| 100023 北京市2345信箱 | 世界华人消化杂志 2000年6月15日;8(6)687-689 |
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肝纤维化的发生机制
姜慧卿
张晓岚
Subject headings
liver cirrhosis/pathology; extracellular matrix;
kupffer cells; cytology; clostridium histolgticum collagenase;
gene expression
主题词
肝硬化/病理学；细胞外基质；枯否氏细胞；细胞学；溶组织梭菌胶原酶；基因表达
姜慧卿, 张晓岚. 肝纤维化的发生机制. 世界华人消化杂志，2000；8(6)：687-689
肝纤维化是慢性肝病共有的病理改变，其本质是以胶原为主的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)合成增多，而降解相对减少，两者失去动态平衡，致使过多ECM沉积于肝内引起肝纤维化. 目前认为肝纤维化的形成是由于各种损肝因子引起肝细胞损伤、坏死、凋亡及肝组织炎症反应，激活枯否细胞分泌多种细胞因子；随同肝细胞、血小板和窦内皮细胞等分泌的细胞因子、脂质过氧化产物等化学递质共同作用于肝星状细胞，使之激活转变为肌纤维母细胞，发生表型及功能改变，通过旁分泌及自分泌机制，使肌纤维母细胞增殖，合成大量的胶原和蛋白多糖等ECM. 其发生机制是一个非常复杂的病理过程，涉及病理组织学、细胞学、细胞因子及其分子水平的调节.
1 细胞学基础
肝脏的实质细胞、非实质细胞及炎症细胞等均与肝纤维化的形成有关. 实质细胞系指肝细胞(hepatocyte，HC)，而非实质细胞包括窦内皮细胞(sinusoid
endothelial cell，SEC)、枯否细胞(kupffer cell，KC)、肝星状细胞(hepatic
stellate cell，HSC)和陷窝（pit）细胞.
1.1 肝星状细胞
HSC位于窦周Disse间隙，形态不规则，胞体呈卵圆形，胞质富含类维生素A脂滴，其主要功能是贮存和代谢维生素A，合成与分泌少量的ECM，并有一定的产生胶原酶的能力. 肝脏受损时HSC被激活，转化为肌纤维母细胞，脂滴、类维生素A丢失，快速发生形态学改变；表达平滑肌α肌动蛋白、波形蛋白及结蛋白，具有收缩功能；表达多种细胞因子及受体；细胞大量增殖，合成大量的ECM.
目前认为，HSC是肝纤维化时ECM的最主要来源细胞，HSC的活化是肝纤维化发生的关键. 活化的HSC分泌的TGF-α，TGF-β1，FGF，PDGF，ET1和IGF-1等细胞因子，可促进已被激活的HSC快速转化为肌纤维母细胞，同时激活静止状态的HSC. 三磷酸肌醇激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI 3-K)、焦点粘附激酶(focal
adhesion kinase, FAK)、分裂素活化蛋白激酶(mitogen actvated protein kinases, MAPK)、蛋白激酶C(protein
kinases C, PKC)及整合素可刺激HSC活化的细胞内信号通路，转录因子NF-kB对HSC活化具有重要调节作用［1］. 最近研究表明，肝纤维化恢复期，清除活化的HSC主要通过凋亡机制［2］，而不是表型的转化，HSC凋亡是HSC减少的主要途径.
1.2 枯否细胞
KC是肝脏的巨噬细胞，位于肝窦腔内，体积较大，形态不规则. 肝脏受损Kupffer细胞被激活，是启动纤维化的重要因素.
它参与肝纤维化的形成，主要通过释放细胞因子如TGF-α，TGF-β1，PDGF，IL1和TNF-α等，作用于HSC使其增殖和合成ECM. 另外KC可上调Ⅰ型前胶原mRNA水平.
1.3 窦内皮细胞
SEC是肝窦壁的主要细胞，细胞扁平或细长，胞核呈月牙形. SEC结构上最显著的特点是有大量的筛状孔洞. SEC活化后分泌PDGF，FGF-2，IL-1，IL-6及活性氧中间产物，促进HSC增殖；产生纤溶酶原激活物抑制因子(plasminogen activator inhibitor，PAI)使ECM降解减少；本身可合成ECM.
SEC损伤、肿胀甚至坏死，使肝窦变窄；产生ET-1使SEC和HSC收缩；表达粘附分子使炎症细胞集聚于肝窦内；SEC发生向血管内皮细胞的表型转移，表现为SEC筛孔数量减少甚至消失，即所谓的毛细血管化；所有这些因素使肝细胞血流供应减少，不能有效的进行物质交换，诱发或加重肝细胞损伤.
1.4 肝细胞
在肝纤维化形成过程中HC能合成Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ型胶原，但其合成胶原的量明显少于HSC. HC的主要作用是启动HSC的激活，激活机制有：①正常HC胞膜对HSC 的增殖具有接触性抑制作用，HC受损时其胞膜的破坏导致其对HSC的接触抑制作用丧失，从而激活HSC；② 分泌IGF及其相应的结合蛋白等促有丝分裂因子促使HSC增殖；③产生脂质过氧化产物如自由基、反应性醛等可激活HSC；④与KC协调作用激活HSC.
1.5 陷窝细胞
pit细胞是肝脏中具有自然杀伤活性的大颗粒淋巴细胞，其形态特征是细胞的极性现象和细胞浆内有嗜苯胺蓝颗粒.
pit细胞在肝纤维化形成中的作用不甚清楚. 在病毒性肝炎大鼠中pit细胞显著增多，推测pit细胞是通过与其他非实质细胞相互协同而间接影响肝纤维化的
形成.
2 细胞因子
细胞因子是由细胞分泌并能调节细胞功能的小分子多肽. 目前证实有多种细胞因子参与肝纤维化的形成，包括促有丝分裂细胞因子（PDGF，TGF-α，TNF-α，IGF及IL-1）和纤维形成细胞因子（TGF-β1， IL-6）. 前者主要促进HSC增殖；后者主要促进ECM合成. 这些细胞因子可通过自分泌形式作用于自身，或通过旁分泌形式介导细胞-细胞间的相互作用. 其中最重要者是PDGF和TGF-β1.
2.1 PDGF
是最强烈的有丝分裂原，对HSC的活化、分裂和增殖均有明显的促进作用，并诱导HSC合成TGF，IGF等细胞因子且上调尿激酶纤溶酶原激活物(urokinase-plasminogen activator，u-PA)及其受体(urokinase-plasminogen activator receptor, u-PAR)［3］.
近年来对PDGF
的研究主要集中在其调控HSC增殖的机制方面. 现已明确，PDGF是由A链与B链借二硫键相连的二聚体，它有三种形式：PDGF-AA，-AB，-BB.
PDGF受体由α，β亚单位组成，有αα，αβ，ββ三种，PDGF受体本身具有酪氨酸激酶活性，当它与PDGF结合后，PDGF受体的酪氨酸发生构型改变形成二聚体，且其酪氨酸残基自动磷酸化，进而通过下列机制影响HSC的增殖：①三磷酸肌醇激酶(PI3-K)［4］：PDGF呈时间依赖性增加人HSC的PI3-K，而PI3-K特异性抑制剂可阻断PDGF诱导的PI3-K活化. 提示PDGF诱导细胞有丝分裂需要PI3-K的活化； ②钙通道：PDGF对HSC的促增殖作用与其影响细胞内Ca2+浓度有关. PDGF能增加HSC内Ca2+浓度，一方面通过细胞内储存Ca2+释放；另一方面是通过激活T型钙通道，使细胞外Ca2+内流. T型钙通道阻断剂氯化溴能阻断PDGF对HSC的促增殖作用； ③钠-氢（Na+/H+）交换：PDGF也增强HSC的Na+/H+交换泵活力［5］，提高细胞内pH；应用Na+/H+交换抑制剂氨氯吡嗪脒能抑制PDGF对HSC的促有丝分裂作用；
④细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase, ERK）：ERK是丝裂原活化蛋白激酶类，PDGF可增加ERK活性［6］，通过激活ERK途径而起作用； ⑤其他：信号转导及转录活化蛋白（signal transduction and activation of transcription，STAT）和FAK等也参与PDGF对HSC增殖的调控.
2.2 TGF-β1
在肝纤维化中的主要作用是促进HSC
合成胶原、纤维连接蛋白及蛋白多糖等ECM，并抑制基质金属蛋白酶(matrix-metalloproteinases, MMPs)合成、促进HSC分泌组织金属蛋白酶Ⅰ抑制剂(tissue
inhibitors of metalloproteinases-1, TIMP1)［7］和PAI-1等而减少ECM降解.
多数研究表明TGF-β1对HSC增殖无明显直接影响，甚至起抑制作用. 但是，TGF-β1能呈剂量依赖性增加HSC表达PDGFβ受体，提高HSC与PDGF的结合位点，从而明显增强PDGF促进 HSC增殖的作用；它也能增强细胞膜整合素表达，从而调控细胞-基质的相互作用.
TGF-β1要与受体结合后才能发挥作用，但有关TGF-β1作用于HSC的信号传导研究较少，可能是通过其Ⅰ型受体进一步激活Ras/ERK途径等.
另外Roth-Eichhorn
et
al［8］也发现在HSC的表型转变过程中TGF-β1通过L-型膜电位运行钙通道(L-type voltage-operated calcium，L-type VOC)增加细胞内Ca2+浓度，提示激活钙通道是其调控机制之一.
3 细胞外基质成分及影响因素
3.1 细胞外基质成分及分类
广义的ECM包括以下几种成分：①胶原蛋白(collagen, Col)：目前发现人体共有19种，即Col
Ⅰ～ⅩⅠⅩ型；分为七组：成纤维胶原（Ⅰ，Ⅲ，Ⅴ和ⅩⅠ）、网架结构性胶原（Ⅳ，Ⅷ和Ⅹ）、微丝结构性胶原（Ⅵ）、跨膜胶原（ⅩⅦ）、FACIT胶原（Ⅸ，Ⅻ，ⅩⅣ，ⅩⅥ，ⅩⅠⅩ）、锚定作用的微丝（Ⅶ）、未分类胶原（ⅩⅢ、ⅩⅤ和ⅩⅧ）.
肝脏存在Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅷ，Ⅹ，ⅩⅧ等型胶原； ②非胶原糖蛋白：有十余种，包括纤维连接蛋白(Fibronectin, Fn)、层粘连蛋白(Laminin,
LN)、玻璃粘连蛋白、内皮粘连蛋白、键蛋白、波浪状蛋白、血栓粘附素和SPARC等.
在肝纤维化形成过程中可粘附胶原，并促使PC分泌胶原；另外，还具有细胞趋化作用，使成纤维细胞在局部聚集、分泌和沉积ECM； ②蛋白多糖：是由核心蛋白和糖胺多糖组成的一大类巨型分子. 主要包括透明质酸(hyaluronic acid, HA)、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、硫酸角质素和硫酸肝素等6种. 在肝纤维化活动期，血清中含量最多的是HA，HA可加速胶原蛋白聚合成前胶原纤维的横纹周期，并可影响前胶原的粗细，促进胶原蛋白分子的聚合进程. HA对HSC有激活作用，表现为HSC骨架蛋白增加及胶原合成增加. 除了上述传统ECM分子外，更广义ECM也包括整合素、细胞间粘附分子、MMPs，TIMPs和细胞因子. 新的ECM分类方法强调ECM和细胞之间以及ECM不同成分之间的相互作用.
3.2 ECM在纤维化肝中的成分改变及其作用 肝纤维化时，Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ型胶原明显增加，早期以Ⅲ，Ⅳ型胶原增加为主，后期Ⅰ型胶原增加占优势. 其他一些基质诸如LN，Fn和蛋白多糖等也明显增加. 最近Musso et al［9］报道，人肝纤维化时活化的星状细胞及肝窦基底膜中有大量18型胶原出现，此型胶原主要由HC产生，临床意义不明，可能参与早期的ECM重塑及ECM与细胞间的信号转导. 体外培养HSC发现，ECM可影响HSC的功能，在基本正常的肝脏基质成分中培养HSC，在较长一段时间内HSC处于静止状态；而有Ⅰ型胶原存在时，HSC则很快被激活并大量合成ECM. ECM与细胞间的信息传递依赖于细胞表面的ECM受体，最重要的受体为整合素. 各种ECM成分蛋白的氨基酸顺序中，精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列可被整合素识别与结合，通过FAK、PI3-K和丝裂原活化蛋白激酶信号通路，将信息传入细胞内，进而影响HSC的活化、调节MMPs和TGF-β的表达. 另外，目前ECM降解的研究日益受到重视，MMPs活性受抑制、TIMPs活性增强可以导致ECM的降解不足［10］.目前诸多方面的深入研究，大大更新了我们对肝纤维化的认识，进一步研究细胞因子调节HSC 活化和ECM合成的分子机制，以及对活化HSC诱导凋亡的方法是当前研究的焦点. 未来的研究可能集中在控制肝纤维化的基因疗法应用方面，上调胶原酶基因表达、抑制TGF-β的基因表达及诱导HSC凋亡是控制和调节肝纤维化的潜在方向.
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