēng)之為“衰老傳染”，這預(yù)示著一旦肝細(xì)胞走向衰老，衰老相關(guān)細(xì)胞分泌功能的改變會(huì)使肝內(nèi)微環(huán)境發(fā)生變化，進(jìn)而通過(guò)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制促進(jìn)其他肝細(xì)胞啟動(dòng)衰老進(jìn)程，將有更多衰老的肝細(xì)胞參與到肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展之中［30］。肝細(xì)胞在肝中數(shù)量最多(約占肝細(xì)胞總量的80%)，功能最重要，加強(qiáng)肝細(xì)胞衰老與肝纖維化的相關(guān)研究對(duì)抑制肝纖維化發(fā)生與發(fā)展起著重要作用。

4 展望

肝纖維化發(fā)生時(shí)，各種損傷因子持續(xù)作用于肝，導(dǎo)致免疫微環(huán)境等的改變，促使肝細(xì)胞大量凋亡，BEC異常增生，以及HSC的增殖超過(guò)其被清除的效率［8］。肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展機(jī)制復(fù)雜，因此針對(duì)肝纖維化的治療應(yīng)綜合考慮才能取得滿(mǎn)意效果。有研究顯示，細(xì)胞增殖衰老的紊亂可能導(dǎo)致肝纖維化的加重或肝癌的發(fā)生［29］。各種原因?qū)е碌腄NA損傷可以活化細(xì)胞衰老相關(guān)基因，其中p16-pRb途徑與p53-p21-pRb途徑共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的衰老進(jìn)程。近年來(lái)，用于細(xì)胞衰老研究的細(xì)胞模型已擴(kuò)展至各類(lèi)細(xì)胞，且在肝纖維化中的作用也日益受到關(guān)注。

HSC的衰老可抑制其活化并加速其清除;細(xì)胞衰老相關(guān)蛋白還參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑的調(diào)控，對(duì)減少M(fèi)FB的來(lái)源意義重大;肝細(xì)胞的衰老也在肝細(xì)胞再生與HSC的活化中扮演重要角色，這些作用顯示了細(xì)胞衰老調(diào)控在肝纖維化治療中的潛在應(yīng)用前景。但如果將調(diào)控肝內(nèi)各細(xì)胞的衰老進(jìn)程作為治療肝纖維化的策略，同樣存在一些風(fēng)險(xiǎn)，如在獲得有益效應(yīng)的同時(shí)，可能將付出相關(guān)器官功能減退，誘發(fā)癌變，患者的生存率也同步下降的代價(jià)，但這并不妨礙人們對(duì)其不斷的探索和研究［31］。總之，加強(qiáng)肝纖維化中各類(lèi)細(xì)胞的衰老機(jī)制的相關(guān)研究，可為肝纖維化的防治探索了新的途徑，相信隨著細(xì)胞衰老與肝纖維化關(guān)系的的逐步闡明及相關(guān)治療措施的不斷深入研究，有效控制肝纖維化進(jìn)而防止肝硬化將成為可能。

綜上所述，細(xì)胞衰老調(diào)控在肝纖維化及相關(guān)肝病的發(fā)病進(jìn)程中扮有重要角色，但這種作用及其作用機(jī)制目前仍不是很明了。為此，可以從以下方面開(kāi)展相關(guān)研究:①加強(qiáng)參與肝纖維化相關(guān)的其他類(lèi)型細(xì)胞如枯否細(xì)胞、竇內(nèi)皮細(xì)胞等的細(xì)胞衰老機(jī)制的研究，綜合研究細(xì)胞衰老在肝纖維化中的作用。②細(xì)胞衰老程度的檢測(cè)與判斷仍是目前面臨的一個(gè)較大困難。因此，可以應(yīng)利用基因克隆等技術(shù)手段進(jìn)行細(xì)胞衰老相關(guān)基因的深入研究，并探究對(duì)肝纖維化進(jìn)程的調(diào)控。③繼續(xù)開(kāi)展肝微環(huán)境的改變對(duì)細(xì)胞衰老及肝纖維化影響的實(shí)驗(yàn)研究，明確三者之間的相互關(guān)系。④進(jìn)行調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老以診治肝纖維化的相關(guān)藥物的研究，特別是從傳統(tǒng)中藥中篩選發(fā)現(xiàn)具有此種作用的活性成分，可能在減少藥物毒性作用，提高治療效果方面有著重要意義。對(duì)于細(xì)胞衰老在肝纖維化中作用的研究有著重要的理論與實(shí)踐意義，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)與臨床研究，從而使其能更好地造福人類(lèi)。

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