肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子與肝再生的研究進(jìn)展

李 璇,吳敏超,段偉娜,張海峰

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010100)

肝臟是人體內(nèi)部器官中少數(shù)能自然更新的組織。近年來(lái)，關(guān)于探索參與肝再生過程的細(xì)胞因子一直是人們研究的熱點(diǎn)。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子，又稱作“散射因子”是一種小分子的多肽生長(zhǎng)因子，其被發(fā)現(xiàn)是由于能刺激肝細(xì)胞的增殖，它也是當(dāng)下已知最強(qiáng)的肝再生促進(jìn)劑。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子在肝細(xì)胞移植、重型肝炎的發(fā)病、肝再生和肝癌的發(fā)展中都發(fā)揮著重要的作用。目前發(fā)現(xiàn)相關(guān)因子的有肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素、表皮生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子等。1984年Wang Haiyu等從部分肝臟切除后的大鼠血清中發(fā)現(xiàn)一種能促進(jìn)肝細(xì)胞DNA合成與增殖的細(xì)胞因子，這個(gè)因子不僅能刺激原代培養(yǎng)中肝細(xì)胞的生長(zhǎng)和合成，而且源于肝臟，所以將這個(gè)因子命名為肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(Hepatocyte growth factor，HGF)[1]。目前發(fā)現(xiàn)它是一種可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)和形態(tài)發(fā)生的多功能因子[2]。

1 HGF的生物學(xué)性狀

1.1HGF的基因及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)：HGF是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的一員，其基因定位于染色體7q21，含有20個(gè)外顯子，結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)是含有728個(gè)氨基酸的肝素結(jié)合糖蛋白，它是由分子量為69 kDa的α鏈和34 kDa的β鏈通過一個(gè)二硫鍵連接成的異二聚體蛋白，是在間質(zhì)細(xì)胞中合成的，其中α鏈有一個(gè)N端和四個(gè)Kringle結(jié)構(gòu)域，Kringle結(jié)構(gòu)域與纖溶酶原結(jié)構(gòu)相似。β鏈有一個(gè)絲氨酸蛋白酶樣結(jié)構(gòu)域[3]，1989年人類HGF基因的克隆表明，HGF的絲氨酸蛋白酶結(jié)構(gòu)域與先前已知的成纖維細(xì)胞衍生的“散射因子”相同，都由同一基因編碼，能促進(jìn)上皮細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和上皮組織的形態(tài)發(fā)生，所以HGF的促細(xì)胞運(yùn)動(dòng)作用可能與這種結(jié)構(gòu)的特異性有關(guān)[4]。

1.2HGF的組織定位及受體：HGF在多個(gè)器官都有表達(dá)，如肺臟、心臟、腎臟等。在肝內(nèi)，HGF可由肝巨噬細(xì)胞、血竇內(nèi)皮細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞這種非實(shí)質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，以旁分泌或自分泌的方式促進(jìn)肝細(xì)胞DNA合成及有絲分裂[5]。c-Met是HGF特異性受體，在不同類型的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和造血祖細(xì)胞中表達(dá)。HGF/c-Met信號(hào)通路參與了幾個(gè)生物學(xué)過程，如胚胎發(fā)生、器官發(fā)生、組織再生和癌變[6]。HGF及其與c-Met受體的特殊相互作用在過去幾十年中已被廣泛研究，并且仍然是眾多臨床試驗(yàn)的重點(diǎn)。

1.3HGF的生理學(xué)特性：HGF基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上受到激素和細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)，如白細(xì)胞介素-1，白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α。在健康人身體中，HGF通常以無(wú)活性的單鏈蛋白形式流通，并儲(chǔ)存在細(xì)胞外基質(zhì)中，它可以通過與凝血因子Ⅻ同源的絲氨酸蛋白酶結(jié)合，從而轉(zhuǎn)化為成熟的活性形式，同時(shí)由于HGF在結(jié)構(gòu)上與纖溶酶原高度同源，HGF也可能被尿激酶型纖溶酶原激活劑激活。但是當(dāng)肝受到損害或部分切除時(shí)，HGF則誘導(dǎo)尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)受體，從而激活纖溶反應(yīng)，具體機(jī)制是uPA能夠?qū)⒗w溶酶原轉(zhuǎn)成纖溶酶,緊接著纖溶酶通過直接或間接激活基質(zhì)中的金屬蛋白酶，從而降解細(xì)胞外基質(zhì)，釋放HGF的前體蛋白，然后uPA將原HGF裂解為活性HGF[7]。

2 HGF的促肝再生作用

2.1肝再生：肝再生是指肝臟在受到損傷后肝細(xì)胞進(jìn)行增殖，從而恢復(fù)正常肝臟功能的過程。正常情況下，肝組織內(nèi)僅有少量肝細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，大多數(shù)細(xì)胞停留在細(xì)胞周期的G0期[8]，當(dāng)肝臟部分切除或受到損害時(shí)，細(xì)胞可通過DNA復(fù)制及有絲分裂進(jìn)行增殖，從而達(dá)到適應(yīng)機(jī)體的大小。此時(shí)參加增殖的細(xì)胞同時(shí)進(jìn)入G1期，有文獻(xiàn)表明肝細(xì)胞進(jìn)入G1期末后還存在一個(gè)R點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)稱為限制點(diǎn)，是決定肝細(xì)胞能否分裂進(jìn)入S期的關(guān)鍵時(shí)期，否則就會(huì)返回G0期，當(dāng)細(xì)胞通過R點(diǎn)后就可以順利地進(jìn)行周期循環(huán)，依次通過S期、G0期、G2期、M期，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂。肝再生可分為三個(gè)階段：①啟動(dòng)期：促炎性細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-6從非實(shí)質(zhì)細(xì)胞，如枯否細(xì)胞和肝竇上皮細(xì)胞分泌，刺激肝細(xì)胞從G0(靜止?fàn)顟B(tài))過渡到G1(啟動(dòng)階段)。②增殖期：包括HGF和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-α在內(nèi)的生長(zhǎng)因子促進(jìn)肝細(xì)胞從G1期過渡到S期，這些生長(zhǎng)因子覆蓋細(xì)胞G1末期的限制點(diǎn)R點(diǎn)，使肝細(xì)胞能夠順利進(jìn)入S期，然后進(jìn)行細(xì)胞周期的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂。③終止期：通過諸如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β和激活素等因素的激活增殖而停止[9]。肝再生涉及了各種生長(zhǎng)和代謝因子，它們協(xié)同作用于肝細(xì)胞并使其進(jìn)入細(xì)胞周期、復(fù)制和增殖的特定信號(hào)通路，從而使肝臟質(zhì)量擴(kuò)張。

2.2HGF對(duì)肝再生的影響：HGF作為肝再生因子有著促進(jìn)肝細(xì)胞再生的作用，肝再生是一個(gè)需要多種因子參與調(diào)節(jié)、精確、有序的多階段過程。通過不同的模型研究，大到動(dòng)物整體小到細(xì)胞和基因以及通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果血清的改變或被切除的肝體積大小的改變都發(fā)現(xiàn)HGF對(duì)肝再生有著至關(guān)重要的作用。HGF表達(dá)的研究最初集中在肝臟，肝臟在受傷后HGFmRNA迅速上調(diào)[4]。肝部分切除后，HGF的含量較早達(dá)到峰值，高水平的HGF與剩余肝臟的增長(zhǎng)相關(guān)[10]。研究發(fā)現(xiàn)HGF敲除的小鼠不能完成發(fā)育即胚胎期死亡，而且HGF剔除的小鼠胚胎肝臟與正常小鼠胚胎肝臟相比小得多，表明HGF在肝臟的發(fā)育過程中有非常重要的作用[11]。在部分肝切除手術(shù)[12]以及次肝切除手術(shù)[13]的肝再生結(jié)果中都可以用免疫學(xué)的方法檢測(cè)出血清中HGF水平有所提高,一般可達(dá)到正常的10～20倍，而且肝切除后，其他器官的間充質(zhì)細(xì)胞中的HGF基因表達(dá)也表現(xiàn)出上調(diào)[14]。在劉俊等實(shí)驗(yàn)中對(duì)肝纖維化大鼠進(jìn)行不同處理并觀察肝再生情況，結(jié)果是血中AST和ALT含量沒有明顯變化，表明HGF對(duì)大鼠肝細(xì)胞有保護(hù)作用，可以提高細(xì)胞膜完整性[15]。在Periwal等研究得知肝再生中細(xì)胞周期的進(jìn)程與肝切除體積大小無(wú)關(guān)，而與相關(guān)的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子濃度有關(guān)[16]，這個(gè)結(jié)論在實(shí)驗(yàn)[17]中可以看出，用不同的HGF濃度作用于急性損傷的肝細(xì)胞，高濃度HGF作用后的肝臟比低濃度HGF作用后的肝臟的體積會(huì)增長(zhǎng)的更大，從而可以得出HGF有促進(jìn)肝細(xì)胞分裂的作用。有研究表明，通過門靜脈注射外源性給予肝部分切除的大鼠重組人肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子激活劑(rhHGF)發(fā)現(xiàn)其增殖細(xì)胞核抗原標(biāo)記指數(shù)比對(duì)照組大鼠明顯更高，展現(xiàn)出rhHGF的應(yīng)用前景，為臨床治療提供新思路[14]。最近人們研究發(fā)現(xiàn)HGF可以促進(jìn)某些細(xì)胞向肝細(xì)胞分化，文獻(xiàn)中指出，HGF可以誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)分化為成熟的肝細(xì)胞，高表達(dá)HGF的BMSCs通過遷移到肝組織和進(jìn)一步的肝源性分化來(lái)預(yù)防肝移植后的大鼠肝功能衰竭和降低死亡率,這個(gè)發(fā)現(xiàn)為臨床上的肝損傷提供可行的治療方法[18]。

3 HGF/c-Met信號(hào)傳導(dǎo)通路的可能機(jī)制

肝損傷后肝內(nèi)微環(huán)境發(fā)生了改變，啟動(dòng)了相關(guān)因子調(diào)控和多條信號(hào)通路，肝細(xì)胞周期的進(jìn)展在很大程度上依賴于生長(zhǎng)因子信號(hào)通路，尤其是HGF/c-Met通路。c-Met是由Met原癌基因編碼的蛋白產(chǎn)物,是一種酪氨酸激酶受體，屬于Met家族[19]。HGF/c-Met通過對(duì)受損死亡細(xì)胞的清除、對(duì)損傷較輕細(xì)胞的修復(fù)、以及通過促進(jìn)活細(xì)胞的增殖來(lái)促進(jìn)肝細(xì)胞的再生。

3.1c-Met的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性：1984年Cooper等通過用致癌物N-甲基-N'-硝基-N-亞硝基胍處理人成骨肉瘤Hos細(xì)胞系誘導(dǎo)的染色體重排后產(chǎn)生Tpr-Met，克隆出了一個(gè)具有轉(zhuǎn)化活性的片段,定名為c-Met[20-21]。c-Met基因位于染色體7q31，包含24個(gè)外顯子。結(jié)構(gòu)有細(xì)胞外配體結(jié)合區(qū)、單程跨膜區(qū)和催化細(xì)胞質(zhì)區(qū)域。胞外由50kDa α亞基和140kDa β亞基組成，其之間通過二硫鍵相連。β亞基具有一個(gè)大的胞外區(qū)、一個(gè)跨膜區(qū)、一個(gè)細(xì)胞內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C-末端尾部。由SEMA，一個(gè)富含網(wǎng)狀蛋白、信號(hào)素和整合素-半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域和四個(gè)Ig區(qū)重復(fù)結(jié)構(gòu)域組成[22]。c-Met的激活具有多效性，因?yàn)槠浒|(zhì)結(jié)構(gòu)域可以與多種細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的多種蛋白相互作用。正因?yàn)槿绱?，c-Met被認(rèn)為是與細(xì)胞增殖、侵襲、運(yùn)動(dòng)、血管生成和凋亡有關(guān)的蛋白受體[21]。

3.2HGF/c-Met信號(hào)通路在肝再生中的作用：作為肝再生過程中重要的信號(hào)通路,HGF和其受體c-Met結(jié)合后，c-Met自身的兩個(gè)酪氨酸殘基Tyr1234和Tyr1235磷酸化，繼續(xù)激活c-Met上的蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)，激活的PTK進(jìn)一步引起c-Met羧基末端Tyr1349和Tyr1356的磷酸化，這個(gè)過程集聚了Gab1和Gab2兩種銜接蛋白，這些銜接蛋白又激活了細(xì)胞內(nèi)不同的信號(hào)通路，如RAS/RAF/MEK/EKR信號(hào)通路、PI3K-AKT信號(hào)通路、核因子-κB和STAT3通路，引起細(xì)胞增殖、分化等一系列生物學(xué)效應(yīng)[23-24]，其中Gab1蛋白在HGF和c-Met結(jié)合的生物學(xué)反應(yīng)中起著重要的作用，它有c-Met結(jié)合位點(diǎn)的蛋白支架，可以和c-Met直接牢固的相互作用，導(dǎo)致響應(yīng)HGF的Gab1磷酸化延長(zhǎng)[21]，使其和c-Met結(jié)合時(shí)間變長(zhǎng)。嚙齒動(dòng)物研究數(shù)據(jù)表明，在胚胎發(fā)育過程中，MET促進(jìn)滋養(yǎng)層細(xì)胞以及肝細(xì)胞的存活和增殖，所以當(dāng)敲除MET時(shí)，不僅阻礙了肝臟的發(fā)育，甚至導(dǎo)致了動(dòng)物的死亡，表現(xiàn)出MET在發(fā)育中的關(guān)鍵作用[25]。最近有研究發(fā)現(xiàn)c-Met的雙重抑制性，缺乏HGF受體和表皮生長(zhǎng)因子受體導(dǎo)致肝再生的阻滯，小鼠在肝部分切除后2～3周死亡，這是因?yàn)槿狈靖喂δ芤鸬模拗屏烁卧偕^程，突出了HGF和EGF信號(hào)傳導(dǎo)的重要性[26]。這些實(shí)驗(yàn)表明HGF/c-Met系統(tǒng)在肝臟的再生和保護(hù)方面起到了促進(jìn)作用。目前HGF與c-Met受體的特殊相互作用在過去幾十年中已被廣泛研究，并且現(xiàn)在仍然是眾多臨床試驗(yàn)的重點(diǎn)。

4 展望

肝再生進(jìn)程及其調(diào)控機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，近期研究表明，肝再生的過程不僅僅是肝細(xì)胞數(shù)量的增多，還包括肝細(xì)胞體積的增大。臨床上，雖然肝移植被應(yīng)用，但是高質(zhì)量器官的短缺和對(duì)肝移植需求的增加，導(dǎo)致很多肝病患者死亡。近幾年發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染HGF的間充質(zhì)干細(xì)胞可能對(duì)人類肝纖維化的治療做出貢獻(xiàn)，有最近實(shí)驗(yàn)表明，人臍帶血來(lái)源的間質(zhì)干細(xì)胞(hUCB-MSCs)可以改善肝功能和減少患者的腹水，其成果已經(jīng)在肝纖維化大鼠的身上得到驗(yàn)證，是潛在的治療細(xì)胞，同時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染HGF的間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)膠原纖維再生、肝細(xì)胞變性和炎性反應(yīng)細(xì)胞方面具有治療作用[27]。目前HGF各種效應(yīng)還在進(jìn)一步探索，相信未來(lái)會(huì)有更多方法去治療臨床肝臟疾病。