肝星狀細胞活化與肝纖維化的發(fā)病機制

肝星狀細胞活化與肝纖維化的發(fā)病機制

肝實質(zhì)是肝內(nèi)微子（tc）合成大于分解，導(dǎo)致大量ecm過度積聚。研究證實,活化的肝星狀細胞(hepaticstellatecell,HSC)是EMC的主要來源,各種致HF因素均通過使靜息狀態(tài)的HSC表型轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞表型這一共同復(fù)雜的病理過程,參與HF的發(fā)生及進展。因此,HSC激活并轉(zhuǎn)化為肌成纖維樣細胞(myofibroblast,MFB)是HF發(fā)生、發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。一、hsc的表型轉(zhuǎn)化HSC是肝臟的一種間質(zhì)細胞。正常肝臟的HSC占肝臟細胞總量的5%~10%,定居在竇間隙,處于靜止狀態(tài),不表達α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA),增殖活性低,合成膠原能力低,且合成Ⅳ型膠原>Ⅲ型膠原>I型膠原,如果產(chǎn)生層黏連蛋白則與Ⅳ型膠原形成基底膜。在各種肝損傷因素刺激下,HSC表型發(fā)生改變,從富含維生素A的靜態(tài)細胞表型轉(zhuǎn)化為具有增殖性、成纖維性和收縮性的肌成纖維細胞表型,即活化的HSC。Friedman等將HSC活化分為兩個主要階段:初始階段及持續(xù)階段。(一)kupffer細胞激活是指早期HSC基因表達的改變及在細胞因子等刺激因素作用下產(chǎn)生的快速細胞表型改變。HSC活化的初始啟動主要依賴于鄰近細胞(如肝細胞、Kupffer細胞、肝竇內(nèi)皮細胞、血小板等)旁分泌作用的結(jié)果。導(dǎo)致HSC活化的多種因素中,肝細胞的損害是主要和持續(xù)的因素。而從損傷細胞中釋放的成分,如從凋亡細胞釋放的脂質(zhì)過氧化物、藥物的中間代謝產(chǎn)物、酒精代謝生成的乙醛等都是Kupffer細胞強烈的激活劑。激活的Kupffer細胞群擴展并釋放對HSC激活有決定性作用的細胞因子,如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)、腫瘤壞死因子-α(tumornecrosisfactor,TNF-α)、血小板源生長因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)等,這些細胞因子進一步刺激ECM合成、HSC增殖和類視黃醇釋放。除此之外,Kupffer細胞還能通過分泌基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9),明膠酶B,影響HSC。MMP-9能激活TGF-β,而TGF-β反過來又刺激HSC分泌膠原。Kupffer細胞還是肝臟內(nèi)活性氧(ROS)的主要來源,ROS誘導(dǎo)氧化反應(yīng),加重肝纖維化。Imamura等研究發(fā)現(xiàn),抑制巨噬細胞的浸潤,可抑制HSC的激活,從而抑制肝纖維化的形成。并有研究發(fā)現(xiàn)HSC活化標志物的出現(xiàn)與Kupffer細胞的浸潤是一致的。(二)hsc激活的三大作用機理由于各種刺激的作用而維持HSC的激活狀態(tài)并伴有纖維形成。這個階段是HSC自分泌及旁分泌共同作用的結(jié)果。HSC自分泌的細胞因子包括促進HSC激活的細胞因子如TGF-β、PDGF、成纖維細胞生長因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)和內(nèi)皮素-1(ET-1)等,以及抑制HSC激活的肝細胞生長因子。HSC還可釋放中性粒細胞和單核細胞的化學(xué)引誘物,包括集落刺激因子、中性粒細胞化學(xué)趨化因子和單核細胞趨化蛋白-1(monocytechemoattractantprotein,MCP-1)。此外,HSC產(chǎn)生的細胞因子PDGF、TGF-β等促進Kupffer細胞的激活以及自分泌和旁分泌作用促進自身的進一步激活。在HSC激活的持續(xù)階段,ECM重建繼續(xù),內(nèi)皮下低密度ECM的合成增加而降解減少,并逐漸被富含纖維的膠原所替代。富含纖維的ECM也能加速HSC激活。HSC的持續(xù)活化涉及由細胞因子介導(dǎo)的表型改變和ECM重塑,細胞膜受體的信號蛋白表達的增加在其中起重要作用,尤其是受體酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase,RTKs)表達在肝損傷時顯著上調(diào),在介導(dǎo)HSC對細胞因子反應(yīng)中起特別的作用。肝損傷時,激活HSC能誘導(dǎo)自身盤狀結(jié)構(gòu)域受體(DDRs)和整合素受體的表達。膠原通過與增加的DDRs、整合素受體結(jié)合,啟動一個級聯(lián)反應(yīng),增加Src蛋白酪氨酸激酶和下游區(qū)信號,誘導(dǎo)MMP-2轉(zhuǎn)錄,刺激和結(jié)合HSC,產(chǎn)生更多膠原。DDRs(特別是DDR2)主要對成纖維膠原起反應(yīng)而不是對生長因子起反應(yīng)。這也說明了為什么成纖維樣基質(zhì)(主要是膠原成分)能激活HSC。因此,當內(nèi)皮下基膜被成纖維膠原替代時,HSC可通過DDR2受體與I型膠原的結(jié)合而持續(xù)活化HSC。二、表型改變的原因在持續(xù)活化階段,HSC可發(fā)生一系列的表型改變,即增殖、收縮、纖維形成、基質(zhì)降解、趨化、白細胞化學(xué)吸引、維生素A缺乏和細胞因子釋放等。(一)pdgf受體蛋白氨基酸激酶抑制劑免疫法PDGF是目前已知的最強的促有絲分裂的促HSC增殖因子。HSCs激活時PDGF和PDGF受體(PDGF-R)均表達增加。PDGF可以刺激HSC自分泌、趨化性以及類視黃醇的丟失,并且其它的肝臟細胞,如上皮細胞、Kupffer細胞、肝細胞也可以旁分泌一些信號因子影響PDGF和PDGF-R在HSC中的表達。PDGF是由兩條二聚體的多肽鏈組成的,即PDGF-AA,-BB或者PDGF-AB。PDGF受體屬蛋白酪氨酸激酶受體家族,有α、β兩種亞型,PDGF-AA鏈只和PDGF-Rα結(jié)合,而PDGF-B鏈可以和PDGF-Rα、PDGF-Rβ兩種受體結(jié)合。接著配體與受體結(jié)合形成二聚體,二聚體后使內(nèi)部的酪氨酸殘基磷酸化并激活下游的一些信號傳導(dǎo)通路,最后通過誘導(dǎo)細胞增殖和遷移來激活HSC。肝臟損傷導(dǎo)致HSC中PDGF-Rβ的顯著性上調(diào),提示PDGF-BB在HSC的增殖中發(fā)揮著更加重要的作用。肝損傷時,PDGF-Rβ首先表達增加。TGFβ1同樣可以增加PDGF-Rβ的表達,它是通過增加PDGF-BB而并非是PDGF-AA進行的促有絲分裂作用。PDGF-Rα在正常的HSCs中就有表達,然而,它在肝損傷時并未表達增加。相對于HSC,來源于正常肝臟的肝上皮細胞都有PDGF-Rα和PDGF-Rβ的低表達,但是這些組織在肝臟損傷時也并不增加。PDGF在肝臟中主要由血小板、kupffer細胞、竇內(nèi)皮細胞產(chǎn)生,PDGF結(jié)合到HSC胞膜上的受體后,主要通過PI-3K、JAK/STAT、MAPK等途徑促進HSC的增殖、激活。另一方面,生長因子(血管內(nèi)皮細胞生長因子和胰島素樣生長因子等)的刺激也有效地促進了HSC的增殖。(二)tgf-基因TGF-β是一類調(diào)節(jié)細胞生長和分化的多肽,具有活化HSC,促進肝臟膠原基因表達,促進ECM合成等作用,是最重要的促HF因子之一。HF時TGF-β三種亞型及其受體表達增加。HSC表達TGF-β受體I、II和III,TGF-β與HSC膜上的相應(yīng)受體結(jié)合后,主要通過細胞內(nèi)Smad(Smad家族是將TGF-β信號從細胞膜導(dǎo)入細胞核內(nèi)的一類細胞質(zhì)內(nèi)介導(dǎo)者)通路發(fā)揮其功能。其中Smad3促進HF的形成,而Smad7則抑制HF的形成。TGF-β1是HSC產(chǎn)生ECM最主要的刺激因子,并且研究發(fā)現(xiàn)TGF-β1的作用主要在HSC的持續(xù)階段而不是初始階段。TGF-β是α1(I)、α2(II)膠原基因的有力誘導(dǎo)物。TGF-β在α2(II)膠原基因中反應(yīng)元件位于核苷酸基因啟動子-330和-255bp處。而TGF-β在α1(I)膠原基因中反應(yīng)元件的位置還不清楚。結(jié)締組織生長因子(Connectivetissuegrowthfactor,CTGF)是富含半胱氨酸的母細胞蛋白,它在很多細胞類型中參與調(diào)節(jié)粘附、遷移、增殖、存活、分化等作用?；铙w外研究顯示它有致纖維化的特性,在很多纖維變性損傷中過度表達,包括皮膚、肺、腎和肝臟等組織。研究并證實,TGF-β可以刺激CTGF的表達上調(diào),并且CTGF可以促進ECM的基因轉(zhuǎn)錄。如果TGF-β的效應(yīng)元件具有CTGF啟動子特征的話,CTGF可能會作為一個推進TGF-β致纖維化信號通路的重要中介。CTGF的產(chǎn)物在活體外大鼠HSCs的激活早期就增加,且在HSC中可以誘導(dǎo)細胞遷移、增殖、粘附,并可增加Ⅰ型膠原的表達[7、8]。總之,這些發(fā)現(xiàn)都表明了CTGF在肝纖維化中的作用,也揭示了在肝纖維化的治療上可以通過調(diào)節(jié)CTGF基因的表達和激活來進行。(三)et-1和環(huán)氧化酶抑制劑使HSC收縮的最強的刺激因子為自分泌來源的內(nèi)皮素(endothelin-1,ET-1)。而作為ET-1的生理抵抗劑NO在HSCs活化時也被分泌,但是隨著肝纖維化的進展,HSC分泌ET-1增加而分泌NO減少,使得生理平衡被打破,進一步增加HSC的收縮性。Laleman等研究發(fā)現(xiàn)在硫代乙酰胺誘導(dǎo)的肝硬化大鼠中NO釋放的環(huán)氧化酶抑制劑HCT-1026可以通過降低肝內(nèi)血管阻力、肝臟對血管收縮的高反應(yīng)性和改善內(nèi)皮機能障礙來改善門脈高壓。內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶-1的上調(diào)伴隨著ET-1的生成增加,能將ET-1前體轉(zhuǎn)換為成熟的肽。ET-1受體分為A型和B型,它們在靜止和活化的HSC中都有表達,但是它們在靜止和活化的HSC中表達又是不同的,或者說在HSC活化的早期階段和晚期階段表達也是不同的,在HSC活化的早期階段,以ETAR為主,而HSC活化的晚期階段則以ETBR表達為主。在心肌細胞和血管平滑肌細胞中,ET-1都能增加膠原的表達。而在肝臟組織中,ET-1主要通過促進HSC的激活和I型膠原的表達促進肝纖維化的發(fā)生和發(fā)展。Xu等使用特異性ET-1受體抑制劑進行研究,證實ET-1是通過A型ET-1受體來誘導(dǎo)膠原基質(zhì)的收縮,并進一步發(fā)現(xiàn)阻斷ET-1或PI3-K/Akt信號途徑都能產(chǎn)生抗纖維化作用。而HSC的收縮性也是肝硬化時門靜脈阻力增加的重要原因。(四)timp-1對hsc凋亡的影響活化的HSC是MMP和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1(tissueinhibitorofmetalloproteinase-1,TIMP-1)主要來源細胞。在HF過程中,MMP的含量及活性并不降低,而是由于激活的HSCs分泌TIMP-1和TIMP-2抑制MMPs的功能,從而抑制膠原的降解,促進肝纖維化的進展。肝纖維化的進程中,MMPs與TIMPs調(diào)控機制的異常是膠原過多形成的原因。同時,許多學(xué)者對TIMP-1致纖維化的機制進行了大量研究。YoshijiH等[13、14]用轉(zhuǎn)基因鼠模型發(fā)現(xiàn),TIMP-1本身的過度表達既不引起HSC的活化,也不能使膠原mRNA的合成增加,但在由CCL4介導(dǎo)的肝損傷前提下,可明顯促進纖維化的發(fā)展,這說明TIMP-1不能獨立地引發(fā)纖維化,僅對纖維化持續(xù)發(fā)展起作用;后來他們又用同樣的模型發(fā)現(xiàn),TIMP-1的過度表達可通過降低MMPs的活性,維持HSC于活化狀態(tài)而抑制肝纖維化的自發(fā)逆轉(zhuǎn)。同時,MurphyFR等用體外培養(yǎng)的人與大鼠HSC觀察TIMP-1對HSC凋亡的影響及其機制,結(jié)果發(fā)現(xiàn)TIMP-1可抑制由環(huán)乙酞亞胺、去除血清及神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)的HSC凋亡;接著他們又發(fā)現(xiàn)變異(T2-G變異)的無MMP抑制功能的TIMP-1不能抑制HSC凋亡,而合成的MMP抑制劑能抑制HSC凋亡,說明TIMP-1抑制HSC凋亡是通過抑制MMP介導(dǎo)的。由此可見,在肝纖維化過程中TIMP-1表達增加,一方面抑制MMPs的活性,不能降解過多的間質(zhì)膠原;另一方面又抑制HSC凋亡,維持HSC于活化狀態(tài)而抑制肝纖維化的自發(fā)逆轉(zhuǎn)。在肝纖維化時,TIMP-2的表達情況與TIMP-1類似。在原代培養(yǎng)的HSC早期TIMP-2并不表達,當HSC激活后TIMP-2表達增加。鑒于MMPs和TIMPs在肝纖維化發(fā)展中的不同作用,增加MMPS或減少TIMPs的合成與表達已成為目前肝纖維化治療的熱點。SakaidaI等的實驗均證明三氯化釓可特異性作用于Kupffer細胞,體內(nèi)注射三氯化釓不影響大鼠肝組織TIMPs表達,但能顯著增加MMP-13mRNA及蛋白水平的表達,從而增加膠原降解,防止豬血清和二甲基亞硝胺(DMN)誘導(dǎo)的肝纖維化發(fā)生。(五)ca2+內(nèi)流參與的hsc的誘導(dǎo)作用HSC活化后,具有伸展性和趨化性,可向損傷區(qū)遷移,致?lián)p傷區(qū)的纖維形成細胞增多,促進肝纖維化。已確定的活化型HSC化學(xué)引誘物有PDGF、MCP1,ET-1和IGF。其中PDGF和MCP1被認為是最主要的趨化因子。MCP1和PDGF的趨化性均需要Ca2+內(nèi)流參與,而MCP1的趨化作用由PI-3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)?；罨腍SC還可以生成巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)和細胞間粘附分子-1(ICAM-1),吸引淋巴細胞到達HSC增生區(qū)域,促進肝巨噬細胞等炎性細胞的侵潤,加劇損傷處的炎癥反應(yīng),并介導(dǎo)HSC與基質(zhì)的粘附。單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、白細胞介素10(IL-10)等炎癥調(diào)節(jié)因子也可由活化的HSC生成。Hashmi等研究發(fā)現(xiàn),阿糖腺苷不僅不能增加HSC的Ca2+內(nèi)流濃縮,并且抑制PDGF和ATP誘導(dǎo)的Ca2+濃縮,阿糖腺苷呈劑量依賴性地抑制PDGF誘導(dǎo)的HSC的趨化性,但這種抑制是可逆的。(六)視黃醇代謝產(chǎn)物維生素A缺失是HSC激活的顯著特征之一。研究表明,在HSC貯存維生素A與產(chǎn)生膠原