細(xì)胞凋亡在肝纖維化發(fā)生、發(fā)展中的作用研究進(jìn)展

牛麗娜 竇婧 李棟棟 劉云霄 王曉忠

肝纖維化(hepatic fibrosis,HF)是由多種原因包括炎癥反應(yīng)、持續(xù)性病毒感染、酒精性或藥物毒性等引起的慢性肝損害所致的病理改變,是肝內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)過度沉積的結(jié)果[1]。若肝纖維化發(fā)生后得不到及時治療,可導(dǎo)致肝硬化、肝衰竭甚至肝癌。據(jù)統(tǒng)計,全球每年超過100萬人死于肝纖維化導(dǎo)致的終末期肝病,該病嚴(yán)重威脅著人們的身體健康[2]。細(xì)胞死亡是生物學(xué)中的一種普遍生命現(xiàn)象,在肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用。凋亡是細(xì)胞死亡的一種方式,本文主要綜述肝臟內(nèi)各種細(xì)胞凋亡在肝纖維化發(fā)生、發(fā)展中的作用[6]。

一、細(xì)胞凋亡的途徑

1972年,Kerr、Wyllie和Currie首次提出了凋亡(apoptosis)一詞,它的形態(tài)學(xué)特征即細(xì)胞收縮、細(xì)胞膜發(fā)泡脫落、核染色質(zhì)固縮進(jìn)而碎裂,最終凋亡細(xì)胞分解成膜結(jié)合凋亡小體[3]。這一形態(tài)上的變化是一個協(xié)調(diào)的、通常是能量依賴性的過程,涉及一組半胱天冬酶的激活,以及將起始刺激與細(xì)胞最終死亡聯(lián)系起來的復(fù)雜級聯(lián)事件。低氧、輻射、熱和細(xì)胞毒性等刺激均可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[2,3]。迄今為止的研究表明,在肝損傷中有兩種主要的細(xì)胞凋亡途徑:外源性途徑(死亡受體途徑)和內(nèi)源性途徑(線粒體途徑)。

(一)細(xì)胞凋亡的外源性途徑(死亡受體途徑) 細(xì)胞凋亡的外源性基礎(chǔ)是死亡受體參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Fas受體-配體途徑介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡是迄今為止研究最為清晰的一種途徑。Fas在肝臟各種細(xì)胞中表達(dá),其配體FasL以膜結(jié)合形式在體內(nèi)存在。FasL與細(xì)胞表面的Fas結(jié)合后,啟動FasL的寡聚化和基于Fas的胞內(nèi)死亡域與Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(FADD)相互作用的基礎(chǔ)上進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[3,4]。傳遞凋亡信號的FADD負(fù)責(zé)招募procaspase-8,形成Fas-FasL-FADD-procaspase-8死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物,該復(fù)合物導(dǎo)致procaspase-8裂解為有催化活性的形式并且激活下游效應(yīng)因子caspase-3和caspase-7,從而引起細(xì)胞發(fā)生凋亡[2]。

腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)及其受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡:TRAIL的受體為死亡受體4(DR4)與死亡受體5(DR5)[5,6]。當(dāng)TRAIL與DR4或DR5結(jié)合后導(dǎo)致DR4或DR5三聚化并組成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物,繼而激活caspase-8,caspase-8直接激活caspase-3、caspase-6和caspase-7啟動細(xì)胞凋亡。

另一種死亡受體途徑為TNFR1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[4-5]:腫瘤壞死因子-α(TNF-α)與其同源受體TNF-R1結(jié)合參與細(xì)胞凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。一般認(rèn)為TNFR可與FADD結(jié)合,進(jìn)而通過caspase-8途徑啟動細(xì)胞凋亡;TNFR也可以激活JNK[6],隨即JNK激活下游的促凋亡蛋白Bαx并且抑制抗凋亡蛋白Bcl-2,進(jìn)而誘導(dǎo)凋亡。

(二)細(xì)胞凋亡的內(nèi)源性途徑(線粒體途徑) 線粒體是存在于大多數(shù)細(xì)胞中,為細(xì)胞的各種生命活動提供能量。在線粒體中含有一部分促凋亡蛋白,如促凋亡誘導(dǎo)因子AIF、核酸內(nèi)切酶G、Smac/DIABLO、細(xì)胞色素c等[7-9]。當(dāng)受到凋亡刺激因子作用時,如癌基因的活化DNA損傷、細(xì)胞缺氧[19]、細(xì)胞生長因子缺失、病毒等刺激激活位于細(xì)胞質(zhì)中的Bαx,被激活的Bαx隨即移位到線粒體上[7,810],與位于線粒體外膜的Bak相結(jié)合,導(dǎo)致線粒體的通透性增強(qiáng)引起細(xì)胞色素c被釋放。細(xì)胞色素c與凋亡蛋白酶激活因子1(Apaf-1)和三磷酸腺苷(ATP)結(jié)合激活procaspase-9繼而活化caspase-3和caspase-7,誘發(fā)凋亡[11,12]。

二、細(xì)胞凋亡與肝纖維化

細(xì)胞凋亡由多種重要的凋亡調(diào)控因子如Bcl-2家族和抑癌基因p53參與調(diào)控。Bcl-2家族中的促凋亡蛋白包括BH123蛋白和BH3-only蛋白,其中BH123蛋白中的Bax和Bak以及BH3-only蛋白中的Bad、Bim、Puma等在細(xì)胞凋亡中死亡受體途徑與線粒體途徑均能激活caspase-3,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。肝纖維化是慢性肝損傷的結(jié)果,涉及多種細(xì)胞與多個環(huán)節(jié)[13-15],可引起成纖維細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等產(chǎn)生膠原蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白的異常沉積。近年來,多項研究表明,肝臟中各種細(xì)胞凋亡與肝纖維化密切相關(guān)。一般認(rèn)為,肝星狀細(xì)胞(HSC)的活化是導(dǎo)致肝纖維化的主要原因。因此,誘導(dǎo)HSC凋亡和抑制HSC激活,是抗纖維化治療的重要手段。有研究已表明,通過(信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1)STAT1激活可直接誘導(dǎo)HSC凋亡,從而改善纖維化的進(jìn)展[16,17]。除了HSC,肝臟膠原代謝的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)還有肝細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等,這些細(xì)胞分泌的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)及其抑制物(TIMP)[17]在肝纖維化的發(fā)生和發(fā)展過程中至關(guān)重要:MMP是可降解ECM的重要蛋白質(zhì)分解酶,而TIMP是一組具有抑制MMP功能的活性多肽,從而抑制ECM的降解[28],引起肝纖維化。

三、肝臟內(nèi)各種細(xì)胞凋亡與肝纖維化的關(guān)系

在肝臟穩(wěn)態(tài)的情況下,細(xì)胞凋亡經(jīng)過精確地調(diào)控,細(xì)胞發(fā)生凋亡的數(shù)量小,所以一般不會引發(fā)肝組織損傷。而在病理作用影響下,如急性肝炎表現(xiàn)出的凋亡超過了肝臟的再生能力或者慢性肝臟炎癥下顯現(xiàn)出的炎癥級聯(lián)反應(yīng)的激活,最終將導(dǎo)致肝纖維化。肝細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞凋亡對肝纖維化有重要影響。

(一)肝細(xì)胞凋亡對肝纖維化的影響 肝細(xì)胞約占肝臟細(xì)胞總量的80%,是肝臟中最主要的實質(zhì)細(xì)胞。肝細(xì)胞凋亡可刺激基質(zhì)沉積誘導(dǎo)肝纖維化[29]。在肝細(xì)胞凋亡的過程中,凋亡小體由細(xì)胞周期蛋白c(CCty-c)、凋亡酶激活因子-1(Apaf-1)、caspase-9和ATP/dATP形成,形成凋亡小體后,半胱天冬酶(caspase)被激活,導(dǎo)致caspase介導(dǎo)的級聯(lián)反應(yīng),最終發(fā)生肝細(xì)胞凋亡[18-19]。

肝細(xì)胞凋亡受Fas/FasL信號通路調(diào)控從而影響肝纖維化:Fas/FasL信號通路介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在肝纖維化的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。Fas與其配體FasL結(jié)合后觸發(fā)凋亡信號。在慢性乙型病毒性肝炎與慢性丙型病毒性肝炎患者中,有12%～65%的肝細(xì)胞發(fā)生凋亡與Fas/FasL途徑相關(guān),通過激活Fas死亡受體,細(xì)胞凋亡可引發(fā)促纖維化反應(yīng)。誘騙受體3(DcR3)是腫瘤壞死因子(TNF)家族的新成員,可與Fas 配體結(jié)合,通過 Fas/FasL 信號通路介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。金珍婧教授團(tuán)隊[20]前期研究發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞經(jīng)過DcR3處理后,Fas、FasL的表達(dá)被抑制進(jìn)而減少了肝細(xì)胞的凋亡;該團(tuán)隊通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),使用DcR3可明顯抑制肝纖維化大鼠肝組織中Fas、FasL的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平;同時發(fā)現(xiàn)DcR3能與Fas競爭性結(jié)合配體FasL,導(dǎo)致 FasL與Fas結(jié)合降低,進(jìn)而抑制了Fas/FasL信號通路誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡。綜上研究結(jié)果表明,DcR3可緩解肝纖維化的作用機(jī)制之一。同時,Siwei Tan等發(fā)現(xiàn)Fas/FasL信號通路通過調(diào)節(jié)自噬信號和NF-κB p65磷酸化促進(jìn)PUMA介導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡,而抑制自噬或PUMA缺乏則減弱Fas/FasL調(diào)節(jié)的肝細(xì)胞凋亡和肝纖維化[21]。

肝細(xì)胞凋亡受PI3K/Akt信號通路調(diào)控從而影響肝纖維化:PI3K是胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子,當(dāng)受到外界刺激后被激活,活化的PI3K刺激Akt與膜結(jié)合,在磷脂酰肌醇依賴蛋白的作用下Akt被活化為p-Akt,隨后激活Bcl-2相關(guān)死亡啟動子、核因子κB( NF-κB)等下游相關(guān)靶蛋白從而調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。劉偉教授團(tuán)隊[22]揭示了PI3K-Akt抑制劑誘導(dǎo)死亡受體介導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡與肝損傷機(jī)制發(fā)現(xiàn)PI3K-Akt抑制劑促進(jìn)了小鼠肝細(xì)胞凋亡,同時首次證明了PI3K-Akt抑制劑類藥物可以促進(jìn)死亡受體介導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡。另外,Li Yang等[23]研究發(fā)現(xiàn)Tβ4和lincRNA-p21的表達(dá)均與肝纖維化密切相關(guān),Tβ4可通過抑制PI3K-Akt-NF-κB通路來抑制lincRNA-p21過表達(dá)誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡和纖維化。

另外,參與肝細(xì)胞凋亡的的手段還有發(fā)現(xiàn)的一種減少肝損傷的方法:抑制刺激肝細(xì)胞凋亡的應(yīng)激信號即屬于MAPK途徑的凋亡信號調(diào)節(jié)激酶(ASK1),它參與肝細(xì)胞凋亡、炎癥和纖維化。在該項研究中結(jié)果發(fā)現(xiàn)選擇ASK1抑制劑Selonsertib可改善了NASH小鼠模型導(dǎo)致的肝纖維化[24]。

(二)肝星狀細(xì)胞凋亡對肝纖維化的影響 在正常的肝組織中,肝星狀細(xì)胞約占肝實質(zhì)細(xì)胞的5%,是維生素A的主要存儲部位。但是在慢性炎癥影響的情況下,肝星狀細(xì)胞促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的沉積,導(dǎo)致肝纖維化[24]。凋亡在HSC的激活中起著十分重要的作用,影響著肝纖維化的進(jìn)展[22]。HSC凋亡的中心特征是細(xì)胞核DNA的降解和修飾,發(fā)生凋亡的細(xì)胞中DNA和胞苷磷酸鳥苷(CpG)使HSC中的轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)和膠原蛋白1(collagen-1)上調(diào)加重肝纖維化?；罨腍SC主要通過細(xì)胞凋亡途徑減少:HSC胞內(nèi)的caspase可通過胞外的死亡信號激活導(dǎo)致HSC發(fā)生凋亡,也可經(jīng)過線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔(MPT)的開放導(dǎo)致HSC凋亡。

肝星狀細(xì)胞凋亡受Fas/FasL信號通路調(diào)控從而影響肝纖維化:早在1998年,Gong等就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)HSC的凋亡反應(yīng)與可溶性FasL成劑量依賴關(guān)系,同時證明了HSC通過Fas受體途徑發(fā)生凋亡。因此,我們可利用該信號通路調(diào)控細(xì)胞凋亡逆轉(zhuǎn)肝纖維化。近年有研究結(jié)果表明:水飛薊賓可以增加Fas與caspase-8的表達(dá),通過Fas/FasL信號通路誘導(dǎo)HSC發(fā)生凋亡[25]。我國名老中醫(yī)林沛湘所創(chuàng)用于治療肝纖維化的經(jīng)驗方壯肝逐瘀煎,已經(jīng)通過實驗驗證了該方可通過下調(diào)Fas、FasL來抑制HSC凋亡[26]。另一項研究也表明[29],HSC經(jīng)索拉非尼干預(yù)后,Fas、FasL和caspase-3表達(dá)水平上調(diào),并降低了Bcl-2與Bαx的比率,誘導(dǎo)了HSC凋亡。

肝星狀細(xì)胞凋亡受PI3K/Akt信號通路調(diào)控從而影響肝纖維化:PI3K/Akt信號通路在肝星狀細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)過程中至關(guān)重要[27]。在一項研究中發(fā)現(xiàn),X射線照射HSC后,激活PI3K/Akt通路可使HSC活化水平增高,同時凋亡率也有所升高;而抑制PI3K/Akt信號通路后,HSC活化水平降低,緩解了肝纖維化[28]。在肝纖維化過程中,PI3K/Akt信號通路常處于活化狀態(tài)。纖維化改善可以用藥物通過PI3K/Akt信號通路誘導(dǎo)HSC凋亡來治療,索拉非尼是一種多效激酶抑制劑,可以抑制人及大鼠肝臟中的HSC活性,促進(jìn)HSC凋亡。Yan Wang等[29]發(fā)現(xiàn)索拉非尼無論在體外或者在體內(nèi)都能夠抑制Akt的磷酸化,阻斷PI3K/Akt/p70S6K信號通路可誘導(dǎo)HSC凋亡并減輕肝纖維化。Qin Chen等[30]證明了雙氫青蒿素通過阻斷PI3K/AKT信號通路可誘導(dǎo)HSC凋亡,同時該團(tuán)隊進(jìn)行了PI3K特異性抑制劑LY294002模擬了雙氫青蒿素的促凋亡作用的過程,發(fā)現(xiàn)雙氫青蒿素是預(yù)防和治療肝纖維化突出,值得進(jìn)一步深入探討。趙鐵建團(tuán)隊[31]通過使用HSC-T6細(xì)胞探討黃醇對肝星狀細(xì)胞PI3 K/Akt/mTOR信號通路的影響,證明了姜黃酚通過抑制該途徑誘導(dǎo)HSC凋亡,從而達(dá)到抗肝纖維化的目的。

綜上,細(xì)胞凋亡是一個非常復(fù)雜的過程,是由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡,具有重要的生物學(xué)意義及復(fù)雜的分子生物學(xué)機(jī)制。肝臟中的肝細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞等異常凋亡在肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展過程中扮演著重要作用,故抑制或誘導(dǎo)肝臟中的細(xì)胞凋亡為抗肝纖維化提供了新的思路。目前研究最為透徹的是Fas/FasL信號通路以及PI3K/Akt信號通路誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。盡管在抗纖維化的斗爭中細(xì)胞凋亡的研究取得了一定的進(jìn)展,但是對細(xì)胞凋亡的調(diào)控以及分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步探討。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。