肝星状细胞活化相关信号通路的研究进展*

马会会 夏超明

苏州大学医学部病原生物学系 (江苏 苏州，215123)

肝纤维化是以细胞外基质(ECM)网络聚集为特征的一种动态过程，可因为各种不同的病因而导致慢性肝损伤，包括病毒感染，酒精性肝病以及非酒精性脂肪性肝炎[1]。肝纤维化实质是肝脏对各种损伤所产生的一种修复反应，其特征是ECM合成大于降解，在肝脏内过度沉积。肝星状细胞(HSCs)是肝纤维化的细胞学基础，是肝纤维化的主要效应细胞，其活化是肝纤维化形成的开端[2]。HSCs活化受多种细胞信号分子和胞内信号通路的调控，研究作用于这些信号转导过程或阻断这些信号转导级联反应的作用靶点，将成为防治肝纤维化的重要策略。

1 HSCs的起源与活化

1.1 HSCs的功能 19世纪70年代，HSCs首次被von Kupffer发现并命名为贮存维生素A的细胞。随着医学的不断发展，又被命名为贮脂细胞和肝窦周细胞。直到20 世纪80 年代作为产生ECM的主要细胞被发现并命名。以往的研究认为HSCs起源于神经外胚层，但近年来的研究发现HSCs起源于中胚层，且表达多能间充质祖细胞分化而来的神经细胞和其他间充质细胞[3]，认为HSCs起源于中胚层多能间充质祖细胞。HSCs属于肝脏间质细胞，在正常情况下处于静止状态，位于窦间隙Disse腔内，紧贴着肝窦内皮细胞和肝细胞，其数量占肝脏细胞总数的5%～8%，约占肝间质细胞的1/3[4]。

1.2 HSCs的活化 HSCs活化是以一系列形态和功能改变为特征的复杂过程。在各种肝损伤因素刺激下，处于静止状态的HSCs发生表型改变，维生素A丢失，转变为具有发达高尔基体和粗面内质网，并具有增殖性、收缩性和成纤维性的肌成纤维样细胞(MFBs)表型，即活化的HSCs。MFBs在损伤部位增殖、迁移和收缩，表达各种信号转导蛋白，大量合成以Ⅰ型和Ⅲ型胶原为主的ECM并沉积在肝脏，最终导致肝纤维化的形成[5]。众多研究证实，MFBs是导致肝纤维化发生、发展的主要细胞。整个活化过程大致分为两个主要阶段：启动阶段和持续阶段。

1.2.1 启动阶段 是指早期HSCs基因表达的改变及在胞内各种因子等刺激作用下产生的细胞表型改变。当肝脏受到损伤因子(如病毒感染、酒精性肝病、血吸虫感染等)刺激时，HSCs周围邻近细胞(如肝细胞、巨噬细胞、肝窦内皮细胞、血小板等)通过旁分泌作用分泌多种细胞因子，如纤维连接蛋白(FN)、转化生长因子β1(TGF-β1)、结缔组织生长因子(CTGF)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、血小板源性生长因子(PDGF)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)等，这些细胞因子共同作用于HSCs，诱导其早期基因转录的发生，使HSCs基因表达和表型发生改变，转变为具有增殖性、收缩性和促纤维性的MFBs。此时静止期HSCs转变为活化期HSCs，启动了HSCs的活化。

1.2.2 持续阶段 HSCs活化后，其功能和表型发生改变，表现为增殖能力、收缩性和促纤维生成明显增强，储存的脂滴和维生素A 减少或消失、ECM分泌能力增加，并分泌大量的趋化因子和细胞因子[6]， 这些功能和表型的改变是HSCs活化持续的驱动力。其中，活化的HSCs产生大量ECM及细胞因子是其活化得以持续的重要因素。首先，过度沉积的ECM可激活HSCs的相应受体参与HSCs活化，从而形成一个正反馈，促进HSCs进一步激活。其次，HSCs能通过自分泌产生多种细胞因子，如TGF-β1、TNF-α、IGF-1等，这些细胞因子对HSCs活化起级联放大作用，并可促进HSCs的自分泌和旁分泌，促进HSCs的进一步活化。这些错综复杂的作用和多种因素的调节使HSCs持续活化，并促进其分裂增殖，分泌大量ECM，导致肝纤维化持续进展。此时即使去除原发损伤因素，肝纤维化仍将持续。

2 HSCs活化过程中所涉及的信号通路

2.1 TGF-β/Smad 信号通路 TGF-β/Smad 信号通路在HSCs活化过程中发挥重要作用。TGF-β是一种对细胞生长、增殖、分化起重要调节作用的分泌性多肽信号分子，广泛存在于线虫和哺乳动物中[7]。目前，TGF-β普遍被认为是最强有力的促纤维化因子，包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4、TGF-β5亚型，人体内仅有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3亚型，其中以TGF-β1为主[8]。Smad蛋白是线虫Sma蛋白与果蝇Mad蛋白的同源蛋白，主要包括Smad 1～9。根据结构Smads蛋白家族，可分为膜受体激活型Smad(R-Smad) 、通用型Smad(Co-Smad) 和抑制性Smad(Ⅰ-Smad)3个亚家族[9]。其中，R-Smad能够与Co-Smad结合形成二聚体，并与胞核辅助激活蛋白或阻遏蛋白结合，从而调节靶基因的转录; Ⅰ-Smad则能够与R-Smad 竞争性结合受体，从而阻止R-Smad 磷酸化或抑制Smad异源二聚体的形成，负性调控靶基因的转录[10]。在TGF-β/Smad 信号通路激活过程中，首先是配体TGF-β与细胞膜表面的TGF-β Ⅱ 型受体(TβRⅡ)结合，继而促进TβRⅡ 二聚体与两个TGF-β Ⅰ 型受体(TβRⅠ)的相互作用，使TβRⅠ在丝氨酸和苏氨酸位点发生磷酸化以激活TβRⅠ的催化活力，接着TβRⅠ将磷酸基团传给R-Smad(Smad2和Smad3)，然后R-Smad 与Co-Smad(Smad4)结合形成异源三聚体复合物，此复合物进入细胞核内，与核内DNA上的特异型受体结合，调节靶基因的转录，最终实现整个信号的传递[11]。当肝脏受到损伤因子刺激时，TGF-β 与HSCs表面具有高度亲和力的TβR结合，使下游R-Smad 持续磷酸化、Ⅰ-Smad 表达下降，将信号转入细胞核内，启动HSCs活化[12]。在HSCs中，TGF-β1介导的Smad2/3激活能够诱导Ⅰ型和Ⅲ型胶原的合成，进而促进肝纤维化的发生[13]。TGF-β1也能够激活MAPK信号通路，包括Ras/ERK、JNK信号通路等，共同促进HSCs的激活[14]。

2.2 Notch信号通路 Notch信号通路是正常胚胎发育过程中的一种保守的进化信号通路，在调节组织稳态和成人干细胞分化和发育中起着关键作用。1917年，Morgan及其同事在突变的果蝇中发现Notch基因，因该基因的部分功能缺失会在果蝇翅膀的边缘造成缺刻(Notch)而得名，哺乳动物有4种Notch受体(Notch1～4)和5种Notch配体(Jagged 1,Jagged2 和Delta-like1,3,4),这些同源化合物共有高度保守区域。Notch信号的产生是通过相邻细胞的Notch配体与受体相互作用，Notch蛋白经过3次剪切，由胞内段释放入胞质，并进入细胞核与转录因子CSL结合，形成NIVD/CSL转录激活复合体，从而激活HES、HEY、HERP等碱性-螺旋-环-螺旋转录抑制因子家族的靶基因，发挥生物学作用[15]。

2.3 Wnt /β-catenin信号通路 Wnt信号通路是调控细胞生长、增殖、凋亡等生理过程的重要信号通路，包括Wnt经典信号通路( Wnt /β-catenin 信号通路) 和非经典信号通路[16]。在经典信号通路中，β-catenin是Wnt的下游信号分子，当此途径被激活后，分泌到胞外的Wnt蛋白与受体蛋白结合形成复合物，信号转导至胞质内，使末端磷酸化的β-catenin在胞质内蓄积并进入核内，激活转录因子，最终通过引起某些特定基因的表达增强或减弱而发挥其功能[17]。在肝纤维化过程中，被异常激活的Wnt 信号主要通过Wnt /β-catenin通路调节HSCs的活化与增殖，进而参与肝纤维化的发生发展。研究发现，当应用Wnt信号拮抗剂、miRNA、siRNA 等方法阻断或抑制Wnt /β-catenin通路时，HSCs的活性也受到抑制[18]。

2.4 Integrin β1 信号通路 整合素(Integrin)是由α(120～185kD)和β(90～110kD)两个亚单位组成的异源二聚体跨膜受体蛋白，迄今已发现18种α亚单位和9种β亚单位，其中Integrinβ1主要介导细胞与细胞外基质成分之间的粘附，并介导细胞与细胞外基质之间的双向信号传导。HSCs表达两种类型的胶原受体，即Integrin和盘状结构域受体酪氨酸激酶(DDRs)，当收到来自ECM成分的信号后，每一种类型的胶原受体都可以调控细胞的粘附、分化、增殖和迁移。Integrin也能够控制TGF-β的释放和激活，可以作为一个抑制TGF-β激活的潜在细胞表面靶点。在CCl4诱导的肝纤维化模型中，HSCs特定敲除整合素后，小鼠的肝纤维化明显减轻，在肾脏和肺纤维化模型中也有相同的表现[19]。Integrinβ1也调控活化HSCs的促纤维化亚型，丝氨酸/苏氨酸激酶PAK1和Yes相关蛋白1(YAP1)是促纤维化Integrin β1 信号通路中的中心介质[20]，DDRs是其受体酪氨酸激酶，在急性肝损伤时，通过DDRs结合的胶原大大增加，同时也导致更严重的肝纤维化。

2.5 Hedgehog信号通路 Hedgehog信号通路主要由Hedgehog配体、PTC和SMO两个跨膜受体以及下游的GLI家族转录因子(GLI1、GLI2、GLI3)组成，其活性与HSCs的活化密切相关，在肝纤维化过程中扮演着非常重要的角色。在HSCs活化过程中，首先是通过自分泌、旁分泌或内分泌机制分泌的Hedgehog配体自我活化 ，剪切掉自身C-末端，然后与胆固醇共价结合，活化为具有信号转导功能的蛋白，再进一步与跨膜受体PTC结合。随着Hedgehog配体与PTC受体结合的增加，SMO蛋白被激活，激活的SMO蛋白进入细胞内，促进核内GLI2的积聚，GLI2再激活核内GLI1，从而启动靶基因的转录。活化的GLI还能通过激活PDGF、TGF-β/Smad 等信号通路，促使HCSs活化[22]。此外，瘦素也可通过激活Hedgehog信号通路，来启动HSCs的活化[23]。有研究发现，使用SMO基因敲除的小鼠构建肝损伤模型，可明显抑制HSCs活性及肝纤维化的发展[24]，在蛋氨酸-胆碱缺乏饮食诱导的非酒精性脂肪性肝纤维化模型中，与野生型小鼠相比，PTC杂合子小鼠表现出更严重的肝纤维化[25]，这些研究数据显示阻断Hedgehog信号通路有望成为防治肝纤维化的新策略。

2.6 HSCs活化过程中新兴的信号通路 另有一些新兴的信号转导通路，如YAP1信号通路[26]、内皮唾液酸蛋白(Endosialin)信号通路[27]、结构域结合蛋白4(BRD4)信号通路、半乳糖蛋白3(Galectin3)信号通路、GATA结合蛋白4(GATA4)信号通路[28]、骨形态发生蛋白6(BMP6)信号通路[29]、生长停滞特异性蛋白6(GAS6)和受体酪氨酸激酶AXL信号通路[30]等,也参与了HSCs的活化过程，在HSCs活化及肝纤维化过程中发挥着重要作用。

3 结语与展望

综上所述，HSCs活化过程十分复杂，涉及多种信号分子及多条信号通路，这些信号通路相互交错、互相影响，共同作用于HSCs活化、增殖及肝纤维化的整个过程。TGF-β/Smad信号和Integrin β1信号主要通过促进诱导Ⅰ型和Ⅲ型胶原的合成，进而促进肝纤维化的发生，Wnt /β-catenin 信号主要调控HSCs的生长、增殖和迁移，从而促进HSCs的活化，而Hedgehog信号主要通过促进α-SMA的表达来促进HSCs的活化，Hedgehog和Notch信号通路的相互作用也许是HSCs活化的两条关键通路，它们不仅能促进肝纤维化的发生，而且可以促进肝中肌成纤维样细胞、胆管上皮细胞、肝细胞、肝脏祖细胞等的聚集和增殖，这些细胞可间接分泌致HSCs活化的细胞因子，促进肝纤维化的发生，值得进一步深入研究。虽然目前大多数研究仍局限于体外和动物实验，涉及的信号通路干扰药物也大多缺乏细胞特异性，但相信随着对这些信号通路的深入阐明，必将为肝纤维化的发生机制提供新的认知，继而研发出临床上可用于控制及防治肝纤维化的有效途径和方法。