肝星状细胞活化与肝纤维化的发病机制

肝星状细胞活化与肝纤维化的发病机制

肝实质是肝内微子（tc）合成大于分解，导致大量ecm过度积聚。研究证实,活化的肝星状细胞(hepaticstellatecell,HSC)是EMC的主要来源,各种致HF因素均通过使静息状态的HSC表型转化为肌成纤维细胞表型这一共同复杂的病理过程,参与HF的发生及进展。因此,HSC激活并转化为肌成纤维样细胞(myofibroblast,MFB)是HF发生、发展的核心环节。一、hsc的表型转化HSC是肝脏的一种间质细胞。正常肝脏的HSC占肝脏细胞总量的5%~10%,定居在窦间隙,处于静止状态,不表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA),增殖活性低,合成胶原能力低,且合成Ⅳ型胶原>Ⅲ型胶原>I型胶原,如果产生层黏连蛋白则与Ⅳ型胶原形成基底膜。在各种肝损伤因素刺激下,HSC表型发生改变,从富含维生素A的静态细胞表型转化为具有增殖性、成纤维性和收缩性的肌成纤维细胞表型,即活化的HSC。Friedman等将HSC活化分为两个主要阶段:初始阶段及持续阶段。(一)kupffer细胞激活是指早期HSC基因表达的改变及在细胞因子等刺激因素作用下产生的快速细胞表型改变。HSC活化的初始启动主要依赖于邻近细胞(如肝细胞、Kupffer细胞、肝窦内皮细胞、血小板等)旁分泌作用的结果。导致HSC活化的多种因素中,肝细胞的损害是主要和持续的因素。而从损伤细胞中释放的成分,如从凋亡细胞释放的脂质过氧化物、药物的中间代谢产物、酒精代谢生成的乙醛等都是Kupffer细胞强烈的激活剂。激活的Kupffer细胞群扩展并释放对HSC激活有决定性作用的细胞因子,如转化生长因子β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)、肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor,TNF-α)、血小板源生长因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)等,这些细胞因子进一步刺激ECM合成、HSC增殖和类视黄醇释放。除此之外,Kupffer细胞还能通过分泌基质金属蛋白酶-9(MMP-9),明胶酶B,影响HSC。MMP-9能激活TGF-β,而TGF-β反过来又刺激HSC分泌胶原。Kupffer细胞还是肝脏内活性氧(ROS)的主要来源,ROS诱导氧化反应,加重肝纤维化。Imamura等研究发现,抑制巨噬细胞的浸润,可抑制HSC的激活,从而抑制肝纤维化的形成。并有研究发现HSC活化标志物的出现与Kupffer细胞的浸润是一致的。(二)hsc激活的三大作用机理由于各种刺激的作用而维持HSC的激活状态并伴有纤维形成。这个阶段是HSC自分泌及旁分泌共同作用的结果。HSC自分泌的细胞因子包括促进HSC激活的细胞因子如TGF-β、PDGF、成纤维细胞生长因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)和内皮素-1(ET-1)等,以及抑制HSC激活的肝细胞生长因子。HSC还可释放中性粒细胞和单核细胞的化学引诱物,包括集落刺激因子、中性粒细胞化学趋化因子和单核细胞趋化蛋白-1(monocytechemoattractantprotein,MCP-1)。此外,HSC产生的细胞因子PDGF、TGF-β等促进Kupffer细胞的激活以及自分泌和旁分泌作用促进自身的进一步激活。在HSC激活的持续阶段,ECM重建继续,内皮下低密度ECM的合成增加而降解减少,并逐渐被富含纤维的胶原所替代。富含纤维的ECM也能加速HSC激活。HSC的持续活化涉及由细胞因子介导的表型改变和ECM重塑,细胞膜受体的信号蛋白表达的增加在其中起重要作用,尤其是受体酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase,RTKs)表达在肝损伤时显著上调,在介导HSC对细胞因子反应中起特别的作用。肝损伤时,激活HSC能诱导自身盘状结构域受体(DDRs)和整合素受体的表达。胶原通过与增加的DDRs、整合素受体结合,启动一个级联反应,增加Src蛋白酪氨酸激酶和下游区信号,诱导MMP-2转录,刺激和结合HSC,产生更多胶原。DDRs(特别是DDR2)主要对成纤维胶原起反应而不是对生长因子起反应。这也说明了为什么成纤维样基质(主要是胶原成分)能激活HSC。因此,当内皮下基膜被成纤维胶原替代时,HSC可通过DDR2受体与I型胶原的结合而持续活化HSC。二、表型改变的原因在持续活化阶段,HSC可发生一系列的表型改变,即增殖、收缩、纤维形成、基质降解、趋化、白细胞化学吸引、维生素A缺乏和细胞因子释放等。(一)pdgf受体蛋白氨基酸激酶抑制剂免疫法PDGF是目前已知的最强的促有丝分裂的促HSC增殖因子。HSCs激活时PDGF和PDGF受体(PDGF-R)均表达增加。PDGF可以刺激HSC自分泌、趋化性以及类视黄醇的丢失,并且其它的肝脏细胞,如上皮细胞、Kupffer细胞、肝细胞也可以旁分泌一些信号因子影响PDGF和PDGF-R在HSC中的表达。PDGF是由两条二聚体的多肽链组成的,即PDGF-AA,-BB或者PDGF-AB。PDGF受体属蛋白酪氨酸激酶受体家族,有α、β两种亚型,PDGF-AA链只和PDGF-Rα结合,而PDGF-B链可以和PDGF-Rα、PDGF-Rβ两种受体结合。接着配体与受体结合形成二聚体,二聚体后使内部的酪氨酸残基磷酸化并激活下游的一些信号传导通路,最后通过诱导细胞增殖和迁移来激活HSC。肝脏损伤导致HSC中PDGF-Rβ的显著性上调,提示PDGF-BB在HSC的增殖中发挥着更加重要的作用。肝损伤时,PDGF-Rβ首先表达增加。TGFβ1同样可以增加PDGF-Rβ的表达,它是通过增加PDGF-BB而并非是PDGF-AA进行的促有丝分裂作用。PDGF-Rα在正常的HSCs中就有表达,然而,它在肝损伤时并未表达增加。相对于HSC,来源于正常肝脏的肝上皮细胞都有PDGF-Rα和PDGF-Rβ的低表达,但是这些组织在肝脏损伤时也并不增加。PDGF在肝脏中主要由血小板、kupffer细胞、窦内皮细胞产生,PDGF结合到HSC胞膜上的受体后,主要通过PI-3K、JAK/STAT、MAPK等途径促进HSC的增殖、激活。另一方面,生长因子(血管内皮细胞生长因子和胰岛素样生长因子等)的刺激也有效地促进了HSC的增殖。(二)tgf-基因TGF-β是一类调节细胞生长和分化的多肽,具有活化HSC,促进肝脏胶原基因表达,促进ECM合成等作用,是最重要的促HF因子之一。HF时TGF-β三种亚型及其受体表达增加。HSC表达TGF-β受体I、II和III,TGF-β与HSC膜上的相应受体结合后,主要通过细胞内Smad(Smad家族是将TGF-β信号从细胞膜导入细胞核内的一类细胞质内介导者)通路发挥其功能。其中Smad3促进HF的形成,而Smad7则抑制HF的形成。TGF-β1是HSC产生ECM最主要的刺激因子,并且研究发现TGF-β1的作用主要在HSC的持续阶段而不是初始阶段。TGF-β是α1(I)、α2(II)胶原基因的有力诱导物。TGF-β在α2(II)胶原基因中反应元件位于核苷酸基因启动子-330和-255bp处。而TGF-β在α1(I)胶原基因中反应元件的位置还不清楚。结缔组织生长因子(Connectivetissuegrowthfactor,CTGF)是富含半胱氨酸的母细胞蛋白,它在很多细胞类型中参与调节粘附、迁移、增殖、存活、分化等作用。活体外研究显示它有致纤维化的特性,在很多纤维变性损伤中过度表达,包括皮肤、肺、肾和肝脏等组织。研究并证实,TGF-β可以刺激CTGF的表达上调,并且CTGF可以促进ECM的基因转录。如果TGF-β的效应元件具有CTGF启动子特征的话,CTGF可能会作为一个推进TGF-β致纤维化信号通路的重要中介。CTGF的产物在活体外大鼠HSCs的激活早期就增加,且在HSC中可以诱导细胞迁移、增殖、粘附,并可增加Ⅰ型胶原的表达[7、8]。总之,这些发现都表明了CTGF在肝纤维化中的作用,也揭示了在肝纤维化的治疗上可以通过调节CTGF基因的表达和激活来进行。(三)et-1和环氧化酶抑制剂使HSC收缩的最强的刺激因子为自分泌来源的内皮素(endothelin-1,ET-1)。而作为ET-1的生理抵抗剂NO在HSCs活化时也被分泌,但是随着肝纤维化的进展,HSC分泌ET-1增加而分泌NO减少,使得生理平衡被打破,进一步增加HSC的收缩性。Laleman等研究发现在硫代乙酰胺诱导的肝硬化大鼠中NO释放的环氧化酶抑制剂HCT-1026可以通过降低肝内血管阻力、肝脏对血管收缩的高反应性和改善内皮机能障碍来改善门脉高压。内皮素转换酶-1的上调伴随着ET-1的生成增加,能将ET-1前体转换为成熟的肽。ET-1受体分为A型和B型,它们在静止和活化的HSC中都有表达,但是它们在静止和活化的HSC中表达又是不同的,或者说在HSC活化的早期阶段和晚期阶段表达也是不同的,在HSC活化的早期阶段,以ETAR为主,而HSC活化的晚期阶段则以ETBR表达为主。在心肌细胞和血管平滑肌细胞中,ET-1都能增加胶原的表达。而在肝脏组织中,ET-1主要通过促进HSC的激活和I型胶原的表达促进肝纤维化的发生和发展。Xu等使用特异性ET-1受体抑制剂进行研究,证实ET-1是通过A型ET-1受体来诱导胶原基质的收缩,并进一步发现阻断ET-1或PI3-K/Akt信号途径都能产生抗纤维化作用。而HSC的收缩性也是肝硬化时门静脉阻力增加的重要原因。(四)timp-1对hsc凋亡的影响活化的HSC是MMP和基质金属蛋白酶抑制剂-1(tissueinhibitorofmetalloproteinase-1,TIMP-1)主要来源细胞。在HF过程中,MMP的含量及活性并不降低,而是由于激活的HSCs分泌TIMP-1和TIMP-2抑制MMPs的功能,从而抑制胶原的降解,促进肝纤维化的进展。肝纤维化的进程中,MMPs与TIMPs调控机制的异常是胶原过多形成的原因。同时,许多学者对TIMP-1致纤维化的机制进行了大量研究。YoshijiH等[13、14]用转基因鼠模型发现,TIMP-1本身的过度表达既不引起HSC的活化,也不能使胶原mRNA的合成增加,但在由CCL4介导的肝损伤前提下,可明显促进纤维化的发展,这说明TIMP-1不能独立地引发纤维化,仅对纤维化持续发展起作用;后来他们又用同样的模型发现,TIMP-1的过度表达可通过降低MMPs的活性,维持HSC于活化状态而抑制肝纤维化的自发逆转。同时,MurphyFR等用体外培养的人与大鼠HSC观察TIMP-1对HSC凋亡的影响及其机制,结果发现TIMP-1可抑制由环乙酞亚胺、去除血清及神经生长因子诱导的HSC凋亡;接着他们又发现变异(T2-G变异)的无MMP抑制功能的TIMP-1不能抑制HSC凋亡,而合成的MMP抑制剂能抑制HSC凋亡,说明TIMP-1抑制HSC凋亡是通过抑制MMP介导的。由此可见,在肝纤维化过程中TIMP-1表达增加,一方面抑制MMPs的活性,不能降解过多的间质胶原;另一方面又抑制HSC凋亡,维持HSC于活化状态而抑制肝纤维化的自发逆转。在肝纤维化时,TIMP-2的表达情况与TIMP-1类似。在原代培养的HSC早期TIMP-2并不表达,当HSC激活后TIMP-2表达增加。鉴于MMPs和TIMPs在肝纤维化发展中的不同作用,增加MMPS或减少TIMPs的合成与表达已成为目前肝纤维化治疗的热点。SakaidaI等的实验均证明三氯化钆可特异性作用于Kupffer细胞,体内注射三氯化钆不影响大鼠肝组织TIMPs表达,但能显著增加MMP-13mRNA及蛋白水平的表达,从而增加胶原降解,防止猪血清和二甲基亚硝胺(DMN)诱导的肝纤维化发生。(五)ca2+内流参与的hsc的诱导作用HSC活化后,具有伸展性和趋化性,可向损伤区迁移,致损伤区的纤维形成细胞增多,促进肝纤维化。已确定的活化型HSC化学引诱物有PDGF、MCP1,ET-1和IGF。其中PDGF和MCP1被认为是最主要的趋化因子。MCP1和PDGF的趋化性均需要Ca2+内流参与,而MCP1的趋化作用由PI-3K信号转导途径介导。活化的HSC还可以生成巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和细胞间粘附分子-1(ICAM-1),吸引淋巴细胞到达HSC增生区域,促进肝巨噬细胞等炎性细胞的侵润,加剧损伤处的炎症反应,并介导HSC与基质的粘附。单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、白细胞介素10(IL-10)等炎症调节因子也可由活化的HSC生成。Hashmi等研究发现,阿糖腺苷不仅不能增加HSC的Ca2+内流浓缩,并且抑制PDGF和ATP诱导的Ca2+浓缩,阿糖腺苷呈剂量依赖性地抑制PDGF诱导的HSC的趋化性,但这种抑制是可逆的。(六)视黄醇代谢产物维生素A缺失是HSC激活的显著特征之一。研究表明,在HSC贮存维生素A与产生胶原