肝脏再生相关调控因子的研究进展

肝脏再生相关调控因子的研究进展

刘子荣1，张雅敏2

(1天津医科大学一中心临床学院，天津 300192；2天津市第一中心医院)

摘要：肝脏再生过程可分为三个阶段：肝脏再生的启动、肝脏再生的途径和肝脏再生的终止。调控因子在肝脏再生过程中起重要作用,其中大量的细胞因子(如白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α)、生长因子(如肝细胞生长因子和转化生长因子-α)及各种细胞等均在肝脏的再生过程中发挥不同作用。

关键词：肝脏再生；细胞因子；调控因子

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.45.039

中图分类号：R322.4 文献标志码：A

基金项目：国家自然科学基金面上项目(81370576)；天津市应用基础与前沿技术研究计划项目(14JCYBJC24800)。

通信作者：张雅敏

肝脏具有强大的防御功能和再生能力,当各种原因(手术、创伤、中毒、感染、坏死等)造成肝损伤后,残存肝组织可迅速再生恢复至原有体积和重量,以保持最佳的肝重/体质量比,最终达到肝组织结构的重建及肝功能恢复。肝脏再生参与的细胞种类与肝受损的程度(包括炎症、纤维化)密切相关。肝脏轻度损伤时,主要由肝实质细胞增殖修复损伤,而肝脏受到严重损伤且肝细胞再生障碍时,肝组织就会启动干细胞增生反应,由于肝细胞和干细胞对损伤的反应不同,可能存在因子和信号途径的特异性调控。肝脏再生过程可分为三个阶段：肝脏再生的启动、肝脏再生的途径和肝脏再生的终止[1]。现将这三个阶段所涉及的相关调控因子进展情况进行综述。

1肝脏再生启动相关调控因子

肝脏再生发生时，肝细胞需具备再生的能力才能进入细胞周期，且细胞周期相关基因的表达与肝细胞生长因子(HGF)、转化生长因子(TGF)-α和肝素结合表皮生长因子(EGFR)等其他生长因子相关。这一过程称为肝脏再生的启动[2]。

肝脏再生经历多个阶段，在启动阶段的早期，大量的细胞周期相关基因各自表达，如调控肿瘤坏死因子(TNF)-α、IL的相关基因[3～5]。实验研究发现TNF-α和IL-6均是从Kupffer细胞合成释放的，均能接受来自肝脏(如脂多糖)或外界环境的刺激以启动肝脏再生。缺乏TNF-α和IL-6受体的大鼠在行部分肝切除术后，肝细胞DNA的合成呈抑制状态。然而在部分肝切除前给予一个剂量的IL-6后上述缺陷就能得到纠正[5，6]。

脂多糖是先天性免疫系统的重要组成部分，其与脂多糖受体在v细胞内结合后刺激炎症趋化因子及TNF-α、IL-6等细胞因子产生[7，8]。同时补体3a和5a亦在Kupffer细胞内与受体结合从而刺激TNF-α、IL-6的释放，共同启动部分肝切除后及其他肝脏损伤后肝的再生[9]。细胞外基质的重塑对肝脏再生的启动有重要作用。当血液中大量释放的TGF-β1被α2-免疫球蛋白抑制和灭活后，细胞外基质激活HGF释放来改变有丝分裂原及有丝分裂抑制剂间的平衡，以启动肝脏的再生功能[10]。

其他因素，像β-链蛋白[11]和肝细胞核Notch-1胞内结构域均参与了肝脏再生的启动过程，它们一般在肝部分切除术后15～30 min内表达出现，但由于这些蛋白的表达受到核糖核酸(RNA)的干扰[12]，因此对肝脏再生的应答反应很弱。

2肝脏再生途径相关调控因子

2.1细胞因子依赖途径因子 研究[13]表明肝脏再生有细胞因子依赖和非细胞因子依赖两种重要途径，且有大量的相关蛋白参与该过程。细胞因子依赖途径依赖IL-6、TNF-α及其他细胞因子如IL-1等共同参与完成[14]。IL-6与其受体(IL-6R)结合，IL-6R又与2个亚单位的糖蛋白130(GP)结合，从而激活酪氨酸激酶(JAK)活性；激活的JAK通过磷酸化激活信号传导子及转录激活子-3(STAT-3)，活化的STAT-3 改变核的位置并激活目标基因的转录表达。同时GP130-IL-6R复合体亦可通过活化丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)引起瀑布式的反应，促进肝细胞的增殖[15]。虽然目前为止确切的机制尚不明确，但有证据表明JAK能活化含酪氨酸磷酸酶的SH2结构域，并能促进生长因子受体结合蛋白2-SOS的释放。然后，生长因子受体结合蛋白2-SOS再通过活化Ras系统进而激活Ras-MAPK-ERK(细胞外信号调节激酶)[16]。可见，在肝脏再生期间，IL-6通过GP130-IL6R复合体可活化STAT3和MAPK信号通路[13]，这两条信号通路对促进细胞周期从G1向S期过渡必不可少。它们能增强促进细胞周期进程的原癌基因转录表达，于是细胞周期蛋白增多促进细胞进入S期，到此一个完整的细胞复制周期完成[17]。

TNF-α信号是部分肝切除术后另一种正常的细胞增生反应。IL-6受TNF-α的刺激不断分泌，TNF-α通过上调转录因子-κB信号的表达来激活IL-6转录从而增加IL-6的量。TNF-R1基因敲除的小鼠进行肝切除术后，就是由TNF-α和IL-6共同来纠正DNA 的缺陷[18]。然而，应用现有手段并不能检测到肝部分切除术后血液循环中的TNF-α，提示肝部分切除术后的TNF-α主要由肝脏本身产生。研究发现TNF-α不是必须不可或缺的因子，因其它的配体如淋巴毒素-α亦可通过与TNF-R1结合发出信号[18]。

在这个过程的早期，负反馈调节机制可诱导多种抑制蛋白的产生，包括TGF-β、纤溶酶原激活物抑制剂(AI)、细胞信号抑制因子-3和p27及其它的依赖性激酶抑制因子，这些抑制蛋白降低了STAT-3的表达，抑制了IL-6信号转导通路[13,19]。

2.2非细胞因子依赖(生长因子依赖)途径因子在肝脏再生期间，非细胞因子依赖途径能明显促进细胞增殖，同时受生长因子和有丝分裂原的调节。如HGF和EGFR均是重要的促生长因子，能驱动肝脏再生期间细胞周期的进程[18]。

HGF是由肝脏及其他组织的非实质细胞尤其是星形细胞产生，通过旁分泌和内分泌的方式维持肝细胞的生长和功能。HGF能调节肝细胞的有丝分裂、无丝分裂及细胞形态等多个进程，同时亦是培养肝细胞的强力促分裂增殖剂。部分肝切除术后或肝损伤后，HGF前体或促HGF被蛋白酶-尿激酶纤维蛋白溶酶原激活剂和其效应器尿激酶纤维蛋白溶酶原迅速的激活，然后HGF通过与其受体c-Met结合，活化包括细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK)、磷脂酰肌醇-3-羟基酶(PI3K)、S6激酶和苏氨酸激酶的信号通路[14]，从而促进肝细胞的再生修复过程。同时，HGF/C-Met信号还有保肝的作用，防止肝细胞的凋亡。

与EGFR相结合的配体家族包括EGF、TGF-α、肝素结合EGF(HB-EGF)和调节蛋白(AR)。EGF是培养肝细胞的促分裂增殖剂，给健康完整动物注入后能引起肝细胞的分裂增殖。血浆中的儿茶酚胺包括肾上腺素和去甲肾上腺素迅速升高亦可刺激十二指肠腺产生大量的EGF[17]。EGF虽经门静脉后逐渐被肝脏吸收利用，但肝部分切除术后门静脉EGF的浓度仍无法测量估计[17]。TGF-α mRNA在肝脏中的主要作用是刺激肝细胞的分裂增殖，其在正常的肝脏中表达很少，但在肝部分切除术后，TGF-α mRNA表达逐渐增多[20]。过度表达TGF-α的转基因小鼠表现出活跃的肝细胞增殖，并最终发展成癌症。然而，TGF-α基因敲除小鼠却未表现出肝脏再生的缺陷，这很可能是与EGF家族配体间的部分重叠有关[21]。肝部分切除术后，HB-EGF的表达要早于HGF和TGF-α，且HB-EGF转基因小鼠的肝脏定向生长，能增强肝脏的再生。AR对肝脏的再生有重要作用，当小鼠AR缺乏时，肝脏的再生明显受抑[22]。

2.3细胞因子依赖性途径与非细胞因子依赖性途径间的相互作用因子在肝脏再生的过程中，细胞因子依赖性与非细胞因子依赖性两种途径通过普遍的信号转导分子比如ERKHE和氨基端激酶(JNK)、转录因子(比如AP-1和C/EBPβ)和其他的分子(比如胰岛素样生长因子结合蛋白1(IGFBP1)相互联系，共同指导肝切除后的损伤及再生与修复[13]。如TNF-α和HGF均可以活化JNK和MAPK-ERK两条通路，它们能诱导细胞增殖和cyclin D1表达，其中cyclin D1是肝脏再生重要的门户蛋白[23]。其次IL-6/TNF-α和HGF两条通路还都能正向调节异二聚体AP-1等转录因子的活性。AP-1活性是许多肝脏再生应答蛋白激活所必需的，且AP-1与STAT-3结合能增加肝脏基因的转录表达，从而保证肝脏再生的顺利进行[24]。第三，IL-6与HGF之间另一种交集的可能是IGFBP1基因的校准。IGFBP1在活体内编码了促有丝分裂和肝保护蛋白，这些蛋白可能被IL-6调节表达增加，或可能被HGF调节表达增加(在体外研究证实)[25]。

细胞因子与生长因子之间另一种非常重要的联系就是细胞因子(例如TNF-α)对金属蛋白酶的激活。肝部分切除术后，许多金属蛋白酶活性增强[26]，其中有一种叫TGF-α转化酶(TACE,也被称为ADAM17)。TNF-α可激活TACE，活化的TACE将TGF-α前体锚定于细胞膜上，然后TGF-α释放、激活并与EGFR结合刺激培养肝细胞的分裂增殖。

3肝脏再生终止相关调控因子

肝脏的大小是受限制的，且与机体对肝脏功能的需要有关。TGF-β及其同族成员如激活素是人们众所周知的肝脏内抗增生的因子。TGF-β由肝星形细胞产生，且能明显抑制肝脏的再生。同时TGF-β亦是肝培养细胞的抑制增殖剂，对 HGF的产生、激活及尿激酶的表达均成负性调节[17]。激活素对肝细胞的有丝分裂有抑制作用，当其在肝脏再生时的细胞受体水平降低时，相应的信号效应亦会减弱，但一旦肝脏的再生终止，其细胞受体水平就会重新修复[27]。细胞外基质(额外的体外基质如来自EHS肉瘤的胶原蛋白凝胶或提取物)亦可抑制细胞的增殖，增强肝培养细胞的分化[28]。学者们推测细胞外基质与肝窦毛细血管网间的重组产生了终止肝脏再生进程的抑制信号。其可能是由整合蛋白直接传递信号，亦可能是通过TGF-β(与重新合成的核心蛋白多糖结合发挥抑制效应)诱导传递信号。此外，TGF-β亦能刺激细胞外基质的产生和肝窦内皮细胞的形成，从而增强HGF和TGF-β1的结合能力，使肝细胞恢复到静止状态进入到G0期[17]。

细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)是重要的细胞因子信号转导的负调节物，其可抑制STAT蛋白酪氨酸磷酸化。SOCS直接与磷酸化的JAK激酶相互作用抑制STAT3的激活。实验表明，肝脏里的IL-6信号能促进SOCS的快速表达，此与后来磷酸化的STAT3表达减少有关[29]。

Hippo激酶信号级联是一个生长抑制通路，其可拮抗转录辅助因子YAP(Yes-相关蛋白)，最终控制肝细胞的增殖。YAP过度表达的转基因小鼠肝细胞会无限的分裂增殖，导致大量的肝细胞增生和癌变，而Hippo激酶可抑制YAP的过度表达，最终使肝脏恢复到其原来正常的体积大小。

综上所述，有效的肝脏再生过程需100多种基因的激活及种调控因子的参与，肝细胞再生机制是一个复杂的生物学课题。从目前的研究来看，大量的细胞因子(如IL-6和TNF-α)、生长因子(如肝细胞生长因子和TGF-α)及各种细胞等通过自分泌或旁分泌的途径作用于肝细胞，共同完成肝脏再生过程[31]。对于该领域更进一步的研究可以帮助人们找到更好治疗肝脏疾病的方法，从而改善晚期肝脏疾病患者的预后。

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