肝纤维化的细胞和分子机制

过 忆综述，薛博瑜审校

（1.南京中医药大学第一临床医学院内科教研室，南京210023；2.江苏省无锡市中医医院消化科 214071）

肝纤维化（hapotic fibrosis）是与慢性肝脏损伤相关的肝脏瘢痕修复反应，是多种慢性肝病进展至肝硬化的中间过程，其机制是持续性的肝实质细胞的损伤和（或）炎症，其特征是富含Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）合成与降解失衡[1]。持续性的肝实质细胞损伤和（或）炎症最终导致部分患者肝硬化（hapotic cirrhosis）。在欧洲，酒精性肝硬化最多见，约占全部肝硬化的50%～90%，在中国约80%的肝硬化与乙肝病毒感染有关[2]。肝脏成肌纤维细胞（hepatic myofibroblasts）参与了肝纤维化的病理过程，其主要来源于肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSC）和门静脉成纤维细胞（portal fibroblasts）。肝纤维化形成过程受复杂的信号分子网络调控。近年来，研究发现自噬与表观调控也参与了肝纤维化过程。通过清除肝成肌纤维细胞，终止纤维形成过程中的信号通路，可以控制慢性肝脏损伤，从而实现对肝纤维化的逆转。

1 肝成肌纤维细胞的异源性

肝脏慢性疾病中ECM的过度累积是由于肝成肌纤维细胞迁移到受损伤的部位，而肝成肌纤维细胞来源并非单一。很多研究证实HSC是肝纤维化细胞的主要来源，而门静脉来源的成纤维细胞在胆汁淤积肝脏疾病造成的纤维化中起重要作用，来源于循环和骨髓的成纤维细胞所占比例较小。肝纤维化细胞是否来源于上皮是有争议的。

1.1 HSC HSC是肝纤维化过程中ECM的主要来源，也是最早被确认的与肝纤维化形成相关的细胞亚群。HSC富含维生素A，定位于肝上皮细胞和肝细胞间的窦周间隙。在生理状态下，HSC不活跃，处于相对静息状态。在急性和慢性肝损伤时，受到一系列自分泌和旁分泌纤维形成信号的刺激，静息的肝形状细胞向肝成肌纤维细胞方向分化，其特征是α-平滑肌肌动蛋白表达增加伴随细胞内类维生素A和脂质小滴减少，同时促进脂质形成的因子表达降低，纤维形成和趋化、细胞迁移相关受体表达增加[3]。

1.2 门静脉来源的成纤维细胞 门静脉成纤维细胞在胆汁淤积肝脏疾病造成的纤维化中起突出的作用。在肝损伤状态下，门脉来源的成纤维细胞激活，向成肌纤维细胞分化[4]。HSC和门静脉来源的成纤维细胞激活后，表达一些共同的成肌纤维细胞标志，同时各表达一些特异的标志。激活的HSC特异性表达desmin、reelin、蛋白酶P100、细胞球蛋白（cytoglobin）、α2 macroglobin和synaptophysin；而门静脉来源的成肌纤维细胞特异性表达IL6、Fibulin-2、Thy-1、elastin和cofillin。在生物学功能上，两类细胞表现出相似的纤维形成的性质，例外的是门脉来源的成肌纤维细胞增殖能力和耐受凋亡的能力更强[5]。

1.3 骨髓来源的成肌纤维细胞 在接收骨髓移植的女性患者体内（骨髓来源于男性）检测到Y染色体阳性的成肌纤维细胞，这证明成肌纤维细胞能来源于骨髓干细胞。但是这种来源的成肌纤维细胞数量非常有限[6]。

1.4 上皮细胞经转化形成成肌纤维细胞 体外培养的干细胞和胆管上皮细胞，暴露于转化生长因子-β（TGF-β）后，可被诱导表达星状细胞特有的标志FSP-1。然而，体内实验尚未证实此种发现。因此，体内成肌纤维细胞能否来源于上皮细胞尚存争议[7]。

2 肝成肌纤维细胞获得和保持纤维形成性质的机制

肝实质细胞的损伤和炎性反应，产生一系列转录因子，通过激活Hedgehogh和Wnt通路，使静息状态下的HSC发生活化[8]。同时，ECM通过整合素介导的通路促进该过程。整合素在肝纤维化中的作用主要是作为“桥梁”介导细胞与ECM之间的相互作用，经Ras途径激活MAPK调节HSC的增殖、收缩、黏附及迁移[9]。其他参与肝纤维化的信号通路包括TGF-β-Smad信号通路、Rho-ROCK信号通路、PDGF信号通路、核转录因子KappaB（NF-κB）信号通路、JAK-STAT信号通路、PI3K-Akt信号通路等[8]。各种细胞信号转导途径并非互不相干、各自独立，而是相互影响、纵横交错（crosstalking）。有的信号分子是多条信号途径所共用的信号分子，有的信号途径可以抑制或者激活其他信号途径的信息传导过程，从而构成一个复杂的细胞信号转导通路网络，共同介导肝纤维化的漫长病理过程。近年来，人们对肝成肌纤维细胞活化和表型保持的调节机制有了更深的理解，主要包括自噬、表观调控等在肝纤维化过程中发挥重要作用。

2.1 自噬参与对肝纤维化过程的调节 在HSC活化过程中，脂质小滴的丢失是其重要的形态学特征。自噬参与了脂质小滴的“消化”过程，从而为HSC活化提供能量。最近，2个研究小组独立报道了用药理或者遗传学的方法抑制自噬可以减慢星状细胞活化过程，下调星状细胞的成肌纤维细胞特性[10-11]。这些研究提示抑制HSC自噬是理想的抗纤维化靶点。然而，有研究提示自噬的作用是双向的，在其他类型的细胞，例如肝细胞，自噬可以通过保护肝细胞免于凋亡和增加Kupffer细胞的抗炎作用从而降低纤维形成信号[12]。因此，关于自噬对肝纤维化过程的调节需要进一步的研究。

2.2 肝纤维化过程的表观调控 多种表观机制参与了肝纤维化的调控，包括microRNAs、DNA甲基化，以及组蛋白乙酰化。

2.2.1 microRNAs microRNAs（miRNA）是一种小的、类似于siRNA的分子，由高等真核生物基因组编码，miRNA通过和靶基因mRNA碱基配对引导沉默复合体（RISC）降解mRNA或阻碍其翻译。成熟的miRNA结合到与其互补的mRNA的位点通过碱基配对调控基因表达。HSC中表达大量的miRNA，并与纤维化形成过程紧密相关。其中，miR-29、miR-19b、miR-221／222、miR-21在肝纤维化过程中的作用得到阐明。miR-29是多种ECM蛋白包括胶原蛋白的生理性抑制分子[13]。在肝纤维化动物模型及肝纤维化患者体内，miR-19b表达量显著降低。在体外培养的HSC中，miR-29被TGF-β和脂肪酶（LPS）下调。miR-19b作为TGF-β通路的抑制分子，在肝纤维化的动物模型和患者体内表达下降，而在星状细胞中过表达miR-19b可以阻断HSC活化[14]。miR-221／222在肝纤维化的动物模型和患者体内表达增加，并且在HSC激活过程中证明其表达也是增加的[15]。miR-21在不同的组织纤维形成过程中普遍表达上调，采用miR-21拮抗剂（antagomir）可显著抑制HSCs中的纤维形成活动。进一步的分析表明，miR-21上调促进了HSC活化潜在的重要TGF-β信号通路[16]。

2.2.2 DNA甲基化和组蛋白修饰 基因的DNA甲基化有利于HSC静息状态的保持。在HSC活化过程中，HSC表达DNA甲基结合蛋白MeCP2，从而促进抗纤维化基因如IkBα或PPARγ的沉默，并且能够增加组蛋白甲基转移酶的表达，从而导致胶原蛋白转录增加[17]。有意思的是，遗传性的表观改变可以调节后代的纤维化易感性。最近的研究显示来自于由肝纤维化历史父代的大鼠相比于来自携带相同基因的无肝纤维化历史的大鼠更易于发生肝纤维化[18]。

3 纤维化过程逆转或衰退的机制

3.1 HSC凋亡 暴露于CC14的大鼠造模形成肝纤维化，跟踪观察8周发现在恢复期与基质金属蛋白酶抑制因子1（TIMP-1）表达降低及活化的HSC凋亡增加有关[19]。另有研究发现，在活化的HSC中，NF-κB是上调抗凋亡基因重要的转录因子，抑制NF-κB信号可以增加活化的HSC凋亡，促进肝纤维化的恢复[20]。此外，有研究表明增强HSC的内质网应激（endoplasmic reticulum stress），可以促使HSC凋亡。

3.2 HSC衰老 当活化的HSC衰老时，它们可以停止增殖，ECM降解酶表达增加，同时，ECM胶原蛋白的表达下调。更重要的是，衰老的HSC细胞可以被自然杀伤（NK）细胞杀死和清除[21]。此外，有研究表明IL-22能够诱导HSC衰老，从而起到保护肝损伤的作用[22]。

3.3 活化的HSC逆转为静息状态 最近的体外研究证实，肝纤维化后活化的HSC在体外可被诱导形成静息状态的细胞。然而，这些细胞并不具备静息细胞的所有特征，因此，是一种活化细胞和静息细胞的中间状态，这种细胞在接收到肝损伤刺激信号后更容易重新活化。这些研究进一步证实了肝纤维化早期过程是可以被逆转的[23]。另外，有研究表明人类RNA结合蛋白（RNA-binding proteins，RBP）能促进HSC活化，而沉默该蛋白后可以减轻肝纤维化损伤[24]。此外，Evans等研究发现星形细胞存在高水平的维生素D受体（VDR）为肝纤维化一种可能的关闭开关，他们发现一种名为卡泊三醇（calcipotriol）的合成维生素D，可导致小鼠肝细胞中支配纤维病变反应的开关失活。由于卡泊三醇早已获得食品和药物管理局（food and drug administration，FDA）批准用于银屑病治疗，新研究为人类纤维化疾病提供了一种潜在的新疗法[25]。

肝纤维化发病机制的研究取得了很大进展。目前，明确HSC的活化和门脉来源的成纤维细胞的活化是肝纤维化的主要始动环节，慢性肝病进展至肝纤维化是一个有多种细胞、多种细胞信号分子参与的复杂的全身性病理过程。随着研究的不断深入，多种细胞信号通路、自噬，以及表观调控在肝纤维化中的作用被逐渐阐明。针对肝纤维化细胞及分子机制的研究，为肝纤维化防治研究提供了非常多潜在的治疗靶点。希望这些发现能早日转化为临床应用。

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