自噬在肝纤维化中作用的研究进展

刘国菊，彭雷

(1山东医学高等专科学校，济南250002;2山东大学第二医院)

肝硬化是由各种因素导致慢性肝损害的一类晚期肝纤维化疾病。据统计，全世界每年约31万人死于肝硬化，近年还有上升趋势[1]。肝纤维化是各种慢性肝病进展至肝硬化的必经过程，其实质是各种慢性肝损伤后的瘢痕修复反应，其最主要的病理特征是细胞外基质(ECM)在肝脏弥漫性过度沉积。肝星状细胞(HSC)是肝脏合成ECM的主要细胞群。在正常肝组织中，HSC处于静息状态。但当肝脏受到物理、化学或微生物感染等病理因素刺激时，处于静息状态的HSC被激活，转化为肌成纤维样细胞，并向组织受损部位迁移、积累，还能分泌多种促炎因子和促纤维化因子，继而合成大量ECM，造成肝脏内ECM过度积聚，逐渐形成肝纤维化[2]。因此，HSC的活化是肝纤维化发生、发展的核心环节。自噬是真核生物中一种由溶酶体介导的、高度保守的降解过程。越来越多研究证实，自噬通过降解脂质为HSC的活化提供能量，进而介导HSC的活化，并在肝纤维化发生、发展过程中发挥重要作用。本文结合文献就自噬在肝纤维化中作用的研究进展作一综述。

1 自噬概述

自噬是真核生物中一种由溶酶体介导的、高度保守的降解过程。上世纪60年代，有学者研究发现，细胞会把胞内成分包裹在膜中形成囊状结构，并运输到溶酶体内降解这些成分，从而提出了自噬这一概念[3]。但对自噬的机制知之甚少。直到上世纪90年代，日本学者大隅良典利用面包酵母定位了自噬的关键基因，之后进一步研究阐释了酵母自噬的机制，并证实人类细胞也遵循类似的过程。根据胞内底物转运到溶酶体的途径不同，可将自噬分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬，这三种类型需要不同的自噬相关基因和细胞化合物[4]。巨自噬依赖于细胞质中随机出现的球形囊泡，即自噬体，而自噬体能够沿着微管向溶酶体聚集的区域流动。微自噬是一种更为多样化的自噬类型，细胞质化合物或自发形成的囊泡可被溶酶体直接吞噬，与细胞的氨基酸饥饿密切相关[5]。分子伴侣介导的自噬具有更高的选择性，且与膜结构的重组无关[6]。通常所说的自噬是指巨自噬，是目前研究最深入、最经典的自噬形式。一般认为，自噬过程分为自噬诱导、自噬体形成与转运、自噬体降解与再循环3个阶段，其主要功能是将细胞质中的大分子物质(如蛋白质、RNA等)和一些细胞内源性底物(如生理或病理原因引起的衰老、破损细胞器)在单位膜包裹的囊泡中大量降解，从而维持细胞自身的稳定。正常的自噬过程对细胞内环境的稳定和细胞生命活动的顺利进行十分重要。自噬活性改变则可导致纤维化疾病、代谢综合症、肿瘤等疾病的发生。

2 HSC活化与肝纤维化的关系

肝纤维化是指各种致病因子所致的肝内结缔组织异常增生，导致肝内弥漫性ECM过度沉积的病理过程，是各种慢性肝病进展至肝硬化的中间过程和必经阶段。肝纤维化最重要的特征是含有丰富Ⅰ型胶原蛋白的ECM合成增多、降解减少，从而导致肝内ECM过度沉积。

HSC的激活是肝纤维化发生、发展的核心环节。HSC存在于Disse腔中，呈梭形或多边形，是体内储存视黄醛衍生物的首要部位，约占肝脏固有细胞总数的5%～8%[7]。正常情况下，HSC处于静息状态，形态小且胞质内富含脂质颗粒。当肝脏受到炎症或机械刺激等损伤时，HSC被激活，转化为肌成纤维样细胞，形态变得大而扁平，失去储存脂质颗粒的能力，转而向组织受损部位迁移并积累，分泌多种促炎因子、促纤维化因子，并通过旁分泌和自分泌作用，进一步刺激未激活转化的HSC转变为肌成纤维细胞。因此，活化的HSC是肝纤维化过程中ECM的主要来源。HSC的活化过程至少分为两个阶段，即启动阶段和维持阶段[8]。在HSC活化启动阶段，静息状态的HSC在各种原因引起的肝损伤刺激下，肝细胞、肝窦内皮细胞、库普弗细胞等HSC的邻近细胞可分泌多种细胞因子，并作用于HSC，促使HSC基因表达和表型改变，从而转变成肌成纤维细胞，此时静息状态的HSC即转变成活化的HSC[9]。HSC活化后，由于其功能和表型改变，储存的脂质和维生素A明显减少或消失，ECM分泌明显增加，并分泌大量的细胞因子及趋化因子，从而促使HSC的活化进入维持阶段[10]。HSC持续活化导致细胞增殖能力增强，并分泌大量的ECM，从而使ECM在肝脏内逐渐沉积，进而导致肝纤维化。

3 自噬与HSC活化的关系

研究发现，在四氯化碳诱导4周的小鼠肝纤维化模型中，自噬相关基因LC3B在肝组织中表达明显增加[11]，表明自噬活性在肝纤维化中明显增强，而且这一现象在原代培养的、活化的HSC中得到验证。有研究从乙肝患者纤维化肝组织中分离出的HSC发现，自噬活性亦明显增强[12]，表明自噬活性在不同原因导致的肝纤维化中均具有重要作用。

HSC的活化依赖于自噬，是由于自噬介导的脂质降解可为HSC活化提供能量[13]。据报道，自噬通过脂滴的动员、游离脂肪酸的释放和线粒体β氧化为HSC的活化提供能量。另有研究表明，氧化应激介导的内质网应激有助于激活HSC中的未折叠蛋白反应，导致HSC的活化。在发生内质网应激时，HSC同样可诱导相关自噬和纤维化基因的表达[14]。肌醇的激活需要酶1-X-盒转录因子路径触发自噬激活，在该过程中，它可通过自噬诱导肝纤维化反应。这些新发现提示细胞内脂质动员与消耗、氧化应激、内质网应激在触发自噬进而激活HSC和启动肝纤维化中具有内在联系。在慢性肝损伤模型中，小鼠HSC特异性ATG7表达缺失可减轻肝纤维化[15]。而抑制自噬可降低小鼠原代HSC的增殖和激活。因此，阻断自噬被认为是控制或预防纤维化进展的治疗策略之一。

自噬能够通过促进HSC活化，继而导致肝纤维化形成。但在肝巨噬细胞中，自噬却发挥抗纤维化作用[12]。在小鼠肝纤维化模型中，巨噬细胞ATG5表达缺失会抑制纤维化，其机制可能是能抑制炎症因子从巨噬细胞释放，从而抑制了HSC的活化[16]。另有研究表明，缺乏自噬的肝巨噬细胞可通过增强线粒体ROS-NF-κB-IL-1α/β途径促进肝脏炎症和肝纤维化的发生[17]。肝巨噬细胞中的自噬作用还能被单酰甘油脂肪酶抵消，该酶将2-花生酰甘油酯代谢为花生四烯酸，从而激活炎症性巨噬细胞。肝窦内皮细胞是肝窦内一种高度分化的细胞类型，在肝纤维化的发生、发展中具有重要作用。内皮细胞可维持血管张力，使HSC保持在静息状态。有研究证实，自噬对维持内皮细胞的稳态极其重要。在纤维化诱导模型中，内皮细胞自噬的选择性丧失可通过降低肝内NO含量及损伤氧化应激的处理能力而加重纤维化，表明自噬对慢性肝损伤的内皮细胞功能至关重要[18]。因此，自噬活性在HSC、巨噬细胞、内皮细胞等中的作用不同，尚需进一步研究其内在的作用机制，以更好地为自噬调控剂在肝纤维化治疗中的应用。

4 自噬调控在肝纤维化治疗中的应用

自噬是细胞组分降解和再循环的一个高度保守过程，许多药物直接或间接靶向这一过程，包括自噬诱导剂卡马西平、雷帕霉素、白藜芦醇、二甲双胍、氨甲喋呤或西酞普兰，以及自噬抑制剂如氯喹或羟基氯喹[19]。自噬在肝纤维化中既有正面作用，也有负面作用，使得将自噬作为肝纤维化的一种治疗方法极具挑战性。

研究表明，使用3-甲基腺嘌呤或小干扰RNA降低自噬相关基因5表达，可明显促进HSC凋亡[20]。尼洛替尼是一种酪氨酸激酶抑制剂，现已证实其能诱导细胞凋亡和HSC自噬性死亡[21]。因此，抑制自噬活性能延缓肝纤维化进展。在体内实验中，二甲基α酮戊二酸通过抑制HSC的自噬活性来减少四氯化碳诱导的肝纤维化[22]。3-甲基腺嘌呤等自噬抑制剂的治疗可导致α-SMA、Ⅰ型胶原表达显著下调，并导致细胞周期停滞于G2期，从而抑制HSC的增殖和活化[23]。自噬抑制剂巴普洛霉素或抑制自噬相关基因7的表达，亦可抑制HSC中Ⅰ型胶原蛋白的积累[24]。此外，有研究表明，肝窦内皮细胞和巨噬细胞的自噬活性增强有利于减轻肝纤维化，特别是在疾病早期。值得注意的是，自噬的抗肝纤维化作用与自噬的抗炎和保肝作用有关。研究证实，自噬的抗肝纤维化作用主要通过抑制肝细胞凋亡和诱导库普弗细胞产生抗炎作用两方面实现。此外，自噬还可通过调节T细胞的分化而减少IL-17分泌，间接发挥抗纤维化作用。因此，自噬不仅能促进HSC激活发挥促肝纤维化作用，还能调节非实质细胞的作用发挥抗肝纤维化作用。目前，已有多种自噬相关药物用于肝纤维化的治疗[25]，但由于肝纤维化期间自噬的复杂性和细胞特异性，目前尚无任何一种药物可直接作用于自噬。

综上所述，自噬在肝纤维化过程中具有双重作用，一方面通过氧化应激、内质网应激激活HSC，从而导致肝纤维化的发生、发展；另一方面，自噬还可通过调节内皮细胞、巨噬细胞等作用，发挥抗纤维化作用。这或许能部分解释自噬在不同类型肝细胞和肝纤维化不同阶段其作用不同。随着对自噬机制研究的深入，通过开发特异性抑制HSC自噬的药物，从而抑制HSC活化，继而延缓或逆转肝纤维化，为肝纤维化治疗提供新的治疗策略。