干細(xì)胞在肝損傷中的機(jī)制研究

張媛??朱英

[摘要] 正常的肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞（膽管上皮細(xì)胞）處于靜態(tài)狀態(tài)。但是肝臟在面對(duì)大規(guī)模的實(shí)質(zhì)細(xì)胞損失時(shí)是一個(gè)具有高度再生能力的器官。在肝損傷及肝功能受損時(shí)，成熟肝細(xì)胞分化增殖是恢復(fù)動(dòng)態(tài)平衡的第一道防線。盡管肝臟功能較正常肝臟時(shí)降低，但肝移植的研究表明，移植的肝細(xì)胞有生存優(yōu)勢(shì)，在增殖中占主導(dǎo)地位。但是肝移植患者數(shù)目的增加，肝源匹配困難等問(wèn)題的凸顯迫使我們不得不采用新的治療手段刺激肝臟再生，延長(zhǎng)終末期肝病患者的生存期。最近研究證實(shí)，在終末期肝病患者和肝病模型中，干細(xì)胞在肝損傷修復(fù)中有重要作用，干細(xì)胞移植被看作為一個(gè)潛在的替代移植技術(shù)。然而，我們對(duì)肝臟干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的理解目前仍處于起步階段。一方面，不斷有文獻(xiàn)證實(shí)肝臟干細(xì)胞可以成為肝星狀細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞論證。另一方面，干細(xì)胞研究的不斷深入，應(yīng)用的更加謹(jǐn)慎也因?yàn)樗赡茱@示出肝臟細(xì)胞癌的細(xì)胞特性。本篇綜述將闡述在肝臟損傷后干細(xì)胞肝向分化的作用機(jī)制，重點(diǎn)闡述相關(guān)信號(hào)通路，以促進(jìn)未來(lái)靶向治療研究。

[關(guān)鍵詞] 肝損傷；骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；肝臟干細(xì)胞；信號(hào)通路

[中圖分類號(hào)] R657.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-0616（2015）04-20-04

在肝損傷及肝功能受損時(shí)，成熟肝細(xì)胞分化增殖是恢復(fù)動(dòng)態(tài)平衡的第一道防線。盡管肝臟功能較正常肝臟時(shí)降低，但肝移植的研究表明，移植的肝細(xì)胞有生存優(yōu)勢(shì)，在增殖中占主導(dǎo)地位[1]。但是肝移植患者數(shù)目的增加，肝源匹配困難等問(wèn)題的凸顯迫使我們不得不采用新的治療手段刺激肝臟再生，延長(zhǎng)終末期肝病患者的生存期。最近研究證實(shí)，在終末期肝病患者和肝病模型中，干細(xì)胞在肝損傷修復(fù)中有重要作用，干細(xì)胞移植被看作為一個(gè)潛在

的替代移植技術(shù)[2-3]。然而，我們對(duì)肝臟干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的理解目前仍處于起步階段。一方面，不斷有文獻(xiàn)證實(shí)肝臟干細(xì)胞可以成為肝星狀細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞論證。另一方面，干細(xì)胞研究的不斷深入，應(yīng)用的更加謹(jǐn)慎也因?yàn)樗赡茱@示出肝臟細(xì)胞癌的細(xì)胞特性[4]。

干細(xì)胞是具有自我更新的多向分化潛能特性的細(xì)胞，按不同來(lái)源可分為兩類：胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESCs）和成體干細(xì)胞（adult/tissue specific stem cells，ASC）。ESCs由于在臨床研究中證明有發(fā)生惡變致畸胎瘤的可能，面臨著倫理問(wèn)題，因此其研究及潛在的應(yīng)用價(jià)值受到了限制。ASC是分布在特定組織中的分化的細(xì)胞，肝臟干細(xì)胞屬于ASC。肝臟干細(xì)胞指能夠參與肝細(xì)胞的再生和損傷修復(fù)，同時(shí)具有干細(xì)胞特質(zhì)的細(xì)胞的總稱。根據(jù)其起源分為肝源性肝干細(xì)胞和非肝源性肝干細(xì)胞。肝源性肝干細(xì)胞又稱為內(nèi)源性肝干細(xì)胞，主要包括肝卵圓細(xì)胞（HOC）、膽管上皮細(xì)胞等。非肝源性肝干細(xì)胞包括胚胎干細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞等不同來(lái)源的干細(xì)胞[5]。骨髓干細(xì)胞具有強(qiáng)大的自我更新能力和多向分化潛能，主要包括造血干細(xì)胞（hemopoietic stem cells，HSCs）和間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs），是研究得最早、最深入的成體干細(xì)胞之一。1999年，Petersen等[6]首次報(bào)道大鼠骨髓中的某個(gè)細(xì)胞群具有轉(zhuǎn)化為肝臟卵圓細(xì)胞，并進(jìn)一步分化為肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞的潛能，從此便掀起了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植修復(fù)肝損傷的研究熱潮。大量研究證實(shí)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞具有分化為肝細(xì)胞的功能，對(duì)肝纖維化、肝硬化等肝臟疾病有治療效果。除了轉(zhuǎn)分化為肝細(xì)胞，他們也可能抑制肝細(xì)胞凋亡和分泌多種生物活性分子，促進(jìn)肝臟再生。最近研究證實(shí)，在慢性肝病患者和肝病模型中，肝臟干細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在肝損傷修復(fù)中有重要作用。

1 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞促進(jìn)肝細(xì)胞再生相關(guān)機(jī)制

骨髓移植被認(rèn)為是慢性肝臟治療的最新手段，最近對(duì)肝損傷動(dòng)物模型的研究證實(shí)SDF-1/CXCR4、Wnt/β-catenin、NF-κB、Notch通路參與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞肝細(xì)胞樣分化過(guò)程。

趨化因子SDF-1（stromal cell-derived factor-1）與其受體CXCR4（CXC chemokine receptor 4）分別屬于CXC類趨化因子和CXCR類G蛋白偶聯(lián)受體超家族。SDF-1/CXCR4信號(hào)通路參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而影響細(xì)胞的趨化、運(yùn)動(dòng)、黏附、分泌、血管生成、生長(zhǎng)等生物學(xué)行為[7]。Jung等[8]將同種骨髓干細(xì)胞移植到CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝損傷模型內(nèi)，觀察發(fā)現(xiàn)移植后模型鼠的肝脾腫大及肝壞死均得到改善，肝功酶學(xué)降低，移植骨髓干細(xì)胞特異地遷移到受損部位肝細(xì)胞，利用流式細(xì)胞儀及免疫組織化學(xué)法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)損傷肝組織內(nèi)CXCR4和SDF-1表達(dá)增加。

Wnt通路通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)控制胚胎早期的發(fā)育、卵裂、背腹形成，并對(duì)細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖及生長(zhǎng)起調(diào)節(jié)作用。其中經(jīng)典Wnt/βcatenint通路研究最廣泛。平鍵等[9]體外實(shí)驗(yàn)觀察一貫煎誘導(dǎo)分離培養(yǎng)的大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化肝細(xì)胞的作用，Western-blot法檢測(cè)細(xì)胞Wnt3α及β-catenin蛋白的表達(dá)情況，觀察到BMCs細(xì)胞Wnt3α及β-catenin蛋白表達(dá)下調(diào)，一貫煎誘導(dǎo)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向肝細(xì)胞樣細(xì)胞分化，其機(jī)制與Wnt/β-catenin下調(diào)信號(hào)通路有關(guān)。說(shuō)明Wnt/β-catenin通路參與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞遷移分化。

NF-κB已被證實(shí)其在炎癥反應(yīng)時(shí)對(duì)多種細(xì)胞因子在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行調(diào)控，所以探討NF-KB與肝損傷的關(guān)系很重要。Pei-pei Wang等[10]骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體外研究中證實(shí)可通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路，刺激分泌肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞，對(duì)肝硬化大鼠起治療作用。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子是一種參與肝臟再生的有效的生長(zhǎng)因子，最初是作為一種高效的肝細(xì)胞絲裂原多肽[11-12]。抑制HGF可產(chǎn)生嚴(yán)重肝臟疾病，肝細(xì)胞完整性受損，膽汁淤積[13]。然而抑制NF-κB通路刺激HGF分泌改善肝臟纖維化的具體機(jī)制仍未得到明確證實(shí)。

此外徐洪雨等[14]研究發(fā)現(xiàn)，骨髓間充質(zhì)細(xì)胞在HGF誘導(dǎo)下強(qiáng)烈表達(dá)Notch-1蛋白，但隨著MSCs向肝細(xì)胞分化，Notch-1蛋白的表達(dá)逐漸降低，Notch-1 mRNA也表現(xiàn)降低，加入Notch通路阻斷劑DAPT后，細(xì)胞分化率明顯增加。這些都表明，Notch通路的激活可以抑制MSC向肝細(xì)胞分化。但是，Notch信號(hào)通路通過(guò)調(diào)節(jié)哪些轉(zhuǎn)錄因子或者基因來(lái)控制MSC向肝細(xì)胞分化，目前尚不清楚。

2 肝臟干細(xì)胞和肝成纖維細(xì)胞活化時(shí)的共同信號(hào)通路

實(shí)驗(yàn)表明，肝臟纖維化和肝臟干細(xì)胞的活化有關(guān)。雖然聯(lián)系肝臟干細(xì)胞和纖維化細(xì)胞的機(jī)制是未知的，但是目前研究發(fā)現(xiàn)信號(hào)通路在肝臟修復(fù)和再生分化過(guò)程中起作用。最近研究發(fā)現(xiàn)hedgehog、Wnt和Notch通路調(diào)節(jié)肝臟干細(xì)胞增殖、分化和肝纖維化形成中起作用[15-17]。

Philips等[16]建立肝損傷小鼠模型，應(yīng)用hedgehog通路抑制劑GDC-0449發(fā)現(xiàn)小鼠肝臟肌成纖維細(xì)胞減少，肝纖維程度降低，可抑制肝細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移，降低死亡率。不成熟的膽管細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞（成纖維細(xì)胞前體），能夠產(chǎn)生hedgehog的配體，這些配體的存在是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)生存、增殖和遷移的關(guān)鍵。在增益功能實(shí)驗(yàn)中小鼠雜合的hedgehog激活hedgehog配體，hedgehog亞基受體復(fù)雜化，可自發(fā)的加強(qiáng)肝臟纖維化進(jìn)程。

同時(shí)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)肝臟干細(xì)胞自我更新和增殖實(shí)驗(yàn)中Wnt/β-catenin信號(hào)也發(fā)揮重要的作用。當(dāng)肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞中β-catenin信號(hào)受抑制時(shí)，肝臟干細(xì)胞增殖下降；促進(jìn)β-catenin蛋白表達(dá)時(shí)，離體肝臟干細(xì)胞體外的自我更新能力增加，然而肝臟干細(xì)胞在異種移植模型中有腫瘤發(fā)生可能[17]。經(jīng)典Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是肝星狀細(xì)胞活化肝纖維化中的重大事件之一[18]。Wnt/β-catenin作為最重要纖維蛋白酶原之一，在肝臟干細(xì)研究中許多問(wèn)題仍有待解決，包括上游活化因子、Wnt/β-catenin通路在肝損傷時(shí)的鑒定、干細(xì)胞增殖時(shí)自分泌和旁分泌信號(hào)、是否類Wnt激活因子能刺激干細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過(guò)程。理解Wnt信號(hào)通路及體內(nèi)大量的Wnt通路相關(guān)因子在肝細(xì)胞中作用具有重大意義。

Notch通路在膽道的分化和發(fā)育過(guò)程形態(tài)發(fā)生和管道重塑期間具有重要作用[19-20]。最近從肝臟Alagille綜合征相關(guān)遺傳疾病患者的觀察表明與Notch信號(hào)受損有關(guān)，這條通路可能也是膽道修復(fù)必不可少的[21-23]。Fabris等[21]證明：Notch信號(hào)參與新生嬰兒肝修復(fù)過(guò)程中干細(xì)胞向成熟膽管細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)。Alagille綜合征的肝臟標(biāo)記表明肝臟干細(xì)胞被阻止分化為膽道，肝細(xì)胞經(jīng)歷了膽管系統(tǒng)不完整的轉(zhuǎn)化分化。Alagille綜合征肝臟相比膽道閉鎖患者的肝臟表現(xiàn)出肝纖維化顯著減少，暗示肝纖維化依賴存在無(wú)功小膽管細(xì)胞。

3 移植干細(xì)胞促進(jìn)肝臟腫瘤分化的相關(guān)機(jī)制

干細(xì)胞具有極強(qiáng)的可塑性，在其分化、增殖為肝細(xì)胞的同時(shí)具有分化成為腫瘤細(xì)胞的潛能，因此要對(duì)移植后干細(xì)胞的具體生物學(xué)行為建立一個(gè)有效的體內(nèi)定位跟蹤體系，以便更好地觀察干細(xì)胞在體內(nèi)的歸巢和定位。越來(lái)越多證據(jù)表明，干細(xì)胞在參與肝損傷修復(fù)有腫瘤分化傾向往往有以下SDF-1/CXCR4、Wnt/βcatenin、TGF-β/Smad、IKK-依賴NF-κB、Notch信號(hào)通路發(fā)揮作用。

如前所述，SDF-1/CXCR4在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中參與肝損傷后肝細(xì)胞再生，同時(shí)有實(shí)驗(yàn)表明抑制趨化因子受體CXCR4 /CXCL12軸可能導(dǎo)致直接抑制腫瘤遷移、入侵和轉(zhuǎn)移。這迫使干細(xì)胞移植面臨著重大挑戰(zhàn)，同時(shí)發(fā)展有效的趨化因子受體SDF-1/CXCR4抑制劑可應(yīng)用于癌癥治療[24]。Wnt信號(hào)通路參與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞及肝臟干細(xì)胞在肝向分化，然而在Wnt通路失調(diào)時(shí)同樣也會(huì)引起肝細(xì)胞癌發(fā)生[25]。在肝臟移植后人類肝組織中肝臟干細(xì)胞表達(dá)TGF-β信號(hào)通路相關(guān)蛋白質(zhì)，TGF-β/Smad信號(hào)通路參與干細(xì)胞的自我更新和分化，同時(shí)參與致癌作用[26]。同樣經(jīng)典IKK-依賴NF-κB信號(hào)通路也被證明能促進(jìn)肝細(xì)胞的生長(zhǎng)，在肝臟炎性應(yīng)答中調(diào)節(jié)生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子的表達(dá)中起著至關(guān)重要的作用。但是在肝臟急性反應(yīng)最重要的細(xì)胞因子IL-6通過(guò)激活STAT3基因轉(zhuǎn)錄促進(jìn)肝癌發(fā)展[27]。這表明TGF-β及IL-6信號(hào)通路在肝臟干細(xì)胞腫瘤分化中起重要作用。在小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中通過(guò)Notch1蛋白在肝細(xì)胞內(nèi)異常定位發(fā)現(xiàn)Notch通路過(guò)表達(dá)能促使成熟肝臟細(xì)胞腫瘤方向分化[28-29]。在這些小鼠腫瘤模型中，Notch解除管制導(dǎo)致明顯的幼稚表型的肝癌傳播。這些癌癥最常發(fā)生在慢性肝損傷和肝再生的背景下，研究這些信號(hào)通路的交叉點(diǎn)，可通過(guò)基因靶向治療促進(jìn)干細(xì)胞肝向分化，并且在腫瘤分化早期阻斷，促進(jìn)肝再生和抑制肝癌的形成。

4 存在問(wèn)題及展望

雖然我們對(duì)干細(xì)胞的理解近年來(lái)取得了巨大進(jìn)步，但對(duì)肝臟干細(xì)胞及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在肝損傷修復(fù)中作用機(jī)制的了解顯然仍不完整，仍有很多新的挑戰(zhàn)需要解決。恰當(dāng)利用干細(xì)胞移植促進(jìn)患者肝臟功能恢復(fù)，選擇合適時(shí)機(jī)及方法抑制肝臟腫瘤發(fā)生，選擇性提高或降低肝損傷過(guò)程中相關(guān)信號(hào)通路分子的表達(dá)，或許能減少終末期肝病患者死亡率，提高患者生存質(zhì)量，同時(shí)抑制肝癌形成。

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（收稿日期：2015-01-06）