胆管上皮细胞的生理学特点及其与肝脏疾病相关性的研究进展

朱志文，黄海丽

（广东医科大学附属医院 肝胆外科研究所，广东 湛江 524001）

肝脏是人体物质代谢和能量转换的枢纽，是维持机体内环境稳定最重要的器官，兼具代谢、分泌、解毒和造血等多种功能，此外，肝脏还是胆汁生成的唯一场所。一般认为，肝脏的基本结构单位是肝小叶，其由60%～70%的肝细胞以及30%～40%的非实质细胞（non-parenchymal cell，NPC）组成，胆管上皮细胞（biliary epithelial cell，BEC）作为肝脏内的一种NPC，参与肝脏的正常生理过程[1]。近年来，随着我国人民生活水平的提高和饮食习惯的改变，肝脏疾病的发病率逐年提高，急慢性肝损伤、胆汁淤积性肝病、酒精性肝炎、肝纤维化和肝脏肿瘤等各种难治性肝病，严重影响着人们的健康[2]。随着研究的逐步深入，发现BEC在各种肝脏疾病的发生发展中扮演着重要角色。本文就BEC的生理学特点及其与肝脏疾病相关性的研究进展进行综述。

1 BEC的生理学特点

1.1 BEC的基本结构形态

BEC是单层排列在肝内胆管树的一种上皮细胞，占肝脏细胞总数的3%～5%，肝内胆管相互交错形成一个复杂的三维导管网络。相较于其他上皮细胞，BEC在功能上具有异质性，大的BEC主要参与胆汁分泌的调节，小的BEC具有促增殖能力[3]。BEC具有顶膜和基底外侧膜，从其顶膜延伸出来的微绒毛和初级纤毛具有特征性，微绒毛使细胞表面积增加了5倍，初级纤毛能感受机械、化学刺激以及渗透压的改变，是维持胆管细胞稳态的关键[4]。BEC的肌动蛋白细胞骨架，有助于维持膜张力、稳定细胞形态和调节囊泡运输，研究发现，以肌动蛋白细胞骨架为靶点的治疗，能够改善囊性纤维化相关的自身免疫性肝病的治疗效果[5]。

1.2 BEC的基本功能特性

1.2.1 分泌与吸收：BEC的顶膜和基底外侧膜存在不同的离子载体和通道，分泌和吸收各种物质。BEC主要分泌物之一是胆汁，占胆汁总排出量的40%，其在胆汁生成中至关重要，胆汁的分泌主要由BEC顶膜上Cl-通道开放和胆汁酸转运蛋白所引起。另一主要分泌物是HCO3-，胆汁中的碳酸氢盐形成一个碱性的“碳酸氢根伞”保护屏障，起到碱化胆汁酸和维持渗透压等作用[4]。此外，BEC还可以吸收胆汁酸、葡萄糖、氨基酸、水和各种离子，通过相关的转运蛋白和通道蛋白实现双向运输。这些复杂的分泌与吸收过程，受到细胞内多种信号途径和级联反应的共同调节[3-4]。

1.2.2 炎症与修复：BEC参与肝脏损伤引起的炎症和修复反应，表现出不同程度的胆汁淤积、增殖、凋亡、纤维化甚至恶性转化[6]。BEC经各种损伤激活，可分泌多种细胞因子和趋化因子，包括转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）、IL-8、CCL2、血小板源性生长因子-B（platelet derived growth factor-B，PDGF-B）等[6-7]，这些因子会以自分泌和旁分泌的方式参与炎症反应，致使BEC增殖、凋亡和衰老。随着炎症反应加剧，受损胆管周围瘢痕组织过度沉积，引发病理性修复反应，此类现象称为胆管反应（ductal reaction，DR）。DR由多种信号通路介导，但DR持续发展最终会导致肝纤维化和肝硬化[8]。

1.2.3 肝脏再生：当成熟肝细胞严重受损失去增殖能力时，会激活肝细胞和BEC互为“兼性干细胞”的替代机制，即胆管来源的BEC可以转化为肝实质细胞，肝细胞亦可转化为BEC，这有助于肝脏再生[9]。研究证实，在斑马鱼等低等脊椎动物中，肝细胞大量受损失去再增殖能力后，肝再生几乎都是由BEC转化为肝细胞得以实现[10]。Raven等[11]设计了两种小鼠肝损伤模型，整合素-β1（integrin-β1，ITGB1）丢失导致肝细胞坏死和P21 基因过表达抑制肝细胞增殖，发现在两种模型中都触发了胆管反应，并且在肝损伤期间出现大量BEC来源的肝细胞，表明在哺乳动物中，BEC同样对肝实质再生做出贡献。

1.2.4 免疫生物学：BEC拥有复杂的免疫机制，是肝脏免疫调节的重要组成部分，BEC在未被激活状态下，分泌包含IgA在内的多种抗菌蛋白，具有潜在的抗菌作用和免疫功能。BEC表达的Toll样受体（toll-like receptors，TLRs），在识别抗原后会分泌抗菌蛋白、炎症性细胞因子和黏附分子[12]。此外，Schrumpf等[13]收集了BEC提呈抗原并激活自然杀伤T细胞（natural killer T cells，NKT）的证据，证实BEC通过表达CD1d向NKT细胞呈递脂质抗原，从而激活NKT细胞。同时，BEC作为抗原呈递细胞还可表达人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA），促进免疫反应的定位[4]。当BEC被各种损伤激活后，会分泌TNF-α、干扰素-γ（Interferon-γ，IFN-γ）、IL-6、IL-8、CCL2、CXCL16、HLA等参与免疫调控[7]。

2 BEC与肝脏疾病相关性

2.1 BEC与肝脏损伤

在各种因素刺激下，包括外伤、感染、胆汁淤积、药物、酒精等，都会使肝细胞发生急性或慢性损失，造成肝损伤。在严重的慢性肝损伤中，肝再生能力受限，肝脏正常的结构和功能无法完全恢复，此时NPCs来源的肝再生途径，如BEC会在慢性肝损伤过程中发挥重要作用[14]。

为探究BEC在肝损伤中的增殖模式，Kamimoto等[15]采用三维成像技术追踪BEC，并结合数学模拟，发现BEC在肝损伤中会发生形态和表型的剧烈变化，这些变化实质上是BEC的大量增殖，并且这种增殖状态具有异质性和随机性。Raven等[11]设计了两套独立模型来模拟肝细胞增殖受抑制，首次确定在短期的严重肝损伤过程中，BEC显著再生肝细胞。而在长期肝损伤模型中，Deng等[16]发现BEC衍生的肝细胞补充了大部分肝实质，并在门静脉周围和纤维隔中获得独特的Hnf4α+CK19+双表型状态。之前的研究已表明，Wnt信号以β-catenin依赖和非依赖的方式调节胆汁淤积性损伤后的肝胆修复[17]。Russell等[18]发现在肝细胞β-catenin缺失使肝脏增殖受损的情况下，会促进BEC转化为肝细胞，BEC来源的肝细胞可以永久性地整合到肝实质中并介导肝再生。

在上述肝损伤过程中都触发了DR，且DR程度与肝损伤程度呈正相关。然而，DR作为一种病理性修复反应，在肝损伤再生过程中的作用尚有争议[19]。在四氯化碳诱导的慢性肝损伤过程中发现，有高达12%的新生肝细胞来源于DR细胞分化，而不是来自未损伤的肝细胞复制，这些新形成的肝细胞具有更好的增殖能力以及更高效的DNA修复能力[20]。BEC中的YAP和mTORC1 信号通路是触发DR这一过程所必需的，而非LGR4/5介导的Wnt/β-catenin信号通路[21]。以上发现证明了BEC是肝再生途径的重要来源之一。

2.2 BEC与胆汁淤积性肝病

胆汁淤积性肝病（cholestatic liver diseases，CLD），是由各种原因引起的胆汁生成、分泌和排泄障碍，进而引发胆汁淤积和炎症反应，最终导致胆管和肝细胞损伤，CLD最常见的类型包括原发性胆汁性胆管炎（primary biliary cholangitis，PBC）和原发性硬化性胆管炎（primary sclerosing cholangitis，PSC）[22]。

CLD的发病机制包括DR、胆汁毒性和线粒体功能障碍，BEC作为胆汁流量和成分的主要调节者，与CLD的发生发展有紧密联系。顶端连接复合体（apical junctional complexes，AJCs），如紧密连接和黏附连接，可在肝实质和胆汁毒物之间形成一道保护性物理屏障，AJC受到BEC表达的维生素D核受体（vitamin D nuclear receptor，VDR）的调节，研究表明当VDR缺乏时，AJC完整性的缺失会导致胆管结构缺陷[23]。同时，细胞衰老、缺氧以及胆汁毒性会诱导BEC大量表达赖氨酰氧化酶样蛋白2（lysyl oxidase-like protein 2，LOXL2），LOXL2对BEC的屏障功能产生负性调节，促进PSC患者的肝损伤[24]。应激性保护蛋白角蛋白19，在BEC和肝祖细胞中广泛表达，其丢失会导致BEC角蛋白网络重新分布并减弱DR细胞增殖，有利于CLD的发生[25]。另外，BEC表达的鞘氨醇1-磷酸受体2（sphingosine 1-phosphate receptor2，S1PR2），具有调节多种细胞增殖的功能，S1PR2的激活会进一步激活ERK1/2和AKT信号级联，进而促进炎症反应和BEC增殖[26]。在PBC和PSC患者中还发现，BEC中的微小核糖核酸506（miR-506）过表达，可增加BEC对胆汁的敏感度，造成线粒体功能障碍，最终导致PBC和PSC的免疫激活[27]。

BEC在CLD中亦发挥积极作用。法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）在BEC中广泛分布，是平衡胆汁酸的主要调节因子，BEC表达的β-catenin与FXR相互作用，形成一种物理复合体，调节胆汁酸的合成和转运，进而减轻胆汁酸毒性对肝脏的损伤[28]。此外，G蛋白偶联的胆汁酸受体TGR5，已被证实在氯化物分泌、BEC增殖和胆囊充盈中发挥作用，TGR5通过影响连接黏附分子A的表达和磷酸化，调控BEC的细胞旁通透性，以刺激增强胆管上皮屏障功能[29]，同时，BEC也自发表达紧密连接蛋白2（tight junction protein 2，Tjp2），Tjp2对胆汁-血液屏障的建立至关重要[30]，故两者都可在一定程度上减轻胆汁淤积造成的损伤。近期在对PSC和PBC的研究中又发现，通过沉默BEC来源的TGF-β2，能够有效改善胆源性肝损伤[31]。BEC在CLD中的促损伤和修复作用正逐步被揭示，深入对其分子机制的研究，将有望开拓更多前瞻性治疗靶点。

2.3 BEC与酒精性肝炎

酒精性肝炎（alcoholic hepatitis，AH），是一种慢性肝脏炎症，具有显著的发病率和病死率，AH由长期大量酗酒导致的酒精性肝病（alcoholic liver disease，ALD）发展而来，初期常为脂肪肝表现，后期逐步发展为肝纤维化和肝硬化[32]。AH的发病机制涉及多种因素，包括酒精及其代谢产物引起的肝细胞损伤、胆汁淤积、促炎因子的募集和激活。BEC在AH发展过程中发挥作用与中性粒细胞有密切联系，DR是慢性肝病的一大特征，然而AH也不例外，DR在AH中促进炎症反应发展是通过募集中性粒细胞和趋化因子实现的[33]，募集到的中性粒细胞可与BEC上的整合素-β1（ITGB1）相结合，降低3型肌醇1，4，5-三磷酸受体（type 3 inositol 1，4，5-trisphosphate receptor，ITPR3）的表达（ITPR3是BEC中主要的Ca2+释放通道，影响碳酸氢盐分泌），导致AH中的胆汁淤积性改变[34-35]。此外，AH患者的BEC中高表达成纤维细胞生长因子19（fibroblast growth factor 19，FGF19），并且FGF19随AH加重而表达增加，FGF19 在与其受体结合后，可导致胆汁酸合成限速酶——胆固醇7α-羟化酶基因表达下调，抑制胆汁酸合成，从而起到一定的保护作用[36]。由此可见，BEC在AH发生发展过程中扮演的角色是不容忽视的，这对于理解驱动AH的潜在机制和开发新的生物标志物及靶向治疗有重要意义。

2.4 BEC与肝纤维化

肝纤维化通常归因于各种慢性肝病，是一种与愈合机制相关的复杂病理生理过程，其终末阶段肝硬化有着高发病率和病死率。肝纤维化过程涉及多种细胞机制，其中BEC相关的上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和胆管反应（DR）发挥重要作用[37]。

EMT在组织器官发育和胚胎发生中起着至关重要的作用，肝脏中的上皮细胞通过EMT会失去其典型的极性和黏附特性，获得成纤维细胞表型，并大量表达EMT相关蛋白，促进纤维化形成。Omenetti等[38]提供了Hedgehog信号通路介导的BEC-EMT促进肝纤维化的直接证据。在对原发性胆汁性肝硬化患者的研究中发现，IL-17A诱导的BEC-EMT参与了该疾病的发病过程，IL-7A可能在体外诱导BEC发生成纤维细胞样的形态学变化[39]。Tang等[40]结果表明，敲除Toll样受体4（TLR4）基因后可抑制核因子kB（nuclear factor-kB，NF-kB）信号通路，进而抑制BEC-EMT，他汀类药物也可通过下调TLR4 和NFkB抑制LPS或TGF-β1诱导的BEC-EMT[41]。

DR的特征是包括BEC在内的细胞增殖，胆管反应细胞（ductal reaction cells，DRCs）在向肝脏募集免疫细胞、促进炎症和纤维化的微环境方面发挥关键作用。在PSC发展过程中，DRC可以通过分泌各种炎症因子来改变胆管周围的微环境，导致基质中免疫细胞和成纤维细胞募集和活化，从而启动和维持肝脏炎症和促纤维化反应[42]。研究表明，非经典型NF-kB信号通路及其转录调控因子RELB是引发DR的核心介质，RELB在健康肝脏中是非必需的，但在慢性肝病中会被激活，抑制BEC中RELB基因的表达，将有助于改善肝纤维化[43]。最新的研究结果也指出，当髓细胞白血病因子1（myeloid cell leukemia 1，MCL1）受抑制时会诱导DRC发生凋亡，因此，通过MCL1 介导的DRC靶向凋亡，可有效减少胆汁淤积性肝纤维化[44]。此外，降低TGF-β1和IL-13的表达，也可抑制BEC增殖和成纤维细胞的活化[19]。因此，BEC相关的EMT和DR，可能是肝纤维化的一种潜在的治疗靶点。

2.5 BEC与肝内胆管癌

肝内胆管癌（intrahepatic cholangiocarcinoma，ICC）是来自于肝内胆管上皮的恶性肿瘤，可由多种疾病或因素导致，约占原发性肝癌的10%～15%，其病死率在肝脏原发恶性肿瘤中排名第二，仅次于肝细胞肝癌。ICC被认为有多种细胞来源，如肝内BEC、分化的肝细胞和肝祖细胞等多能干细胞[45]。Guest等[46]使用细胞谱系追踪系统来定位胆管上皮p53缺失，表明在慢性炎症和p53缺失的情况下，肝内BEC是ICC的起源细胞。鉴于Notch信号通路参与BEC分化和胆管发育，也有研究发现成熟肝细胞也具有向ICC转化的潜力，并且这一过程依赖于细胞内Notch信号通路的激活[47]。

ICC有着复杂的分子机制，近年来发现，BEC中的miRNA失调以及DNA甲基化对ICC发生发展做出重要贡献。例如诱导miR-21过表达，可间接增加ICC细胞的增殖和侵袭性[48]；miR-200相关的ICCEMT与肿瘤细胞的侵袭和转移有密切联系[49]。初级纤毛对BEC内稳态有重要意义，有分析指出，miR-22 和miR-433 在BEC内表达下调，可导致组蛋白去乙酰化酶6 过表达介导的纤毛丧失，从而增加ICC的恶性程度，因此恢复相关miRNA的表达，将是减缓ICC进展的潜在途径[50]。转录因子SOX17是调节BEC分化过程和维持胆管表型的关键因子，并被鉴定为ICC中的有效肿瘤抑制物，在慢性炎症中，通过启动子甲基化依赖机制下调BEC中SOX17 的表达，可提高BEC的致瘤能力，促进BEC向ICC转化[51]。但据最新报道，由SOX17 刺激表达的张力蛋白-4，在ICC中有促进肿瘤进展作用，因此SOX17在作为肿瘤抑制因子同时不排除其对肿瘤进展的贡献[52]。目前，关于BEC在ICC中发挥作用的分子机制还知之甚少，鉴于ICC仍缺乏有效的非手术治疗手段，从分子途径对ICC的发生发展产生影响，有望成为新的治疗方向。

3 结语

BEC在肝脏疾病中发挥重要作用，近年来，随着各种难治性肝脏疾病的研究不断深入，BEC与肝脏疾病发展的相关性研究越发成为焦点，各方面进展不断被更新报道，取得重大突破。目前可以确定，BEC参与各种肝脏疾病进程中均涉及到DR，然而DR作为众多BEC相关的肝脏疾病的中心事件，仍有许多问题等待解决，其相关的分子机制仍未被完全阐明。但值得肯定的是，以BEC为靶点的治疗策略，将为各种难治性肝病的临床治疗提供更多方向。