细胞因子及其信号通路在放射性肝损伤发病中的作用研究进展

周蔼斌 综述，周俊平 审校

·综述·

细胞因子及其信号通路在放射性肝损伤发病中的作用研究进展

周蔼斌 综述，周俊平 审校

放射性肝损伤（radiation-induced liver injury,RILI）是原发性肝癌及其他腹腔肿瘤放射治疗中最主要的并发症之一，它制约了肿瘤区的放疗剂量，严重影响了患者的治疗疗效。研究发现RILI的发生与多种细胞因子相关。细胞因子通过启动多种下游信号通路参与RILI各阶段的发病。

放射性肝损伤；细胞因子；信号转导通路

近年来，随着放疗技术的发展，三维适形放疗（three-dimensional conformal radiation therapy，3DCRT）及调强适形放疗（intensitymodulated radiation therapy，IMRT）在原发性肝癌及其他腹腔恶性肿瘤治疗中得到广泛应用，但放疗后的放射性肝损伤（radiation induced liver injury, RILI）却成为放疗的瓶颈[1]。其不但限制了放射剂量递增，而且严重影响了患者的生存质量，在临床工作中受到越来越多的重视。

肝脏是晚反应组织，肝损伤属于放射治疗后的早期可逆病变[2]，程度较轻的急性放射性肝损伤多能通过肝脏自我代偿功能逐渐恢复，但严重的急性放射性肝损伤则会发展成亚急性放射性肝损伤，又称放射性肝病（radiation induced liver disease，RILD），临床起病隐匿不易被发现，一旦发生即呈进行性演进，出现肝储备功能下降、肝纤维化，更严重者即发生肝衰竭[3]，死亡率高达76%[4]。其发病机制较为复杂，涉及到细胞因子、靶细胞和细胞外基质等多方面。近年来研究发现多种细胞因子参与了RILI的发生发展，如白介素、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α)、转化生长因子β（transforming growth factor，TGF-β）、血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、和结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）等。相关细胞因子通过启动下游的信号通路参与RILI的各个阶段。本文将对RILI的相关细胞因子及其信号转导通路的研究现状进行阐述。

目前RILI的发生机制仍未被完全阐明，传统理论认为电离辐射直接破坏肝细胞及血管内皮细胞，但其仍不能完全解释RILI的发生及发展过程。大量的动物实验和临床研究表明RILI的发生发展是一个由多种细胞参与，多种细胞因子调控的动态过程[5]，细胞因子学说也成为现阶段研究的热点。

1 RILI相关细胞因子研究

肝脏受到照射后，组织内枯否细胞、肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）、巨噬细胞、成纤维细胞等释放多种细胞因子，如早期表达的TNF-α、白介素，以及参与组织修复和器官纤维化的因子，如TGF-β、PDGF、CTGF等。这些细胞因子参与了RILI的早期炎症反应，并刺激成纤维细胞增生、促进细胞外基质（extra cellularmatrixc，ECM）的合成，最终导致放射性肝纤维化的形成。

1.1肿瘤坏死因子α（TNF-α）TNF-α是由活化的单核巨噬细胞及其他多种细胞产生，在肝内主要由枯否细胞分泌，是体内一个重要的炎症反应启动因子，并在RILI的发生发展过程中起到重要作用。在正常情况下，肝组织的TNF-α不表达或者微量表达，当受到损伤因素刺激时，肝脏枯否细胞会释放大量的TNF-α，参与肝损伤过程。有学者在对大鼠放射性肝损伤模型的研究中发现，照射组大鼠肝组织中的TNF-αmRNA水平在照射早期即开始上升，且明显高于对照组，直到照射后4周一直维持在较高的水平，提示TNF-α的释放可能启动了放射性肝损伤的发生，是其重要的启动因子[6]。在Chen et al的实验结果中发现，肝组织在受到照射后6小时TNF-α表达就有升高，由此表明TNF-α参与了放射性肝损伤，亦提示监测TNF-α水平的变化可能会早期预测放射性肝损伤的发生[7]。

1.2 转化生长因子β1（TGF-β1）TGF-β是一类多功能多肽因子抑制剂，其不但可以通过旁分泌和自分泌刺激HSC活化和增殖，促进ECM的合成[8]，而且还可以趋化炎性细胞及单核巨噬细胞合成释放TNF-α、PDGF等细胞因子，协同发挥生物学作用。TGF-β超家族，至少有30多种细胞因子组成，在机体中主要有β1、β2和β3三种亚型。其中TGF-β1与肝纤维化的关系最密切[9]，其在放射性肝损伤的发生发展过程中的作用也最为重要[10]。吴戈等[11]给予大鼠部分肝脏照射，在照射后3天观察到TGF-β1的表达值明显高于正常对照组，且随着观察时间的延长，TGF-β1的表达逐步升高，提示TGF-β1可能促进了放射性肝纤维化的发生发展，是其阳性因子。在Masumi et al的研究中也得出了类似的结论，照射组的TGF-β1水平持续升高并在照射后4周达到高峰[12]。国内学者王云莲等[13]观察了TGF-β1在大鼠放射性肝纤维化中的动态表达，发现随着肝纤维化的严重程度增加，其表达也随着升高，不仅证明了TGF-β1在放射性肝纤维化过程中的重要性，也提示在一定程度上TGF-β1值与放射性肝纤维化程度成正相关。

1.3 血小板源性生长因子（PDGF）HSC是产生ECM形成放射性肝纤维化的重要细胞，而PDGF是目前已知的对HSC分裂和增生作用最强的细胞因子[14]，也是HSC活化的标志之一[15]，主要以α颗粒的形式储存于血小板中。同时PDGF还可以促进胶原纤维的产生、促使金属蛋白酶组织抑制剂的表达上调[16]，进一步促进肝纤维化的发生发展。目前有关PDGF与RILI关系的报道较少。Borkham etal[17]用四氯化碳诱导大鼠肝损伤模型后，结果发现PDGF的表达明显升高，并且在肝损伤发生后4周达到最高值，以后渐降，在第8-12周恢复到正常水平，该结果提示PDGF在肝纤维化发生早期发挥重要作用。

1.4 结缔组织生长因子（CTGF）CTGF是一种多功能细胞因子，可促进细胞的分化增殖，有明显促进有丝分裂作用，还参与ECM合成。在肝纤维化模型和慢性肝病患者的肝组织中均发现高表达的CTGF基因和蛋白，并与肝纤维化的程度具有一致性。Leask et al[18]发现CTGF为TGF-β信号通路的下游反应元件，可以直接介导TGF-β的促纤维化作用。在肝纤维化过程中，活化的HSC合成和分泌CTGF，从而介导TGF-β1促进ECM的合成、抑制ECM分解作用，而TGF-β1对CTGF基因的转录则具有明显的调控作用。有人[19]通过动物实验观察到在放射性肝损伤小鼠中CTGF表达明显增强，且CTGF的表达增强趋势与TGF-β1一致，表明了CTGF在放射性肝损伤中的重要性。Yu et al[20]利用siRNA使CTGF的表达沉默，结果显示TGF-β、ECM等的表达被显著抑制，强调了CTGF在肝纤维化中的地位，提示影响或调节CTGF的表达可能成为抗放射性肝纤维化的一个新靶点。

2 相关细胞因子的信号通路

2.1 TNF-α与NF-κB信号通路NF-κB是近年来发现具有核转录调控作用的蛋白因子，激活后能通过与多种基因的启动子或增强子κB位点特异性结合，启动相应基因的转录，在调节炎症反应中尤为重要。NF-κB通常与κB抑制蛋白（IκBs）结合成无活性的三聚体存于细胞浆中。在受到TNF-α刺激时，蛋白激酶和蛋白磷酸化酶可使κB发生磷酸化、泛酸化而被降解，于是NF-κB活化，迅速移位入核并特异性的与DNA结合，快速启动多种靶基因转录，导致大量促炎因子产生，诱发肝脏的损伤。已有研究表明，肝脏损伤的发生与NF-κB的过度激活密切相关[21]，NF-κB可促进各种炎症因子释放并减少抗炎因子的表达，从而导致肝脏的损伤并影响肝脏的修复，加速肝纤维化的进程。李亚萍等[22]在肝损伤模型中观察到，造模组大鼠肝组织NF-κB表达明显高于对照组，并且随着时间的延长NF-κB逐渐升高，不仅证实了NF-κB在肝损伤中的重要作用，同时提示NF-κB的表达与肝损伤程度的正相关性。Kim et al[23]等发现香胶甾酮作用于肝星状细胞株，能通过阻断NF-κB的传导通路，抑制HSC的活化，诱导HSC凋亡，最终显著减少HSC的α-SMA和胶原蛋白的表达，阻碍肝纤维化的进程。因此，抑制NF-κB的激活可能是防治放射性肝纤维化的一个潜在途径。

2.2 TGF-β1与TGF-β/Smads信号通路Smad蛋白是TGF-β信号通路关键的信号传导分子，能将信息由内膜转移至细胞核。根据其功能可以分为3类：膜受体激活Smad（R-Smad），包括Smad1、2、3、5、8，对TGF-β受体直接产生效应；通用型Smad（co-Smad），只有Smad4，为信号传递入核前必须结合的共用Smad分子；抑制型Smad（I-Smad），有Smad 6、7，对TGF-β信号转导有抑制作用。TGF-β1在体内均以无活性的形式存在，被激活后TGF-β1主要通过与膜表面受体（TβR）结合产生生物学效应，TβR存在着Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型三种形式，其中Ⅰ型和Ⅱ型均参与TGF-β1的信号转导，而Ⅲ型与信号转导无直接关系。TβRⅠ和TβRⅡ为单次跨膜糖蛋白，具有丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）激酶活性。TβRⅡ可自身发生磷酸化而激活，并与TGF-β1结合，使其发生构象改变，然后被TβRⅠ识别而形成TβRⅠ-TGF-β1-TβRⅠ复合体，并激活TβRⅠ的Ser/Thr激酶活性，激活的TβRⅠ可使Smad2/3磷酸化，形成受体-配体-SARA-Smad复合物，同时改变R-Smad构象，最终使Smad的C端末端磷酸化。构型变化后的Samd2/3与Smad4结合，形成R-Smad-Smad4异三聚体进入核内，从而调节靶基因的转录。Smad7则是TGF-β1信号转导的抑制分子，可以与TGF-β1R结合阻断Smad2、Smad3磷酸化并转移至细胞核内，从而终止信号的转导。如前所述，TGF-β1在放射性损伤肝脏中呈现高表达，且在放射性肝纤维化模型中发现，随着照射后时间延长，Smad2、Smad3表达与肝纤维化呈正相关，而Smad7的表达则相反，提示了TGF-β/Smads信号通路参与了放射性肝纤维化的发生发展[24]，也为放射性肝纤维化的防治提供了一个新的重要靶点。

2.3 PDGF与PI3K/AKT信号通路、JAK/STAT信号通路PI3K/AKT信号通路为细胞内重要信号转导通路之一，广泛参与细胞的代谢、生长、炎症反应和凋亡等病理生理过程，在促进细胞增殖和抑制凋亡的过程中发挥重要作用[25-26]。PI3K是一个由调节亚基p85和催化亚基p110组成的异源二聚体蛋白，具有丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）激酶和磷脂酰肌醇激酶的双重活性，此激酶有多种类型，PI3KA型与PDGF信号转导相关。PDGF首先诱导并激活黏附斑激酶（focaladhesion kinase，FAK），并依次激活PI3K、3-磷酸肌醇依赖的蛋白酶（PDK），最后通过PDK-1将AKT磷酸化，完全活化的AKT随后被释放入胞，形成一系列的级联反应，最终影响细胞周期及胶原分泌。罗晓旭等[27]通过实验表明辐射可激活PI3K/AKT信号通路使HSC活化，引起α-SMA、TGF-β1表达的升高，导致放射性肝纤维化的发生。管洪庚等[28]通过实验证实了PDGF能激活PI3K信号转导通路，并导致AKT磷酸化，从而促进HSC增殖与Ⅰ型胶原分泌，在应用特异性PI3K抑制剂LY294002后，PDGF的促细胞增殖作用被抑制，亦抑制了胶原的合成，同时也证实PI3K/AKT信号通路能调节HSC的胶原合成。

JAK途径是另一条由PDGF激活的信号通路。Janus激酶（JAK）是一种酪氨酸蛋白激酶，通过底物信号转导子和转录激活子（STAT）与酪氨酸磷酸化信号通路偶联，从而构成JAK/STAT信号通路，发挥转录调控作用，在细胞的增殖、分化、凋亡的过程中发挥重要作用[29]。PDGF与其受体结合后可激活JAK，活化的JAK可使底物STAT及受体TYr残基磷酸化，信号通路向细胞内传递信号，调节相应的基因的转录和表达，从而促使细胞生长和分裂。在该信号通路中，STAT同时具有信号转导分子和转录因子作用，可将PDGF信号从受体和JAK直接传递到细胞核内。Lakner et al[30]发现在HSC早期激活阶段，JAK2和STAT3mRNA的表达显著升高，而在应用JAK/STAT信号通路抑制剂后，能阻碍HSC的活化，从而减少了胶原蛋白、α-SMA、TGF-βR和PDGFR的表达，提示JAK/STAT信号通路在HSC活化的早期阶段具有关键作用。

2.4 PDGF、CTGF与丝裂素激活蛋白激酶（MAPK）信号通路MAPK属于Ser/Thr蛋白激酶家族，包括细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）、P38丝裂原活化蛋白激酶（P38）、氨基末端酶（JNK）和BMK1/ERK5 4个亚族,可被各种刺激因素激活，再通过激活转录因子形成相应的转导通路，介导细胞生物学效应。其中，研究最清楚的是ERK1/2信号转导通路，包括了ERK1和ERK2,参与了细胞增殖、分化、凋亡等过程[31]，PDGF、CTGF激活的主要也是ERK1/2信号通路。放射性损伤可引起PDGF、CTGF的分泌增加，活化的PDGF、CTGF与HSC细胞膜上的受体结合激活Ras，进而引发ERK磷酸化级联反应，激活RAS/ERK通路，活化的ERK移位入核与主要的核靶转录因子ELK-1结合，从而调节HSC增殖和分化[32]。Kaji et al[33]发现西他列汀能明显抑制HSC激活和胶原生成，对肝纤维化的发展起到一定的抑制作用，这种作用与减少HSC中ERK1/2的磷酸化密切相关。

3 临床应用与展望

RILI的发生具有明显的滞后性，而研究表明在放疗数小时内肝脏就有多种细胞因子的表达，因此对于细胞因子的研究可以为寻找RILI的早期预测因子提供依据。在上述所研究的细胞因子中，对于TGF-β1的研究最为广泛，有研究表明与血清学肝功能检测相比，TGF-β1的检测能更早提示放射性肝损伤的发生，对肝损伤状态的评价也有一定的意义[34]。目前尚无特殊有效的方法显示可阻止或减缓RILI的自然进程，治疗上基本同病毒性肝炎或肝硬化，主要是保肝、对症处理及激素的应用，总体效果欠佳。近年来尝试通过降低细胞因子表达或拮抗细胞因子作用等多种途径抑制细胞因子的活性，进而限制放射性肝损伤的发生发展。但这些研究都还基于动物实验，相信随着对细胞因子研究的不断深入，这些新的治疗方法很快可以应用于临床[35，36]。

综上所述，细胞因子的表达变化及其启动的一系列下游信号通路在RILI的各个阶段起着重要作用。详细分析RILI的形成机制，研究相关细胞因子在放射性肝损伤中的作用，进一步研究相关细胞因子的信号转导机制，可为RILI的防治提供更多可能的途径，并为新药开发提供理论依据。

[1]Rahbari NN，Mehrabi A，Mollberg NM，et al.Hepatocellar carcinoma:current management and perspectives for the future.Ann Surg，2011，253（3）:453-469.

[2]王丽春，赵连三.肝纤维化的实验动物模型.中国实验动物学报，2014，12（6）:246-249.

[3]Bujold A，Dawson LA.Stereotactic radiation therapy and selective internal radiation therapy for hepatocellular carcioma.Cancer Radiother，2011，15（1）:54-63.

[4]Liang SX，Huang XB，Zhu XD，et al.Dosimetric predictor identification for radiation-induced liver disease after hypofractionated conformal radiotherapy for primary liver carcinoma patients with Child-Pugh Grade A cirrhosis.Radio ther Oncol，2011，98（2）:265-269.

[5]高东伟，于勇华.细胞因子与放射性肝损伤.实用肝脏病杂志，2006，9（4）:249-251.

[6]Wei C，Lei X，Ainiwaer A，et al.Molecular responses of radiation-induced liver damage in rats.Mol Med Rep，2015，11（4）: 2592-2600.

[7]Chen YX，Zeng ZC，Sun J，et al.Mesenchymal stem cell conditioned medium prevents radiation-induced liver injury by inhibiting inflammation and protecting sinusoidal endothelial cells.Radiat Res，2015，56（4）:700-708.

[8]Sun X，He Y，Ma TT，et al.Participation of miR-200a in TGF-β1-mediated hepatic stellate cell activation.Mol Cell Biochem，2014，388（1-2）:11-23.

[9]Yu JL，Li JH，Chengz RG，et al.Effect of matrine on transforming growth factorβ1 and hepatocyte growth factor in rat liver fibrosis model.Asian Pac J Trop Med，2014，7（5）:390-393.

[10]Kajdaniuk D，Marek B，Borgiel Marek H，et al.Transforming growth factor beta1（TGF-β1）in physiology and pathology. Endokrynol Pol，2013，64（5）:384-396.

[11]吴戈，肖蕾，张瑞丽，等.急性放射性肝损伤大鼠模型的建立与评价.中国实验动物学报，2015，23（2）:178-181.

[12]Imaeda M，Ishikawa H，Yoshida Y，et al.Long-term pathological and immunohistochemical features in the liver after intraoperative whole-liver irradiation in rats.J Radiat Res，2014，55（4）: 665-673.

[13]王云莲，艾尼瓦尔·艾木都拉，肖蕾，等.血清转化生长因子β1在大鼠放射性肝纤维化中的动态表达及其相关性研究.现代生物医学进展，2014，14（30）:5829-5832.

[14]Bai Q，An J，Wu X，et al.HBV promotes the proliferation of hepatic stellate cells via the PDGF-B/PDGFR-βsignalling pathway in vitro.Int JMol Med，2012，30（6）:1443-1450.

[15]李东，李新宇，龚钰清，等.PDGF-BB、TGF-β1与肝纤维化的相关性研究.海南医学，2012，23（21）：99-100.

[16]Velasco-Loyden G，Pérez-Carreón JI，Agüero JF，et al.Prevention of in vitro hepatic stellate cells activation by the adenosine derivative compound IFC 305.Biochem Pharmacol，2010，80（11）:1690-1699.

[17]Borkham-Kamphorst E，Kovalenko E，Van Roeyen CR，et al. Platelet-derived growth factor isoform expression in carbon tetrachloride-induced chronic liver injury.Lab Inves，2008，88（10）:1090-1100.

[18]Leask A，Holmes A，Black C M，et al.Connective tissue growth factor gene regulation.Requirements for its induction by transforming growth factor-beta 2 in fibroblasts.J Biol Chem，2003，278（15）:13008-130015.

[19]胡云龙，孔丽.TGF-β1，CTGF信号传导通路在小鼠肝纤维化发生中的作用.基础医学与临床，2012，32（1）:66-70.

[20]Yu FJ，Dong PH，Fan XF，et al.Down-regulation of angiotensinⅡby shRNA reduces collagen synthesis in hepatic stellate cells.Int JMol Med，2010，25（5）:801-806.

[21]Ponmari G，Annamalai A，Gopalakrishnan VK，et al.NF-κB activation and proinflammatory cytokines mediated protective effect of indigofera caerulea Roxb on CCl4 induced liver damage in rats.Int Immunopharmacol，2014，23（2）:672-680.

[22]李亚萍，党双锁，翟嵩，等.NF-κB、α-SMA及TGFβ1在实验性肝损伤中的表达.临床肝胆病杂志，2011，27（11）：1207-1210.

[23]Kim BH，Yoon JH，Yang JI，et al.Guggulsterone attenuates activation and survival of h epatic stellate cell by inhibiting nuclear factor kappa B activation and inducing apoptosis.J Gastroenterol Hepatol，2013，28（12）：1858-1868.

[24]高世乐，胡宗涛，秦峰，等.Smads蛋白家族在大鼠放射性肝纤维化形成过程中的表达.实验动物与比较医学，2015，35（3）：188-194.

[25]Jazirehi AR，Wenn PB，Damavand M.Therapeutic imp lications of targeting the PI3kinase/AKT/mTOR signaling module in melanoma therapy.Am J Cancer Res，2012，2（2）:178-191.

[26]Pal I，Mandal M.PI3K and AKt as molecular targets for cancer therapy:current clinincal outcomes.Acta Pharmacol Sin，2012，33（12）:1441-1458.

[27]罗晓旭，肖蕾，吴戈，等.PI3K/Akt信号通路与肝星状细胞活化的关系及其在放射性肝纤维化中的作用.中华放射医学与防护杂志，2015，35（9）：652-655.

[28]管洪庚，徐永锋，兰晶.血小板源生长因子通过PI3K/AKT途径促肝星状细胞增殖与Ⅰ型胶原合成.中华实验外科杂志，2007，24（11）：1332-1334.

[29]Jatiani SS，Baker SJ，Silverman LR，et al.JAK/STAT pathways in cytokine signaling and myeloproliferative disorder:approaches for targeted therapies.Genes Cancer，2010，1（10）:979-993.

[30]Lakner AM，Moore CC，Gulledge AA，et al.Daily genetic profiling indicates JAK/STAT signaling promotes early hepatic stellate cell transdifferentiation.World J Gastroenterol，2010，16（40）:5047-5056.

[31]Cipolletta E，Monaco S，Maione AS，et al.Calmodulin-dependent kinaseⅡmediates vascular smooth muscle cell proliferation and is potentiated by extracellular signal regulated kin ase. Endocrinology，2010，151（6）:2747-2759.

[32]陈莲香，舒建昌.PDGF与肝纤维化关系的研究新进展.胃肠病学和肝病学杂志，2011，20（1）：95-98.

[33]Kaji K，Yoshiji H，Ikenaka Y，et al.DipeptidyI peptidase-4 inhibitor attenuates hepatic fibrosis via suppression of activated hepatic stellate cell in rats.J Gastroenterol，2014，49（3）: 481-491.

[34]陈暑波，冯军，赵帆，等.大鼠急性放射性肝损伤TGF-β1和α-SMA的表达变化.中国现代医学杂志，2015，25（1）:12-15.

[35]Chun J，Zhang X，Jin L，et al.Protective effects of caffeic acid phenethyl ester against acute radiation-induced hepatic injury in rats.Environ Toxicol Pharmacol，2015，39（2）:683-689.

[36]Du SS，Qiang M，Zeng ZC，et al.Radiation-induced liver fibrosis is mitigated by gene therapy inhibiting transforming growth factor-βsignaling in the rat.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2010，78（5）：1513-1523.

（收稿：2016-05-17）

（本文编辑：朱传龙）

Cytokines and their signal transduction pathways in pathogenesis of radiation-induced liver injury

Zhou Aibin，Zhou Junping.
105th Hospital，Affiliated to Bengbu Medical College，Hefei 230031，Anhui Province，China

Radiation-induced liver injury（RILI）is one of the main complications in the radiotherapy of patients with primary liver cancer and abdom inal tumors，which limits the radiation doses for the tumor regions and may affects the outcomes of patients at some extent.It is reported that multiple cytokines are closely associated with the pathogenesis of RILI，and cytokines are involved in different stages of RILI by triggering a variety of downstream signaling pathways.In this paper，we try to introduce the latest research of cytokines and their signal transduction pathways related to RILI.

Radiation-induced liver injury；Cytokines；Signal transduction pathway

230031合肥市蚌埠医学院解放军第105医院临床学院（周蔼斌）；解放军第105医院肿瘤中心（周俊平）

周蔼斌，男，26岁，硕士研究生。主要从事临床肿瘤治疗研究

周俊平，E-mail:4652635@qq.com

10.3969/j.issn.1672-5069.2016.06.039