肝切除术后肝脏再生临床应用研究进展

欧阳高雄，肖燕燕，任 远，刘剑勇，张志明※

(1.广西医科大学附属肿瘤医院肝胆外科，南宁 530021； 2.阳新县第三人民医院超声科，湖北 阳新 435200)

肝脏具有极强的代谢功能和再生潜能。当肝脏受到外伤、感染、中毒、肝切除等刺激后，肝细胞会迅速有序地分裂，显示出超强的再生能力和强大的代偿功能。在世界范围内，肝细胞性肝癌(hepacellular carcinoma,HCC)是最常见的恶性肿瘤之一，而我国属于HCC高发区，发病人数占全球HCC发生总数的70%，居国内肿瘤病死率的第3位[1-2]。目前，肝切除仍是HCC的主要治疗方法之一[3-4]，而术后发生肝功能不全乃至肝衰竭是HCC患者在围术期死亡的主要原因[5]。这可能是由于术后残余肝体积不足，不能满足机体代谢及肝脏再生的需求，故易发生肝功能不全、肝衰竭，甚至死亡[6]。因此，揭示肝切除术后肝脏再生的机制非常重要。现就肝切除术后肝脏再生的机制进行综述，旨在深刻了解肝脏再生机制的基础上更好、更安全地在临床上开展肝脏大部分切除术及活体肝移植(living donor live transplantion，LDLT)，为各种肝脏疾病的诊疗提供新的策略。

1 肝切除后肝脏再生的过程

1.1肝再生的启动阶段 为方便研究和理解，学者们将肝再生划分为启动、增殖及终止阶段。肝切除术后0～4 h即肝再生的启动阶段，此时肝实质细胞从G0期进入G1期。在此期内，转录因子基因、应激和炎症反应相关基因、调节细胞骨架和细胞外基质基因、细胞周期调控基因等早期基因表达；肝切除术后4～12 h即肝再生启动阶段的进展期，细胞内多种延迟早期基因表达上调和部分细胞周期基因开始出现表达。

肝切除术后肝再生的启动机制目前尚不清楚。分子生物学研究表明，肝切除术后炎症和免疫反应促进肝实质细胞(肝细胞、血管内皮细胞、肝窦内皮细胞等)和肝内非实质细胞分泌多种活性物质，如白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)等，这些活性物质通过血液循环作用于全身，共同触发了残余肝的再生[7]。生理学研究认为，肝切除术后残余肝门静脉压力突然升高是肝再生最直接的启动机制[8]。术后残余肝门静脉压力急剧升高，导致肝窦内压力迅速上升，刺激肝窦内皮细胞分泌HGF、IL-6、一氧化氮、一氧化氮合酶等因子，促进肝再生；急剧升高的门静脉压力对肝窦内皮细胞形成剪切应力，刺激肝窦内皮细胞和肝细胞增殖[9-10]。研究表明，在肝切除术后肝再生的启动阶段中，TNF-α和IL-6是促进肝细胞周期从G0向G1期转变的主要细胞因子[11]。

TNF-α对肝再生具有双重作用，在肝再生过程中充当肝再生的启动因子，促进肝再生；当TNF-α水平过高时可以抑制和延缓肝再生[12]。TNF-α与受体结合后，能快速促进肝非实质性细胞(主要是库普弗细胞)分泌和释放IL-6和活化信号转导及转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)，启动肝再生[12]。研究表明，用TNF抗体处理的大鼠或剔除TNF受体1基因的小鼠，肝切除术后残余肝细胞的增殖明显下降，细胞内DNA的合成也明显减少[13-14]。

IL-6是一种急性反应性蛋白，在肝切除后1 h迅速升高，24 h达到峰值。肝切除术后IL-6与其受体结合，使Janus激酶(Janus kinase，JAK)活化，激活转录因子STAT3，形成具有二聚体结构的STAT3，并转移到细胞核内促进目的基因转录[15]。此外，IL-6通过调节细胞因子信号转导抑制因子(suppressor of cytokine signaling，SOCS)负反馈调节活化信号，即活化的STAT3过高时能促进SOCS的产生，从而抑制IL-6对STAT3的激活。SOCS在肝再生过程中发挥着重要的调节作用，通过与IL-6相互作用精确调节肝再生[16]。

1.2肝脏再生的增殖阶段 增殖阶段是指肝细胞在多种因子，如HGF、转化生长因子(transforming growth factor，TGF)α、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)等作用下进入G1期并向S期转变的过程，主要涉及细胞的增殖和生长。肝再生的启动阶段和增殖阶段并无明确的分界线，在启动阶段发挥作用的细胞活性物质和因子仍会作用于细胞周期的增殖阶段。

细胞周期蛋白D1的产生标志着细胞进入细胞周期，是增殖阶段重要的调控位点。启动阶段中被激活的STAT3调控多种基因，如细胞周期蛋白D1、p21等的表达，从而调节细胞周期[17]。与此同时产生的抗氧化蛋白和抗凋亡蛋白能抑制细胞的凋亡过程，进而保护肝细胞。此外,细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent protein kinases，CDKs)与周期蛋白结合形成CDKs复合物，抑制细胞周期相关调节蛋白，如Rb、p130的磷酸化，激活并释放转录因子E2F，直接启动和维持细胞周期的有序进行，促使肝细胞顺利通过G1限制点，促进DNA复制和肝细胞增殖。当肝细胞通过G1限制点并出现细胞周期蛋白D1表达时，将不可逆地进行细胞周期循环，直到肝再生终止信号表达。

肝切除术后肝细胞从肝再生的启动阶段进入细胞周期的必备条件之一是HGF-cMet信号通路的激活。肝切除术后3 h，HGF即被合成，并以旁分泌或自分泌的形式作用于肝细胞，在肝细胞内通过信号级联放大效应促进HGF的合成。c-Met是一种酪氨酸激酶受体，与HGF结合后迅速发生磷酸化。磷酸化的c-Met通过级联作用使多种底物的酪氨酸发生磷酸化,进一步调控与细胞分裂周期密切相关的激酶，如细胞外信号调节激酶、蛋白激酶B、磷脂酰肌醇-3-激酶、S6等[18]。此外，c-Met还通过与凋亡受体Fas结合，发挥抗细胞凋亡效应，进而防止细胞凋亡[19]。

EGF与表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)组成了一个极为复杂的分子信号转导系统，在调控肝再生的分子信号转导中发挥着无可替代的作用。此外，EGFR还存在另外的配体TGF-α，由肝细胞产生，也是肝再生的直接丝裂原，能促进肝细胞的分裂和增殖[20]。据文献报道，肝切除术后小鼠血液中EGF的水平并未升高，而EGFR在术后30～60 min发生磷酸化[21]，其磷酸化增强的时间与c-Met激活的时间大致相同,可能的原因是EGFR与不同受体发生了交叉反应[22]。EGF在肝切除术后能强烈促进肝细胞的有丝分裂和增殖，为肝细胞提供极强的促有丝分裂信号[23-24]。

肝切除术后2～3 h，TGF-α即开始升高,并维持到术后48 h。TGF-α激活主要受TNF-α转换酶调控蛋白质裂解物的调控[25]。研究表明，小鼠TGF-α基因过表达会导致肝脏过度增生，甚至癌变[26]。将TGF-α注入正常大鼠体内也会引起肝细胞增殖和DNA合成[27]。由此可见，TGF-α在肝脏的再生中扮演着至关重要的角色。

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是血管内皮细胞特异性的肝素结合生长因子，能够有效促进内皮细胞增殖、强烈促进血管再生、快速增加血管通透性，是肝再生过程中不可缺少的细胞因子[28]。研究表明，肝切除术后增殖的部分肝细胞可大量分泌VEGF，从而促进肝血窦内皮细胞的分裂和增殖，并调节肝窦血管网重建[29]。肝窦血管网重建是肝再生过程中的重要部分，其承担着肝细胞的血液供应，同时在调节肝脏结构重构中发挥重要作用。

1.3肝脏再生的终止阶段 研究表明，肝切除术后，残余肝再生至术前或略超过术前肝重和体积时，肝细胞就会停止增殖和再生，并清除过量的肝细胞，以形成最佳的肝重和体积[30]。目前对于肝再生的终止信号尚不完全了解，TGF-β1是国内外学者研究最多的肝再生抑制信号分子，肝切除后早期增殖阶段分泌的HGF和EGF除能促进肝细胞增殖外，也能激活TGF-β1。TGF-β1通过与TGF-β受体2结合使自身磷酸化，从而活化丝氨酸激酶，使下游靶分子Smad家族蛋白发生磷酸化，对抗其他生长因子的促增殖效应和促凋亡效应，抑制肝再生信号的转导，激活肝再生的终止信号[31]。此外,TGF-β1还能活化肝星状细胞，使其分泌细胞外基质，HGF与细胞外基质结合后能避免被尿激酶激活,从而抑制肝细胞的过度增殖,使HGF重新进入G0期[32]。

微RNA(microRNA，miRNA) 是一类新发现的小RNA，由调控基因转录后产生，参与生命体生长和发育的多个环节。miR-23b是具有多种信号通路调节功能的miRNA。用芯片筛选肝再生终止阶段miRNA的表达时发现，miR-23b的表达量明显降低[33]。随后的动物实验也发现，miR-23b的表达量在终止阶段下调[34]。TGF-β1是miR-23b的上游调节分子，终止阶段miR-23b表达的下调，导致Smad3的转录下降，从而间接激活TGF-β1信号通路，触发肝再生的终止[35]。此外，肝脏再生过程中产生的神经生长因子通过与神经营养因子受体p75结合，使肝星状细胞发生程序性凋亡,进而引发肝再生的终止[36]。还有研究认为,细胞外基质可以与整合素调节蛋白结合，从而引起肝再生终止[37]。肝再生的终止机制极为复杂，还有待于学者们进一步深入研究。

2 肝脏再生的临床应用

随着外科技术和患者管理水平的不断提升，肝切除术后患者肝衰竭乃至死亡的发生率明显减少，但术后肝功能不全仍时有发生。快速有效地促进肝再生，使残余肝在短期内补充丢失的肝组织，满足机体正常的代谢需求，防止术后肝功能不全的发生，有利于创伤的快速愈合和患者的早期康复。

2.1门静脉栓塞术(portal vein embolization，PVE) PVE是指对门静脉主要分支进行选择性栓塞，从而改变门静脉的血流状况，使栓塞侧肝叶的门静脉血流供应明显减少，而非栓塞侧肝叶门静脉和门静脉压血流供应增加，致使栓塞侧肝叶坏死萎缩，非栓塞侧肝叶代偿增生[38-39]。在20世纪80年代，Kinoshita等[40]首次采用PVE治疗原发性肝癌伴门静脉癌栓患者发现，非栓塞侧肝叶出现了明显的增生。随后一系列研究表明，行大部分肝切除术的患者术前应用PVE能够促进预保留侧肝叶的再生[41-43]。近年来PVE逐渐应用于临床实践中，目前肝切除术前PVE能快速促进预保留侧肝叶再生，扩大手术切除指征，增加手术安全性，减少术后并发症的发生。PVE仅用于有高风险肝切除术后，预计残余肝组织不足的患者，并不具有普遍适用性[44]。对于PVE的适应证目前尚无统一标准，大部分学者认为，肝功能正常，残余肝/总肝体积<25%或有基础性肝病(残余肝/总肝体积<40%)的患者直接行肝切除存在巨大的手术风险，由于残余肝不足，无法满足肝再生需求，易出现术后肝功能不全和术后并发症，术前需要考虑PVE[45-46]。此外，对于肝功能正常(残余肝/总肝体积>30%)或有肝硬化(残余肝/总肝体积>50%)的患者直接行肝切除较为安全[47]。

2.2联合肝脏分隔和门静脉结扎的分阶段肝切除术(associating liver partition with portal vein ligation for staged hepatectomy，ALPPS) ALPPS包括两个阶段：第一阶段，剖腹探查肝脏肿瘤，沿肝镰状韧带离断肝脏，并行右门静脉结扎和胆囊切除，同时保留右肝动脉和静脉；第二阶段，术后1周残余肝再生理想的情况下行扩大右半肝切除。ALPPS能促进残余肝组织急速增生，从而提高手术的可切除率。ALPPS第一阶段术后残余肝组织1周内再生率高达74%～87%，远优于门静脉栓塞和结扎[48]。2012年，Schnitzbauer等[49]在研究中首次描述了该种手术方式。随后多项研究证实，ALPPS给予PVE术后失败以及肝切除术导致残余肝体积不足的患者治疗机会，提高了手术切除率[50-51]。

2.3LDLT 目前LDLT是治疗终末期肝病唯一有效的方法。虽然LDLT有效解决了供肝短缺的问题，也为更多患者提供了手术机会，但移植后并发症的发生率较高，这可能与移植肝体积不足有关。然而，为了保证活体供肝者的安全，往往需要尽量缩小移植肝的体积。因此，只有保持两者之间的平衡，才能保证供体的安全，并改善受体的临床预后。目前认为，移植肝与受体肝重量比>0.8%或移植肝与受体肝体积比>40%的情况下，移植肝才能够维持术后受体基础肝功能和肝再生[52]。

2.4手术切缘 由于术者习惯不同，手术切缘的处理也不同，而术中切缘的处理往往会影响术后残余肝的再生。潘树波和耿小平[53]行右半肝切除时发现，术中切除肝中静脉Ⅳb段属支，术后Ⅳb段肝再生往往不理想。Lubezky等[54]也发现，在右半肝切除患者中，保留肝中静脉的患者术后S4段呈明显不均匀性增生，而切除肝中静脉的患者术后S4段呈均匀性增生，但后者S4段的再生率明显低于前者。目前肝切除术中切缘的处理影响术后残余肝再生的机制尚不十分清楚，可能与术后切缘的炎症反应和静脉引流有关。

2.5营养 营养不良或障碍必然会影响肝脏的再生，因此只有保证充足的营养摄入才能更好地促进肝脏的再生。部分肝切除术后给予患者输入中长链脂肪乳和支链氨基酸能够有效促进残余肝组织的再生和肝功能的恢复。部分肝切除术后肝硬化患者残余肝的肝细胞中存在明显的能量代谢失衡，致使ATP合成显著减少，导致残余肝细胞的分裂和增殖明显受到抑制，从而延缓患者术后肝功能的恢复，易诱发患者术后出现肝功能不全，甚至肝衰竭[55]。

2.6肝脏脂肪变性 Garnol等[56]和Sydor等[57]研究肝脏脂肪变性对部分肝切除术后小鼠肝再生的影响发现，脂肪变性小鼠术后肝细胞的DNA合成量与无脂肪变性的小鼠相比差异无统计学意义，表明肝脏脂肪变性并不影响肝切除术后残余肝的再生。但有研究表明，无肝病患者与脂肪肝患者比较，肝切除术后早期两者的残余肝再生指数差异并无统计学意义，但随着时间的延长，中重度脂肪肝患者残余肝再生指数明显下降，表明肝脏脂肪变性会影响术后残余肝的再生[58]。肝脂肪变性是否会影响肝切除术后残余肝的再生，目前尚不清楚，仍有待进一步研究证实。

2.7病毒感染 多项研究表明，乙型肝炎病毒感染会抑制肝脏再生[59-60]。动物实验证实，乙型肝炎病毒感染大鼠肝切除术后早期，残余肝细胞会大量分泌IL-6，乙型肝炎病毒感染也会导致残余肝细胞的STAT3磷酸化，导致SOCS3的转录产物大量聚集在肝细胞周围。而SOCS3转录产物聚集造成细胞外信号调节激酶1/2磷酸化，从而抑制肝细胞DNA复制和增殖[61]。

2.8干细胞 Takahashi等[62]从成人成纤维细胞中成功诱导出多能干细胞，这为肝脏疾病的治疗开辟了新途径。Kuijk等[63]将肝细胞移植入肝衰竭大鼠体内，成功改善了大鼠的肝功能，同时发现Igr5很可能是肝干细胞的表面标志物，而Wnt蛋白与维持干细胞功能密切相关。随着对干细胞研究的深入，已经可以从不同细胞中诱导出多能干细胞，如自体诱导的多能干细胞、间叶细胞诱导的多能干细胞、内源性肝干细胞等，这极大丰富了肝移植的材料来源。研究证实，Wnt信号是维持干细胞特性的重要标志，表面覆盖Wnt蛋白是干细胞的重要特征[64]。这为干细胞的鉴定提供了依据，也为将来采用肝干细胞在体外培养下构建类肝器官打下了坚实的基础。

3 小 结

肝切除后肝再生是一个极其复杂的过程。虽然很多学者早已注意到肝切除术后肝脏会出现明显再生，且再生的程度也与患者的预后相关。近年来，国内外学者们都在专注于研究肝移植术后和肝切除术后肝脏再生的机制，其为肝功能异常的治疗开辟了新途径。采用门静脉结扎或栓塞、ALPPS等可使预保留的残余肝在短期内迅速再生，从而允许大范围的肝切除，又能避免术后肝衰竭的发生，扩大了肝切除的适应人群。肝细胞移植也为先天性肝脏代谢性疾病的治疗提供了可能，也许在不久的将来，人们可以采用自己的细胞制作出个体化的人工肝，这将为各种肝病的治疗提供新的策略。