基質(zhì)金屬蛋白酶和白細(xì)胞介素-10因子在抗肝纖維化中的作用機(jī)制

傅向陽 喻 勤 羅偉生

1.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化科，廣西桂林 541004；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西南寧 530001

基質(zhì)金屬蛋白酶和白細(xì)胞介素-10因子在抗肝纖維化中的作用機(jī)制

傅向陽1喻 勤1羅偉生2▲

1.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化科，廣西桂林 541004；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西南寧 530001

肝纖維化是臨床上常見的病理生理改變，其發(fā)生發(fā)展是個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，現(xiàn)已明確肝纖維化有可逆性。隨著循證醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，對抗肝纖維化相關(guān)細(xì)胞因子的作用機(jī)制也得到逐步的闡明?，F(xiàn)已明確，肝星狀細(xì)胞（HSC）的活化和細(xì)胞外基質(zhì)的不斷生成和降解決定了肝纖維化的轉(zhuǎn)歸，在抗纖維化的眾多細(xì)胞因子中，基質(zhì)金屬蛋白酶家族對細(xì)胞外基質(zhì)的降解起著至關(guān)重要的作用。白細(xì)胞介素-10不僅可以使TGF-β1、EGF等細(xì)胞因子的表達(dá)下調(diào)，從而減少HSC細(xì)胞的活化與增殖，而且可以刺激基質(zhì)金屬蛋白酶的合成，進(jìn)而增加細(xì)胞外基質(zhì)的降解。本文將對基質(zhì)金屬蛋白酶和白細(xì)胞介素-10的特征及其在抗肝纖維化中的作用展開綜述。

肝纖維化；基質(zhì)金屬蛋白酶；白細(xì)胞介素-10

肝纖維化是臨床上常見的病理生理改變，近年來對肝纖維化的研究逐漸成為熱點(diǎn)?，F(xiàn)已明確，肝纖維化是以肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cell，HSC）的活化為中心，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）異常沉積為特征，是機(jī)體對損傷的一種修復(fù)機(jī)制[1]。但這種修復(fù)卻導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的異常且過量的沉積，肝竇內(nèi)皮下出現(xiàn)基底膜，內(nèi)皮細(xì)胞窗孔消失，肝竇呈毛細(xì)血管樣改變，導(dǎo)致肝內(nèi)血管的阻塞、混亂分隔的形成等組織形態(tài)學(xué)變化，形成門靜脈高壓，并進(jìn)一步形成肝硬化。HSC在受到細(xì)胞因子的刺激后表現(xiàn)為較強(qiáng)的分化能力，可以表達(dá)神經(jīng)蛋白和神經(jīng)生長因子及其受體，并可分化成脂肪細(xì)胞，而這種分化與星狀細(xì)胞內(nèi)貯存的維生素A有密切關(guān)系[2]。在肝纖維化的形成過程中，Kupffer細(xì)胞在起始活化中起重要作用，而肝細(xì)胞、血竇內(nèi)皮細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞等都參與纖維化的形成。眾多的細(xì)胞因子參與，形成細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)狀作用，如腫瘤壞死因子（TNF）及血小板衍生生長因子（PDGF）等。已經(jīng)活化的HSC可以分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）、表皮生長因子（EGF）等以維持自身的活化，同時(shí)又可以通過旁分泌的形式刺激未活化的HSC，從而使HSC活化持續(xù)并不斷放大，分泌膠原、非膠原蛋白、蛋白多糖等細(xì)胞外基質(zhì)。即使此時(shí)去除病因，肝纖維化的發(fā)生也將持續(xù)下去。在抗纖維化的眾多因子中，以基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和白細(xì)胞介素-10（IL-10）的作用較為突出，對兩者的研究也相對較多。本文將對這兩種細(xì)胞因子的功能和其在抗肝纖維化中的積極作用展開綜述。

1 基質(zhì)金屬蛋白酶

1.1 基質(zhì)金屬蛋白酶的生化特征

在參與降解ECM的眾多酶中，MMPs家族起著突出的作用[3]。目前發(fā)現(xiàn)，MMPs家族有25個(gè)成員，相互之間有相同或相似的分子結(jié)構(gòu)，這些蛋白酶最初的分泌形式都是酶原，可以在Zn2+和Ca2+的作用下激活，前肽結(jié)構(gòu)域中高度保守序列的Cys殘基與催化結(jié)構(gòu)域的保守序列HEXHXGH內(nèi)的鋅離子配對，抑制酶的活化。根據(jù)作用底物的不同，目前將該家族成員分為5個(gè)功能亞型，即膠原酶類、明膠酶類、基質(zhì)分解素、膜型MMPs、彈力蛋白酶。MMPs的合成受多種細(xì)胞因子和激素的調(diào)節(jié)。原癌基因c-jun和c-fos在MMPs的活化中起重要作用，白介素-1α和白介素-1β均可以誘導(dǎo)MMP-1/13的合成，轉(zhuǎn)化因子和視黃素可以使MMP的表達(dá)增加。MMPs是以酶原的形式分泌的，只有活化后才具有降解ECM的功能，前體分子的激活有兩種途徑，分別是蛋白酶裂解催化激活形式和非蛋白酶裂解激活形式，后者如SDS、汞制劑、含巰基制劑等。含汞化合物對MMPs的激活機(jī)制稱為“半胱氨酸開關(guān)”模型[4]。MMP-1、MMP-3和MMP-8主要以級聯(lián)放大方式被纖溶酶活化，而MMP-2和MMP-9的活化均發(fā)生于細(xì)胞表面?；罨驧MPs表現(xiàn)其生物活性，并受酶抑制劑（IMPs）的調(diào)節(jié)。IMPs共分4個(gè)種類，基本功能相似，通過抑制基質(zhì)蛋白酶的活性調(diào)整基質(zhì)的沉積和降解。目前多項(xiàng)研究顯示，基質(zhì)蛋白酶的降解產(chǎn)物對基質(zhì)蛋白酶的激活可能具有正反饋?zhàn)饔谩?/p>

1.2 基質(zhì)金屬蛋白酶在抗肝纖維化中的作用

MMPs可降解正常肝臟組織中的基質(zhì)成分和間質(zhì)膠原，因此在肝纖維化中起重要作用。隨著細(xì)胞分離方法的改進(jìn)和分子生物技術(shù)的不斷發(fā)展，MMPs分子領(lǐng)域的作用被不斷揭示。在肝纖維化、肺纖維化、腎纖維化等臟器病變中，MMPs均表現(xiàn)出強(qiáng)大的基質(zhì)降解作用[5]。竇周間隙中含有由Ⅳ型膠原、LN和蛋白質(zhì)多糖所組成的基質(zhì)，當(dāng)肝星狀細(xì)胞受到刺激轉(zhuǎn)化為成纖維細(xì)胞時(shí)，72kDⅣ型膠原酶/明膠酶表達(dá)增加，使增生的基質(zhì)降解。Kupffer細(xì)胞也可以分泌MMPs，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，大鼠肝臟內(nèi)活化的Kupffer細(xì)胞可以分泌92kDⅣ型膠原酶/明膠酶，增加細(xì)胞間基質(zhì)的降解。研究表明，來源于大鼠Kupffer細(xì)胞的Ⅳ型膠原酶/明膠酶具有可以降解Ⅳ型膠原、Ⅴ型膠原和明膠的活性。

隨著肝纖維化程度的不斷進(jìn)展，基質(zhì)膠原的沉積數(shù)量不斷增加，其原因可能有兩個(gè)方面：一是基質(zhì)的生成速度增加；二是基質(zhì)降解的速度降低。膠原的合成量可控制環(huán)節(jié)有mRNA形成水平、翻譯水平、翻譯后的修飾水平[4]。大量研究表明，纖維化形成早期，Ⅰ型和Ⅲ型膠原基因表達(dá)明顯升高，膠原生成量增加。關(guān)于基質(zhì)膠原酶活性升高程度和肝纖維化程度的相關(guān)性，有多種報(bào)道，結(jié)果不一。部分學(xué)者認(rèn)為，肝臟內(nèi)基質(zhì)在Disse腔中被MMPs降解，從而改變肝細(xì)胞和HSC的功能。雖然間質(zhì)膠原酶活性降低的生化基礎(chǔ)還不十分清楚，但目前更傾向于認(rèn)為隨著肝纖維化的發(fā)展，膠原酶活性逐漸降低，至肝硬化階段時(shí)，膠原酶活性近一步降低。在肝纖維化逆轉(zhuǎn)的過程中，膠原酶活性則逐漸增強(qiáng)，膠原酶酶活性與間質(zhì)膠原的量成反比。膠原酶活性降低的原因可能有生物合成減少、抑制物增多、酶原活化障礙等。

2 白細(xì)胞介素-10

2.1 白細(xì)胞介素-10的生化特征

IL-10是1989年由美國DNAX研究所Fiorentino發(fā)現(xiàn)的，最初稱為細(xì)胞因子合成抑制因子，后命名為IL-10。該因子由Th2細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞、肝細(xì)胞、角化細(xì)胞等產(chǎn)生，但主要由Th2細(xì)胞產(chǎn)生，為分泌性蛋白。白介素必須與靶細(xì)胞上的兩個(gè)受體亞單位結(jié)合，才能激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白轉(zhuǎn)位，從而發(fā)揮間接發(fā)揮抗纖維化功能。人IL-10基因定位于第1號染色體，其基因包括5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子。人與鼠IL-10的DNA有較大的同源性。IL-10是一種單鏈蛋白，含178個(gè)氨基酸殘基，內(nèi)含18個(gè)氨基酸信號肽序列，分子量為35～40 kD，在酸性溶液中呈非共價(jià)連接的同源二聚體。IL-10通過IL-10R參與各種各樣效應(yīng)，包括調(diào)節(jié)T細(xì)胞增殖或者依賴人類白細(xì)胞抗原（HLA）的抗原提呈作用等。人類白介素-10受體（hIL-10R）由578個(gè)氨基酸組成，分子量為 90～110 kD，其結(jié)構(gòu)與γ干擾素（IFN-γ）受體結(jié)構(gòu)相似，由 2條 α鏈（IL-10R1）和 2條 β鏈（IL-10R2）組成，hIL-10R1存在于 11 號染色體[6]，hIL-10R2存在于21號染色體。人類21號染色體包含了IL-10R2與IFNR基因有關(guān)系的基因群，該基因群包括IFNα/β受體（IFNαR1和IFNαR2）、IFNγR2和 IL-10R2[7]。 IL-10 可以抑制 IFN-γ 的合成，從而拮抗IFN-γ激活抗原提呈細(xì)胞的作用。Th0細(xì)胞主要是在IL-12等細(xì)胞因子作用下分化而成Th1細(xì)胞，后者為CD4 陽性細(xì)胞，主要分泌白細(xì)胞介素-2（IL-2）、IFN-γ、TNF等，功能為參與調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫、輔助細(xì)胞毒性T細(xì)胞分化、介導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答、參與遲發(fā)型超敏反應(yīng)等。IL-10可以抑制Th1細(xì)胞的增殖，從而抑制Th1型免疫應(yīng)答[8]。

2.2 細(xì)胞介素-10在抗肝纖維化中的作用

IL-10可以刺激MMPs的合成。各種MMP間具有一定的底物特異性，但不是絕對的。同一種MMP可降解多種細(xì)胞外基質(zhì)成份，而某一種細(xì)胞外基質(zhì)成分又可被多種MMP降解，但不同酶的降解效率可不同。MMPs幾乎能降解ECM中的各種蛋白成分，從而在調(diào)節(jié)基底膜成分中發(fā)揮重要作用。研究顯示，在四氯化碳 （CCl4）誘導(dǎo)的肝纖維化鼠中，MMP-2 mRNA的表達(dá)比與正常肝臟中增加許多倍，這種變化一方面減少了HSC細(xì)胞的激活，另一方面促進(jìn)了肝基底膜的降解。MMPs對細(xì)胞外基質(zhì)的降解受TIMP-1和 TIMP-2的抑制，這個(gè)抑制過程便可以調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積和降解的平衡，而IL-10能下調(diào)MMP-2和TIMP-1的表達(dá)[9-10]。

內(nèi)源性IL-10可影響HSC外的微環(huán)境并通過下調(diào)炎癥細(xì)胞免疫反應(yīng)及其介質(zhì)，減輕肝臟炎癥反應(yīng)，抑制 HSCs的激活，從而減輕肝纖維化程度。王小眾等[11]報(bào)道，敲除小鼠的IL-10基因，以CCl4注射造模7周，小鼠肝中央壞死區(qū)中性粒細(xì)胞滲出持續(xù)增加，肝纖維化程度和單核細(xì)胞較對照組顯著增加，說明IL-10缺乏對肝纖維化的發(fā)生有明顯的促進(jìn)作用。IL-10基因治療可降低小鼠TGF-β1、TNF-α和TIMPs的表達(dá)，也顯著抑制α-平滑肌肌動(dòng)蛋白和環(huán)氧化酶的活化。黃月紅等[12]通過建立大鼠肝纖維化模型并行IL-10干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肝纖維化時(shí)胰島素樣生長因子（IGF-1）及其受體高表達(dá)，IL-10對IGF-1具有反饋抑制作用，IL-10低表達(dá)，則對IGF-1的抑制減少，從而使IGF-1增加，這種作用可以使肝細(xì)胞在損傷時(shí)增殖增加，減少纖維化對肝臟的損害。

IL-10還可通過抑制Kupffer細(xì)胞表達(dá)TNF-α而抑制HSC的增殖和活化。研究發(fā)現(xiàn)，外源性IL-10基因?qū)牒驢SC表達(dá)大量IL-10蛋白，可能更有效地抑制TNF-α的表達(dá)[13]。

血小板衍生生長因子（PDGF）是由血小板和巨核細(xì)胞分泌，對成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等許多細(xì)胞具有較強(qiáng)的分裂增殖作用。在PDGF的3種異構(gòu)體中，PDGF-bb對肝星狀細(xì)胞的促分裂作用最強(qiáng)，這種作用可以被PDGF抗體所阻斷。IL-10可以阻斷PDGF因子的蛋白表達(dá)途徑，減少該蛋白的表達(dá)，從而減少肝星狀細(xì)胞激活，進(jìn)而減少細(xì)胞外基質(zhì)的生成[14]。

總之， 肝纖維化時(shí)，PDGF、TGF-β1、TNF-α、EGF 等細(xì)胞因子表達(dá)增高，促進(jìn)了HSCs活化，使細(xì)胞外基質(zhì)生成增多，且生成大于降解，造成基質(zhì)沉積。目前研究發(fā)現(xiàn)，IL-10可以使TGF-β1、EGF等細(xì)胞因子的表達(dá)下調(diào)，從而減少HSCs的活化與增殖[15]。目前，IL-10的相關(guān)藥物已實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用于臨床治療慢性肝炎和肝纖維化，取得了較好的療效。

3 結(jié)語

目前對于MMPs白介素在肝纖維化發(fā)展中作用的認(rèn)識還不夠全面，對于多細(xì)胞因子作用網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在機(jī)制還不清楚。眾多的實(shí)驗(yàn)研究是以動(dòng)物為模型，而動(dòng)物與人類存在種屬差異，所以許多實(shí)驗(yàn)藥物的療效結(jié)果只是近似或推測[16]。因此，應(yīng)深入研究肝纖維化的病理生理機(jī)制，提出正確的理論，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出有效的藥物來治療肝纖維化，廣大醫(yī)務(wù)工作者和科研人員還有很長的路要走。

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M echanism of MMPs and IL-10 factor in the resistance of liver fibrosis

FU Xiangyang1 YU Qin1 LUOWeisheng2▲
1.Department of Digestive,the Affiliated Hospital of Guilin Medical University,Guangxi Zhuang Autonomous Region,Guilin 541004,China;2.Guangxi University of Chinese Medicine,Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning 530001,China

Hepatic fibrosis is a common pathophysiological change in clinic,its genesis and development is a dynamic process,now the reversibility of liver fibrosis is clear.With the continuous development of evidence-based medicine and modern biotechnology,themechanism of cytokines that against the process of liver fibrosis has also been gradually clarified.Now it is clear that the activation of hepatic stellate cells (HSC)and the continuous generations and degradations of the extracellularmatrix determine the outcome of liver fibrosis.Among the anti-fibrotic cytokines,matrixmetalloproteinase family plays a vital role in the extracellularmatrix degradation.Interleukin-10 can not only down-regulate the expression of TGF-β1and EGF cytokines,thereby reducing the HSC cell activation and proliferation,but also stimulate the synthesis ofmatrixmetalloproteinases that leads to increase the extracellularmatrix degradations.This article summarizes the characteristics ofmatrixmetalloproteinases and interleukin-10,and their role in the process of anti-fibrotic.

Hepatic fibrosis;Matrixmetalloproteinases;Interleukins-10

R392.1

A

1673-7210（2012）12（a）-0033-03

廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳醫(yī)療衛(wèi)生重點(diǎn)科研課題 （課題編號：10-046-04-K12）。

▲通訊作者

2012-08-31 本文編輯：程 銘）