信号传导通路在肝纤维化发生机制中的研究进展

朱其荣，喻雪琴，陈芳，陈星，戢敏，梅怡晗，梅小平

(1川北医学院附属医院，四川南充637000；2首都医科大学)

肝纤维化是由多种慢性致病因素所致肝损伤或炎症后，肝组织修复过程中细胞外基质(ECM)过度沉积所致的病理过程与结果[1]。在肝组织慢性损伤、炎症与修复过程中，ECM生成增加与降解减少、ECM过度沉积，是导致肝纤维化发生的根本原因。引起ECM产生与过度沉积的最重要细胞是活化的肝星状细胞(HSCs)，其中众多细胞信号通路参与了HSCs的激活、增生及肝纤维化的发生。对参与肝纤维化发生的相关信号通路进行阻断有助于延缓或阻断肝纤维化的发生，达到防治肝纤维化的目的。现就部分信号通路参与肝纤维化发生机制中的作用进行初步综述。

1 转化生长因子-β(TGF-β)/Smad信号通路对肝纤维化发生的影响

TGF-β是一簇有多生物活性的蛋白质，包括TGF-β、抑制素、骨形成蛋白(BMP)和活化素。TGF-β至少有5种异构体，包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4、TGF-β5，与肝纤维化发生有密切关系的是TGF-β1[2]，也是目前公认最重要的致肝纤维化因子[3]。TGF-β1分布于动物组织细胞内，在骨组织和血小板中丰度最高，正常肝组织中TGF-β低水平表达，在受损或炎症肝组织中TGF-β高表达，是导致肝组织ECM形成或肝纤维化发生的关键因素。TGF-β产生的信号要传至细胞核内的下游信号分子是Smad蛋白，TGF-β是诱导和促进肝纤维化发生的最重要的细胞因子之一，TGF-β信号通路中具有转录激活作用的胞内信号分子是Smad蛋白质，Smad蛋白质是TGF-β细胞内激酶的惟一底物，是TGF-β从膜受体到细胞核内基因信号传导的关键环节和TGF-β/Smad信号通路的主要组成部分，对TGF-β/Smad信号通路活化状态的激活、维持发挥作用[4]。

1.1 TGF-β/Smad对肝细胞再生的抑制作用 细胞再生是肝组织修复的重要形式。研究发现，TGF-β能有效抑制肝细胞再生[5]，同时TGF-β可诱导上皮间质转换，促进肝纤维化发生[6]。Bi等[7]研究发现，TGF-β是诱导和促进上皮间质转换而导致肝纤维化发生发展的重要因子，促使肝细胞转化为间质细胞而导致胶原纤维高表达。研究结果显示，肝脏干细胞在用TGF-β激活后，其cAMP、Smad3、Smad7水平在8 h后表达增高，24 h后恢复正常，表明TGF-β可活化cAMP/Smad通路，参与肝纤维化的发生发展过程[8]。研究证实，TGF-β通过TGF-β/Smad信号通路阻止了肝细胞生长，进而诱导和促进前体细胞间质转化，从而导致ECM高表达与过度沉积，导致肝纤维化发生。

1.2 TGF-β/Smad促进HSCs活化与增殖 机体间质细胞、成纤维母细胞高丰度表达是HSCs活化、增殖的结果，也会导致ECM高表达，这是慢性肝病发生纤维化最重要的发生机制。TGF-β通过TGF-β/Smad信号通路来实现HSCs活化、增殖及转化为间质细胞、成纤维母细胞的作用，从而导致ECM高表达而发生肝纤维化。研究发现，TGF-β、IL-13对肝纤维化的发生具有调控作用，TGF-β通过活化TGF-β/Smad通路来激活HSCs，IL-13通过活化JAK-STAT6信号通路来活化HSCs等达到促肝纤维化的发生。另外，TGF-β也可直接激活HSCs，还可通过其他细胞因子间接激活HSCs。Nagaraja等[9]研究结果显示，TGF-β可通过激活MAPK/Smad通路来促进结缔组织生长因子(CTGF)高表达，CTGF也是一种致肝纤维化因子，HSCs是CTGF的主要来源，CTGF本身可直诱导HSCs激活、增殖，促进活化的HSCs合成及分泌高表达的ECM。同时研究发现，TGF-β还可上调内皮素，高表达的内皮素可诱导、促进TGF-β激活Smad1、Smad5，使HSCs激活后标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)高表达，显示TGF-β具有激活、增殖HSCs的作用，活化增殖后的HSCs可促进各种致肝纤维化因子高表达，促进肝纤维化的发生发展。

2 果蝇翅膀边缘缺刻基因(Notch)信号通路对肝纤维化发生的影响

Notch信号为一高度保守的信号通路，存在于多物种之中，介导细胞间信号传导，调控组织器官发育与细胞活化、增殖、分化及凋亡。Notch信号通路有个4受体(Notch1、Notch2、 Notch3、Notch4)和5个配体，成人正常肝组织与外周血中均可检出Notch1、Notch2、Notch3、Notch4受体表达。

2.1 Notch信号通路对HSCs活化的影响 肝组织炎症时高表达的细胞因子是致HSCs激活而发生肝纤维化的关键环节。研究发现，在对正常大鼠肝脏中分离的原代HSCs与被激活的HSCs进行对比研究发现，Notch受体和配体表达水平差异明显，在未激活的HSCs中未检出Notch配体Jag1表达，在肝细胞及活化的HSCs中可检出Jag1表达，显示未活化的HSCs需要提供Notch配体才能检出Jag1表达，并达到激活与维持Notch信号通路的有效性。研究发现，未活化的HSCs中，Notch受体Notch1、Notch2、Notch4及其靶基因高表达；激活HSCs后，Notch1、Notch2、Notch4及其靶基因水平下降，以Notch1下调为著[10]；随着HSCs激活与高表达，Notch受体中的Notch3高表达。研究发现，Notch3与HSCs激活、增殖关系密切[11,12]。对大鼠肝脏纤维化模型研究发现，肝纤维化组织中α-SMA、Notch3、Jagged1水平高表达。结果显示，降低、抑制、阻断Notch3水平可抑制HSCs激活，Notch3仅作为Notch通路中的上游靶基因之一，其下游靶基因众多，对Notch3干预后，其Notch信号通路可表现多效性特点，因此，仅通过降低、抑制、阻断Notch3来阻断HSCs的激活以达到防治肝纤维化的目的尚不现实，家族Notch信号通路与HSCs活化间关系也不十分清楚，有待进一步探索。

2.2 Notch与相关信号通路协同对HSCs活化的影响

2.2.1 Notch与TGF-β/Smad信号通路协同对HSCs活化的调节 初步研究发现，Notch与TGF-β信号通路对HSCs活化具有一定协同作用，TGF-β下游分子Smad3可结合Notch信号通路的下游分子CSL，同时本身也要结合该信号通路的靶基因启动因子上的Smad，TGF-β具有协同、增强Notch信号作用，通过激活Smad2、Smad3蛋白，促进其与Notch信号通路的下游分子直接作用，结合Hes1基因的启动子，促进Hes1基因高表达[13]；另外Notch信号通路可提高Smad2/3磷酸化水平，促进Smad3蛋白高表达，延长Smad3蛋白半衰期，上调TGF-β/Smad靶基因表达，通过Notch与TGF-β/Smad信号通路的协同作用，可显著上调α-SMA水平。若α-SMA水平下调，HSCs的活化能力下降，在抑制Notch信号通路后，α-SMA水平下调明显，达到阻断HSCs活化的作用[14]。

2.2.2 Notch与果蝇无翅基因(Wnt)信号通路协同对HSCs活化的影响 研究发现，Wnt信号通路能诱导、促进HSCs激活。通过研究静止期与激活后原代HSCs中Wnt受配体及其下游分子的表达水平发现，Wnt信号通路的受配体及其下游分子在活化的HSCs中水平上调明显[15]，活化Wnt信号通路后，ECM水平上调；在使用内源性阻断剂DDK1阻断和抑制Wnt信号通路后，ECM表达水平无明显变化；结果显示，激活Wnt信号通路能有效诱导、促进HSCs活化。研究发现，在活化的HSCs中的Wnt信号强表达时，Notch信号通路为强信号或高表达；在阻断Wnt信号通路后，Notch信号表达显著下调，显示Wnt信号对Notch信号通路有协调作用[16]，但在HSCs中Notch与Wnt信号通路的协同机制尚不清除。

3 Wnt信号通路对肝纤维化发生的调节作用

研究结果显示，Wnt信号通路与HSCs活化、增殖及肝纤维化发生密切相关[17]。Ma等[18]研究发现，用CCL4诱导大鼠模型组的肝纤维化程度及炎症较人类尿激酶纤溶酶原激活物诱导大鼠模型组重，人类尿激酶纤溶酶原激活大鼠模型组中经典Wnt信号通路中信号转导分子β-catenin蛋白及非经典Wnt蛋白Wnt4、Wnt5a 表达水平下调明显，表明人类尿激酶纤溶酶原激活物抗纤维化作用可能与经典 Wnt和非经典 Wnt通路相关。

3.1 经典 Wnt 信号通路与肝纤维化 研究发现，活化的HSCs细胞核内β-catenin水平高表达，si-RNA阻断β-catenin后可渐低胶原纤维水平，降低β-catenin在HSCs中水平，可阻断HSCs激活及胶原纤维产生，表明β-catenin在肝纤维化发生发展中起到了关键作用，抑制、阻断经典Wnt/β-catenin信号通路可能是抗肝纤维化治疗的关键[19]。Yu等[20]研究结果显示， RNA-17-5P高表达可促进HSCs活化与增殖，减缓HSCs凋亡。研究显示，在活化的HSCs中β-catenin蛋白及β-catenin mRNA表达水平上调，用青蒿琥酯作用于活化的HSCs后β-catenin蛋白与β-catenin mRNA水平显著下调，促进活化的HSCs凋亡，降低ECM表达水平，可有效阻止肝纤维化的发生发展[21]。

3.2 非经典Wnt信号通路与肝纤维化 研究发现，经典Wnt/β-catenin信号通路中Wnt蛋白配体、FZ受体等细胞因子缺乏，不能检出细胞内β-catenin水平[22]。而非经典Wnt信号通路在HSCs的活化及肝纤维化进展中发挥调控作用，细胞内非经典Wnt蛋白Wnt5a水平上调明显，导致ECM产生及沉积增加，促进活化的HSCs凋亡，抑制肝纤维的发生发展。研究发现，非经典Wnt信号通路中的Wnt/Ca2+通路和PCP信号通路参与了HSCs的激活，胆管结扎与CCl4所致大鼠肝纤维化模型中的Wnt5a及FZ受体水平显著高于非肝纤维化组Wnt5a及FZ受体水平，显示Wnt5a参与了活化的HSCs转化为成肌纤维细胞过程，在沉默Wnt5a后，ECM的产生及表达水平显著下调，表明非经典Wnt5a蛋白及非经典Wnt信号通路在HSCs激活及肝纤维化发展中发挥调控作用[23]。

4 Hedgehog信号通路对肝纤维化发生的影响

研究发现，Hedgehog信号通路对损伤组织的细胞分化、迁移、增殖及修复发挥调控作用[24,25]。肝纤维化是肝组织ECM过度沉积的病理结果，HSCs活化、增殖与凋亡延缓是肝纤维化发生的关键环节。Hedgehog信号通路与HSCs活化、增殖及肝纤维化发生关系密切，Hedgehog信号通路持续活化可诱导和促进受损肝组织再生与ECM形成，促进肝纤维化的发生。

4.1 Hedgehog信号通路与HSCs活化 研究发现，Hedgehog信号通路与HSCs活化相关。Gli作为Hedgehog信号通路的下游转录调控基因，对HSCs活化发挥调控作用。结果显示，活化的HSCs中，Hedgehog信号通路被活化，阻断与抑制可明显抑制HSCs激活与增殖。通过在CCl4及胆管结扎诱导的大鼠肝损伤模型中发现，活化的Hedgehog通路能使HSCs来源的肌成纤维细胞聚集、增生，导致ECM高表达，促进肝纤维化发生；阻断或抑制Hedgehog信号通路能明显改善大鼠肝组织纤维化程度。Chen等[26]研究发现，Hedgehog信号通路可通过调控HSCs糖酵解来调节HSCS活化程度达到调控ECM产生。骨桥蛋白(OPN)是肝纤维化时ECM的骨架，Syn等[27]、Pritchett等[28]通过对非酒精性脂肪性大鼠肝纤维化模型及人部分切除肝脏患者的肝组织研究发现，激活Hedgehog信号通路后OPN水平高表达，活化的HSCs水平高表达，α-SMA水平显著增加，ECM产生与沉积明显，表明Hedgehog信号通路活化可促进肝纤维化的发生，Hedgehog信号通路对HSCs活化具有明显促进作用，抑制Hedgehog信号通路活性可抑制HSCs活化、增殖并促进HSCs凋亡，认为调控Hedgehog信号通路对阻断肝纤维化发生可能有一定治疗作用。

4.2 Hedgehog信号通路对上皮-间质转化(EMT)的影响 在对肝组织慢性炎症的修复中，肌成纤维细胞(MFs)存在于EMT间，也存在间质-上皮转化(MET)中，即MFs被诱导促进转化为肝细胞和静息状态下的HSCs，这也是肝纤维化的发生机制之一，特别是MET对肝纤维化的影响日益受到关注。Miao等[29]研究结果显示，肌成纤维细胞中Smo蛋白是HSCs的主要来源并调控HSCs的活化与MET及EMT转化，是促进肝上皮再生的主要因子，活化的Hedgehog信号通路能促进淤胆性肝病患者及肝纤维化大鼠模型胆管上皮细胞EMT作用，肌成纤维细胞样肝星状细胞(MF-HSCs)可在释放Hedgehog信号通路配体后激活胆管上皮细胞趋化因子，促进OPN高表达而致肝纤维化的发生，表明Hedgehog信号通路可多途径调控HSCs对EMT的转化，达到调控肝纤维化发生的作用。

综上所述，在已有与肝纤维化发生相关的信号通路中，TGF-β/Smad信号通路几乎参与肝脏疾病全过程；TGF-β是导致HSCs活化的最强因子，Wnt信号通路是当今研究热点。与肝纤维化发生相关的信号通路众多，各信号通路间相互关系复杂，研究信号通路间的关键因子与关系，抑制与阻断HSCs激活与增殖，促进HSCs凋亡是治疗肝纤维化发生发展的新思路。单一信号通路或者细胞因子作用不足以导致肝纤维化发生；多信号通路及细胞因子作用后将刺激信号传递至靶细胞，加之细胞因子间与信号通路间存在相互影响，导致肝纤维化发生过程复杂多变。对与肝纤维化发生相关的信号通路研究，有利于对肝纤维化发生机制的了解，也为肝纤维化防治提供干预路径。各信号通路在肝纤维化中的确切机制有待进一步探索，各信号通路间的相互调控机制需进一步研究。