自噬在肝纖維化中作用的研究進(jìn)展

劉國(guó)菊，彭雷

(1山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，濟(jì)南250002;2山東大學(xué)第二醫(yī)院)

肝硬化是由各種因素導(dǎo)致慢性肝損害的一類晚期肝纖維化疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約31萬(wàn)人死于肝硬化，近年還有上升趨勢(shì)[1]。肝纖維化是各種慢性肝病進(jìn)展至肝硬化的必經(jīng)過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是各種慢性肝損傷后的瘢痕修復(fù)反應(yīng)，其最主要的病理特征是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在肝臟彌漫性過(guò)度沉積。肝星狀細(xì)胞(HSC)是肝臟合成ECM的主要細(xì)胞群。在正常肝組織中，HSC處于靜息狀態(tài)。但當(dāng)肝臟受到物理、化學(xué)或微生物感染等病理因素刺激時(shí)，處于靜息狀態(tài)的HSC被激活，轉(zhuǎn)化為肌成纖維樣細(xì)胞，并向組織受損部位遷移、積累，還能分泌多種促炎因子和促纖維化因子，繼而合成大量ECM，造成肝臟內(nèi)ECM過(guò)度積聚，逐漸形成肝纖維化[2]。因此，HSC的活化是肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。自噬是真核生物中一種由溶酶體介導(dǎo)的、高度保守的降解過(guò)程。越來(lái)越多研究證實(shí)，自噬通過(guò)降解脂質(zhì)為HSC的活化提供能量，進(jìn)而介導(dǎo)HSC的活化，并在肝纖維化發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。本文結(jié)合文獻(xiàn)就自噬在肝纖維化中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 自噬概述

自噬是真核生物中一種由溶酶體介導(dǎo)的、高度保守的降解過(guò)程。上世紀(jì)60年代，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞會(huì)把胞內(nèi)成分包裹在膜中形成囊狀結(jié)構(gòu)，并運(yùn)輸?shù)饺苊阁w內(nèi)降解這些成分，從而提出了自噬這一概念[3]。但對(duì)自噬的機(jī)制知之甚少。直到上世紀(jì)90年代，日本學(xué)者大隅良典利用面包酵母定位了自噬的關(guān)鍵基因，之后進(jìn)一步研究闡釋了酵母自噬的機(jī)制，并證實(shí)人類細(xì)胞也遵循類似的過(guò)程。根據(jù)胞內(nèi)底物轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體的途徑不同，可將自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，這三種類型需要不同的自噬相關(guān)基因和細(xì)胞化合物[4]。巨自噬依賴于細(xì)胞質(zhì)中隨機(jī)出現(xiàn)的球形囊泡，即自噬體，而自噬體能夠沿著微管向溶酶體聚集的區(qū)域流動(dòng)。微自噬是一種更為多樣化的自噬類型，細(xì)胞質(zhì)化合物或自發(fā)形成的囊泡可被溶酶體直接吞噬，與細(xì)胞的氨基酸饑餓密切相關(guān)[5]。分子伴侶介導(dǎo)的自噬具有更高的選擇性，且與膜結(jié)構(gòu)的重組無(wú)關(guān)[6]。通常所說(shuō)的自噬是指巨自噬，是目前研究最深入、最經(jīng)典的自噬形式。一般認(rèn)為，自噬過(guò)程分為自噬誘導(dǎo)、自噬體形成與轉(zhuǎn)運(yùn)、自噬體降解與再循環(huán)3個(gè)階段，其主要功能是將細(xì)胞質(zhì)中的大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、RNA等)和一些細(xì)胞內(nèi)源性底物(如生理或病理原因引起的衰老、破損細(xì)胞器)在單位膜包裹的囊泡中大量降解，從而維持細(xì)胞自身的穩(wěn)定。正常的自噬過(guò)程對(duì)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和細(xì)胞生命活動(dòng)的順利進(jìn)行十分重要。自噬活性改變則可導(dǎo)致纖維化疾病、代謝綜合癥、腫瘤等疾病的發(fā)生。

2 HSC活化與肝纖維化的關(guān)系

肝纖維化是指各種致病因子所致的肝內(nèi)結(jié)締組織異常增生，導(dǎo)致肝內(nèi)彌漫性ECM過(guò)度沉積的病理過(guò)程，是各種慢性肝病進(jìn)展至肝硬化的中間過(guò)程和必經(jīng)階段。肝纖維化最重要的特征是含有豐富Ⅰ型膠原蛋白的ECM合成增多、降解減少，從而導(dǎo)致肝內(nèi)ECM過(guò)度沉積。

HSC的激活是肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。HSC存在于Disse腔中，呈梭形或多邊形，是體內(nèi)儲(chǔ)存視黃醛衍生物的首要部位，約占肝臟固有細(xì)胞總數(shù)的5%～8%[7]。正常情況下，HSC處于靜息狀態(tài)，形態(tài)小且胞質(zhì)內(nèi)富含脂質(zhì)顆粒。當(dāng)肝臟受到炎癥或機(jī)械刺激等損傷時(shí)，HSC被激活，轉(zhuǎn)化為肌成纖維樣細(xì)胞，形態(tài)變得大而扁平，失去儲(chǔ)存脂質(zhì)顆粒的能力，轉(zhuǎn)而向組織受損部位遷移并積累，分泌多種促炎因子、促纖維化因子，并通過(guò)旁分泌和自分泌作用，進(jìn)一步刺激未激活轉(zhuǎn)化的HSC轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞。因此，活化的HSC是肝纖維化過(guò)程中ECM的主要來(lái)源。HSC的活化過(guò)程至少分為兩個(gè)階段，即啟動(dòng)階段和維持階段[8]。在HSC活化啟動(dòng)階段，靜息狀態(tài)的HSC在各種原因引起的肝損傷刺激下，肝細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、庫(kù)普弗細(xì)胞等HSC的鄰近細(xì)胞可分泌多種細(xì)胞因子，并作用于HSC，促使HSC基因表達(dá)和表型改變，從而轉(zhuǎn)變成肌成纖維細(xì)胞，此時(shí)靜息狀態(tài)的HSC即轉(zhuǎn)變成活化的HSC[9]。HSC活化后，由于其功能和表型改變，儲(chǔ)存的脂質(zhì)和維生素A明顯減少或消失，ECM分泌明顯增加，并分泌大量的細(xì)胞因子及趨化因子，從而促使HSC的活化進(jìn)入維持階段[10]。HSC持續(xù)活化導(dǎo)致細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)，并分泌大量的ECM，從而使ECM在肝臟內(nèi)逐漸沉積，進(jìn)而導(dǎo)致肝纖維化。

3 自噬與HSC活化的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，在四氯化碳誘導(dǎo)4周的小鼠肝纖維化模型中，自噬相關(guān)基因LC3B在肝組織中表達(dá)明顯增加[11]，表明自噬活性在肝纖維化中明顯增強(qiáng)，而且這一現(xiàn)象在原代培養(yǎng)的、活化的HSC中得到驗(yàn)證。有研究從乙肝患者纖維化肝組織中分離出的HSC發(fā)現(xiàn)，自噬活性亦明顯增強(qiáng)[12]，表明自噬活性在不同原因?qū)е碌母卫w維化中均具有重要作用。

HSC的活化依賴于自噬，是由于自噬介導(dǎo)的脂質(zhì)降解可為HSC活化提供能量[13]。據(jù)報(bào)道，自噬通過(guò)脂滴的動(dòng)員、游離脂肪酸的釋放和線粒體β氧化為HSC的活化提供能量。另有研究表明，氧化應(yīng)激介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有助于激活HSC中的未折疊蛋白反應(yīng)，導(dǎo)致HSC的活化。在發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時(shí)，HSC同樣可誘導(dǎo)相關(guān)自噬和纖維化基因的表達(dá)[14]。肌醇的激活需要酶1-X-盒轉(zhuǎn)錄因子路徑觸發(fā)自噬激活，在該過(guò)程中，它可通過(guò)自噬誘導(dǎo)肝纖維化反應(yīng)。這些新發(fā)現(xiàn)提示細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)動(dòng)員與消耗、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在觸發(fā)自噬進(jìn)而激活HSC和啟動(dòng)肝纖維化中具有內(nèi)在聯(lián)系。在慢性肝損傷模型中，小鼠HSC特異性ATG7表達(dá)缺失可減輕肝纖維化[15]。而抑制自噬可降低小鼠原代HSC的增殖和激活。因此，阻斷自噬被認(rèn)為是控制或預(yù)防纖維化進(jìn)展的治療策略之一。

自噬能夠通過(guò)促進(jìn)HSC活化，繼而導(dǎo)致肝纖維化形成。但在肝巨噬細(xì)胞中，自噬卻發(fā)揮抗纖維化作用[12]。在小鼠肝纖維化模型中，巨噬細(xì)胞ATG5表達(dá)缺失會(huì)抑制纖維化，其機(jī)制可能是能抑制炎癥因子從巨噬細(xì)胞釋放，從而抑制了HSC的活化[16]。另有研究表明，缺乏自噬的肝巨噬細(xì)胞可通過(guò)增強(qiáng)線粒體ROS-NF-κB-IL-1α/β途徑促進(jìn)肝臟炎癥和肝纖維化的發(fā)生[17]。肝巨噬細(xì)胞中的自噬作用還能被單酰甘油脂肪酶抵消，該酶將2-花生酰甘油酯代謝為花生四烯酸，從而激活炎癥性巨噬細(xì)胞。肝竇內(nèi)皮細(xì)胞是肝竇內(nèi)一種高度分化的細(xì)胞類型，在肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用。內(nèi)皮細(xì)胞可維持血管張力，使HSC保持在靜息狀態(tài)。有研究證實(shí)，自噬對(duì)維持內(nèi)皮細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)極其重要。在纖維化誘導(dǎo)模型中，內(nèi)皮細(xì)胞自噬的選擇性喪失可通過(guò)降低肝內(nèi)NO含量及損傷氧化應(yīng)激的處理能力而加重纖維化，表明自噬對(duì)慢性肝損傷的內(nèi)皮細(xì)胞功能至關(guān)重要[18]。因此，自噬活性在HSC、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等中的作用不同，尚需進(jìn)一步研究其內(nèi)在的作用機(jī)制，以更好地為自噬調(diào)控劑在肝纖維化治療中的應(yīng)用。

4 自噬調(diào)控在肝纖維化治療中的應(yīng)用

自噬是細(xì)胞組分降解和再循環(huán)的一個(gè)高度保守過(guò)程，許多藥物直接或間接靶向這一過(guò)程，包括自噬誘導(dǎo)劑卡馬西平、雷帕霉素、白藜蘆醇、二甲雙胍、氨甲喋呤或西酞普蘭，以及自噬抑制劑如氯喹或羥基氯喹[19]。自噬在肝纖維化中既有正面作用，也有負(fù)面作用，使得將自噬作為肝纖維化的一種治療方法極具挑戰(zhàn)性。

研究表明，使用3-甲基腺嘌呤或小干擾RNA降低自噬相關(guān)基因5表達(dá)，可明顯促進(jìn)HSC凋亡[20]。尼洛替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑，現(xiàn)已證實(shí)其能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和HSC自噬性死亡[21]。因此，抑制自噬活性能延緩肝纖維化進(jìn)展。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，二甲基α酮戊二酸通過(guò)抑制HSC的自噬活性來(lái)減少四氯化碳誘導(dǎo)的肝纖維化[22]。3-甲基腺嘌呤等自噬抑制劑的治療可導(dǎo)致α-SMA、Ⅰ型膠原表達(dá)顯著下調(diào)，并導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯于G2期，從而抑制HSC的增殖和活化[23]。自噬抑制劑巴普洛霉素或抑制自噬相關(guān)基因7的表達(dá)，亦可抑制HSC中Ⅰ型膠原蛋白的積累[24]。此外，有研究表明，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的自噬活性增強(qiáng)有利于減輕肝纖維化，特別是在疾病早期。值得注意的是，自噬的抗肝纖維化作用與自噬的抗炎和保肝作用有關(guān)。研究證實(shí)，自噬的抗肝纖維化作用主要通過(guò)抑制肝細(xì)胞凋亡和誘導(dǎo)庫(kù)普弗細(xì)胞產(chǎn)生抗炎作用兩方面實(shí)現(xiàn)。此外，自噬還可通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的分化而減少IL-17分泌，間接發(fā)揮抗纖維化作用。因此，自噬不僅能促進(jìn)HSC激活發(fā)揮促肝纖維化作用，還能調(diào)節(jié)非實(shí)質(zhì)細(xì)胞的作用發(fā)揮抗肝纖維化作用。目前，已有多種自噬相關(guān)藥物用于肝纖維化的治療[25]，但由于肝纖維化期間自噬的復(fù)雜性和細(xì)胞特異性，目前尚無(wú)任何一種藥物可直接作用于自噬。

綜上所述，自噬在肝纖維化過(guò)程中具有雙重作用，一方面通過(guò)氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活HSC，從而導(dǎo)致肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展；另一方面，自噬還可通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等作用，發(fā)揮抗纖維化作用。這或許能部分解釋自噬在不同類型肝細(xì)胞和肝纖維化不同階段其作用不同。隨著對(duì)自噬機(jī)制研究的深入，通過(guò)開(kāi)發(fā)特異性抑制HSC自噬的藥物，從而抑制HSC活化，繼而延緩或逆轉(zhuǎn)肝纖維化，為肝纖維化治療提供新的治療策略。