肝纤维化的发病机制及治疗的最新进展

郑 虹,肖 海,吴雄健

(赣南医学院 1.2016级硕士研究生；2.第一附属医院病理科；3.第一附属医院消化内科，江西 赣州 341000)

纤维化是一种伤口的修复反应，由胶原纤维在内的细胞外基质(ECM)产生并沉积，最终导致组织瘢痕的形成[1-2]。肝脏损伤后通常会再生，但是当损伤和炎症持续存在时，肝脏则不能正常再生并会发生纤维化的改变。此后由于纤维性瘢痕和再生性结节的形成以及肝脏血液供应减少将导致肝硬化的发生。多种病因如乙肝和丙肝病毒感染，慢性酒精滥用，非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，胆汁淤积和自身免疫性肝炎最终都会进展为肝硬化。尽管去除病因可在一定程度上逆转纤维化的发生，但晚期肝硬化的治疗却很困难[3]。迄今为止，肝移植是肝硬化的唯一治疗方法，然而，由于供体肝脏来源的不足，限制了其应用[4]。肝星状细胞可以刺激肌成纤维细胞的活化，并促进肝纤维化期间细胞外基质的生成。静止状态的肝星状细胞可以存储含有维生素A的脂质小滴，当其激活后此作用消失[5-6]。转化生长因子(TGF-β)和血小板衍生生长因子(PDGF)是促进肝星状细胞活化和细胞外基质增殖的两种主要细胞因子，并促进肌成纤维细胞的活化[7]。此过程还有许多其他细胞因子、细胞内信号传导途径的参与。调控肝星状细胞的活化过程将成为肝纤维化的一种治疗策略。因此，了解肝星状细胞激活的分子机制至关重要。

1 活化的肌成纤维细胞的来源

尽管认为HSC是肌成纤维细胞的主要来源，但其他细胞类型，如内源性门静脉成纤维细胞和来自于上皮-间质转化(EMT)的肝实质细胞也可构成肌成纤维细胞(MFs)的组成部分[8-9]。Iwaisako等[8]发现不同来源的细胞对肌成纤维细胞的构成作用可以通过肝纤维化的不同病因来决定。他们证实在肝毒素[四氯化碳(CCl4)]诱导的肝纤维化中肌成纤维细胞主要由HSC所分化；在早期胆汁淤积性肝病中，门脉成纤维细胞是肌成纤维细胞的主要来源，而在胆汁淤积性损伤后期时，HSC则成为其主要来源。此外，Asahina及其同事也证实[10]，肝损伤后间皮细胞的分化也是肌成纤维细胞的来源之一。间皮细胞具有在CCl4诱导的肝损伤中分化为HSC和肌成纤维细胞的能力，而胆汁淤积性肝损伤诱导间皮细胞仅分化为HSC而不是肌成纤维细胞，表明HSC以外的细胞类型(例如门静脉成纤维细胞)也是胆汁淤积性肝损伤中的肌成纤维细胞库的来源。Schwabe及其同事研究[11]确定在多种致纤维化因素(毒性，胆汁淤积和脂肪肝等疾病)的条件下，HSC是分化为肌成纤维细胞的主要细胞。尽管针对小鼠的研究不能概括所有人类疾病，但目前的小鼠研究表明：(1)HSC是肝毒性肝纤维化中肌成纤维细胞的主要来源；(2)门静脉成纤维细胞是早期胆汁淤积性肝损伤中成纤维细胞群的主要组成部分；(3)纤维细胞。肝损伤时，起源于造血干细胞的纤维细胞能分化为MFs，但可能不是它主要的细胞来源[12];(4)间皮细胞在肝损伤时具有分化为HSC和肌成纤维细胞的潜力。

2 自 噬

自噬是通过降解和回收聚集的蛋白质或损伤的细胞器来维持细胞稳态的过程。在HSC活化期间可观察到自噬现象，降低自噬的发生可以抑制HSC活化和增殖[13]。因此，缺乏HSC自噬的小鼠能抑制的HSC活化和肝纤维化的发生。由于自噬与脂质体的降解相关，缺乏自噬的HSC与脂滴结合后使细胞保持静止状态，表明HSC的活化需要自噬[13]。α1抗胰蛋白酶(AT)缺陷是一种常见的遗传性疾病，其通过在肝细胞的内质网中积累突变的Z蛋白而引起肝病[14]。携带突变Z蛋白的小鼠展示了人在α1抗胰蛋白酶缺陷时出现的包括肝纤维化在内的许多特征。在α1抗胰蛋白酶缺陷患者和小鼠中，肝细胞的自噬被激活并且自噬空泡含有α1抗胰蛋白酶中的突变Z蛋白[14]。用抑制自噬药物卡马西平或雷帕霉素可治疗此类疾病。因此，自噬除了会促进HSC的活化和增殖外，也会导致其他肝脏疾病的发生，包括α1抗胰蛋白酶缺乏症，酒精性肝病(ALD)和NASH。

3 慢性炎症和肝纤维化

慢性炎症是致炎因子在组织重塑、修复过程中同时作用且长期存在的免疫反应。它可以由不同因素所诱发，其中包括肝炎病毒感染，过量饮酒，自身免疫反应，毒素和代谢紊乱等。然而，无论病因如何，肝脏中的慢性炎症都会诱发纤维化的发生，并最终导致肝硬化和肝细胞癌。在慢性肝炎中，活化的HSC转化为肌成纤维细胞，并通过产生大量胶原蛋白在纤维化中起主导作用。此时，上调的组织金属蛋白酶抑制剂-1(TIMP-1)可通过抑制ECM的降解而促进胶原沉积。各种肝细胞持续作用产生的HSC、纤维化细胞因子和趋化因子等可参与慢性炎症纤维化的发生发展。免疫细胞产生的TGF-β也可通过Smad信号通路诱导Ⅰ型和Ⅲ型胶原转录并参与纤维化的发生[15]。IL-1β和TNF-α可介导HSC的活化，从而促进肝的纤维化[16]。最近的一项研究揭示了IL-33(IL-1家族细胞因子)在肝纤维化中的意义。从损伤的肝细胞分泌的IL-33刺激2型固有淋巴样细胞(ILC2)产生IL-13，从而激活STAT6促进HSC的活化[17]。

趋化因子也通过非免疫细胞及免疫细胞在肝纤维化中发挥作用。CXCL12(也称SDF1)的两种受体CXCR4和CXCR7通过肝血管表面的表型变化调节肝损伤后再生和纤维化之间的平衡[18]。根据肝脏受损状况不同，CXCR4和CXCR7在肝窦内皮细胞中的表达也不尽相同，急性损伤后CXCR7上调并通过诱导转录因子Id1调节促再生因子如Wnt2和HGF促进肝脏再生。急性损伤后所致的CXCR7上调有利于肝脏的再生。相反，慢性肝炎中肝窦内皮细胞的组成型FGFR1可增加CXCR4的表达，进而促进活化的HSC的增殖。另一方面，CCL2，也称为Kupffer细胞和HSC分泌的MCP-1，有助于将CCR2+和Ly6C+单核细胞募集到肝脏中。募集Ly6Chi的巨噬细胞具有促炎和促纤维化的作用，可产生IL-1β，TNF-α，TGF-β和PDGF，并诱导肌成纤维细胞的激活和增殖[19]。

4 TGF-β和肝纤维化

TGF-β在包括肝纤维化在内的纤维化疾病中起到了重要的作用[20]。在肝脏中，Kupffer细胞是肝巨噬细胞中TGF-β的主要产生者，而HSC也可产生TGF-β[21-22]。TGF-β生成时并无活性，av整联蛋白可以激活TGF-β，进而刺激肝纤维化的发生发展[23]。具有生物活性的TGF-β与TGF-βⅡ型受体结合使TGF-βⅠ型受体磷酸化，并激活Smad途径和非Smad途径[24-25]。在HSC中，TGF-β介导的Smad2、3激活并诱导Ⅰ型和Ⅲ型胶原的转录，进而促进肝纤维化的发生[26]。Smad信号传导也可诱导Smad7转录，其可抑制TGF-β信号传导通路。另一种TGF-β抑制剂BAMBI与TGF-βⅠ型受体和Smad7相互作用以抑制TGF-β信号的传导。最近的研究表明维生素D核受体(VDR)可调节TGF-β/Smad信号通路在肝纤维化发生发展中的作用。HSC激活的VDR可拮抗Smad与促纤维化基因的启动子区域的结合[27]。因此，促进VDR的缺失和使用维生素D的治疗可缓解小鼠的肝纤维化的发展。

在原代培养的肝细胞中，TGF-β可诱导I型胶原呈EMT样表型改变。与体外观察不同，在体内肝纤维化中则未观察到此类改变[28]。相反，TGF-β信号传导介导载脂肝细胞死亡，随后可激活HSC以促进肝纤维化[29]。TGF-β信号也在肝细胞中诱导结缔组织生长因子，促进肝纤维化的发生[30]。

5 肝纤维化的可逆性

近些年来，许多研究发现纤维化有可逆性，因为在患者和啮齿类动物模型中，包括酒精、肝炎病毒、化学物质、胆道阻塞和肥胖在内的致病因子消除后，纤维化可能会逆转[31]。据报道，在肝纤维化逆转的过程中活化的HSC会出现凋亡现象[32]。另一方面，在体外培养实验中，如果过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)过表达或者细胞经过PPARγ配体处理，则活化的HSC可以恢复到静止状态。最近，使用细胞周期追踪的两项独立研究表明，大约40%～50%活化的HSC在体内可恢复到静止状态[33]。经纤维化刺激后，这些已激活的或失活的HSC比未激活或静息的HSC更敏感[34]。而目前尚不清楚所有激活的HSC是否都可以失活，或是否存在HSC“阈值”——即到达阈值后的HSC不可逆转。

尽管肝巨噬细胞是肝纤维化发展所必需的，但单核细胞/巨噬细胞通过产生基质金属蛋白酶(MMP)下调ECM的作用也有助于缓解肝纤维化。当致病因素停止对肝脏作用后，具有炎性作用的骨髓源性Ly6C单核细胞分化成具有低表达的Ly6C修复性巨噬细胞，其产生MMP9和MMP12，诱导肝纤维化的消退[35]。肝巨噬细胞通过产生CXCL9和MMP-13也有助于纤维化的缓解。

6 肝纤维化的治疗

6.1抗炎及针对肝脏损伤的治疗许多实验及临床研究已表明，有效控制或祛除潜在的病因，肝纤维化是可以逆转的[36]。抗纤维化药物主要通过干扰或阻断HSC的活化来抑制细胞外基质蛋白的产生。纤维蛋白溶解药物可通过触发MFs的坏死和凋亡诱导纤维化的消退。由于肝纤维化发病机制的复杂性，治疗方式均不同。使用凋亡阻断剂预防损伤介导的细胞凋亡/坏死也是治疗肝纤维化发生的一种方式。Caspase抑制剂IDN-6556(emricasan)在保护小鼠免受胆汁淤积性肝损伤的同时，对炎症小鼠肝纤维化治疗方面同样具有疗效[37]。另一个治疗方式是针对炎症介质或抑制炎性单核细胞的浸润。这种药物可以阻止炎症单核细胞进入受损肝脏并改善小鼠急性和慢性肝损伤模型中的肝脂肪变性[38]。

6.2抑制细胞信号通路的转导有许多实验证明了以自分泌或旁分泌方式起作用的促纤维化细胞因子的生物功效。特别是，当通过其受体和细胞内信号传递介质Smad蛋白激活TGF-β信号通路时，具有显著的纤维化作用。基于TGF-β及其不同下游蛋白的复杂性，治疗方式是不同的。在实验研究中，通过可溶性受体螯合活性的TGF-β，显性失活的TGF-β受体，干扰TGF-β的合成，抑制性Smad蛋白的表达，使具有阻断活性的新型抑制剂得到应用，在临床前的模型中成功测试了各个受体[39]。相应地，大量研究也阐述了血小板衍生生长因子(PDGF)家族及其信号化合物对抗纤维化的适用性[40]。该细胞因子家族在HSC和MFs增殖、趋化性、迁移和细胞存活中具有重要作用。此外，正在研究一些细胞因子发生炎性活动(TNF-α和白细胞介素)和凋亡特征(NGF)，增加门静脉压力(VEGF)，促进纤维化(FGF)，或具有免疫调节活性(IFN)或其他影响肝纤维化的特性(HGF和IGF)。然而，虽然潜在的抗纤维化药物种类正在迅速增加，但迄今为止大多数药物仅在肝纤维化的实验模型中进行了测试，正等待转化为临床试验。

6.3抑制细胞外基质的产生，并促进其降解基础研究表明，基质金属蛋白酶(MMPs)与组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)之间的平衡对肝脏内细胞外基质含量的稳态具有重要意义[41-42]。此外，MMP和TIMP的表达和活性对于保证肝纤维化恢复期间的纤维溶解是必需的。这些有望成为新型药物的治疗靶点。类似地的，赖氨酰氧化酶样2(LOXL2)是促进肝脏纤维化和限制其降解的关键，它主要参与胶原的交联和稳定化。实验表明[43]，在轻度肝纤维化的小鼠模型中使用抑制性单克隆LOXL2抗体AB0023进行早期治疗是有效的。在近期的一项研究中也证明，这种抗体对预先建立的晚期胆道和非胆道纤维化以及促进小鼠晚期实质性肝纤维化的逆转有效[44]。虽然这些研究表明靶向LOXL2抑制是预防或消退肝纤维化的治疗方法之一，但其临床实验还是有待检测[45]。

7 结 论

这篇综述主要对肝纤维化发病机制进行新的认识并对肝纤维化的可逆性进行阐述。因为多个肝细胞促进纤维化的发展，了解肌成纤维细胞的来源并认识HSC的激活和失活状态是很重要的。因此，通过检测炎症介质的水平可以获得更敏感和特异较高的肝纤维化生物标志物。此外，对信号通路的控制可能成为肝纤维化的治疗方向。最近的研究也指出了肠道微生物菌群与肝脏免疫系统之间的联系。调节肠道微生物菌群可能预防肝纤维化的进展。另一方面，去除致病因素是最基本的治疗方式，可缓解甚至逆转肝纤维化的发展。同时，我们必须重视对已达到不可逆状态的肝硬化的治疗。未来和正在进行的临床试验将验证包括联合治疗肝纤维化在内的新型治疗策略的有效性、特异性和安全性。