肝纤维化逆转过程中肝星状细胞凋亡及其相关途径

魏　月　郝礼森　王玉兰

华北理工大学附属医院消化内科　河北唐山　063000



肝纤维化逆转过程中肝星状细胞凋亡及其相关途径

魏月郝礼森王玉兰

华北理工大学附属医院消化内科河北唐山063000

肝纤维化逆转凋亡途径肝星状细胞

肝纤维化是各种慢性肝病发展为肝硬化的共有病理改变。随着对肝纤维化的深入研究，已发现肝纤维化、甚至早期肝硬化是可以逆转的[1]；并且已证实肝星状细胞(hepatic stellate cells, HSC)是参与肝纤维化过程中的最重要细胞，其活化及自身增殖和胶原合成增加是肝纤维化形成的中心环节[2]；但肝纤维化恢复期HSC凋亡明显增多。因此，抑制HSC活化、增殖或诱导HSC凋亡是逆转肝纤维化的关键所在。而HSC凋亡则主要通过线粒体途径、死亡受体途径、内质网途径及神经生长因子途径实现，现将肝纤维化逆转过程中的肝星状细胞凋亡及其途径做一综述。

1　肝纤维化的形成与逆转

从病理生理学角度看，肝纤维化是肝脏对各种慢性损伤的修复反应，而HSC则是参与这一修复过程的最重要细胞。当肝脏在各种慢性损伤，如病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、药物性肝炎、自身免疫性肝病等损伤因素的作用下，肝脏的Kupffer细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞通过旁分泌方式，分泌包括血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor, PDGF)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、转化生长因子(transforming growth factor, TGF)、白细胞介素1( interleukin-1, IL-1)、白细胞介素6 (interleukin-6, IL-6)、血管紧张素(angiotensin)等细胞因子，这些细胞因子首先与HSC膜上相应受体结合, 然后通过PDGF/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)、有丝分裂原活化蛋白激酶(mintogen activated protein kinases，MAPK)、TGFβ/Smad信号通路、整合素等细胞内信号传导, 在某些转录因子作用下, 将信号传导入核内，启动复制、转录及翻译等过程，使静止的HSC活化，形成具有自身增殖能力的肌成纤维样细胞，在肝损伤部位粘附、迁移，并通过自分泌及旁分泌形式分泌更多促进炎症细胞因子，加重炎症反应，导致以胶原为主的细胞外间质在肝内过度沉积，最终形成肝纤维化。因此，抑制炎症反应，减少或去除活化的HSC，可改善肝纤维化程度或延缓肝纤维化的发展[3]。

众多动物实验及临床研究证实，肝纤维化是可以逆转的。有研究发现，无论是胆管结扎大鼠肝纤维化模型，还是CCL4大鼠肝纤维化模型，当停止造模后大鼠肝纤维化均可自发逆转[4]；而在临床患者中，有报道称原发性胆汁性肝硬化、血色病、酒精性肝病等造成的肝纤维化，随着治疗的进展,肝纤维化逐渐好转[5]。另外，有研究发现用骨髓干细胞移植可减轻肝硬化患者的肝纤维化[6]。 因此，寻找有效方法逆转肝纤维化是防治各种慢性肝病发展至肝硬化的重要策略。

2　HSC凋亡与肝纤维化逆转

HSC是位于窦间隙(Disse间隙)肝窦周围的一种肝脏间质细胞。正常情况下，HSC处于静止状态，具有储存和代谢维生素A脂滴、产生少量I型及Ⅳ型胶原、支撑内皮细胞、参与肝窦血流调节、合成非胶原糖蛋白和蛋白多糖等功能。当肝脏受到损伤时HSC则活化为肌成纤维样细胞，参与肝损伤的修复反应。研究显示，HSC是参与肝纤维化病理过程的最重要细胞，是肝脏生成纤维组织的主要细胞，其活化、增殖是肝纤维化病理过程的开端[2]。因此，只要HSC由活化状态恢复到静止状态或活化HSC数量减少，则肝纤维化就可以发生逆转。但已有研究发现[7]，体外活化HSC可恢复静止表型，而人体内尚未发现HSC可由活化表型恢复为静止表型。也就是说，目前尚无证据表明活化HSC可通过恢复到静止状态参与肝纤维化逆转。另有研究证实[1,8]，肝脏主要是通过细胞凋亡机制来减少活化HSC的数量，活化HSC减少后，细胞外间质及金属蛋白酶组织抑制因子(Tissue inhibitor of metalloproteinases, TIMP)分泌减少，使细胞外间质的生成减少而降解增加。由此可见，HSC凋亡是肝纤维化逆转的主要机制，通过HSC凋亡，减少细胞外间质的形成，促进细胞外间质降解，进而使肝纤维化逆转。

3　HSC的凋亡途径

3.1线粒体途径线粒体具有产生能量的作用，在真核细胞凋亡过程中处于调控细胞凋亡的中心位置。参与线粒体凋亡过程的主要因素有：释放Caspase激活因子如细胞色素C(Cyt C)、电子传递使线粒体跨膜电位降低及Bcl-2家族的促进与抑制凋亡作用等，其中最关键性分子是Cyt C。细胞损伤后，线粒体功能障碍，各种促凋亡因素使线粒体膜通透性转运孔开放，跨膜电位梯度消失，呼吸链产能中断，基质肿胀，细胞膜破裂，促凋亡因子Cyt C从线粒体释放，通过三磷酸脱氧腺苷(dATP)协同作用与细胞凋亡激活因子1(apoptotic protease activating factor 1,Apaf-1)结合,并活化Caspase-9前体，进而激活Caspase-3，引发Caspases 级联反应，从而诱发细胞凋亡[9]。此外，Bcl-2家族成员在细胞凋亡的线粒体途径中也发挥重要调控作用[10]。Bcl-2基因家族主要包括位于线粒体外膜抗凋亡作用的Bcl-2、Bcl-x和位于细胞质或线粒体膜的具有促进凋亡作用的Bax、Bak、Bad、Bik、Bid、Bim等[11]。在细胞凋亡过程中，当促凋亡蛋白被凋亡因子激活后，发生构象改变，使Bax的N端结构域暴露，形成Bax同源寡聚化，转移到线粒体，破坏线粒体双层膜结构，引起线粒体释放Cyt C，诱发凋亡。而Bcl-2主要通过线粒体-Bcl-2/Bcl-XL-Apaf-1-Caspase 9前体形成四聚体复合物，调控位于细胞线粒体外膜的Apaf-1结构，抑制Cyt C的释放，进而发挥抑制细胞凋亡作用[12]。

对于线粒体凋亡途径与HSC凋亡的关系，众多学者进行了探讨。有研究证实，许多物质可通过影响Bcl-2基因家族影响HSC的凋亡。如淫羊藿素及奥曲肽可通过上调促凋亡的Bax表达、抑制抗凋亡的Bcl-2表达促进线粒体介导的活化HSC凋亡[13,14]；尼洛替尼则通过减少Bcl-2的表达促进HSC凋亡[15]；索拉非尼诱导HSC凋亡是通过使Bax/Bcl-2比例增加实现的[16]；而垂盆草总黄酮则可通过抑制Bcl-2表达，促进Bax、Caspases-3表达进而活化肝星状细胞系HSC-T6凋亡[17]。这些研究均显示，线粒体凋亡途径是肝星状细胞凋亡的重要途径。

3.2死亡受体途径死亡受体途径主要包括Fas/FasL途径、肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL)途径和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)途径。

3.2.1Fas/FasL途径。Fas/FasL系统，是研究较清楚的与凋亡相关，分布在细胞膜上的表面受体信号系统。Fas是肿瘤坏死因子与神经生长因子受体超家族成员，为含有319个氨基酸残基，分子量为48 kD的Ⅰ型转膜蛋白[18]，在调节细胞程序性死亡过程中发挥重要作用。而FasL则是肿瘤坏死因子配体超家族成员，为含有278个氨基酸残基，分子量为40 kD的Ⅱ型转膜蛋白。当Fas和FasL结合后，激活的Fas与Fas相关死亡结构(Fas-Associsted Death Domain,FADD)结合形成Fas-FADD，使FADD激活，继而使Procaspase-8水解成Caspase-8或直接激活Caspase-10，进一步引发Caspase级联反应执行细胞凋亡效应[19]。

Fas/FasL途径是HSC凋亡的重要途径。有研究显示[20,21]，Fas受体在HSC静息及活化状态均有表达，但却只调控活化HSC凋亡；并且在肝纤维化进展期，随着活化HSC的增多，Fas和FasL表达均逐渐增多。进一步研究显示，2',4',6'-三羟甲基氨基甲烷查耳酮(一种合成的查耳酮衍生物)可通过上调FasL的表达使血小板衍生生长因子诱导增殖的HSC凋亡[22]；而黄酮类化合物紫花牡荆素也可通过上调Fas/FasL 表达，呈时间及剂量依赖性的诱导HSC凋亡[23]。

3.2.2TRAIL途径。TRAIL为TNF超家族成员，因与凋亡素1配体(Apoptosis 2 Ligand,Apo 1L)具有较高同源性又称凋亡素2配体(Apoptosis 2 Ligand,Apo 2L)，是由281个氨基酸组成，相对分子量为32.5KD的Ⅱ型跨膜蛋白。其受体包括：与TRAIL结合能诱导细胞凋亡的死亡受体(death receptor,DR)，包括DR4、DR5；通过激活NF-κB或与DR4、DR5竞争性结合TRAIL使正常细胞免于死亡的诱骗受体(decoy receptor,DcR)，包括DcR1及DcR2；以及不传递凋亡信号的可溶性受体。对于细胞凋亡的TRAIL途径的研究显示[24]，DR4、DR5与TRAIL结合后发生寡聚化，募集FADD形成包含TRAIL-DR4、DR5-FADD-Procaspase的大分子复合物，即死亡诱导信号复合物，在Caspase-8激活充分时，引发Caspase蛋白酶解级联反应，链式水解下游同源酶，激活效应酶Caspase-3，通过非线粒体依赖途径介导细胞凋亡；在Caspase-8激活不充分时，活化的Caspase-8切割Bid成为tBid(truncated Bid)，tBid转移至线粒体内促进Bax和Bak作用于线粒体膜，促进线粒体释放Cyt C，通过线粒体途径引起细胞凋亡。

尽管TRAIL主要表达于免疫系统，而在人肝脏中不表达[25]；但其受体DR4、DR5在人肝脏组织中均有表达，且DR5在人肝实质细胞不表达或表达量很少，而在活化HSC表达增加[26]。并且通过外源性途径上调DR4、DR5可介导活化的HSC凋亡[27]。这显示TRAIL途径与HSC凋亡有关。

3.2.3TNF-α途径。TNF-α是由活化的单核-巨噬细胞产生的一种多效促炎因子，具有强大的抗肿瘤作用。其受体包括TNFR1及TNFR2，TNFR1在几乎所有细胞中均有表达，并具有死亡受体结构域；而TNFR2仅表达于T细胞、星形胶质细胞，并且无死亡结构域[28]。与Fas、TRAIL不同，TNF-α与受体结合后即可发挥抗凋亡作用又具有促凋亡作用。当活化的TNF-α与TNFR1结合后，引起TNFR1三聚化，细胞内的死亡结构域沉默子释放，与TNFR相关死亡区域结合蛋白(TNFR-associated death domain protein, TRADD) 结合，一方面使NF-κB移位到核内启动转录，诱导抗凋亡基因转录、抑制细胞凋亡；另一方面通过激活Caspase-8，进一步激活Caspase-3，诱导细胞调亡并阻断抗凋亡信号传导[29]。而TNF-α与TNFR2结合后，通过一系列级联反映，使c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-tenminal Kinase, JNK)信号转导通路活化，继而通过线粒体途径介导细胞凋亡。

由于TNFR2仅表达于T细胞及星形胶质细胞，因此TNF-α途径调控HSC凋亡主要是通过TNF-α与TNFR1结合，进而影响NF-κB通路实现。有研究发现[30,31]，当抑制NF-κB活性或敲除NF-κB基因时，可促进活化HSC凋亡；另有研究显示[32]，在活化HSC中，NF-κB是上调抗凋亡基因的重要转录因子，抑制NF-κB信号不仅可抑制HSC介导的肝内炎症反应, 还可促进活化HSC凋亡, 抑制肝纤维化的发展。

3.3内质网途径内质网是真核细胞中由膜围成的隧道系统，是细胞的重要细胞器，包括粗面内质网及滑面内质网。粗面内质网由扁囊和附着在其外表面的核糖体构成，表面粗糙，主要功能是合成分泌蛋白质；滑面内质网表面光滑无核糖体附着，主要参与类固醇及脂类的合成与运输，以及糖代谢和激素的灭活等。在生理病理情况下出现钙离子平衡紊乱、失衡，错误折叠蛋白质与未折叠蛋白质在内质网腔内聚集所引起的反应称为内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)[33]。ERS作为细胞自我保护机制可通过内质网处理未折叠的蛋白质使损伤较轻的细胞修复，维持内环境稳定[34]，但长时间或过强的内质网应激则可引起细胞凋亡。研究发现[35,36]，无论是体内还是体外内质网应激均可引起活化HSC对凋亡更加敏感，诱导活化HSC凋亡。另有研究显示[37]，通过改变内质网形态启动内质网应激仅引起活化HSC凋亡，而不引起静止的HSC及原代肝细胞凋亡。

3.4神经生长因子途径中低亲和力的神经生长因子受体P75是TNF超家族受体，可与神经生长因子结合启动凋亡程序[38]。研究发现[39,40]，P75只在活化HSC中表达，其他肝脏实质细胞及非实质细胞均无表达；因此，神经生长因子/P75途径可选择性的促进活化HSC凋亡而不损害肝脏的其他细胞。这表明神经生长因子途径参与了活化HSC的凋亡。

随着对肝纤维化的深入研究，肝纤维化的可逆性及HSC凋亡在肝纤维化逆转过程中的重要地位受到广泛重视。活化HSC不仅参与了肝纤维化的形成及发展，其凋亡也与肝纤维化逆转密切相关。而HSC凋亡则主要通过线粒体途径、死亡受体途径、内质网途径及神经生长因子途径实现。因此，对于逆转肝纤维化，诱导HSC凋亡与抑制HSC活化、增殖具有同等的重要性。虽然目前的研究大多仍限于体外和动物实验，但相信随着对HSC凋亡途径的深入研究，肝纤维化的防治必将取得新的进展。

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(2016-04-18收稿)(库雪飞编辑)

河北省自然科学基金资助项目(编号：H2013209327)，中国肝炎防治基金会天晴肝病研究基金资助项目(编号：CFHPC20132078)。

魏月(1989-)，女，硕士研究生。研究方向：慢性肝病及肝纤维化。

郝礼森。

R 322.47

A

2095-2694(2016)04-331-06