肝纖維化發(fā)病機制研究新進展

朱亞平　卜淑蕊

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·綜述·

肝纖維化發(fā)病機制研究新進展

朱亞平卜淑蕊

201508上海復旦大學附屬金山醫(yī)院消化內(nèi)科

肝纖維化是肝臟持續(xù)發(fā)生組織損傷、修復反應時因細胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)合成降解與沉積不平衡而引起的病理過程， 是慢性肝病的病理特征，也是進一步向肝硬化發(fā)展的主要環(huán)節(jié)。肝星狀細胞的活化、MMPs/ TIMPs平衡失調(diào)、轉化生長因子(TGF-β)均被證明在導致肝纖維化的發(fā)生過程中起重要作用，并且三種因素之間可以相互調(diào)節(jié)，形成復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)?，F(xiàn)就肝纖維化的發(fā)病機制的研究新進展對尋找緩解和逆轉肝纖維化發(fā)生的重要臨床意義綜述如下。

一、肝纖維化病因和影響因素

纖維化( fibrosis)是指纖維連接組織[主要成分是細胞外基質(zhì)(ECM)，如膠原蛋白和纖連蛋白]在損傷部位或炎癥組織的內(nèi)部或其周圍的過度沉積，長期纖維化可以導致瘢痕、器官衰竭，甚至死亡，肝臟疾病終末階段、腎病、特發(fā)性肺纖維化、心衰等多種器官損傷均可發(fā)生纖維化[1]。許多可以引起肝損傷的因素都可以導致肝纖維化的發(fā)生，包括病毒性肝炎(尤其是乙肝和丙肝)，酒精性肝病，藥物性損傷，鐵或銅等過度沉積的代謝性疾病，自身免疫性肝細胞或膽管上皮損傷，或先天性疾病等。肝纖維化是慢性肝損傷后的一種組織修復反應，若無有效治療將演變?yōu)楦斡不透伟?。伴隨慢性損傷長期存在，細胞外基質(zhì)蛋白在肝纖維化發(fā)生過程中起關鍵作用，并且這是各種不同類型慢性肝疾病的共同特征[2]。

細胞外基質(zhì)通常是由肌成纖維細胞(myofibroblast, MF)產(chǎn)生的，肌成纖維細胞是纖維化器官的細胞外基質(zhì)的主要來源。不同細胞來源，包括組織特異性纖維母細胞、骨髓源性祖細胞、周皮細胞，和上皮細胞，均可以演變?yōu)榧〕衫w維細胞[3]。然而，肝臟中不論任何不同的病因情況下肝星狀細胞(hepatic stellate cell, HSC)毫無疑問是肌成纖維細胞的主要來源[4]。

正常情況下，肝臟細胞外基質(zhì)(extracellular matrix ，ECM)成分包括膠原蛋白(Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ等)，彈性蛋白，糖蛋白(層粘連蛋白、纖連蛋白等)，蛋白聚糖和透明質(zhì)酸等成分[5]。細胞外基質(zhì)蛋白成分時時刻刻都在被降解、同時被合成，降解和合成基本處于相互抵消狀態(tài)，某些酶類可以降解細胞外基質(zhì)成分，其中研究最多的是基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和其抑制劑(TIMPs)。

最近研究表明，肝纖維化是一個復雜的病理過程，涉及多種細胞因子和細胞信號傳導通路，包括轉化生長因子(transforming growth factor beta ，TGF-β)、血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor, PDGF)、成纖維生長因子(fibroblast growth factor, FGF)、表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)、結締組織生長因子(connective tissue growth factor, CTGF)、胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor1,IGF-1)、血管內(nèi)皮細胞生長因子(vascular endothelial cell growth factor, VEGF)等[6]。其中，轉化生長因子(transforming growth factor beta ，TGF-β)是最強的促纖維化生成因子。

纖維化的形成是一個復雜過程，多種細胞、蛋白、因子等均參與其調(diào)節(jié)，而且他們之間也是一個復雜的網(wǎng)絡，互相影響、互相調(diào)節(jié)。

二、MMPs/ TIMPs平衡

基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一簇鋅依賴肽鏈內(nèi)切酶超家族，具有降解ECM所有成分的功能[8]，根據(jù)它們對ECM底物專一性可分為五種，分別是：膠原酶、明膠酶、膜型、基質(zhì)溶解素和降解素。對MMP的調(diào)節(jié)是一個很精細的過程，包括轉錄前、轉錄水平及蛋白水平的調(diào)節(jié)，任何引起MMP失調(diào)的因素都可以導致組織損傷和功能失調(diào)[9]。

MMPs家族既包括抑制纖維化的成分，也包括促進纖維化的成分，MMP-1、MMP-2、MMP-8在慢性肝損傷過程中起保護作用，可以抑制肝纖維化的發(fā)展；MMP-12對促進肝纖維化效果不明顯；相反，MMP-19似乎在肝損傷早期階段促進纖維化發(fā)生[10]。研究表明，MMP-1和MMP-13是屬于膠原酶的一種剪切酶，他們主要負責剪切Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型膠原蛋白(是ECM重要組成部分)[11]。

組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)是調(diào)節(jié)MMPs活性的超家族，包括至少已知的4種MMP抑制劑[8]，其中，TIMP-1是最主要的MMP抑制劑[12]。理想狀態(tài)下，TIMPs分子和MMPs以1∶1可逆性結合，MMPs/ TIMPs平衡改變和許多引起基底膜破壞的病理情況相關，如腫瘤侵襲、血管生成、創(chuàng)傷愈合等[13]。Busk等[14]認為MMPs和TIMPs都是由活化的肝臟肌成纖維細胞(MF)表達的，MF通過表達MMPs促進ECM的降解。

活化的肝星狀細胞上調(diào)TIMPs的表達，結果導致TIMPs和MMPs之間平衡打破，從而ECM積聚[15]。MMP-12的活性和它與TIMP-1之間的比率可以調(diào)節(jié)肝纖維化中的彈性蛋白的含量，如果彈性蛋白降解受損會導致其在纖維化瘢痕中的積聚[16]。研究如何調(diào)節(jié)MMPs/ TIMPs的平衡及比例變化有助于我們尋找逆轉肝纖維化的方法，對治療肝纖維化有廣泛應用前景。

三、肝星狀細胞

最近，有關肝星狀細胞的功能及分離方法的研究一直是肝臟相關研究的熱點。在靜息狀態(tài)下肝星狀細胞位于肝臟竇周間隙(血竇和肝細胞之間的空間，較貼近肝細胞)，其主要功能是廣泛攝取和儲存維生素A[17]，并且合成少量的層粘連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白(是ECM的重要組成部分)。但是在病理狀態(tài)下，肝星狀細胞被慢性刺激或肝臟損傷所激活，然后活化增殖，表達α-平滑肌激動蛋白(α-SMA)，維生素A合成減少，而細胞外基質(zhì)合成增加[18]。這時，細胞形態(tài)學也發(fā)生變化，從星形轉變?yōu)榫哂忻黠@收縮性的纖維母細胞或肌成纖維細胞，且分泌大量細胞因子和趨化因子，包括促炎因子和粘附分子(如TGF-β、PDGF、VEGF等)，這提示肝星狀細胞的活化是肝纖維化發(fā)生的關鍵因素[19]。在這些細胞因子中，TGF-β被認為是促進HSC產(chǎn)生膠原蛋白的最重要的分子[20]。

HSC激活并轉變?yōu)榧〕衫w維細胞機制可以總結為以下級聯(lián)反應步驟[21]：(1)直接旁分泌通路, 各種損傷因素導致肝細胞損傷后, 凋亡或壞死的肝細胞釋放多種絲裂原樣物質(zhì), 始動激活HSC轉化為MFB；(2)旁分泌活化通路, 肝損傷導致肝內(nèi)炎性細胞主要是活化的巨噬細胞以及血小板分泌大量細胞因子如TGF-β1、TNF-α、EGF、PDGF等, 進一步刺激HSC活化轉化為MFB；(3)自分泌活化通路, MFB及HSC在轉化中可以自分泌TGF-β1、TNF-α等因子, 促進自身進一步活化, 在炎癥后階段即使去除原來的肝損傷因素, 也足以持續(xù)肝纖維化形成過程,此步是最重要的階段。 因此, TGF-β1對HSC的激活、轉化、分化及調(diào)節(jié)具有極其重要的作用, 是最強的促HSC纖維化生成因子。

根據(jù)這些研究，我們希望可以通過研究肝星狀細胞的激活和肝臟炎癥的特征來尋找對慢性肝病和肝纖維化的患者有效的抗纖維化和肝臟再生治療方法。

四、TGF-β促進肝臟纖維化形成

(一) TGF-β的發(fā)展與分類TGF曾經(jīng)被稱為抑制分化因子(factor inhibiting differentiation)、刺激軟骨生長因子(stimulating cartilage growth)、腫瘤生長因子(sarcoma growth factor)等，這可以反應他所具有的功能。轉化生長因子(TGF)是由Moses HL等于1981年首次命名的，他發(fā)現(xiàn)所謂的轉化纖維刺激因子可以誘導腫瘤細胞發(fā)生表型轉化[22]。如今人們已經(jīng)了解TGF具有更為廣泛的功能，并且發(fā)現(xiàn)有TGF-α和TGF-β兩種因子，他們可以調(diào)節(jié)細胞增殖、生長、分化、遷移等，參與完成脂肪形成、軟骨形成、組織重塑、創(chuàng)傷愈合、腫瘤形成等過程。

哺乳動物中TGF-β包括3種不同亞型，TGF-β1、-β2和-β3，其中TGF-β1由390個氨基酸殘基組成的多肽，是加強肝星狀細胞活化和細胞外基質(zhì)蛋白合成的關鍵因子，是含量最多且研究最廣泛的類型；而TGF-β2和TGF-β3包含412個氨基酸殘基，且3種亞型顯示了高度的同源性[23]。人體中幾乎所有的細胞均可以分泌TGF-β1分子，而TGF-β2主要是由膠質(zhì)瘤細胞和角質(zhì)細胞所合成分泌的，TGF-β3主要存在于胚胎的心肺組織中，少量存在于肝、腎、脾等器官中。在體外三種亞型有相似的效應，但是體內(nèi)他們由于組織分布不同而具有不同的效應。肝臟中，不論是正常還是纖維化狀態(tài)，TGF-β1是最常見最重要的亞型[24]。

(二)TGF-β1通過TGF-β/Smad信號通路發(fā)揮作用TGF-β1被釋放后，結合特異性Ⅱ型TGF-β受體，然后反過來募集并激活Ⅰ型TGF-β受體。一旦被激活，Ⅰ型TGF-β受體磷酸化Smad2/3蛋白，在與Smad4相互作用并結合為復合物后轉入細胞核，進而調(diào)解轉錄因子，抑制或激活特定目的基因的表達[25]。TGF-β/Smad信號傳導通路可以通過多種機制被不同的蛋白緊密調(diào)節(jié)，其中Smad7是一個關鍵的負性調(diào)節(jié)因子。研究證明，TGF-β信號通路的抑制因子可以通過肝星狀細胞中Smad7過度表達而抑制HSC的轉化并減弱肝纖維化發(fā)生[26 ]。miRNA-30可以減輕纖維化，導致體內(nèi)Smad7大幅度升高，并被定義為TGF-β信號傳導通路的關鍵抑制因子[27]。

Sakai等[28 ]將TGF-βⅡ型受體敲除后發(fā)現(xiàn)肝纖維化程度明顯減弱，但是與對照組肝臟及纖連蛋白敲除組肝臟相比仍存在將近45%纖維化。這提示我們雖然TGF-β在肝纖維化過程中起重要作用，但纖維化過程可能存在其他的影響因素。

五、總結

TGF-β1傳遞信號給Smad3后可誘導TIMP-1表達，同時抑制MMP-1表達；MMP-2表達則依賴Smad2[29 ]。在敲除Smad2基因后，TGF-β1通過Smad-3通路可以上調(diào)TIMP-1表達、抑制MMP-2表達，從而抑制基質(zhì)蛋白降解[30]。由CCl4 長期慢性干預引起的肝纖維化老鼠模型中，如果終止CCl4干預可以發(fā)現(xiàn)纖維化降解，其TIMPs水平下調(diào)，而MMP-13水平上調(diào)，同時肝星狀細胞凋亡[31]。

在HSC活化時需要TGF-β刺激，而HSC活化后又可以表達TGF-β、MMPs/TIMPs，TGF-β又通過Smad信號轉導通路調(diào)節(jié)MMPs/TIMPs的表達?？梢?，在纖維化形成過程中，不論是細胞水平、分子水平、調(diào)節(jié)因子等是相互影響的網(wǎng)絡系統(tǒng)，他們相互調(diào)節(jié)、相互影響，并被研究證實在肝纖維化形成及調(diào)節(jié)過程中均具有重要作用。

對肝纖維化發(fā)病機制的研究，最終目的是希望能夠優(yōu)化纖維化的臨床治療，干預或逆轉纖維化的發(fā)生。然而, 肝纖維化是一復雜、多因素參與的過程，基因調(diào)控也是一個精密、龐大、復雜的生物調(diào)控系統(tǒng)，面對這些問題，現(xiàn)有的的生物技術方法存在限制，但是， 我們相信隨著基礎研究的日益發(fā)展，TGF-β1等引起肝纖維化的具體機制將得到更深入的探討。隨著纖維化發(fā)病機制的研究不斷深入， 將會給臨床治療提供越來越多的治療靶點。

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(本文編輯：張苗)

通信作者：卜淑蕊，Email: 18930819609@163.com

(收稿日期：2015-11-10)