馬會(huì)會(huì) 夏超明

蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部病原生物學(xué)系 (江蘇 蘇州，215123)

肝纖維化是以細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)網(wǎng)絡(luò)聚集為特征的一種動(dòng)態(tài)過(guò)程，可因?yàn)楦鞣N不同的病因而導(dǎo)致慢性肝損傷，包括病毒感染，酒精性肝病以及非酒精性脂肪性肝炎[1]。肝纖維化實(shí)質(zhì)是肝臟對(duì)各種損傷所產(chǎn)生的一種修復(fù)反應(yīng)，其特征是ECM合成大于降解，在肝臟內(nèi)過(guò)度沉積。肝星狀細(xì)胞(HSCs)是肝纖維化的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，是肝纖維化的主要效應(yīng)細(xì)胞，其活化是肝纖維化形成的開(kāi)端[2]。HSCs活化受多種細(xì)胞信號(hào)分子和胞內(nèi)信號(hào)通路的調(diào)控，研究作用于這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程或阻斷這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的作用靶點(diǎn)，將成為防治肝纖維化的重要策略。

1 HSCs的起源與活化

1.1 HSCs的功能 19世紀(jì)70年代，HSCs首次被von Kupffer發(fā)現(xiàn)并命名為貯存維生素A的細(xì)胞。隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，又被命名為貯脂細(xì)胞和肝竇周細(xì)胞。直到20 世紀(jì)80 年代作為產(chǎn)生ECM的主要細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)并命名。以往的研究認(rèn)為HSCs起源于神經(jīng)外胚層，但近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)HSCs起源于中胚層，且表達(dá)多能間充質(zhì)祖細(xì)胞分化而來(lái)的神經(jīng)細(xì)胞和其他間充質(zhì)細(xì)胞[3]，認(rèn)為HSCs起源于中胚層多能間充質(zhì)祖細(xì)胞。HSCs屬于肝臟間質(zhì)細(xì)胞，在正常情況下處于靜止?fàn)顟B(tài)，位于竇間隙Disse腔內(nèi)，緊貼著肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和肝細(xì)胞，其數(shù)量占肝臟細(xì)胞總數(shù)的5%～8%，約占肝間質(zhì)細(xì)胞的1/3[4]。

1.2 HSCs的活化 HSCs活化是以一系列形態(tài)和功能改變?yōu)樘卣鞯膹?fù)雜過(guò)程。在各種肝損傷因素刺激下，處于靜止?fàn)顟B(tài)的HSCs發(fā)生表型改變，維生素A丟失，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂邪l(fā)達(dá)高爾基體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并具有增殖性、收縮性和成纖維性的肌成纖維樣細(xì)胞(MFBs)表型，即活化的HSCs。MFBs在損傷部位增殖、遷移和收縮，表達(dá)各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，大量合成以Ⅰ型和Ⅲ型膠原為主的ECM并沉積在肝臟，最終導(dǎo)致肝纖維化的形成[5]。眾多研究證實(shí)，MFBs是導(dǎo)致肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的主要細(xì)胞。整個(gè)活化過(guò)程大致分為兩個(gè)主要階段：?jiǎn)?dòng)階段和持續(xù)階段。

1.2.1 啟動(dòng)階段 是指早期HSCs基因表達(dá)的改變及在胞內(nèi)各種因子等刺激作用下產(chǎn)生的細(xì)胞表型改變。當(dāng)肝臟受到損傷因子(如病毒感染、酒精性肝病、血吸蟲(chóng)感染等)刺激時(shí)，HSCs周?chē)徑?xì)胞(如肝細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞、血小板等)通過(guò)旁分泌作用分泌多種細(xì)胞因子，如纖維連接蛋白(FN)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)等，這些細(xì)胞因子共同作用于HSCs，誘導(dǎo)其早期基因轉(zhuǎn)錄的發(fā)生，使HSCs基因表達(dá)和表型發(fā)生改變，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂性鲋承?、收縮性和促纖維性的MFBs。此時(shí)靜止期HSCs轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨贖SCs，啟動(dòng)了HSCs的活化。

1.2.2 持續(xù)階段 HSCs活化后，其功能和表型發(fā)生改變，表現(xiàn)為增殖能力、收縮性和促纖維生成明顯增強(qiáng)，儲(chǔ)存的脂滴和維生素A 減少或消失、ECM分泌能力增加，并分泌大量的趨化因子和細(xì)胞因子[6]， 這些功能和表型的改變是HSCs活化持續(xù)的驅(qū)動(dòng)力。其中，活化的HSCs產(chǎn)生大量ECM及細(xì)胞因子是其活化得以持續(xù)的重要因素。首先，過(guò)度沉積的ECM可激活HSCs的相應(yīng)受體參與HSCs活化，從而形成一個(gè)正反饋，促進(jìn)HSCs進(jìn)一步激活。其次，HSCs能通過(guò)自分泌產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，如TGF-β1、TNF-α、IGF-1等，這些細(xì)胞因子對(duì)HSCs活化起級(jí)聯(lián)放大作用，并可促進(jìn)HSCs的自分泌和旁分泌，促進(jìn)HSCs的進(jìn)一步活化。這些錯(cuò)綜復(fù)雜的作用和多種因素的調(diào)節(jié)使HSCs持續(xù)活化，并促進(jìn)其分裂增殖，分泌大量ECM，導(dǎo)致肝纖維化持續(xù)進(jìn)展。此時(shí)即使去除原發(fā)損傷因素，肝纖維化仍將持續(xù)。

2 HSCs活化過(guò)程中所涉及的信號(hào)通路

2.1 TGF-β/Smad 信號(hào)通路 TGF-β/Smad 信號(hào)通路在HSCs活化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。TGF-β是一種對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化起重要調(diào)節(jié)作用的分泌性多肽信號(hào)分子，廣泛存在于線(xiàn)蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物中[7]。目前，TGF-β普遍被認(rèn)為是最強(qiáng)有力的促纖維化因子，包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4、TGF-β5亞型，人體內(nèi)僅有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3亞型，其中以TGF-β1為主[8]。Smad蛋白是線(xiàn)蟲(chóng)Sma蛋白與果蠅Mad蛋白的同源蛋白，主要包括Smad 1～9。根據(jù)結(jié)構(gòu)Smads蛋白家族，可分為膜受體激活型Smad(R-Smad) 、通用型Smad(Co-Smad) 和抑制性Smad(Ⅰ-Smad)3個(gè)亞家族[9]。其中，R-Smad能夠與Co-Smad結(jié)合形成二聚體，并與胞核輔助激活蛋白或阻遏蛋白結(jié)合，從而調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄; Ⅰ-Smad則能夠與R-Smad 競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合受體，從而阻止R-Smad 磷酸化或抑制Smad異源二聚體的形成，負(fù)性調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄[10]。在TGF-β/Smad 信號(hào)通路激活過(guò)程中，首先是配體TGF-β與細(xì)胞膜表面的TGF-β Ⅱ 型受體(TβRⅡ)結(jié)合，繼而促進(jìn)TβRⅡ 二聚體與兩個(gè)TGF-β Ⅰ 型受體(TβRⅠ)的相互作用，使TβRⅠ在絲氨酸和蘇氨酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化以激活TβRⅠ的催化活力，接著TβRⅠ將磷酸基團(tuán)傳給R-Smad(Smad2和Smad3)，然后R-Smad 與Co-Smad(Smad4)結(jié)合形成異源三聚體復(fù)合物，此復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與核內(nèi)DNA上的特異型受體結(jié)合，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)信號(hào)的傳遞[11]。當(dāng)肝臟受到損傷因子刺激時(shí)，TGF-β 與HSCs表面具有高度親和力的TβR結(jié)合，使下游R-Smad 持續(xù)磷酸化、Ⅰ-Smad 表達(dá)下降，將信號(hào)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)，啟動(dòng)HSCs活化[12]。在HSCs中，TGF-β1介導(dǎo)的Smad2/3激活能夠誘導(dǎo)Ⅰ型和Ⅲ型膠原的合成，進(jìn)而促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生[13]。TGF-β1也能夠激活MAPK信號(hào)通路，包括Ras/ERK、JNK信號(hào)通路等，共同促進(jìn)HSCs的激活[14]。

2.2 Notch信號(hào)通路 Notch信號(hào)通路是正常胚胎發(fā)育過(guò)程中的一種保守的進(jìn)化信號(hào)通路，在調(diào)節(jié)組織穩(wěn)態(tài)和成人干細(xì)胞分化和發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。1917年，Morgan及其同事在突變的果蠅中發(fā)現(xiàn)Notch基因，因該基因的部分功能缺失會(huì)在果蠅翅膀的邊緣造成缺刻(Notch)而得名，哺乳動(dòng)物有4種Notch受體(Notch1～4)和5種Notch配體(Jagged 1,Jagged2 和Delta-like1,3,4),這些同源化合物共有高度保守區(qū)域。Notch信號(hào)的產(chǎn)生是通過(guò)相鄰細(xì)胞的Notch配體與受體相互作用，Notch蛋白經(jīng)過(guò)3次剪切，由胞內(nèi)段釋放入胞質(zhì)，并進(jìn)入細(xì)胞核與轉(zhuǎn)錄因子CSL結(jié)合，形成NIVD/CSL轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體，從而激活HES、HEY、HERP等堿性-螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄抑制因子家族的靶基因，發(fā)揮生物學(xué)作用[15]。

2.3 Wnt /β-catenin信號(hào)通路 Wnt信號(hào)通路是調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、凋亡等生理過(guò)程的重要信號(hào)通路，包括Wnt經(jīng)典信號(hào)通路( Wnt /β-catenin 信號(hào)通路) 和非經(jīng)典信號(hào)通路[16]。在經(jīng)典信號(hào)通路中，β-catenin是Wnt的下游信號(hào)分子，當(dāng)此途徑被激活后，分泌到胞外的Wnt蛋白與受體蛋白結(jié)合形成復(fù)合物，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至胞質(zhì)內(nèi)，使末端磷酸化的β-catenin在胞質(zhì)內(nèi)蓄積并進(jìn)入核內(nèi)，激活轉(zhuǎn)錄因子，最終通過(guò)引起某些特定基因的表達(dá)增強(qiáng)或減弱而發(fā)揮其功能[17]。在肝纖維化過(guò)程中，被異常激活的Wnt 信號(hào)主要通過(guò)Wnt /β-catenin通路調(diào)節(jié)HSCs的活化與增殖，進(jìn)而參與肝纖維化的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)用Wnt信號(hào)拮抗劑、miRNA、siRNA 等方法阻斷或抑制Wnt /β-catenin通路時(shí)，HSCs的活性也受到抑制[18]。

2.4 Integrin β1 信號(hào)通路 整合素(Integrin)是由α(120～185kD)和β(90～110kD)兩個(gè)亞單位組成的異源二聚體跨膜受體蛋白，迄今已發(fā)現(xiàn)18種α亞單位和9種β亞單位，其中Integrinβ1主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)成分之間的粘附，并介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的雙向信號(hào)傳導(dǎo)。HSCs表達(dá)兩種類(lèi)型的膠原受體，即Integrin和盤(pán)狀結(jié)構(gòu)域受體酪氨酸激酶(DDRs)，當(dāng)收到來(lái)自ECM成分的信號(hào)后，每一種類(lèi)型的膠原受體都可以調(diào)控細(xì)胞的粘附、分化、增殖和遷移。Integrin也能夠控制TGF-β的釋放和激活，可以作為一個(gè)抑制TGF-β激活的潛在細(xì)胞表面靶點(diǎn)。在CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化模型中，HSCs特定敲除整合素后，小鼠的肝纖維化明顯減輕，在腎臟和肺纖維化模型中也有相同的表現(xiàn)[19]。Integrinβ1也調(diào)控活化HSCs的促纖維化亞型，絲氨酸/蘇氨酸激酶PAK1和Yes相關(guān)蛋白1(YAP1)是促纖維化Integrin β1 信號(hào)通路中的中心介質(zhì)[20]，DDRs是其受體酪氨酸激酶，在急性肝損傷時(shí)，通過(guò)DDRs結(jié)合的膠原大大增加，同時(shí)也導(dǎo)致更嚴(yán)重的肝纖維化。

2.5 Hedgehog信號(hào)通路 Hedgehog信號(hào)通路主要由Hedgehog配體、PTC和SMO兩個(gè)跨膜受體以及下游的GLI家族轉(zhuǎn)錄因子(GLI1、GLI2、GLI3)組成，其活性與HSCs的活化密切相關(guān)，在肝纖維化過(guò)程中扮演著非常重要的角色。在HSCs活化過(guò)程中，首先是通過(guò)自分泌、旁分泌或內(nèi)分泌機(jī)制分泌的Hedgehog配體自我活化 ，剪切掉自身C-末端，然后與膽固醇共價(jià)結(jié)合，活化為具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能的蛋白，再進(jìn)一步與跨膜受體PTC結(jié)合。隨著Hedgehog配體與PTC受體結(jié)合的增加，SMO蛋白被激活，激活的SMO蛋白進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)核內(nèi)GLI2的積聚，GLI2再激活核內(nèi)GLI1，從而啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄?；罨腉LI還能通過(guò)激活PDGF、TGF-β/Smad 等信號(hào)通路，促使HCSs活化[22]。此外，瘦素也可通過(guò)激活Hedgehog信號(hào)通路，來(lái)啟動(dòng)HSCs的活化[23]。有研究發(fā)現(xiàn)，使用SMO基因敲除的小鼠構(gòu)建肝損傷模型，可明顯抑制HSCs活性及肝纖維化的發(fā)展[24]，在蛋氨酸-膽堿缺乏飲食誘導(dǎo)的非酒精性脂肪性肝纖維化模型中，與野生型小鼠相比，PTC雜合子小鼠表現(xiàn)出更嚴(yán)重的肝纖維化[25]，這些研究數(shù)據(jù)顯示阻斷Hedgehog信號(hào)通路有望成為防治肝纖維化的新策略。

2.6 HSCs活化過(guò)程中新興的信號(hào)通路 另有一些新興的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如YAP1信號(hào)通路[26]、內(nèi)皮唾液酸蛋白(Endosialin)信號(hào)通路[27]、結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白4(BRD4)信號(hào)通路、半乳糖蛋白3(Galectin3)信號(hào)通路、GATA結(jié)合蛋白4(GATA4)信號(hào)通路[28]、骨形態(tài)發(fā)生蛋白6(BMP6)信號(hào)通路[29]、生長(zhǎng)停滯特異性蛋白6(GAS6)和受體酪氨酸激酶AXL信號(hào)通路[30]等,也參與了HSCs的活化過(guò)程，在HSCs活化及肝纖維化過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

綜上所述，HSCs活化過(guò)程十分復(fù)雜，涉及多種信號(hào)分子及多條信號(hào)通路，這些信號(hào)通路相互交錯(cuò)、互相影響，共同作用于HSCs活化、增殖及肝纖維化的整個(gè)過(guò)程。TGF-β/Smad信號(hào)和Integrin β1信號(hào)主要通過(guò)促進(jìn)誘導(dǎo)Ⅰ型和Ⅲ型膠原的合成，進(jìn)而促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生，Wnt /β-catenin 信號(hào)主要調(diào)控HSCs的生長(zhǎng)、增殖和遷移，從而促進(jìn)HSCs的活化，而Hedgehog信號(hào)主要通過(guò)促進(jìn)α-SMA的表達(dá)來(lái)促進(jìn)HSCs的活化，Hedgehog和Notch信號(hào)通路的相互作用也許是HSCs活化的兩條關(guān)鍵通路，它們不僅能促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生，而且可以促進(jìn)肝中肌成纖維樣細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、肝臟祖細(xì)胞等的聚集和增殖，這些細(xì)胞可間接分泌致HSCs活化的細(xì)胞因子，促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生，值得進(jìn)一步深入研究。雖然目前大多數(shù)研究仍局限于體外和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，涉及的信號(hào)通路干擾藥物也大多缺乏細(xì)胞特異性，但相信隨著對(duì)這些信號(hào)通路的深入闡明，必將為肝纖維化的發(fā)生機(jī)制提供新的認(rèn)知，繼而研發(fā)出臨床上可用于控制及防治肝纖維化的有效途徑和方法。