肝纤维化形成机制的研究进展

1、 73肝纤维化形成机制的研究进展丁宁(沈阳市传染病院, 辽宁沈阳110006【中图分类号】R57512【文献标识码】A 【文章编号】1001-5256(2009 01-0073-05肝纤维化(Hepatic fibr osis 是指肝脏纤维结缔组织的过度沉积, 是细胞外基质合成和降解不平衡的结果, 是各种慢性肝病向肝硬化发展所共有的病理改变和必经途径。目前认为肝纤维化的形成是由于各种损肝因子引起肝细胞损伤、坏死、凋亡及肝组织炎症反应, 激活枯否细胞分泌多种细胞因子, 与肝细胞、血小板及窦内皮细胞分泌的细胞因子、脂质过氧化物等化学递质, 共同作用于肝星状细胞(HSC , 并激活转变为肌成纤维细胞

2、发生表型及功能改变, 通过旁分泌或自分泌机制, 使肌成纤维细胞增殖, 合成大量的胶原和蛋白多糖等细胞外基质(EC M 。在这一过程中细胞细胞因子基质之间相互作用, 构成了复杂的网络系统, 发展。1111015%。EC M 的组成包括胶原、非胶原性糖蛋白、蛋白多糖即细胞基质黏附分子。11111胶原是细胞外基质最重要成分, 目前已发为骨架, 侧链为糖胺多糖(Glycosa m ino glycan,G AG , 依侧链不同可分为硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、透明质酸、无蛋白核心也属这一类, PG 中的G AG 是肝脏EC M 中的重要成分。正常肝脏每克去脂干重含水量(100-200 g,

3、其中HS 占(60-80 %, CS 占(1-15 %, PS 占(2-30 %, HA占(115-15 %。11114细胞-基质黏附分子广义的EC M 还包括细胞-基质黏附分子, 细胞和细胞外基质成分之间(即各种 1肝纤维化时, EC M 。量的改变表现为肝内过量胶原形成及沉着, 是3个因素综合作用的结果:11新的胶原合成增加, 是由于单个细胞胶原合成能力增加或者合成胶原的数量增加; 21已经形成的纤维凝集增加; 31胶原降解减少, 缘于基质金属蛋白酶(MMP 以及基质金属蛋白酶组织抑制剂(TI M P 表达改变。肝损伤早期MMP 一过性增加, 且主要为MMP -2增加, 降解基底膜, 破坏

4、正常基底膜结构, 进一步促进HSC 活化, 但随纤维化的进展MMP 下降, 伴随TI M Ps 的表达上调, 致TI M Ps/MMP比值增加, 胶原降解减少, 结果总体EC M 增加(3-8 倍。EC M 质的改变主要表现为EC M 在局部重建或现人体共有19种基因序列不同的胶原蛋白, 占人体蛋白总量的1/3。在肝脏含量较高的仅、型胶原, 、型胶原各占33%, /型约为1, 型胶原占1%。型占1%, 型占011%-1%。11112非胶原糖蛋白为EC M 的另一重要组分。其分子中有多个功能区, 可与其他EC M 及多种细胞膜的跨膜蛋白的受体结合, 从而影响细胞的生长、分化、代谢等各种生物学行为

5、。包括纤维连接蛋白、层连蛋白、Entactin (nidogen 、Tenascin (Hexabra 2chi on 、富含半胱氨酸的分泌性蛋白(SP ARC, Secre 2ted p r otein, acidic and rich in cysteine 血栓粘合素(Thr ombos pondin, TS -P 、玻璃体连接蛋白(V itr on 2ectin 。11113蛋白多糖(Pr oteoglycan, PG 由蛋白质作收稿日期:2008-05-12修订日期:2008-06-03作者简介:丁宁(1976- , 女, 主治医师, 硕士, 从事感染科工作。重新分布。早期主要沉积在

6、D isse 腔内皮下, 纤维连接蛋白超过、型胶原及层粘蛋白, 随后内皮下形成连续的基底膜, 内皮窗孔消失, 即肝窦毛细血管化, 至晚期正常含非纤维形成胶原的低密度基底膜胶原(、型 转化为富含纤维形成胶原的高密度间质胶原(、型 , E MC 亚群比例失调, 不溶性型胶原显著增加取代型胶原而成为肝内主要胶原。EC M 质和量的改变反过来又可激活静止状态的HSC, 进一步加重EC M 沉积, 形成恶性循环。2肝星状细胞是肝纤维化中EC M 的主要细胞来源肝星状细胞位于肝细胞与肝窦内皮细胞(SEC 74之间的D isse 腔内。在正常肝脏内处于静息状态的HSC 胞体内含大量脂滴, 其主要功能是储存和

7、代谢视黄醇, 参与EC M 的转化, 调节肝窦血流。当各种致病因素持续作用于肝脏时, 通过复杂机制激活肝星状细胞, HSC 的激活过程可人为地分为两个阶段:启动阶段及持续激活阶段, 相应的HSC 亦经历(Transiti onal 三种形态转化:静止HSC “移行细胞”cell 肌成纤维细胞样细胞(Myofibr oblastic -like cell,MF LC 。211启动阶段HSC 邻近细胞(如肝细胞、枯否细胞、肝窦内皮细胞、血小板和原发或继发性的肿瘤细胞受损后产生的旁分泌刺激HSC 启动, 使HSC 发生基因表达及表型的改变。表现为:转录活化、信号分子活化及诱导早期结构基因表达; 胞膜

8、上表达细胞因子、生长因子受体, 使其产生对这些介质分子的应答能力, 并增殖活化为肌成纤维细胞。212持续激活阶段持续激活阶段是肝星状细胞1-3。TGF -具有免疫调节、胚胎发育、细胞分化、EC M 的形成、血细胞及血管生成等多种作用4。TGF -在炎症早期具有免疫刺激功能, 可聚集炎症细胞, 在炎症中后期具有免疫抑制活性, 能抑制Th1细胞亚群的激活与分化, 减少白细胞介素-125和干扰素等细胞因子的分泌。Th3细胞分泌TGF -抑制细胞毒性T 细胞(CT L s 和Th1细胞活性, 诱导免疫耐受, 过量的TGF -可抑制细胞增6生, 促进细胞凋亡。在体内TGF -能直接刺激血管内皮细胞及血管

9、生成。各种亚型的TGF -适7当表达是维持正常胚胎发育不可缺少的。TGF -1在肝纤维化疾病发生、发展中起重要作用, 被认为是最重要的致纤维化因子。TGF -1活化后生物学作用是由细胞膜上的特异受体与TGF -特异结合, 亲和力很高, 分别是、型受体, 三型受体在大多情况下共存于细胞膜上。TGF -1活化后与细胞膜表面受体结合, 激活S mads , 9, 10, 。TGF -1, , 随后型受, TGF -1, , 进而磷酸化型受体的gs 结构域, 使之激活而具有激酶活性。型受体活化是TGF -1信号转导的起点, 也是最关键的一(由于步型受体激酶亚结构域的氨基酸序列存在差异, 决定了型受体的

10、特异性, 进而决定包内信号的特异性 。TGF -1结合并激活型受体后,118自分泌及旁分泌共同作用的结果。HSC 活化启动后产生一系列表型改变, 包括细胞增生、维生素A 丢失、合成EC M 、产生收缩性、趋化性细胞因子及其受体表达增强、释放胶原酶及其抑制物等。这, 肝纤维化过程仍能继续发展的现象。3参与肝纤维化的细胞因子及其细胞内信号传导细胞因子是由免疫细胞和纤维母细胞、内皮细胞产生的调节细胞功能的高活性、多功能蛋白多肽分子。近年来, 细胞因子在肝纤维化中的作用引起了广泛重视, 大量的研究证实, 肝纤维化形成过程中受到众多的细胞因子调节。311血小板衍生生长因子(P DGF 实验证明P DGF

11、 是一种重要的促有丝分裂因子, 具有刺激特定细胞分裂增殖的能力。肝受损时, 大量分泌的P DGF 刺激HSC 增殖, 转化为肌纤维样母细胞, 肌纤维样母细胞合成大量的细胞外基质, 促进肝纤维化发生。P DGF 能够促进肌纤维样母细胞产生胶原, 尤其是型及型胶原。P DGF 通过上调组织基质金属蛋白酶抑制剂抑制胶原酶的作用, 以减少细胞2外基质的降解。312转化生长因子(TGF - 是一种来源广泛的细胞因子, 肝星状细胞、枯否细胞、内皮细胞、肝细胞等都可以分泌。目前TGF -至少有六种亚3型, 在哺乳动物中只发现了三种亚型, 即TGF -1需要一系列受体后信号分子来进行。研究表明S mads 蛋

12、白是目前所知的唯一的型受体胞内激酶12的底物。S mads 蛋白介导了TGF -1的胞内信号转导。目前已知至少9种S mads 蛋白, 分为3类:受体依赖性S mad 蛋白(S mad1/S mad2/S mad3/S mad5/13, 14S mad8 ; 其介质性S mad 蛋白(S mad4 ; 抑制性S mad 蛋白(S mad6/S mad7 。活化的型受体分子使S mad2和S mad3分子磷酸化, 磷酸化的S mad2和15S mad3与S mad4分子结合, 形成S mad 复合物, 该复合物随即转移至核内, 与各种转录因子相互作用以调控相关基因的转录。S mad7的过度表达可

13、抑制HSCs 转分化并将其阻止在静止阶段。W iercinska 16等通过分析HSCs 中S mad7依赖的mRNA 的表达谱, 鉴定出分化抑制1(inhibit or of differentiati on 1, I dl 基因。S mad7异常表达可明显减少I d1的表达; 相反地, I d1在HSCs 中的高表达将促进细胞活化并且绕过S mad7依赖的转分化一致。I d1作为 HSCs 中TGF -/激活素受体样激酶1(activin re 2cep t or -like kinasel . ALK1 /S mad1的目标基因, 有75可能是一个调控转分化的关键因子。313结缔组织生长

14、因子(Connective tissue gr owth fact or, CTGF 是一种新发现的细胞因子被视为TGF -1的下游反应元件, 具有促进成纤维细胞增殖以及参与EC M 产生、积聚等功能。L i 等将化学合成的抗CTGF 的si D NA 转染给HSCT6(一种鼠源性激活的肝星状细胞株 , 并以未干预的HSCT6作对照, 结果发现干预组CTGF 和、型胶原和透明质酸在内的EC M 合成, 因此它可能是一种潜在的预防和治疗肝纤维化的物质。Hol m es 等通过在N2H3T3成纤维细胞中转染能够编码包含有CTGF 启动子/SEAD 报告子结构的各种的表达S mads 载体, 从而观

15、察到转染了S mad3和S mad4的成纤维细胞CTGF 表达升高, 而转染S mad2和S mad4却不能潜在的通过TGF -1诱导CTGF 的表达。同时研究也发现在CTGF 启动子序列166和244核苷酸位点之间存在着TGF -对CTGF 的诱导所必须的功能性S mad 的结合位点, 因而在不依赖P300位点情况下S mads 传递信号是TGF -诱导不可少的。-CTGF 不能完全代替TGF -。因而, 可以认为CTGF 是TGF -的下游介质, 只介导了其部分生物学功能, 既刺激间质细胞增生和EC M 合成, 在促进组织和器官纤19维化中发挥重要作用。314瘦素(lep tin lep

16、tin 是一类脂肪细胞来源的20激素, 显著促进HSC 的纤维形成。Saxena 等报道lep tin 可以作为一个直接维持HSC 存活的激动剂, 更重要的是他们发现lep tin 诱导的HSC 的增殖或抑制凋亡通过瘦素长受体和ErK 、Akt 磷酸化发挥作用。lep tin 能诱导HSC 氧化应激, 刺激T MP1产生, 而胶原基因的激活是肝纤维化的一个标志。Cao 21等应用lep tin 作用于人肝星状细胞株(LX -2 , 发现lep tin 通过Janus 酪氨酸蛋白激酶(JAK 过氧化氢依赖的ErK1/2和p38途径促进1I胶原表达。315肿瘤坏死因子-(T NF - T NF -

17、能刺激体外培养的肝星状细胞3T 3-L 1脂肪细胞系等的胶原合成, 加速转化生长因子对肝星状细胞向肌成纤维细胞转化, 促进其糖胺多糖、纤维连接素等基质22的合成。316干扰素-(I N F - I N F -由活化的T 细1817胞和NK 细胞产生, 可显著增强MHC -类和类抗原的表达, 促进T 细胞、B 细胞的分化, 增强NK 细胞的杀伤活性。I N F -具有抑制肝贮脂细胞活23化, 抑制细胞外基质成分的合成等作用。317白细胞介素(I L 31711I L -1可刺激HSC 活化和增生, 诱导促炎因子粒-巨噬细胞集落刺激因子(G M -CSF 的合成,抑制MMP 的合成, 在多环节上参

18、与了肝纤维化过程。31712I L -6能刺激HSC 活化和增殖, 通过促进EC M 变性或与其粘附受体相互作用而促使EC M 沉积。+31713I L -2主要由CD 4和CD 8T 细胞产生, 此外NK 细胞和LAK 细胞亦可产生。I L -2参与体内免疫应答反应, 其表达水平随着肝纤维化程度的加深24而升高。Napoli 等研究表明, 在肝硬化晚期甚至肝移植前期用糖皮质激素治疗时, I L -2表达水平仍然上升。34I , B 细胞对-, I gE 类抗体产1I L -10被认为是重要的免疫增生抑制物、炎症应答抑制物。I L -10参与调控肝纤维化的作用机制可能如下:免疫调节肝纤维化的生

19、成; 参与炎症反应; 直接参与调控肝纤维化的形成; 肝脏保护作用。318细胞因子网络是指细胞因子的生物活性及受体表达均具有网络特点, 即一种细胞因子的调节可与多种靶细胞作用, 不同的细胞因子之间可彼此诱生, 增减受体表达, 相互作用和拮抗, 进行调节和影响生物学效应, 这个网络包括所有白细胞介素, 集落刺激因子, 肿瘤坏死因子, 干扰素和趋化因子等。在肝纤维化早期T NF 和I L 合成增加, 两者能相互促进各自生成。I L -1能刺激TGF -1合成, 并促进TGF -的致纤维化作用。TGF -能增加贮脂细胞、血小板衍生生长因子的表达和分泌, 因此可这样概括, 在生物理化和损伤因素刺激后,

20、肌体出现致纤维化作用和/或抗纤维化作用是由网络决定25的。319其它:血管紧张素(Ang 是血管紧张素系统中的一种促有丝分裂因子, 能够刺激机体活化的HSC 增殖和胶原的合成。Ang 的受体有两种:1型和2型, 1型受体与肝纤维化的关系密切。有研究表明, Ang 与Ang 1型(Ang type 1, AT1 受体结合通过蛋白激酶C (PKC 途径及其下游的酪氨 76酸蛋白激酶途径, 促进肝纤维化和门脉高压的发生。实验还发现血管紧张素和糜蛋白酶能增强这一反2627应。Yang 等通过观察AT1受体剔除的小鼠, 发现TGF -、致炎细胞因子在肝纤维化的表达均较未剔除者增高, 说明AT1受体与肝纤

21、维化发生过程中HSC 的活化与增殖相关。4MMPs 和TI M Ps 与肝纤维化的关系伴随肝的损伤, HSC 激活和大量增殖, 并表达MMPs 及其抑制物TI M Ps 的复合物。在肝损伤的早期阶段, HSC 短暂的表达MMP -3、MMP -1(人 或MMP -13(鼠 及其相关的纤溶酶产生系统, 包括尿激酶纤溶酶原激活物(Upa 及其受体, 而TI M P -1、TI M P -2少量表达, 呈现一种基质降解为主的表现界点, 因此选择药物通过诱导HSC 的凋亡, 已达到减少激活增殖HSC 数量的目的不失为一种可行的抗纤维化治疗方法。参考文献1Friedman S L. Cyt okines

22、 and fibr ogenesis J .1999, 19(2 129-140.2王萍. 血小板衍生生长因子与肝纤维化J .国外医学. 消化疾病Sem in L iver D is,分册, 2000, 20(1 40-43.3BoesenCC, Radaev S, Motyka S A , et al . The 1. 1A crystal struc 2ture of human TGF -beta type II recep t or ligand binding domainJ .Structure, 2002, 10(7 913-919.4Schuster N, Krieglstei

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26、基因转移及对细TGF -型。随着肝纤维化的进展, 在人类的慢性肝病及鼠的肝纤维化的模型中都观察到MMP -1/MMP-13并无明显的变化, 但TI M P -1和TI M P -2的表达却显著增加。近来研究表明在肝损伤的早期阶段(6小时内 , 即出现TI M P -1和TI M P -2表达的增加, 并在肝纤维化发展的整个过程中持续存在。提示肝基质降解的抑制, 是肝纤维化进展的主要病理特征。肝过度表达TI M P -1速发展, 且范围更广, 成增加和, , MMP -2和膜(MT1-MMP 激活的MMP -2表达也增加,MMP -2和MT1-MMP 在细胞周围过量的纤维状肝基质的转换和消除中起

27、了一定的作用, 但激活的MMP -2也能降解正常的肝基质和激活HSC, 从而促进肝纤维化的发展。在肝纤维化的恢复期, 以纤维状基质的降解和正常肝组织的恢复为特征。5HSC 凋亡2928intracellular signal transducti on and S mads p r otein J .Chinese胞外基质合成的抑制作用J .中华医学杂志, 1998, 78850-852.11Laping N J, Grygielko E,Mathur A, et al . I nhibiti on of transfor m inggr owth fact or (TGF -beta1-in

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29、(1Supp l 43S -47S .13de Caestecker MP, Paks W T, Frank CJ, et al . S mad2transducescommon signals fr om recep t or serine -threonine and tyr osine kinasesJ .Genes Dev, 1998, 12(11 1587-1592.14Moustakas A, Souchelnytskyi S, Heldin CH. S mad regulati on inTGF -beta signal transducti on J .Journal of C

30、ell Science, 2001, 114(24 4359-4369.15CorreiaJJ, Chacko B M , La m S S, et al . Sedi m entati on studies re 2veal a direct r ole of phos phorylati on in S mad3:S mad4homo -and heter o -tri m erizati onJ .B i oche m, 2001, 40(5 1473-1482. 16Wiercinska E,W ickert L, Denecke B, et al . I d1is a critica

31、l media 2t or in TGF -beta -induced transdifferentiati on of rat hepatic stellate cellJ .Hepat ol ogy, 2006, 43(5 1032-41.肝纤维化的形成机制中, 中心环节是HSC 的激活, 从而造成细胞外基质的异常沉积。而激活的HSC 的减少正是通过细胞凋亡来实现的。HSC 的凋亡作为一种潜在的调控机制, 不仅能够减少已被激活的HSC 的数量, 而且能够抑制HSC 的激活, 使由激活HSC 合成的基质金属蛋白酶抑制剂水平明显降低, 细胞外基质成分的降解也相应增加, 从而达到防止肝纤维化的发

32、生或逆转肝纤维化的目的。在肝纤维化的病理机制中, 大量激活的HSC 目前认为有两个趋向:由“激活型”转变回“静止型”; 发生细胞凋亡而死亡。至于激活的HSC 向那一趋向转化, 受哪些因素调控, 目前仍然不清楚。推测认为两者之间可能存在某种致使HSC 无法逆转的临31 17LI Guang -m ing, SH I Yi, L ID ing -guo, et al . Effect of s mall inter 2fering DNA targeting connective tissue gr owth fact or on the synthesis and secreti on of e

33、xtracellular matrix in hepatic stellate cells J .Zhonghua Gan Zang B ing Za Zhi, 2004, 12(9 526-9.18Holm es A, Abraha m DJ, Sa S, et al . CTGF and S MAD s, mainte 2nance ofscler oder maphenotypeisindependent ofS MADsignalingJ .J B i ol Che m, 2001, 276(14 10594-10601. 19彭小东, 戴立里. 结缔组织生长因子与肝纤维化的研究进77

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35、tensin type1recet or in human cirrhotic liver Its relati on t o fibr osis and potal hypertensi on J .Hepat ol Res, 2005, 32(3 107-116.27Yang L, Bataller R, Dulyx J, et al . A ttenuated hepatic infla mmati onand fibr osis in angi otensin type 1a recep t or deficient m ice J .J Hepat ol, 2005, 43(2 31

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38、肝病学杂志, 2005, 14(4 425-427.20Saxena N K, TitusM A, D ing X, et al . Lep tin as a novel p r ofibr o 2genic cyt okine in hepatic stellate cells:m it ogenesis and inhibiti on of apop t osis mediated by extracellular regulated kinase (ErK and Akt phos phory lati onJ .F ASEB J, 2004, 18(13 1612-1614. 21CaoQ, Mak K M , L ieber C S, et al . Lep tin enhances al pha1(I collagen gene exp ressi on in LX -2human hepatic stellate cells thr ough JAK