硬化肝脏再生研究进展*

农卡特综述,袁晟光审校

(桂林医学院附属医院肝胆胰外科,广西 541001)

硬化肝脏再生研究进展*

农卡特综述,袁晟光审校

(桂林医学院附属医院肝胆胰外科,广西 541001)

肝硬化;肝再生

正常肝脏在受损伤或部分切除后具有很强的再生能力,但临床上肝病患者常常合并有肝硬化,大量研究表明硬化肝脏再生过程的启动、进展及终止均较正常肝脏有明显的不同,研究硬化肝脏行部分切除术后的再生机制,促进术后余肝再生及其功能恢复具有重要的临床意义。

1 硬化肝脏再生的特点

大量研究表明,硬化肝脏部分切除后余肝再生过程的启动、进展及停止均较正常有明显的不同。其特点有:(1)再生过程慢,所需时间长,正常大鼠肝脏70%部分切除后,再生反应迅速启动,原肝重量恢复仅需 7～10 d;而肝硬化大鼠肝脏70%部分切除后,则需约30 d才能恢复原肝重量;(2)余肝再生不仅慢,而且大多数再生肝细胞不能发育成熟,缺乏正常功能,甚至部分发生变性、坏死;(3)硬化余肝再生缓慢是再生相关分子调控机制异常为基础的,包括细胞因子、转录因子、生长因子及其受体、细胞周期调节相关蛋白以及细胞凋亡相关基因的表达[1]。

2 硬化肝脏再生的异常

2.1 硬化肝脏再生启动阶段细胞因子及转录因子的异常 目前认为肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)及白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)共同启动肝再生[2]。正常肝脏大部分切除后数小时内的肝再生启动阶段,肝脏内mRNA水平以及血清水平的TNF-α、IL-6迅速升高[3],激活包括核因子-к B(Nuclear factor-к B,NF-к B)、信号转导及转录激活因子-3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)等转录因子,肝脏细胞从静止的G0期进入G1期,继而在生长因子如肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)、转化生长因子-α(transforming growth factor-α,TGF-α)等作用下不可逆地进入细胞周期。

肝脏中TNF-α主要由Kupffer细胞分泌。部分肝切除后,TNF-α通过与Kupffer细胞表面特异的受体 TNF-αⅠ型受体(TNFR-I)结合,激活有多种转录活性的转录因子 NF-к B。它可直接上调IL-6基因表达,刺激IL-6合成及释放。肝脏70%部分切除后,正常大鼠余肝内TNF-αmRNA水平迅速增加,并于部分肝切除后6 h达高峰,然后缓慢下降,于术后3 d降至术前水平;而硬化肝脏余肝内TNF-αmRNA水平在术后6～12 h都保持相当低的水平,之后才缓慢上升,直到术后24 h才达高峰,峰值明显低于正常且下降迅速。

肝脏IL-6来源于肝内非实质细胞,以Kupffer细胞为主,受TNF-α调节,在肝脏再生过程中起着抗凋亡及促进再生的作用。它通过结合gp130受体,激活STAT3,调控肝再生反应过程中某些早期即刻基因的表达。肝脏70%部分切除后,IL-6基因表达迅速上调,正常大鼠余肝内IL-6 mRNA于术后12 h达高峰,然后也缓慢下降,于术后3 d降至术前水平;而硬化肝脏余肝内IL-6 mRNA在术后6～12 h也都保持相当低的水平,之后才缓慢上升,直到术后72 h才达高峰,峰值远远低于正常,且回降缓慢;而持续长期且低水平的IL-6对肝再生有抑制作用[4-5]。硬化肝脏部分切除后余肝再生启动阶段,短期给予外源性IL-6可促进硬化余肝再生[5]。

心肌营养素-1(cardiotrophin-1,CT-1)是IL-6家族成员之一,它也能通过结合gp130受体而激活STAT3,在肝脏中起IL-6相似的作用[6]。最近的研究表明,CT-1能促进细胞分裂及血管生成,对硬化肝脏切除后的余肝再生有明显的促进作用[7]。

STAT3是信号转导和转录活化因子家族成员之一,在肝脏部分切除后也被激活。其主要由IL-6激活,使其二聚化后进入核内启动多种基因转录,引发多种效应,包括细胞增殖反应、急性炎症反应及抗细胞凋亡等[8]。肝脏70%部分切除后,正常大鼠肝脏内的STAT3在30 min内被激活,术后 3 h达高峰,作用持续46 h;临床实验证明,酒精性及 HCV性硬化肝组织中STAT3蛋白量及活性均低于健康肝脏[9];STAT3蛋白与DNA结合的能力下降可能与其抑制物Pias3蛋白(protein inhibitor of activated STAT3)有关。研究表明,酒精性及HCV性硬化肝组织Pias3蛋白表达上调[10]。

TNF-α、IL-6、STAT3等的表达及功能的异常,导致硬化肝脏切除后余肝再生启动缓慢,直接影响到后期再生肝脏细胞对生长因子的反应。

2.2 硬化肝脏再生的过程中相关生长因子及其受体的异常HGF是最早被认为在肝脏再生过程中起重要作用的生长因子之一。在肝内主要间质细胞合成分泌。肝脏部分切除后1 h内血液及肝组织中HGF水平迅速上升,血清浓度可达正常的15～17倍。肝脏大部分切除后,余肝内HGF的变化在正常及硬化肝脏之间差异无统计学意义(P＞0.05);但是,硬化肝脏再生肝细胞内c-met基因的表达显著的降低,使得HGF与c-Met蛋白结合量下降,影响HGF介导肝再生信号的传导。还有研究表明,硬化再生余肝中的HGF活性明显降低,这可能与其激活物(HGF-activator,HGFA)的表达下降以及该激活物的脾源性抑制物(HGFA-inhibitor-1,2,HAI-1,2)的表达上升有关。经门脉注入重组人HGFA可以促进肝硬化大鼠肝脏大部分切除后的余肝再生[11];另外,外源性HGF的注入或基因治疗可促进肝硬化大鼠余肝再生,其机制可能与c-met、HGFA和抗凋亡蛋白的基因表达上调有关[12]。

TGF-α也是肝细胞再生的重要因子[1],其受体为表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)。TGF-α在肝脏则由其间质细胞以及实质细胞共同分泌。肝脏切除前,硬化肝脏内的 TGF-α的表达高于正常肝脏;肝脏切除术后,TGF-α水平在硬化或正常肝脏内均升高,二者间差异无统计学意义(P＞0.05)[1],但肝硬化患者肝细胞EGFR的表达明显高于正常[13]。此外,外源性的TGF-α可促进硬化肝脏部分切除后余肝再生期间DNA的合成。TGF-α及其受体在硬化肝脏再生中的作用如何还需进一步研究明确。

2.3 硬化肝脏再生的过程中细胞周期调节相关蛋白的异常肝脏细胞受再生信号刺激后由G0期进入G1期,细胞生长而进入DNA大量复制的S期。在G2期完成细胞分裂相关准备后到达M期。经历有丝分裂后细胞再回到G0期,完成一次细胞周期(cell cycle)。该过程是1个复杂且受精密调控的连续过程,期间要通过1个限制点(restriction point,R)和2个控制点(checkpoint),在这期间,细胞周期调节相关蛋白起关键作用[14]。

细胞周期调节相关蛋白主要有3种:细胞周期调节蛋白依赖激酶(cyclin dependent kinase,CDKs)、细胞周期调节蛋白(cyclins)、细胞周期调节蛋白依赖激酶抑制蛋白(inhibitors of cyclin-dependent protein kinases,CKIs)。CDKs是细胞周期调节的中心,必须与相应cyclin结合形成CDKs-cyclin复合物后才具备调节活性。参与肝脏再生调节的CDKs主要是CDK1、2、4、6。参与肝脏再生调节的 cyclins主要是 cyclinA、B、D、E。CDK4/6-cyclinD复合物对G1中期细胞越过 R点非常重要;CDK2-cyclinE复合物对G1期细胞越过G1/S控制点而进入S期非常重要;CDK1-cyclinA复合物在S期的作用是促进DNA复制;G2期细胞则主要在CDK1-cyclinB复合物的帮助下越过G2/M控制点进入M期。上述过程中的CDKs-cyclin复合物活性受其本身某些部位磷酸化作用以及CKIs双重负性调节。CKIs依照蛋白序列的同源性分为两大类:(1)CIP/KIP家族,包括 p21CIP1、p27KIP1、p57KIP2;(2)INK4家 族,包 括p15INK4b、p16INK4a、p18INK4c、p19INK4b。特定的 CKIs与特定的CDKs或CDKs-cyclin复合物结合发挥调节作用。

硬化肝脏余肝再生期间,细胞周期调节相关蛋白的表达也出现明显的异常[15]。肝大部分切除前,硬化及正常肝脏内几乎检测不到相关cyclins的表达;肝大部分切除后,正常肝脏余肝组织内cyclinA、B、D、E的表达均迅速上升,都于术后24 h左右达高峰,并持续高浓度至术后72 h才缓慢下降;硬化肝脏余肝组织中的cyclins于术后表达也升高,但上升速度明显缓慢,到术后72 h才达高峰。其中cyclinE最明显,术后其水平于所有时间点均远远低于正常,而且未出现明显的峰值;CDKs于术后的表达也迅速上升,而硬化肝脏余肝组织内CDK2、4的表达低于正常;CKIs的表达在二者间则未观察到明显的差异。

2.4 硬化肝脏再生的过程中肝再生抑制因子表达和细胞凋亡调控的异常 转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)被认为是上皮细胞增值的负性调控因子。TGF-β具有失活CDK2-cyclinE复合物的功能,使CDK2、4活性下降,还可以通过影响bcl-xl、p53等凋亡基因的表达而增强肝细胞凋亡[16]。因此,很多学者都认为TGF-β是肝再生终止信号之一。在肝脏,TGF-β主要由间质细胞合成分泌,正常肝脏TGF-β水平极低。肝脏部分切除后,正常余肝内的TGF-β于术后4 h表达增加,48～72 h达高峰;而硬化肝脏余肝内 TGF-β表达高峰提前于术后18 h出现,并维持较长时间,这可能是硬化余肝内cyclinE、CDK2/4水平减低的原因之一。有学者用TGF-β抗体或TGF-β受体的基因灭活方式阻断TGF-β信号通路[17],结果显示肝硬化大鼠部分肝脏切除后余肝再生明显增快。

肝再生时肝脏内细胞的增值和凋亡同时存在[18]。研究显示,肝脏在正常情况下也低水平表达前凋亡基因,但硬化肝脏内的表达水平明显高于正常;肝脏部分切除后,正常肝脏余肝组织内先出现抗凋亡基因(bcl-2、bcl-XL等)表达高峰(术后6 h)之后才出现前凋亡基因表达高峰(术后24 h);而硬化肝脏余肝组织内的抗凋亡基因在术后24 h内呈表达下降,但之后则很快上升且超过正常水平,抗凋亡基因的表达则始终低于正常,bcl-2更明显。该研究结果显示,硬化肝脏再生功能受损与细胞凋亡相关基因表达的异常有关。

3 结 语

硬化肝脏部分切除后余肝再生缓慢的机制复杂,是由多步骤、多因子及多信号通路异常所致,其中机制的阐明可指导临床对其进行干预,加快硬化残肝再生及肝功能的恢复,减少硬化肝脏部分切除术后的并发症及死亡率,以改善患者预后。

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R575.2

A

1671-8348(2010)05-0606-03

广西科学研究与技术开发计划应用基础研究专项资助项目(桂科基0575108)。

2009-07-22

2009-09-10)

◦综 述◦