肝细胞核因子4α:肝脏疾病研究与治疗的新方向

刘新育(综述)，杭化莲，吕成余1(审校)

(1.南京医科大学附属南京医院普外科，南京210006;2.上海交通大学医学院附属仁济医院肝脏外科，上海200127)

近年来，各种肝脏疾病已经成为影响人类健康的常见疾病，肝脏疾病在我国发病率较高。由于大部分肝脏疾病起病隐匿，进展缓慢，早期临床症状不典型，大多数患者就诊时病情已进展至晚期，给肝脏疾病的治疗带来很大困难。而肝脏疾病传统治疗的复杂性与长期性则使其治愈率始终不甚理想。因此，为肝脏疾病的研究与临床治疗寻求一个新的突破口已经成为广大医务工作者为之努力的方向。肝细胞核因子4α(hepatocyte nuclear factor 4α，HNF4α)被发现在多种肝脏疾病中都扮演着重要的角色，成为目前研究的热点。HNF4α是细胞核受体超家族2A亚家族的成员[1]，在肝脏中较高表达。现有的研究表明，HNF4α参与了肝细胞的糖类代谢、脂肪代谢、蛋白质代谢、胆汁酸合成、有毒物质转化等重要生理过程[2-4]，同时也是决定上皮细胞表型的重要基因。HNF4α被发现具有抑制肝脏肿瘤的形成和迁移、阻断肝硬化进程、促进肝细胞的成熟与正常分化的作用，有可能在未来成为肝脏疾病治疗的新靶点。该文主要就HNF4α的功能及其在肝脏疾病中的作用及临床意义予以综述。

1 HNF4α概述

HNF家族是一个首先在肝脏组织中被发现的转录因子家族[5]，这些转录因子及其相互作用构成了复杂的网络，通过与各种靶基因调控区顺式作用元件的结合，在转录水平上调控肝细胞分化及重要功能基因的表达。

HNF4是一种锌指结构蛋白，包括位于N端含两个“锌指基序”的DNA结合区和位于C端的配体结合区[6]，其氨基酸序列在进化过程中高度保守。其中，HNF4α是 HNF4的重要亚型，其蛋白质三级结构由标准的六个功能性结构域(A-F)组成:N端(A/B区域)，包含活化功能区1;DNA结合区域(区域C)，可与靶基因特殊DNA序列激素反应元件结合;铰链区(区域D);多功能配体结合区域(区域E)，包含了活化功能区2，具有受体二聚化和配体结合等功能，能结合到特定配体并且通过DNA结合区域连接铰链区;C端(区域F)对于配体亲和力、特异性以及配体诱导的构象变化等都有重要影响[7]。成人HNF4亚型依据不同的组织特异性分别或混合存在于肝脏、消化道、胰腺和肾脏中，但是只有HNF4α在以上组织均有分布[8]。

2 HNF4α的功能

现有的研究已证明，HNF4α在肝细胞增殖、分化、基因表达及形态结构形成过程中发挥着重要的作用。肝细胞的增殖是指肝细胞通过有丝分裂产生子代细胞的过程，是一个受到精确调控的过程。Erdmann等[9]在研究HNF4α与糖尿病的关系时发现，HNF4α可抑制胰岛β细胞的增殖和诱导其凋亡。Walesky等[10]的最新研究表明，HNF4α的这种抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的作用在小鼠肝脏亦有体现。肝细胞的分化是指在肝脏发育过程中，肝细胞的形态、功能发生特殊的变化并表现出其他细胞所没有的特征。这个建立特异性的过程是在大量转录因子的协同作用下有序进行的，是肝细胞特异性基因(包括白蛋白基因、细胞色素P450基因、转铁蛋白基因等)有序表达的结果。Nagy等[11]发现，在肝脏发育过程中，HNF4α初始表达于卵圆细胞分化为肝细胞时;Hayhurst等[12]的研究则发现，在HNF4α剔除的小鼠胎肝细胞，细胞失去了正常的极性和上皮细胞特性，并且只能分化为胆管上皮细胞而不能分化成为肝细胞簇。此外，还出现了与细胞应激反应相一致的细胞反应，表现为应激相关蛋白的转录增强及细胞形态的变化，证明HNF4α可调控肝脏的正常发育和分化。Battle等[13]通过微阵列芯片和分子分析发现，HNF4α能调节包括上皮钙黏素(E-cadherin)在内的许多与细胞连接和黏附相关的蛋白的表达，同时发现，HNF4α基因剔除的小鼠在不同发育阶段肝细胞均出现大量功能基因表达下调，这些功能基因参与肝细胞脂肪代谢、白蛋白合成、药物解毒、能量代谢、胆汁酸合成等重要功能。Walesky等[10]发现，在剔除HNF4α基因的大鼠肝内，肝糖原和肝脂肪的储存量明显减少，糖代谢和脂肪代谢相关基因表达下调。Lu等[14]则发现，HNF4α剔除后，小鼠肝脏代谢相关的二相酶，如 Oatp1a1、Ugt2a3、Sult1a1、Gstm4等表达水平下降，而有机阴离子转运多肽4(Oatp1a4)、肉毒碱/有机阳离子转运体2(Octn2)、尿苷二磷酸葡糖醛酸转移酶1A1(Ugt1a1)、雌激素硫酸转移酶1E1(Sult1E1)、谷胱甘肽 S转移酶 α4(Gstα4)、谷胱甘肽 S转移酶m1-m3(Gstm1-m3)、多药耐药基因1a(Mdr1a)、多药耐药相关蛋白3(Mrp3)等表达上调，进而认为HNF4α是一个反式激活因子和信号通路的适宜激活剂，调控着肝脏多种酶和转运蛋白的表达。Li等[15]发现，HNF4α 剔除后，载脂蛋白 apoAⅠ、apoAⅡ、apoB、apoCⅡ、苯丙氨酸羟化酶、促红细胞生成素等与成熟肝细胞功能相关的基因不表达。上述研究结果均有力证实了HNF4α是调控肝细胞功能和分化相关基因表达的关键转录因子。可见，HNF4α具有多方面重要的生物学功能。

3 肝癌:HNF4α的抗肿瘤作用

原发性肝癌是临床上最常见的恶性肿瘤之一，根据最新统计，全世界每年新发肝癌患者约60万，居恶性肿瘤的第5位;目前我国发病人数约占全球的50%以上，占全球肝癌患者的55%，肝癌已经成为严重威胁我国人民健康和生命的一大杀手，其危险性不容小视[16]。肝癌的早期表现很不典型，往往容易被忽视，出现较典型的临床症状时疾病往往已进展到中晚期。原发性肝癌的病因至今未能完全阐明，但已证明与病毒性肝炎、肝硬化、酒精、饮食等因素密切相关。Tanaka等[17]对比了HNF4α在正常组织和肝癌组织中的表达后发现，相比于正常组织，肝癌组织中HNF4α的表达受到明显抑制，并指出在HNF家族中，HNF4α与肝癌的分化程度相关性最高。Walesky等[10]对剔除HNF4α基因大鼠的肝细胞进行基因组分析发现，在剔除HNF4α基因的大鼠肝内，与细胞增殖相关的细胞周期基因以及癌基因的表达被上调，尤其是c-myc及其下游基因网络的表达上调最为明显。Yin等[18]采用搭载HNF4α的腺病毒载体，将 HNF4α基因在人肝肿瘤细胞株中过表达，结果发现，肝肿瘤细胞株出现明显的细胞凋亡;将该腺病毒载体注入小鼠体内后发现，肝脏转移肿瘤的生长受到抑制。Hajra等[19]在乳腺癌的研究中发现，E-cadherin在肿瘤的发生、发展和转移中起重要作用。Battle等[13]的研究则发现，E-cadherin的表达受HNF4α的调控。Ning等[20]在前人研究的基础上，取肝细胞癌造模成功的大鼠肝脏标本，采用荧光素酶分析及核质抽提分析等技术手段，证明了HNF4α抑制肝细胞癌的发展是通过Wnt/β联蛋白信号通路起作用的，HNF4α可增强E-cadherin的表达，同时上调E-cadherin/β联蛋白复合体的活性，进而抑制β联蛋白的核转位和Wnt/β联蛋白信号通路的活化。

根据目前的研究成果，有理由认为，HNF4α可以抑制肝脏肿瘤的发生、发展以及转移，上调HNF4α表达可能成为未来治疗肝癌的“新式武器”。

4 肝硬化:HNF4α能阻断和逆转肝纤维化

肝硬化是由于病毒、寄生虫、酒食或药物等不同病因长期损害肝脏，致广泛的肝细胞坏死、残存肝细胞结节性再生、结缔组织增生与纤维隔形成，导致肝小叶结构破坏和假小叶形成，肝脏逐渐变形、变硬而发展为肝硬化。主要发病机制是肝星状细胞在肝受到损伤时被激活，同时细胞外基质合成增加，胶原含量增多并在肝小叶内过分沉积，内皮细胞窗孔明显减少，使肝窦逐渐演变为毛细血管，导致血液与肝细胞间物质交换障碍，增生的纤维组织相互连接形成间隔并改变肝小叶的结构，最终导致肝硬化。Rygiel等[21]于2008年发现，肝脏上皮细胞通过上皮细胞-间充质转化，增加细胞外基质的合成，从而促进肝硬化的发展。Yue等[22]采用腺病毒载体尾静脉注射法将HNF4α过表达质粒和干扰质粒导入二甲基亚硝胺造模成功的大鼠体内，发现过表达组大鼠肝实质细胞及肝星状细胞上皮细胞-间充质转化现象受到明显抑制，与间质相关的基因和蛋白表达减少，肝细胞特异性蛋白表达增强，而干扰组则出现相反变化，体外实验也得出了相同结论。Kanazawa等[23]的研究发现，在HNF4α过表达的胎鼠肾组织，上皮相关基因的表达被上调，同时间质相关基因的表达被下调，在成纤维细胞株可发现相同现象，并且发现HNF4α与决定细胞极性的基因表达有关。Parviz等[24]将HNF4α基因导入成纤维细胞后，发现成纤维细胞出现上皮细胞特征，表明HNF4α有逆转上皮细胞-间充质转化的作用。Zhang等[25]最近研究发现，在HNF4α剔除的大鼠，调控肝脏纤维化相关基因，如转化生长因子β、血小板源性生长因子、成纤维生长因子表达的关键蛋白早期生长反应因子1水平显著下降，最终导致大鼠肝硬化的发生。这从另一个新的领域诠释了HNF4α在肝硬化中的重要作用。

5 肝母细胞瘤:HNF4α是希望

肝母细胞瘤是儿童最常见的肝脏原发性恶性肿瘤[26]，占儿童肝脏原发性恶性肿瘤的50%～60%。多见于婴幼儿，尤以生后1～2年最多见，其中60%为小于1岁婴儿，小于3岁者占85%～90%，男女之比为(3∶2)～(2∶1)，男性明显多于女性。东南亚地区的发病率高于欧洲及北美地区[27]。由于其发病机制尚不明确，目前肝母细胞瘤手术治疗或其他介入、化疗、肝移植等治疗均无法从根本上治疗肝母细胞瘤。随着分子生物学的迅速发展，肝母细胞瘤相关基因的研究不断进步。Ishiyama等[28]采用免疫细胞化学的方法研究了肝母细胞瘤来源细胞系HepG2、Li24的肿瘤分化相关基因后认为，HNF4α是与肿瘤分化相关性最高的基因之一，并提出可将HNF4α作为衡量肿瘤细胞分化程度的标志。Lopez-Terrada等[29]收集了32例肝母细胞瘤患者的肝脏标本，研究其Wnt、Notch信号通路的激活程度和HNF4α、表皮生长因子受体、胰岛素样生长因子2等肿瘤恶性转化和异质性相关基因的表达变化时发现，HNF4α仅在肝母细胞瘤的胚胎时期表达增高，其余时期均表达下降。Mizutani等[30]发现，在肝母细胞瘤细胞系HepG2，转录调节因子Smad2/3的32.5%的结合序列能同时与HNF4α发生结合，HNF4α可影响转化生长因子β/Smad信号通路，参与调控该信号通路下游基因的表达。查阅近几年的文献发现，研究HNF4α与肝母细胞瘤之间关系的文献较少，鉴于HNF4α在肿瘤细胞增殖与分化过程中的特殊地位，其在肝母细胞瘤发生、发展中的作用是一个值得深入探索的新领域。

6 病毒性肝炎:HNF4α也许是“帮凶”

病毒性肝炎是一个严重的公共卫生问题，全球每年有超过100万人死于病毒性肝炎[31]。全世界估计有57%的肝硬化病例和78%的肝细胞癌病例与乙型肝炎病毒或丙型肝炎病毒感染有关[32]。尽管目前甲型肝炎和乙型肝炎具备有效的预防方法，但在发展中国家，多数慢性乙型肝炎和丙型肝炎患者尚未得到有效的治疗。HNF4α与病毒性肝炎的发生、发展有关。He等[33]采用高压尾静脉水动力注射法为感染乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)的小鼠注入载体质粒干扰HNF4α表达后，小鼠肝脏组织HBV的信使RNA数量减少，HBcAg阳性减弱，说明HNF4α与HBV病毒复制呈正相关，在感染HBV的HepG2细胞株上进行短发夹RNA干扰实验，也得出类似结论。Long等[34]对86例慢性乙型肝炎的患者行肝穿刺活检并研究了这些患者肝内HNF4α的表达与乙肝病毒复制的关系，结果发现HNF4α在患肝高水平表达的患者，其HBsAg，HBcAg和HBV DNA的升高程度较对照组更高，提示HNF4α对乙型肝炎病毒的复制起着促进作用。而HNF4α与乙型病毒性肝炎以外其他类型的病毒性肝炎的关系尚缺乏相关研究。

7 脂肪肝:HNF4α调控脂类代谢

脂肪肝是一种综合性代谢性疾病，是由肝内脂肪氧化减弱，脂肪酸合成增多，引起肝细胞内脂肪堆积所致。随着人民生活水平的提高，人们的饮食结构发生变化以及B超等检查手段的普及，近年来发病率日渐增多，尤其是酒精性脂肪肝、肥胖性脂肪肝、糖尿病性脂肪肝最为常见。脂肪肝并不是一种良性及静止性的病变，它可在短期内发展为不可逆的肝损害，肝纤维化的发生率约为25%，1.5%～8.0%的患者可进展为肝硬化[35]。因此，脂肪肝的防治对于阻止慢性肝病进展和改善预后都是十分重要的。大量编码载脂蛋白的基因和脂代谢相关酶基因都是HNF4α的下游靶基因[36]，HNF4α与脂质的稳态也有密切的关系[37]。Yin等[38]为小鼠尾静脉注入腺病毒载体干扰HNF4α表达后发现，小鼠肝脏发生脂肪化，而血清三酰甘油、总胆固醇、高密度脂蛋白水平下降了80%，同时肝细胞极低密度脂蛋白分泌功能受损。Guan等[39]发现，分泌型磷脂酶A2GXIIB是HNF4α的靶基因，该基因剔除后的大鼠肝内三酰甘油、胆固醇、脂肪酸堆积，引起肝脂肪变。Chen等[40]研究发现，脂素基因Lipin1的活化可引起多个脂肪酸代谢相关酶的表达增强，而Lipin1的表达受到HNF4α的调控。可见，HNF4α调控着许多脂质代谢相关基因的表达，其缺失会引发机体严重的脂代谢紊乱，HNF4α在维持正常脂质代谢方面必不可少。HNF4α在脂肪肝发生、发展中的作用将继续成为今后的研究热点之一。

8 小结

HNF4α在不同的肝脏疾病中所起的作用不同，研究结果表明，HNF4α表达的高低，会直接影响某些肝脏疾病的发生和发展过程。人们可以通过研究HNF4α在肝脏疾病中的表达变化及其与细胞内基因的表达、信号通路的激活和抑制等方面的联系，探索某些肝脏疾病的发病机制。同时，可以参考HNF4α在各种常见肝脏疾病中的作用，通过人工调节HNF4α表达的方法，抑制疾病的进展，促进患者的康复。但是HNF4α在某些肝脏疾病中的作用及相互关系尚不清楚，有待进一步的研究。鉴于HNF4α在肝脏疾病发生、发展过程中的重要作用，HNF4α的进一步深入探索必将为肝脏疾病的研究及治疗提供新的思路及方向。

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