肝纖維化的細胞和分子機制

過 憶綜述，薛博瑜審校

（1.南京中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院內科教研室，南京210023；2.江蘇省無錫市中醫(yī)醫(yī)院消化科 214071）

肝纖維化（hapotic fibrosis）是與慢性肝臟損傷相關的肝臟瘢痕修復反應，是多種慢性肝病進展至肝硬化的中間過程，其機制是持續(xù)性的肝實質細胞的損傷和（或）炎癥，其特征是富含Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的細胞外基質（extracellular matrix，ECM）合成與降解失衡[1]。持續(xù)性的肝實質細胞損傷和（或）炎癥最終導致部分患者肝硬化（hapotic cirrhosis）。在歐洲，酒精性肝硬化最多見，約占全部肝硬化的50%～90%，在中國約80%的肝硬化與乙肝病毒感染有關[2]。肝臟成肌纖維細胞（hepatic myofibroblasts）參與了肝纖維化的病理過程，其主要來源于肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSC）和門靜脈成纖維細胞（portal fibroblasts）。肝纖維化形成過程受復雜的信號分子網絡調控。近年來，研究發(fā)現(xiàn)自噬與表觀調控也參與了肝纖維化過程。通過清除肝成肌纖維細胞，終止纖維形成過程中的信號通路，可以控制慢性肝臟損傷，從而實現(xiàn)對肝纖維化的逆轉。

1 肝成肌纖維細胞的異源性

肝臟慢性疾病中ECM的過度累積是由于肝成肌纖維細胞遷移到受損傷的部位，而肝成肌纖維細胞來源并非單一。很多研究證實HSC是肝纖維化細胞的主要來源，而門靜脈來源的成纖維細胞在膽汁淤積肝臟疾病造成的纖維化中起重要作用，來源于循環(huán)和骨髓的成纖維細胞所占比例較小。肝纖維化細胞是否來源于上皮是有爭議的。

1.1 HSC HSC是肝纖維化過程中ECM的主要來源，也是最早被確認的與肝纖維化形成相關的細胞亞群。HSC富含維生素A，定位于肝上皮細胞和肝細胞間的竇周間隙。在生理狀態(tài)下，HSC不活躍，處于相對靜息狀態(tài)。在急性和慢性肝損傷時，受到一系列自分泌和旁分泌纖維形成信號的刺激，靜息的肝形狀細胞向肝成肌纖維細胞方向分化，其特征是α-平滑肌肌動蛋白表達增加伴隨細胞內類維生素A和脂質小滴減少，同時促進脂質形成的因子表達降低，纖維形成和趨化、細胞遷移相關受體表達增加[3]。

1.2 門靜脈來源的成纖維細胞 門靜脈成纖維細胞在膽汁淤積肝臟疾病造成的纖維化中起突出的作用。在肝損傷狀態(tài)下，門脈來源的成纖維細胞激活，向成肌纖維細胞分化[4]。HSC和門靜脈來源的成纖維細胞激活后，表達一些共同的成肌纖維細胞標志，同時各表達一些特異的標志。激活的HSC特異性表達desmin、reelin、蛋白酶P100、細胞球蛋白（cytoglobin）、α2 macroglobin和synaptophysin；而門靜脈來源的成肌纖維細胞特異性表達IL6、Fibulin-2、Thy-1、elastin和cofillin。在生物學功能上，兩類細胞表現(xiàn)出相似的纖維形成的性質，例外的是門脈來源的成肌纖維細胞增殖能力和耐受凋亡的能力更強[5]。

1.3 骨髓來源的成肌纖維細胞 在接收骨髓移植的女性患者體內（骨髓來源于男性）檢測到Y染色體陽性的成肌纖維細胞，這證明成肌纖維細胞能來源于骨髓干細胞。但是這種來源的成肌纖維細胞數量非常有限[6]。

1.4 上皮細胞經轉化形成成肌纖維細胞 體外培養(yǎng)的干細胞和膽管上皮細胞，暴露于轉化生長因子-β（TGF-β）后，可被誘導表達星狀細胞特有的標志FSP-1。然而，體內實驗尚未證實此種發(fā)現(xiàn)。因此，體內成肌纖維細胞能否來源于上皮細胞尚存爭議[7]。

2 肝成肌纖維細胞獲得和保持纖維形成性質的機制

肝實質細胞的損傷和炎性反應，產生一系列轉錄因子，通過激活Hedgehogh和Wnt通路，使靜息狀態(tài)下的HSC發(fā)生活化[8]。同時，ECM通過整合素介導的通路促進該過程。整合素在肝纖維化中的作用主要是作為“橋梁”介導細胞與ECM之間的相互作用，經Ras途徑激活MAPK調節(jié)HSC的增殖、收縮、黏附及遷移[9]。其他參與肝纖維化的信號通路包括TGF-β-Smad信號通路、Rho-ROCK信號通路、PDGF信號通路、核轉錄因子KappaB（NF-κB）信號通路、JAK-STAT信號通路、PI3K-Akt信號通路等[8]。各種細胞信號轉導途徑并非互不相干、各自獨立，而是相互影響、縱橫交錯（crosstalking）。有的信號分子是多條信號途徑所共用的信號分子，有的信號途徑可以抑制或者激活其他信號途徑的信息傳導過程，從而構成一個復雜的細胞信號轉導通路網絡，共同介導肝纖維化的漫長病理過程。近年來，人們對肝成肌纖維細胞活化和表型保持的調節(jié)機制有了更深的理解，主要包括自噬、表觀調控等在肝纖維化過程中發(fā)揮重要作用。

2.1 自噬參與對肝纖維化過程的調節(jié) 在HSC活化過程中，脂質小滴的丟失是其重要的形態(tài)學特征。自噬參與了脂質小滴的“消化”過程，從而為HSC活化提供能量。最近，2個研究小組獨立報道了用藥理或者遺傳學的方法抑制自噬可以減慢星狀細胞活化過程，下調星狀細胞的成肌纖維細胞特性[10-11]。這些研究提示抑制HSC自噬是理想的抗纖維化靶點。然而，有研究提示自噬的作用是雙向的，在其他類型的細胞，例如肝細胞，自噬可以通過保護肝細胞免于凋亡和增加Kupffer細胞的抗炎作用從而降低纖維形成信號[12]。因此，關于自噬對肝纖維化過程的調節(jié)需要進一步的研究。

2.2 肝纖維化過程的表觀調控 多種表觀機制參與了肝纖維化的調控，包括microRNAs、DNA甲基化，以及組蛋白乙?；?/p>

2.2.1 microRNAs microRNAs（miRNA）是一種小的、類似于siRNA的分子，由高等真核生物基因組編碼，miRNA通過和靶基因mRNA堿基配對引導沉默復合體（RISC）降解mRNA或阻礙其翻譯。成熟的miRNA結合到與其互補的mRNA的位點通過堿基配對調控基因表達。HSC中表達大量的miRNA，并與纖維化形成過程緊密相關。其中，miR-29、miR-19b、miR-221／222、miR-21在肝纖維化過程中的作用得到闡明。miR-29是多種ECM蛋白包括膠原蛋白的生理性抑制分子[13]。在肝纖維化動物模型及肝纖維化患者體內，miR-19b表達量顯著降低。在體外培養(yǎng)的HSC中，miR-29被TGF-β和脂肪酶（LPS）下調。miR-19b作為TGF-β通路的抑制分子，在肝纖維化的動物模型和患者體內表達下降，而在星狀細胞中過表達miR-19b可以阻斷HSC活化[14]。miR-221／222在肝纖維化的動物模型和患者體內表達增加，并且在HSC激活過程中證明其表達也是增加的[15]。miR-21在不同的組織纖維形成過程中普遍表達上調，采用miR-21拮抗劑（antagomir）可顯著抑制HSCs中的纖維形成活動。進一步的分析表明，miR-21上調促進了HSC活化潛在的重要TGF-β信號通路[16]。

2.2.2 DNA甲基化和組蛋白修飾 基因的DNA甲基化有利于HSC靜息狀態(tài)的保持。在HSC活化過程中，HSC表達DNA甲基結合蛋白MeCP2，從而促進抗纖維化基因如IkBα或PPARγ的沉默，并且能夠增加組蛋白甲基轉移酶的表達，從而導致膠原蛋白轉錄增加[17]。有意思的是，遺傳性的表觀改變可以調節(jié)后代的纖維化易感性。最近的研究顯示來自于由肝纖維化歷史父代的大鼠相比于來自攜帶相同基因的無肝纖維化歷史的大鼠更易于發(fā)生肝纖維化[18]。

3 纖維化過程逆轉或衰退的機制

3.1 HSC凋亡 暴露于CC14的大鼠造模形成肝纖維化，跟蹤觀察8周發(fā)現(xiàn)在恢復期與基質金屬蛋白酶抑制因子1（TIMP-1）表達降低及活化的HSC凋亡增加有關[19]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在活化的HSC中，NF-κB是上調抗凋亡基因重要的轉錄因子，抑制NF-κB信號可以增加活化的HSC凋亡，促進肝纖維化的恢復[20]。此外，有研究表明增強HSC的內質網應激（endoplasmic reticulum stress），可以促使HSC凋亡。

3.2 HSC衰老 當活化的HSC衰老時，它們可以停止增殖，ECM降解酶表達增加，同時，ECM膠原蛋白的表達下調。更重要的是，衰老的HSC細胞可以被自然殺傷（NK）細胞殺死和清除[21]。此外，有研究表明IL-22能夠誘導HSC衰老，從而起到保護肝損傷的作用[22]。

3.3 活化的HSC逆轉為靜息狀態(tài) 最近的體外研究證實，肝纖維化后活化的HSC在體外可被誘導形成靜息狀態(tài)的細胞。然而，這些細胞并不具備靜息細胞的所有特征，因此，是一種活化細胞和靜息細胞的中間狀態(tài)，這種細胞在接收到肝損傷刺激信號后更容易重新活化。這些研究進一步證實了肝纖維化早期過程是可以被逆轉的[23]。另外，有研究表明人類RNA結合蛋白（RNA-binding proteins，RBP）能促進HSC活化，而沉默該蛋白后可以減輕肝纖維化損傷[24]。此外，Evans等研究發(fā)現(xiàn)星形細胞存在高水平的維生素D受體（VDR）為肝纖維化一種可能的關閉開關，他們發(fā)現(xiàn)一種名為卡泊三醇（calcipotriol）的合成維生素D，可導致小鼠肝細胞中支配纖維病變反應的開關失活。由于卡泊三醇早已獲得食品和藥物管理局（food and drug administration，F(xiàn)DA）批準用于銀屑病治療，新研究為人類纖維化疾病提供了一種潛在的新療法[25]。

肝纖維化發(fā)病機制的研究取得了很大進展。目前，明確HSC的活化和門脈來源的成纖維細胞的活化是肝纖維化的主要始動環(huán)節(jié)，慢性肝病進展至肝纖維化是一個有多種細胞、多種細胞信號分子參與的復雜的全身性病理過程。隨著研究的不斷深入，多種細胞信號通路、自噬，以及表觀調控在肝纖維化中的作用被逐漸闡明。針對肝纖維化細胞及分子機制的研究，為肝纖維化防治研究提供了非常多潛在的治療靶點。希望這些發(fā)現(xiàn)能早日轉化為臨床應用。

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