肝细胞生长因子与肝再生的研究进展

李 璇,吴敏超,段伟娜,张海峰

(内蒙古医科大学基础医学院生理学教研室，内蒙古 呼和浩特 010100)

肝脏是人体内部器官中少数能自然更新的组织。近年来，关于探索参与肝再生过程的细胞因子一直是人们研究的热点。肝细胞生长因子，又称作“散射因子”是一种小分子的多肽生长因子，其被发现是由于能刺激肝细胞的增殖，它也是当下已知最强的肝再生促进剂。肝细胞生长因子在肝细胞移植、重型肝炎的发病、肝再生和肝癌的发展中都发挥着重要的作用。目前发现相关因子的有肝细胞生长因子、肿瘤坏死因子、白细胞介素、表皮生长因子、转化生长因子等。1984年Wang Haiyu等从部分肝脏切除后的大鼠血清中发现一种能促进肝细胞DNA合成与增殖的细胞因子，这个因子不仅能刺激原代培养中肝细胞的生长和合成，而且源于肝脏，所以将这个因子命名为肝细胞生长因子(Hepatocyte growth factor，HGF)[1]。目前发现它是一种可以调节多种细胞生长、运动和形态发生的多功能因子[2]。

1 HGF的生物学性状

1.1HGF的基因及蛋白质结构：HGF是神经营养因子家族的一员，其基因定位于染色体7q21，含有20个外显子，结构实质是含有728个氨基酸的肝素结合糖蛋白，它是由分子量为69 kDa的α链和34 kDa的β链通过一个二硫键连接成的异二聚体蛋白，是在间质细胞中合成的，其中α链有一个N端和四个Kringle结构域，Kringle结构域与纤溶酶原结构相似。β链有一个丝氨酸蛋白酶样结构域[3]，1989年人类HGF基因的克隆表明，HGF的丝氨酸蛋白酶结构域与先前已知的成纤维细胞衍生的“散射因子”相同，都由同一基因编码，能促进上皮细胞运动和上皮组织的形态发生，所以HGF的促细胞运动作用可能与这种结构的特异性有关[4]。

1.2HGF的组织定位及受体：HGF在多个器官都有表达，如肺脏、心脏、肾脏等。在肝内，HGF可由肝巨噬细胞、血窦内皮细胞和肝星状细胞这种非实质细胞产生，以旁分泌或自分泌的方式促进肝细胞DNA合成及有丝分裂[5]。c-Met是HGF特异性受体，在不同类型的上皮细胞、内皮细胞和造血祖细胞中表达。HGF/c-Met信号通路参与了几个生物学过程，如胚胎发生、器官发生、组织再生和癌变[6]。HGF及其与c-Met受体的特殊相互作用在过去几十年中已被广泛研究，并且仍然是众多临床试验的重点。

1.3HGF的生理学特性：HGF基因表达在转录水平上受到激素和细胞因子的调节，如白细胞介素-1，白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α。在健康人身体中，HGF通常以无活性的单链蛋白形式流通，并储存在细胞外基质中，它可以通过与凝血因子Ⅻ同源的丝氨酸蛋白酶结合，从而转化为成熟的活性形式，同时由于HGF在结构上与纤溶酶原高度同源，HGF也可能被尿激酶型纤溶酶原激活剂激活。但是当肝受到损害或部分切除时，HGF则诱导尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)受体，从而激活纤溶反应，具体机制是uPA能够将纤溶酶原转成纤溶酶,紧接着纤溶酶通过直接或间接激活基质中的金属蛋白酶，从而降解细胞外基质，释放HGF的前体蛋白，然后uPA将原HGF裂解为活性HGF[7]。

2 HGF的促肝再生作用

2.1肝再生：肝再生是指肝脏在受到损伤后肝细胞进行增殖，从而恢复正常肝脏功能的过程。正常情况下，肝组织内仅有少量肝细胞进行有丝分裂，大多数细胞停留在细胞周期的G0期[8]，当肝脏部分切除或受到损害时，细胞可通过DNA复制及有丝分裂进行增殖，从而达到适应机体的大小。此时参加增殖的细胞同时进入G1期，有文献表明肝细胞进入G1期末后还存在一个R点，这个点称为限制点，是决定肝细胞能否分裂进入S期的关键时期，否则就会返回G0期，当细胞通过R点后就可以顺利地进行周期循环，依次通过S期、G0期、G2期、M期，实现一个完整的DNA复制和细胞分裂。肝再生可分为三个阶段：①启动期：促炎性细胞因子，如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6从非实质细胞，如枯否细胞和肝窦上皮细胞分泌，刺激肝细胞从G0(静止状态)过渡到G1(启动阶段)。②增殖期：包括HGF和转化生长因子-α在内的生长因子促进肝细胞从G1期过渡到S期，这些生长因子覆盖细胞G1末期的限制点R点，使肝细胞能够顺利进入S期，然后进行细胞周期的循环，实现DNA复制和细胞分裂。③终止期：通过诸如转化生长因子-β和激活素等因素的激活增殖而停止[9]。肝再生涉及了各种生长和代谢因子，它们协同作用于肝细胞并使其进入细胞周期、复制和增殖的特定信号通路，从而使肝脏质量扩张。

2.2HGF对肝再生的影响：HGF作为肝再生因子有着促进肝细胞再生的作用，肝再生是一个需要多种因子参与调节、精确、有序的多阶段过程。通过不同的模型研究，大到动物整体小到细胞和基因以及通过实验结果血清的改变或被切除的肝体积大小的改变都发现HGF对肝再生有着至关重要的作用。HGF表达的研究最初集中在肝脏，肝脏在受伤后HGFmRNA迅速上调[4]。肝部分切除后，HGF的含量较早达到峰值，高水平的HGF与剩余肝脏的增长相关[10]。研究发现HGF敲除的小鼠不能完成发育即胚胎期死亡，而且HGF剔除的小鼠胚胎肝脏与正常小鼠胚胎肝脏相比小得多，表明HGF在肝脏的发育过程中有非常重要的作用[11]。在部分肝切除手术[12]以及次肝切除手术[13]的肝再生结果中都可以用免疫学的方法检测出血清中HGF水平有所提高,一般可达到正常的10～20倍，而且肝切除后，其他器官的间充质细胞中的HGF基因表达也表现出上调[14]。在刘俊等实验中对肝纤维化大鼠进行不同处理并观察肝再生情况，结果是血中AST和ALT含量没有明显变化，表明HGF对大鼠肝细胞有保护作用，可以提高细胞膜完整性[15]。在Periwal等研究得知肝再生中细胞周期的进程与肝切除体积大小无关，而与相关的细胞因子和生长因子浓度有关[16]，这个结论在实验[17]中可以看出，用不同的HGF浓度作用于急性损伤的肝细胞，高浓度HGF作用后的肝脏比低浓度HGF作用后的肝脏的体积会增长的更大，从而可以得出HGF有促进肝细胞分裂的作用。有研究表明，通过门静脉注射外源性给予肝部分切除的大鼠重组人肝细胞生长因子激活剂(rhHGF)发现其增殖细胞核抗原标记指数比对照组大鼠明显更高，展现出rhHGF的应用前景，为临床治疗提供新思路[14]。最近人们研究发现HGF可以促进某些细胞向肝细胞分化，文献中指出，HGF可以诱导骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化为成熟的肝细胞，高表达HGF的BMSCs通过迁移到肝组织和进一步的肝源性分化来预防肝移植后的大鼠肝功能衰竭和降低死亡率,这个发现为临床上的肝损伤提供可行的治疗方法[18]。

3 HGF/c-Met信号传导通路的可能机制

肝损伤后肝内微环境发生了改变，启动了相关因子调控和多条信号通路，肝细胞周期的进展在很大程度上依赖于生长因子信号通路，尤其是HGF/c-Met通路。c-Met是由Met原癌基因编码的蛋白产物,是一种酪氨酸激酶受体，属于Met家族[19]。HGF/c-Met通过对受损死亡细胞的清除、对损伤较轻细胞的修复、以及通过促进活细胞的增殖来促进肝细胞的再生。

3.1c-Met的结构和生物学特性：1984年Cooper等通过用致癌物N-甲基-N'-硝基-N-亚硝基胍处理人成骨肉瘤Hos细胞系诱导的染色体重排后产生Tpr-Met，克隆出了一个具有转化活性的片段,定名为c-Met[20-21]。c-Met基因位于染色体7q31，包含24个外显子。结构有细胞外配体结合区、单程跨膜区和催化细胞质区域。胞外由50kDa α亚基和140kDa β亚基组成，其之间通过二硫键相连。β亚基具有一个大的胞外区、一个跨膜区、一个细胞内酪氨酸激酶结构域和一个C-末端尾部。由SEMA，一个富含网状蛋白、信号素和整合素-半胱氨酸的结构域和四个Ig区重复结构域组成[22]。c-Met的激活具有多效性，因为其胞质结构域可以与多种细胞信号传导途径中的多种蛋白相互作用。正因为如此，c-Met被认为是与细胞增殖、侵袭、运动、血管生成和凋亡有关的蛋白受体[21]。

3.2HGF/c-Met信号通路在肝再生中的作用：作为肝再生过程中重要的信号通路,HGF和其受体c-Met结合后，c-Met自身的两个酪氨酸残基Tyr1234和Tyr1235磷酸化，继续激活c-Met上的蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)，激活的PTK进一步引起c-Met羧基末端Tyr1349和Tyr1356的磷酸化，这个过程集聚了Gab1和Gab2两种衔接蛋白，这些衔接蛋白又激活了细胞内不同的信号通路，如RAS/RAF/MEK/EKR信号通路、PI3K-AKT信号通路、核因子-κB和STAT3通路，引起细胞增殖、分化等一系列生物学效应[23-24]，其中Gab1蛋白在HGF和c-Met结合的生物学反应中起着重要的作用，它有c-Met结合位点的蛋白支架，可以和c-Met直接牢固的相互作用，导致响应HGF的Gab1磷酸化延长[21]，使其和c-Met结合时间变长。啮齿动物研究数据表明，在胚胎发育过程中，MET促进滋养层细胞以及肝细胞的存活和增殖，所以当敲除MET时，不仅阻碍了肝脏的发育，甚至导致了动物的死亡，表现出MET在发育中的关键作用[25]。最近有研究发现c-Met的双重抑制性，缺乏HGF受体和表皮生长因子受体导致肝再生的阻滞，小鼠在肝部分切除后2～3周死亡，这是因为缺乏基本肝功能引起的，限制了肝再生过程，突出了HGF和EGF信号传导的重要性[26]。这些实验表明HGF/c-Met系统在肝脏的再生和保护方面起到了促进作用。目前HGF与c-Met受体的特殊相互作用在过去几十年中已被广泛研究，并且现在仍然是众多临床试验的重点。

4 展望

肝再生进程及其调控机制是一个复杂的过程，近期研究表明，肝再生的过程不仅仅是肝细胞数量的增多，还包括肝细胞体积的增大。临床上，虽然肝移植被应用，但是高质量器官的短缺和对肝移植需求的增加，导致很多肝病患者死亡。近几年发现转染HGF的间充质干细胞可能对人类肝纤维化的治疗做出贡献，有最近实验表明，人脐带血来源的间质干细胞(hUCB-MSCs)可以改善肝功能和减少患者的腹水，其成果已经在肝纤维化大鼠的身上得到验证，是潜在的治疗细胞，同时发现转染HGF的间充质干细胞对胶原纤维再生、肝细胞变性和炎性反应细胞方面具有治疗作用[27]。目前HGF各种效应还在进一步探索，相信未来会有更多方法去治疗临床肝脏疾病。