骨橋蛋白在慢性肝病發(fā)病機(jī)制中的作用

楊依娜 朱婭梅 馬世武

骨橋蛋白(OPN)于1986年首次報(bào)道，是小整合素結(jié)合配體N端連接糖蛋白家族的成員，其單詞前綴osteo-表示骨骼，后綴-pontin表示橋接，提示OPN在細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)中發(fā)揮連接蛋白的作用[1]。近年來的很多研究借助OPN基因敲除小鼠(Opn-/-小鼠)和肝細(xì)胞過表達(dá)OPN的轉(zhuǎn)基因小鼠(OpnHEP Tg)等模型解釋OPN在慢性肝病中的作用[2]。

一、OPN的表達(dá)與功能

OPN由分泌磷蛋白1(SPP1)基因編碼，與小鼠Spp1基因的同源性約為84%，其生理作用與OPN糖基化高度保守的受體結(jié)合域、翻譯后修飾(PTM)、裂解、聚合和形成五種亞型(OPN-a、-b、-c、-4和-5)等相關(guān)[2]。全長SPP1 mRNA翻譯產(chǎn)生分泌型OPN(s-OPN)，非AUG密碼子下游基因翻譯產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)型OPN(i-OPN)。生理狀態(tài)下，SPP1在人和小鼠的胎盤、腎臟、腦和肝臟中大量表達(dá)；在正常肝臟組織中，膽管細(xì)胞中SPP1表達(dá)較高，其次為巨噬細(xì)胞(MFs)、肝細(xì)胞、竇狀內(nèi)皮細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞(HSCs)、T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK)。OPN表達(dá)的調(diào)節(jié)具有組織特異性，不同細(xì)胞類型可有不同的調(diào)節(jié)機(jī)制。OPN受體有整合素和CD44家族，OPN以旁分泌或自分泌方式激活CD44和整合素，誘導(dǎo)PI3K/Akt和有絲分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)信號；OPN表達(dá)還與β-catenin、NF-κB、MMP2等信號通路相關(guān)。OPN具有多種生物學(xué)功能，在生物礦化﹑骨重塑﹑細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答和傷口愈合等方面中發(fā)揮重要作用。人乳中含OPN約138 mg/L，可促進(jìn)免疫力和器官發(fā)育，而富含牛乳OPN的嬰兒配方食品的免疫調(diào)節(jié)作用不弱于母乳。

二、OPN與慢性肝病

(一)肝臟脂肪變性 在酒精性肝病(ALD)和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患者和動(dòng)物模型中，血清和肝臟的OPN水平升高[3-5]。飲酒誘導(dǎo)的OPN可以抑制肝細(xì)胞中過氧化物酶體增殖物激活受體α的表達(dá)，促進(jìn)肝脂肪變性；在Opn-/-小鼠中，大量酒精攝入可降低肝甘油三酸酯[3]。相似的，長期攝入酒精的Opn-/-小鼠肝細(xì)胞中鐵含量增加，促進(jìn)ALD進(jìn)展；但肝細(xì)胞過表達(dá)OPN卻能緩解ALD[6]。補(bǔ)充牛奶OPN可以保持腸道完整性和維持腸道細(xì)菌平衡，從而預(yù)防ALD；OPN可結(jié)合LPS，降低TNF-α的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激，從而減少脂肪變性性和ALD[5]。說明不同來源的OPN在ALD中發(fā)揮不同作用。

細(xì)胞外OPN能促進(jìn)肥胖和調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成，從而驅(qū)動(dòng)肝脂肪變性性[4]。在非肥胖NAFLD患者中，血清OPN與肝臟甘油三酯和膽固醇呈正相關(guān)；在肥胖患者中，血清OPN與肝臟甘油三酯和膽固醇負(fù)相關(guān)，說明OPN在脂肪組織和肝臟中誘導(dǎo)脂肪變性性的作用不同[4]。脂肪組織中OPN的增加與MFs聚集有關(guān)。在肥胖高脂飲食(HFD)模型中，Opn-/-小鼠或經(jīng)OPN中和都可降低脂肪組織的炎癥和胰島素抵抗，表明細(xì)胞外OPN能引起代謝綜合征和脂肪變性性。向野生型(WT)小鼠注射重組OPN可使肝膽固醇含量增加，表明OPN在調(diào)節(jié)膽汁酸和肝臟脂肪生成中發(fā)揮作用。關(guān)于OPN在Opn-/-小鼠NAFLD中的作用尚無定論[2]。Opn-/-小鼠喂食HFD后較少發(fā)生脂肪變性性；然而，鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病Opn-/-小鼠模型在給予HFD后顯示肝臟甘油三酯增加。此外，Opn-/-小鼠喂食蛋氨酸缺乏的飲食或含2%膽固醇的HFD對肝脂肪變性性沒有影響，卻對纖維化有保護(hù)作用。

OPN通過抑制自噬和增加肝細(xì)胞衰老在非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的進(jìn)展中發(fā)揮作用[2]。來自NASH患者和小鼠的數(shù)據(jù)顯示，OPN在肝細(xì)胞浸潤的MFs中表達(dá)增加。肝細(xì)胞來源的OPN可防止ALD中的肝脂肪變性性[5]。

(二)肝臟炎癥 從肝硬化和HCC患者肝臟的scRNA-Seq分析中發(fā)現(xiàn)，SPP1表達(dá)在各種炎性細(xì)胞亞群中增加[7-8]。在肝臟炎癥中，活化的MFs和Kupffer細(xì)胞分泌OPN，其作為旁分泌或自分泌信號通過與α4β1和α9β1整合素結(jié)合來刺激MFs遷移。i-OPN通過與CD44-ezrin-radixin-moesin復(fù)合物結(jié)合來促進(jìn)MFs遷移，OPN在未成熟樹突狀細(xì)胞中的表達(dá)較高，并通過與αvβ3整合素和CD44結(jié)合而助其成熟和遷移。T細(xì)胞活化后，OPN會增加Th1和Th17細(xì)胞的分化。NK細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)和功能受i-OPN調(diào)節(jié)，NK細(xì)胞中i-OPN的低表達(dá)會損害其抗腫瘤反應(yīng)。OPN可誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞遷移，促進(jìn)ALD。

(三)肝纖維化 肝損傷后，肝細(xì)胞和炎性細(xì)胞可分泌OPN，但HSCs能產(chǎn)生OPN卻不能分泌OPN[2]。在乙型和丙型肝炎患者中，血清OPN水平隨纖維化分期增加而逐漸增加；在NAFLD相關(guān)肝纖維化中，血清OPN水平也升高[9-10]。血清OPN還被看作酒精性肝硬化和NASH所致肝硬化嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物，且在肝纖維化中起關(guān)鍵作用；它通過TGF-β依賴性機(jī)制激活HSCs，并誘導(dǎo)I型膠原纖維沉積。研究還發(fā)現(xiàn)，重組OPN可激活原發(fā)性造血干細(xì)胞，增強(qiáng)其浸潤和傷口愈合的可能。從WT小鼠中分離出HSCs比從Opn-/-小鼠中分離出HSCs具有更高的成纖維性，轉(zhuǎn)染負(fù)載OPN腺病毒的HSCs可過度表達(dá)OPN，增加I型膠原表達(dá)。OPN介導(dǎo)的I型膠原誘導(dǎo)是通過αvβ3整合素參與和PI3K-pAkt-NFκB信號通路的激活，而CD44的結(jié)合則不參與[11]。注射四氯化碳(CCl4)或飲用硫代乙酰胺導(dǎo)致的急性和慢性肝損傷會提高OPN的表達(dá)。過表達(dá)OPN的OpnHEP Tg小鼠會發(fā)展為自發(fā)性肝纖維化。長期注射CCl4和硫代乙酰胺，WT小鼠可造成肝纖維化，Opn-/-小鼠則較少，OpnHEP Tg小鼠則較多[11]。

高遷移率族box-1(HMGB1)是與肝纖維化相關(guān)的損傷分子模式，研究發(fā)現(xiàn)OPN是在HMGB1上游發(fā)揮作用。進(jìn)展期的慢性丙型肝炎，肝臟OPN表達(dá)和HMGB1免疫染色均增強(qiáng)，并與纖維化分期相關(guān)；在非進(jìn)展期的丙型肝炎，則無明顯變化。注射CCl4的OpnHEP Tg小鼠中，伴隨著HMGB1的誘導(dǎo)可建立良好的肝纖維化模型；在WT小鼠模型中，OPN和HMGB1都較少；而在Opn-/-小鼠中幾乎不存在。與能分泌OPN和HMGB1的肝細(xì)胞共培養(yǎng)，或者用重組OPN或HMGB1分別進(jìn)行刺激，可增強(qiáng)HSCs中I型膠原蛋白表達(dá)，重組OPN可誘導(dǎo)HSCs中HMGB1乙?；?，導(dǎo)致I型膠原蛋白上調(diào)[12]。

(四)肝細(xì)胞癌 在HCC中，SPP1 mRNA和OPN蛋白表達(dá)增加。研究表明，肝癌細(xì)胞可分泌OPN，HCC患者血清OPN升高[13]。OPN被視作HCC的血清生物標(biāo)志物。在診斷HCC相關(guān)的meta分析中，血清OPN的ROC曲線下面積高于甲胎蛋白。此外，OPN還與肝癌患者預(yù)后不良相關(guān)。研究表明手術(shù)切除后患者血清OPN與低總體生存率和無瘤生存率相關(guān)，也與HCC高分期、腫瘤大小、血管侵犯相關(guān)。在Opn-/-小鼠中，注射二乙基亞硝胺(DEN)后腫瘤表達(dá)減少[13]。喂食膽堿缺乏飲食的Opn-/-小鼠HCC模型，腫瘤表達(dá)更少，而喂食HFD的鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的Opn-/-小鼠則相反。這些差異可通過OPN的細(xì)胞起源或i-OPN與s-OPN的作用解釋。

在肝癌細(xì)胞系的研究中，重組OPN可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞侵襲；OPN過表達(dá)會增加肝癌細(xì)胞增殖、莖樣特性、糖酵解、自噬和對化療的抵抗力；在具有干細(xì)胞特征和成球能力的HCC細(xì)胞中，OPN表達(dá)上調(diào)；而敲除SPP1會降低HCCLM3和HepG2細(xì)胞的增殖、遷移和對化療的敏感性；然而，OPN能抑制甚至阻斷HCCLM3細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移，提示靶向OPN可能是晚期HCC的治療方法[14]。在小鼠和人類肝癌中，OPN和PD-L1之間存在相關(guān)性，表明OPN參與免疫逃逸[13]。與正常肝組織相比，OPN-a和OPN-b在癌組織中表達(dá)增加，在HCC中具有重要作用。

(五)膽道疾病 生理?xiàng)l件下，OPN在膽管上皮細(xì)胞中表達(dá)，并在肝損傷后被高度誘導(dǎo)[7]。然而，OPN在膽管疾病的發(fā)病機(jī)理中的作用尚未清楚。與健康對照組相比，膽道閉鎖(BA)或膽汁淤積性肝病患者在肝臟中均有SPP1表達(dá)，原發(fā)性膽汁性膽管炎(PBC)患者的膽管浸潤的單核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中觀察到OPN的強(qiáng)表達(dá)。此外，BA患者血漿中OPN的增加與總膽紅素有關(guān)，表明其作為BA早期診斷標(biāo)志物的潛力。使用輪狀病毒誘導(dǎo)的BA鼠模型，相較Opn-/-小鼠的生存期較短。大多數(shù)表達(dá)OPN 細(xì)胞產(chǎn)生IgG或IgM抗體，表明OPN可以通過漿細(xì)胞擴(kuò)增觸發(fā)膽管損傷[2]。在鼠原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)模型中，尚未能觀察到OPN在發(fā)病機(jī)制或膽道纖維化中的作用，但也不能完全表明OPN在PSC的發(fā)生發(fā)展中無關(guān)。

寡核苷酸微陣列分析顯示，OPN是肝內(nèi)膽管癌(ICC)患者中表達(dá)最多的基因。與鄰近肝組織及正常膽管相比，ICC中OPN表達(dá)量更高。ICC患者基質(zhì)中的OPN表達(dá)與腫瘤大小和侵襲行為呈正相關(guān)。即使在手術(shù)切除后，OPN仍是ICC患者預(yù)后不良的獨(dú)立預(yù)測因素[15]。OPN激活MEK-MAPK1途徑并介導(dǎo)β-連環(huán)蛋白的磷酸化，從而激活Wnt信號傳導(dǎo)。存在OPN-443(CC)變異的患者有較高的淋巴和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移發(fā)生率，支持了OPN-443多態(tài)性在預(yù)測轉(zhuǎn)移中的價(jià)值。

雖然OPN明確參與慢性肝病的發(fā)病機(jī)制，其表達(dá)增加與肝脂肪變性、肝臟炎癥、肝纖維化、HCC等的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，但OPN的表達(dá)增加卻利于阻斷晚期HCC轉(zhuǎn)移，其在不同的肝組織病變中的具體作用機(jī)制和診斷價(jià)值有待進(jìn)一步探索。研究OPN在細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，探討OPN是否能作為肝臟疾病的一個(gè)治療靶點(diǎn)，具有其重要價(jià)值。