Ang-2对肝再生作用机制的研究进展

李莹 杨宇 王迪 张钊铜 刘卓 王玥 丁隆

摘要：对于肝脏的晚期病变，一般的治疗手段往往不能奏效，很多患者只能通过肝脏切除术或肝移植进行治疗，因此探究肝再生的影响因素就变得十分必要。近年来研究发现促血管生成素-2（Ang-2）在肝再生过程中发挥着极其重要的调控作用，本文对Ang-2及其受体做了简要概述，对近几年Ang-2在肝再生作用机制的研究情况进行综述。

关键词：肝再生;Ang-2;TGF-β1;VEGF

中圖分类号：R735.7                                 文献标识码：A                                 DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.03.011

文章编号：1006-1959（2019）03-0031-03

Abstract：For advanced lesions of the liver， general treatments often do not work. Many patients can only be treated by liver resection or liver transplantation. Therefore， it is necessary to explore the influencing factors of liver regeneration. In recent years， it has been found that angiopoietin-2 （Ang-2） plays an important role in the regulation of liver regeneration. This article gives a brief overview of Ang-2 and its receptors. The research on the mechanism of liver regeneration is reviewed.

Key words：Liver regeneration;Ang-2;TGF-β1;VEGF

肝脏是机体中以代谢为主的一个器官，承担着复杂的生理功能，如分泌胆汁、代谢功能、凝血功能、解毒作用、吞噬和免疫作用等[1]。肝脏具有强大的再生能力，生理状态下，肝脏的细胞处于G0，当肝脏受到各种损伤因素刺激时，则进入DNA合成前期，使肝脏在短时间内快速增殖到原来大小，恢复原有功能。临床上肝功能异常往往出现在肝脏病变很严重的时候，而肝脏功能失代偿时传统的治疗手段已不能奏效。很多晚期肝病患者都需要接受肝移植。然而，严重的肝脏供体短缺导致肝移植受限并且增加了等待肝移植患者的死亡率，活体肝移植的发展可以缓解供肝短缺时肝移植需求，也可以扩大肝移植供体组[2]。肝脏再生是肝脏应对损伤的基础，正因为肝脏这一能力才使活体肝移植手术方案成为可能。基础研究已经充分证实，肝再生功能不足的时候，可能引起肝衰竭，而肝再生过度时，则可能会引发癌变，因此控制肝再生的发展过程可以有效避免肝再生的并发症，提高肝病患者的生存质量[3]。作为组成肝脏的主要非实质细胞，肝血窦内皮细胞在肝再生过程中起重要作用。大部分肝脏切除后再生肝细胞首先形成无血管的肝细胞岛，只有当肝窦内皮细胞增殖形成了肝窦结构后，再生肝细胞岛才逐渐具有了正常的组织结构[4]。近年来，研究者们发现Ang-2作为细胞因子在肝再生中扮演着重要的角色。本文分析Ang-2在肝脏再生中发挥的动态调控作用，为研究活体肝移植临床开展累积经验。

1 促血管生成素的生物学特性

促血管生成素（angiopoietin，Ang）是一种分泌型生长因子，主要在血管内皮细胞上表达，在新生血管中起重要作用[5]。目前已知的Ang家族有四位成员：促血管生成素-1（Ang-1）、促血管生成素-2（Ang-2）、促血管生成素-3（Ang-3）和促血管生成素-4（Ang-2）[6]。其中Ang-3和Ang-4研究较少。而Ang-1和Ang-2是目前研究的比较彻底的两种蛋白。编码Ang-1的基因位于8q22-q23，由498个氨基酸构成，主要由血管平滑肌细胞（vascular smoothmusclecell，VSMC）和血管周围细胞分泌，其表达分布在胚胎期血管间质和成人肺，冠状动脉、皮肤肌肉、子宫内膜、卵巢、前列腺等[7];Ang-2基因位于8p23，cDNA编码496个氨基酸，主要由血管内皮细胞（vascular endothelial cell，VEC）分泌，并在胎儿肝血管、成人卵巢、胎盘和子宫等组织中表达[8]。在结构上，Ang-1和Ang-2有相似的氨基酸排列结构，具有60%的同源性，两者均可以和酪氨酸激酶-2受体（Tie-2）结合，产生不同的生物学作用，它们的结构差异在于氨基端的卷曲螺旋结构域与羧基端的纤维蛋白样结构域交界处，前者比后者多一个半胱氨酸，从而使二者生物学作用截然不同[9]。

Ang-1被认为是Tie-2的激动剂，其激活酪氨酸受体磷酸化并维持成熟细胞中的内皮细胞存活和静止。而Ang-2因与之具有同源结构，可以竞争Ang-1与Tie-2的结合，拮抗Ang-1产生作用，但并不引起Tie-2的磷酸化，被认为是Tie-2的拮抗剂。Ang-2在静止组织中以相对低的水平表达，对Ang-1的拮抗作用弱，但当组织发生炎症反应时，Ang-2表达上调，通过与Tie-2结合，促进血管的生成。基于Ang-2的这一特性，有报道显示，Ang-2在肿瘤的生长中扮演着重要的角色，参与肿瘤的血管生成和肿瘤的的生长与转移，因此近几年对Ang-2的研究也主要集中在如何通过阻断Ang-2来抑制肿瘤血管的再生及增殖和肿瘤的转移扩散。然而随着对Ang-2的研究加深，越来越多的学者发现，该生长因子在肝再生中也发挥着重要作用，它就像是连接肝再生各个阶段的枢纽，在肝再生过程中发挥着动态调节平衡的作用。

2 Ang-2在肝再生中过程中发挥的作用

组成肝脏的细胞主要有上皮细胞和间质细胞，上皮细胞包括有肝细胞和胆管上皮细胞，间质细胞包括有肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSCs）、肝血内皮窦细胞（liver simusoidal endothelial cells，LSECs）、枯否细胞（kupffer cells）、肝自然殺伤细胞[10]。科学家们经过多年研究，基本已经清楚动物的肝脏被部分切除之后会发生哪些事件，历经哪些过程，这基本上可以被分为两大阶段：第一个阶段是诱导期（inductive phase），这个过程大约持续1～3 d，在此阶段肝细胞会大量增殖，肝细胞数量迅速增加;第二个阶段是血管生成期（angiogenic phase），在这个阶段主要形成新生血管，以及其它肝脏组织内的非肝脏实质细胞，包括各种支持细胞、间质细胞等，促进肝脏组织的再生和修复。

2.1 Ang-2通过控制TGF-β1调节肝再生  转化生长因子-α（TGF-α）是促进肝实质中DNA合成并阻止细胞凋亡的细胞因子之一，但过表达也可引发肝癌。转化生长因子-β1（TGF-β1）作为负调节因子。在肝再生期间，主要由活化的肝星状细胞产生，且在正常组织中无法检测到，可以抑制肝细胞过程中DNA的合成，它的激活几乎和肝再生同时启动。动物实验表明，在肝部分切除术（PHx）后2～3 hTGF-β1表达即可增加，18～20 h保持低水平表达，于48～72 h达到峰值，而肝再生也随之停止[11]。TGF-β1可以拮抗TGF-α促进肝细胞的增殖。Junhao H等[12]证实在肝再生的过程中随着Ang-2表达含量的改变，肝窦内皮细胞源性的TGF-β1的表达也发生变化，并且在肝切除术后的诱导期表达基因下调的Ang-2以内分泌性血管因子的方式下调TFG-β1的生成来促进肝实质细胞的增殖。同时，也有学者证实，虽然TGF-β1在mRNA水平抑制了Ang的表达，但在蛋白表达上没有抑制Ang的蛋白水平变化，这提示TGF-β1没有调节Ang-2的途径。在体内，TGF-β1与TGF-β1r（TGF-β1受体）结合，激活Smad通路，从而调节TGF-β1靶基因的表达[13]。生理状况下，肝实质细胞在正性调控因子的作用下，进入S期，肝脏达到S期之前的限制点后细胞周期蛋白D1（CyclinD1）表达上调，肝细胞将会进行不可逆的细胞周期复制。TGF-β1可能通过调节CyclinD1、细胞周期蛋白E（Cycline）的表达来阻断生长因子信号传导，抑制细胞的增殖。因为Ang-2是在肝再生早期调控TGF-β1低表达的重要因素，所以Ang-2是解除肝脏部分切除后肝实质细胞抑制因素的重要因子。

在血管生成期，Ang-2的表达水平上调刺激了LSECs，使TGF-β1的在一段时间的低表达后也随之升高，直到峰值，同时随着肝细胞的增殖，细胞膜上表达了大量TGF-β1的受体，正常分泌的TGF-β1是一种不能结合受体、无活性的潜在“TGF-β”，再生的肝细胞对TGF-β1的高分子无活性形式进行分解从而发挥作用[14]。在这段期间，TGF-β1的作用主要有：①刺激各种组织，使肝再生过程中细胞外基质增加和肝窦内皮细胞的形成;②抑制肝细胞的增殖，并且TGF-β1刺激组织产生的细胞外基质本身就可以抑制肝细胞的增殖[15]。研究表明，TGF-β1可以通过激活Smad2/3通路刺激胆管细胞、肝卵圆细胞等发生上皮-间质转换（epithelial-mesenchymal transitions，EMT），过度表达的TGF-β1会使肝再生往纤维化的方向发展，抑制TGF-β1表达可抑制肝纤维化[16]。因此，通过调控Ang-2的动态表达来调控TGF-β1或可能成为避免肝再生过程中纤维化发展的手段。TGF-β1作为抑制肝细胞再生的生物因子，并不是通过直接终止细胞复制信号来发挥作用的，根据Russell WE等研究在肝再生不同时间点对小鼠静脉注射TGF-β1能够抑制肝细胞的增殖，但此效果是暂时性的，TGF-β1并不会即刻终止肝再生进程[17]。有学者发现，除非在同时灭活TGF-β的超家族激活素（activin A）受体的条件下，否则特异性敲除TGF-β1受体基因的小鼠肝再生基本正常[18]。TGF-β1不是肝再生的直接终止信号，而是促进了肝再生的终止[19]。由此可见，在肝再生血管生成期，Ang-2可以通过上调TGF-β1的表达来抑制肝脏过度增殖，使肝再生及时停止，避免由过渡增殖引发的癌变。TGF-β1也可以抑制癌基因c-myc的表达间接调控Cyclins及Cyclin依赖的激酶的组成，这也表明Ang-2可间接避免肝脏在再生过程中由于过度增殖而发生癌变。

2.2 Ang-2与VEGF及其受体在肝再生过程的的作用  Ang-2在血管生成过程中具有双重作用，它一方面可以促进血管的退化，另一方面又可以促进血管的生成。Ang-2本身并没有刺激血管生成的作用，它与Ang-1拮抗并和Tie-2结合，破坏内皮细胞和周围细胞，使内皮细胞和血管周围细胞发生松动，增加内膜通透性，促进炎症细胞迁移和血浆渗出，促进细胞的死亡和血管的退化，而在VEGF存在的状态下，Ang-2可以更容易使内皮细胞对VEGF发出的出芽信号做出反应，并促进新血管的生成[6，20]。由此可见，当VEGF和Ang-2同时存在时，Ang-2表现出促进血管生成的作用，而当VEGE不存在时，Ang-2的表达可使血管发生退化，所以只有VEGF和Ang-2协同作用才可促进肝再生的血管生成。同时，研究发现，VEGF无论是在体内还是在体外都能够上调内皮细胞的Ang-2表达，与Ang-2共同促进肝再生中血管的生成。在肝切除术后，血管内皮细胞的增殖必须由VEGF的刺激来引发，在这过程中VEGFmRNA的表达也是具有时序性的，在肝切除后24 h开始增加，72 h到达峰值从时间上来看，也符合VEGF调控Ang-2的顺序。

VEGF受体（VEGFRs）分为VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3三种，在这里我们主要讨论的是VEGFR-2。从上文讨论我们可知VEGF对肝再生中血管生成起到非常重要的作用，因此我们可以通过影响VEGFR-2的表达水平来影响内源化VEGF的生物活性从而调控血管的生成与血管通透性。Junhao Hu及其团队发现[13]，在Ang-2基因敲出的小鼠在大部分肝切除术后的2～4 d血清中VEGF表达水平与对照组无明显差别，而VEGFR-2在肝窦内皮细胞表达水平下降了60%，由VEGFR-2信号控制的亲肝性的血管生成因子Wnt2的表达显著降低，此外，在培养的人血管内皮细胞中，Ang-2基因沉默可以显著降低VEGFR-2的mRNA和蛋白表达，而Ang-2的过渡表达可以促进VEGFR-2的表达。相反的，Ang-2受体Tie-2基因沉默可以促进VEGFR-2的表达，证明Ang-2调节VEGFR-2的表达具有Tie-2受体依懒性。在肝再生血管生成期，VEGF可以通过表达含量调控Ang-2来促进血管的生成或使血管退化，同时Ang-2的表达水平也控制VEGFR-2的活性，由此形成肝再生过程中的巨大反馈环，精细的调控着肝再生中血管的形成与重塑。

3 总结

肝再生是一个既精细又复杂的过程，Ang-2作为连接肝再生过程中多种细胞因子的枢纽，成为了肝细胞再生的重要开关，可以设想，继续加深对Ang-2在肝再生调控过程领域的探究，对其精细的调控机制了解的更加具体，那么是否可以利用外源性的Ang-2对肝再生过程各个环节进行调控，把握各时期细胞再生的速度与功能恢复程度，将肝脏的修复达到理想的状态，如果这一设想成为可能，将会为肝切除和肝移植术后并发症提供更广泛的预防手段，大大提高这一类手术患者的生存质量。

参考文献：

[1]陈孝平，汪建平.外科学[M].第8版.北京：人民卫生出版社，2013：425-427.

[2]谢文勇，李涛.活体肝移植的研究进展[J].器官移植，2018，9（4）：252-254.

[3]Asrani SK，Kamath PS.Natural history of cirrhosis[J].Curr Gastroenterol Rep，2013，15（2）：308.

[4]潘杰斌，焦作义，张冬红，等.肝窦内皮细胞的研究进展[J].中国普外基础与临床杂志，2013，20（5）：579-582.

[5]张杰，余晓岚.促血管生成素-2的研究进展[J].化学与生物工程，2014，31（9）：1-7.

[6]Moss A.Theangiopoietin：tie 2 interaction：a potential target for future therapies in human vascular disease[J].Cytokine Growth Factor Rev，2013，24（6）：579-592.

[7]朱月鈕，傅立军，周爱卿.血管形成因子-1与肺动脉高压形成关系的研究[J].临床儿科杂志，2005，23（3）：143-145.

[8]王爽，张晓玲.Ang-2、VEGF在子宫内膜异位症中的研究进展[J].实用临床医学，2008，9（8）：132-134.

[9]任夏，施佳怡，李运红.血管生成素与急性胰腺炎相关性的研究进展[J].山东医药，2017，57（28）：109-112

[10]冯仁鑫，邓星，张新，等.肝再生研究进展[J].胃肠病学，2015，20（3）：169-173.

[11]解强，付文广，雷正明.肝星状细胞对肝再生的调控作用[J].现代医药卫生，2016，3（19）：2990-2993.

[12]Hu J，Srivastava K，Wieland M，et al.Endothelial cell-derived angiopoietin-2 controls liver regeneration as spatiotemporal rheostat[J].Science，2014，343（6169）：416-419.

[13]毕婉蓉，邢海林，金彩霞.转化生长因子-β1对小鼠肝纤维化的促进作用[J].同济大学学报，2014，35（6）：12-16.

[14]尹继业，王少霞，刁瑞英，等.TGF-β1在肝再生调控中的作用研究[J].中国肝胆外科杂志，2008，14（4）：261-264

[15]Lederer A，Seehofer D，Schirmerier A，et al.Postoperative bile leakage inhibits liver regeneration after 70% hepatectomy in rats[J].J Invest Surg，2013，26（1）：36-45.

[16]Peng L，Jia X，Zhao J，et al.Substance P promotes hepatic stellate cell proliferation and activation via the TGF-β1/Samad-3 signaling pathway[J].Toxicology and Applied Pharmacology，2017（329）：293-300.

[17]Russell WE，Coffey RJ，Ouellette AJ，et al.Type beta transforming growth factor reversibly inhibits the early proliferative response to partial hepatectomy in the rat[J].Proc Natl AcadSci USA，1988（85）：5126-5130.

[18]Oe S，Lemmer ER，Conner EA，et al.Intact signaling by transforming growth factor beta is not required for termination of liver regeneration in mice[J].Hepatology，2004（40）：1098-1100.

[19]潘杰斌，焦作义，张冬红，等.血管内皮生长因子和转化生长因子-β1在肝再生过程中的表达[J].中华肝胆外科杂志，2013，19（10）：767-770.

[20]Fagiani E，Christofori G. Angiopoietins in angiogenesis[J].Cancer Lett，2013，328（1）：18-26.

收稿日期：2018-11-14;修回日期：2018-11-30

编辑/王朵梅