干扰素对肝星状细胞活化的影响

摘要

干扰素分为两大类: I型和II型. I型干扰素分为IFN-α、IFN-β、IFN-ω, II型干扰素IFN-γ.IFN结合细胞表面特殊的受体. IFN-α、IFN-β竞争结合细胞表面相同的受体, 而IFN-γ结合不同的受体, 干扰素的受体本身并无酪氨酸激酶活性, 但也可以激活酪氨酸激酶通路, 将信号有细胞表面而传导至核而影响特异的基因转录等一系列细胞内事件. IFN-α已经显示在各种类型的间质细胞中有抗增生和抗纤维化作用. IFN-β可能更容易诱导细胞凋亡, 另外可以减少α-SMA表达, 从而减轻肝纤维化. IFN-γ是肝纤维化发展中一个关键的调节因子, 通过抑制肝星状细胞的活化, 拮抗TGF-β1, 诱导胶原酶产生而降低细胞外基质的沉积.

关键词: 干扰素; 肝星状细胞; 胶原纤维

N/A

N/A

Correspondence to: N/A

Received: December 31, 2004
Revised: January 12, 2005
Accepted: January 20, 2005
Published online: February 15, 2005

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

肝硬化是严重威胁人类生命健康的疾病. 各种病因所致肝硬化的发生发展进程中均伴有明显的肝纤维化, 肝内胶原纤维生成增多, 分布异常. 因此抗肝纤维化的研究成为防治肝硬化、门静脉高压症发病的关键. 病理状态下肝脏过度纤维化的本质一直难以明确. 直到近10年来, 随着肝内各种细胞成分分离培养技术的成熟, 终于证实肝间质中的肝星状细胞(hepatic stellate cells, HSC)是肝内胶原纤维的主要来源细胞[1-3]. 现已明确, 激活的HSC是肝纤维化、门静脉高压症发生发展过程中的关键环节. 本文就干扰素对于肝星状细胞活化的影响进行了总结.

1 干扰素的生物学作用

1957年Isaacs和Lindenmann首先发现了病毒干扰现象, 即病毒感染的细胞能产生一种细胞因子, 他们作用于其他的细胞后可干扰病毒的复制, 因而得名为干扰素(Interferon, IFN). 研究表明干扰素不能直接杀伤病毒, 而是诱导宿主细胞产生数种酶, 干扰病毒的基因转录或病毒蛋白组分的翻译. 干扰素分为两大类: I型和II型. I型干扰素根据免疫学特性和氨基酸序列分为IFN-α、IFN-β、IFN-ω, 均对酸稳定, IFN-α、IFN-ω由白细胞产生, 而IFN-β主要由成纤维细胞、白细胞等在细菌、病毒、多聚肌苷酸、多聚胞苷酸、核苷酸等刺激物诱导下产生[1].II型干扰素IFN-γ(也称为免疫干扰素)为酸敏感型, 主要由活化的T细胞和NK细胞产生. I型或II型干扰素的产生决定于刺激信号和被刺激的细胞性质. IFN-α和IFN-β基因均位于人9号染色体和小鼠4号染色体, 并连锁在一起. IFN-α基因至少有20个, 成串排列在一个区域, 无内含子, IFN-α基因家族已知至少编码12种蛋白质, 同一种属IFN-α不同基因产物其氨基酸同源性≥80%. IFN-α由2个亚族组成, 分别称为IFN-α1和IFN-α2, 彼此间有90%左右的同源性. 人和小鼠IFN-β基因只有一个, 无内含子, 与IFN-α基因连锁在一起. 虽然IFN-β与IFN-α氨基酸组成仅有26-30%同源性, 但二者拥有相同的细胞受体和细胞内信号传导途径. IFN-α的生物学作用有一定的种属特异性, IFN-β的生物学作用有较强的种属特异性[4-5]. 人和小鼠IFN-γ基因分别定位于12号和10号染色体, 在DNA水平上IFN-γ基因与IFN-α/β基因无同源性. 人和小鼠IFN-γ在DNA水平上有65%左右同源性, 在氨基酸水平的同源性只有40%左右. 人IFN-γ成熟分子由143个氨基酸组成, 糖蛋白, 以同源双体形式存在, 分子量为40 kDa, 其生物学作用有严格的种属特异性.

IFN结合细胞表面特殊的受体. IFN-α、IFN-β竞争结合细胞表面相同的受体, IFN-α/β R基因定位于21号染色体, 受体胞膜外结构属细胞因子受体中干扰素受体家族. IFN-α/b受体分布相当广泛, 包括单核细胞、巨噬细胞、多形核白细胞、B细胞、T细胞、血小板、上皮细胞、内皮细胞和肿瘤细胞等. IFN-αR由两个独立的亚单位组成, 即IFN-αR1、IFN-αR2.IFN-αR2c多肽可能为受体的主要配体结合成分, 他与几种IFN-α亚型均有亲和力; 而IFN-αR1对于信号转导起重要作用. 而IFN-γ结合不同的受体, 人IFN-γR基因定位于第6号染色体, 小鼠在第10号染色体. IFN-γR由两条跨膜链组成, 即IFN-γR1、IFN-γR2, 其中, IFN-γR1与IFN-γ配体结合, 而IFN-γR2在IFN-γ的信号转导中起重要作用. IFN-γ受体广泛表达于造血细胞来源的细胞表面, 包括外周血来源的和骨髓来源的造血祖细胞表面.

干扰素的受体本身并无酪氨酸激酶活性, 但也可以激活酪氨酸激酶通路, 将信号有细胞表面而传导至核而影响特异的基因转录等一系列细胞内事件. 这一类细胞因子受体是通过所谓的Jak-STAT途径. 即配基与受体结合后即激活一类酪氨酸激酶, 称为Jannus激酶(Jak). 这类激酶的成员包括JAK1、JAK2、JAK3和JYK2等[6]. 他们均具有相似的结构, 即在N端有5个保守区, 在C端有2个结构域: 类激酶结构域和激酶结构域. 研究表明不同的细胞因子受体的信号经由不同的JAK成员所介导. 两型干扰素的信号转导通路类似, 均使用一些共同的信号系统和效应子. I型干扰素信号转导的主要通路包括STAT蛋白的活化并形成复合物转位至细胞核, 与特殊的DNA元件结合调节有关基因的转录. 此通路(Jak-Stat pathway)显然由Jak激酶家族成员调节, 他们与I型干扰素受体有结构上的联系. 另外, 许多其他的Jak激酶依赖的信号转导通路被激活, 如IRS-PI 3'激酶通路和Crk家族蛋白. 唯一的II型干扰素IFN-γ同样激活多种Jak激酶依赖的信号通路, 包括Stat和Crk通路[4].

2 IFN-α对肝星状细胞活化的影响

IFN-α已经显示在各种类型的间质细胞中有抗增生和抗纤维化作用, 包括HSC.IFNa不仅有预防肝纤维化形成的作用, 而且对业已形成的肝纤维化组织有降解作用, 其作用机制可能如下: (1)抑制HSC活化. Inagaki et al[7]的研究发现IFN-α用于治疗慢性丙型肝炎, 无论患者对于治疗是否有病毒学应答, 患者的血清纤维化指标均得到改善, 说明IFN-α除了抗病毒的作用外, 还有直接的抗纤维化作用. 他们把IFN-α注射入转有alpha2(I)collagen gene(COL1A2)的转基因小鼠, 发现能明显抑制CCL₄引起的肝纤维化. 进一步分析发现IFN-α能抑制TGF-β/Smad3引起的COL1A2复制, 抑制COL1A2启动子的活化, 从而抑制肝星状细胞的活化. IFNa可作为一个HSC早期激活阶段的抑制剂而预防肝纤维化形成. 脂质过氧化是肝纤维化研究的热点, 体内研究中证实: 给予抗氧化剂后, 可以降低人类丙型肝炎患者肝中HSC的活化, 可以抑制实验性铁超载动物模型中肝纤维的发生和发展. Lu et al[8]研究发现IFN-α降低氧应激, 保护肝星状细胞免于脂质过氧化, 从而抑制HSC的活化. Vendemiale et al[9]有同样的发现, 他们发现IFN-α能起到与抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine, NAC)同样的作用, 通过降低氧应激, 来减少肝纤维化, 而不是通过抗病毒效应实现的. (2)诱导激活的HSC凋亡. 肝纤维化恢复期激活状态的HSC减少主要通过凋亡机制, 而不是表型的转化. 凋亡不引起溶酶体等细胞器的破坏, 凋亡细胞在数小时内被周围的细胞所吞噬, 很少引起微环境的炎症反应, 是一种理想的清除活化HSC的方式. HSC的凋亡具有重要意义, 一方面HSC数量的减少使ECM分泌减少, 更重要的是由活化HSC分泌的金属蛋白酶抑制物减少, 促进ECM的降解. IFN-α可通过诱导活化的HSC凋亡阻断肝纤维化的瀑布式效应, 其作用机制是通过影响凋亡相关基因的表达(下调bcl-xL的表达, 上调Fas的表达)或肝细胞的作用间接促进HSC的凋亡, 尚有待进一步研究. 但是Saile et al[10]研究却有不同的发现, IFN-α能明显抑制HSC的凋亡, 主要是通过活化Janus kinase 2(JAK2), 从而抑制caspase-8凋亡通路. (3)增加胶原酶活性, 促进ECM 降解. 肝内纤维组织的沉积与降解是一个动态平衡过程, 其降解依赖于胶原酶活性, Watanabe et al[11]报道IFN-α可提高基质金属蛋白酶活性, 促进ECM降解.

3 IFN-β对肝星状细胞活化的影响

Sakaida et al[12]发现α-SMA在星状细胞的表达与肝纤维化有关, 而IFN-β可以减少这种表达, 从而减轻肝纤维化. Sakaida观察了51个使用IFN-β、IFN-α治疗的患者, 完全应答18人, 部分应答17人, 无应答16人. IFN治疗前, 患者肝脏活体组织显示大量的星状细胞表达α-SMA. 治疗前后, 肝脏纤维化的程度与平滑肌肌动蛋白的表达有明确的相关(r = 0.699, P<0.05). 治疗完全应答组平滑肌肌动蛋白表达明显减少, 血清谷丙转氨酶正常. 有临床报道, 小剂量应用IFN副作用轻微, 治疗肝纤维化有一定效果. HCV所致早期或轻度失代偿肝硬化患者使用IFN是有益的, 但在晚期使用效果不佳, 且易加重病情.

诱导细胞凋亡是干扰素发挥作用的主要机制, HIF-1α是调节凋亡非常重要的因子, 该因子只受IFN-β调控, 所以IFN-β可能更容易诱导细胞凋亡. Jak1酪氨酸激酶更易在IFN-β作用下产生, IFN-β比IFN-α更易刺激Stat1和Stat2酪氨酸磷酸化以及IFN-刺激基因因子3(ISGF3)复合体的产生, 不同的I型IFN是激活Jak-Stat通路的不同物质. IFN-β调控更多范围的ISGs[13].

Shen et al[14]研究了IFN-α、IFN-β和 IFN-γ对于大鼠肝脏星状细胞活化的影响, 他们发现IFN-α对于培养的星状细胞的增生、BrdU(Bromo-2'-deoxy-urindne)融合以及SMA的表达无影响, 但是IFN-β能抑制培养的星状细胞的增生以及BrdU融合, 能减少SMA的表达, 能减少星状细胞的数量, IFN-α和IFN-β对肝脏星状细胞有不同的生物效应, 考虑可能是IFN-α和IFN-β通过不同的信号转导通路对星状细胞起作用.

4 IFN-γ对肝星状细胞活化的影响

IFN-γ是肝纤维化发展中一个关键的调节因子, 通过抑制肝星状细胞的活化, 拮抗TGF-β1, 诱导胶原酶产生而降低细胞外基质的沉积. Baroni et al[15]动态观察了大鼠在用DMN、IFN-γ、DMN+IFN-γ、生理盐水处理后肝星状细胞的增生、活化以及各种细胞外基质成分的表达情况, 认为每日给予IFN-γ可以抑制DMN诱导的肝纤维化的发展, 其机制是IFN-γ抑制了肝星状细胞在肝损伤发生后的全过程, 包括肝星状细胞在局部的增生、活化和对细胞外基质的合成, 而且持续作用到肝纤维化的后阶段. IFN-γ不仅能够抑制胶原纤维进一步形成, 更能有力地促进胶原降解, 这种特性也许是其他细胞因子所不具有的. IFN-γ在肝损伤发生后, 不但通过抑制胶原基因的转录、纤维连接蛋白的表达及促进PGE2的生成等途径抑制胶原纤维的进一步产生; 而且直接调节和促进胶原酶的表达, 降解过多的细胞外基质, 从而达到缓解肝纤维化的作用. Shibata et al[16]发现IFN-γ能明显减少体外培养的肝星状细胞分泌TGF-β1, 以及减少I型胶原、PDGF-bR和α-SMA的表达.

IFN-γ能诱导星状细胞的凋亡. Saile et al[17]研究发现IFN-γ作用于肝星状细胞能下调HSP70 M的表达, 诱导星状细胞凋亡. 而IFN-α能上调HSP70 M的表达, IFN-γ与IFN-α一起作用于星状细胞则对其诱导凋亡的作用消失, 对于CD95、CD95L、bcl-2、bax、bcl-xL、p53、p21WAF1、p27、NFkappaB等细胞凋亡调节因子的表达没有影响. 当活化的星状细胞转染了pCMV-HSP70 M, 则IFN-γ的诱导凋亡作用消失.

备注

编辑:张海宁

参考文献

1.	Iredale JP. Hepatic stellate cell behavior during resolution of liver injury. Semin Liver Dis. 2001;21:427-436.  [PubMed]  [DOI]

2.	Pinzani M, Gentilini P. Biology of hepatic stellate cells and their possible relevance in the pathogenesis of portal hypertension in cirrhosis. Semin Liver Dis. 1999;19:397-410.  [PubMed]  [DOI]

3.	Li D, Friedman SL. Liver fibrogenesis and the role of hepatic stellate cells: new insights and prospects for therapy. J Gastroenterol Hepatol. 1999;14:618-633.  [PubMed]  [DOI]

4.	Darnell JE, Kerr IM, Stark GR. Jak-STAT pathways and transcriptional activation in response to IFNs and other extracellular signaling proteins. Science. 1994;264:1415-1421.  [PubMed]  [DOI]

5.	Uzé G, Lutfalla G, Mogensen KE. Alpha and beta interferons and their receptor and their friends and relations. J Interferon Cytokine Res. 1995;15:3-26.  [PubMed]  [DOI]

6.	Dearolf CR. JAKs and STATs in invertebrate model organisms. Cell Mol Life Sci. 1999;55:1578-1584.  [PubMed]  [DOI]

7.	Inagaki Y, Nemoto T, Kushida M, Sheng Y, Higashi K, Ikeda K, Kawada N, Shirasaki F, Takehara K, Sugiyama K. Interferon alfa down-regulates collagen gene transcription and suppresses experimental hepatic fibrosis in mice. Hepatology. 2003;38:890-899.  [PubMed]  [DOI]

8.	Lu G, Shimizu I, Cui X, Itonaga M, Tamaki K, Fukuno H, Inoue H, Honda H, Ito S. Interferon-alpha enhances biological defense activities against oxidative stress in cultured rat hepatocytes and hepatic stellate cells. J Med Invest. 2002;49:172-181.  [PubMed]  [DOI]

9.	Vendemiale G, Grattagliano I, Caruso ML, Serviddio G, Valentini AM, Pirrelli M, Altomare E. Increased oxidative stress in dimethylnitrosamine-induced liver fibrosis in the rat: effect of N-acetylcysteine and interferon-alpha. Toxicol Appl Pharmacol. 2001;175:130-139.  [PubMed]  [DOI]

10.	Saile B, Eisenbach C, El-Armouche H, Neubauer K, Ramadori G. Antiapoptotic effect of interferon-alpha on hepatic stellate cells (HSC): a novel pathway of IFN-αlpha signal transduction via Janus kinase 2 (JAK2) and caspase-8. Eur J Cell Biol. 2003;82:31-41.  [PubMed]  [DOI]

11.	Watanabe T, Niioka M, Ishikawa A, Hozawa S, Arai M, Maruyama K, Okada A, Okazaki I. Dynamic change of cells expressing MMP-2 mRNA and MT1-MMP mRNA in the recovery from liver fibrosis in the rat. J Hepatol. 2001;35:465-473.  [PubMed]  [DOI]

12.	Sakaida I, Nagatomi A, Hironaka K, Uchida K, Okita K. Quantitative analysis of liver fibrosis and stellate cell changes in patients with chronic hepatitis C after interferon therapy. Am J Gastroenterol. 1999;94:489-496.  [PubMed]  [DOI]

13.	Platanias LC, Uddin S, Domanski P, Colamonici OR. Differences in interferon alpha and beta signaling. Interferonbeta selectively induces the interaction of the alpha and betaL subunits of the type 1 interferon receptor. J Biol Chem. 1996;271:23630-23633.  [PubMed]  [DOI]

14.	Shen H, Zhang M, Minuk GY, Gong Y. Different effects of rat interferon alpha, beta and gamma on rat hepatic stellate cell proliferation and activation. BMC Cell Biol. 2002;3:9.  [PubMed]  [DOI]

15.	Baroni GS, D'Ambrosio L, Curto P, Casini A, Mancini R, Jezequel AM, Benedetti A. Interferon gamma decreases hepatic stellate cell activation and extracellular matrix deposition in rat liver fibrosis. Hepatology. 1996;23:1189-1199.  [PubMed]  [DOI]

16.	Shibata N, Watanabe T, Okitsu T, Sakaguchi M, Takesue M, Kunieda T, Omoto K, Yamamoto S, Tanaka N, Kobayashi N. Establishment of an immortalized human hepatic stellate cell line to develop antifibrotic therapies. Cell Transplant. 2003;12:499-507.  [PubMed]  [DOI]

17.	Saile B, Eisenbach C, Dudas J, El-Armouche H, Ramadori G. Interferon-gamma acts proapoptotic on hepatic stellate cells (HSC) and abrogates the antiapoptotic effect of interferon-alpha by an HSP70-dependant pathway. Eur J Cell Biol. 2004;83:469-476.  [PubMed]  [DOI]