肝纤维化发病机制研究新进展

朱亚平　卜淑蕊



·综述·

肝纤维化发病机制研究新进展

朱亚平卜淑蕊

201508上海复旦大学附属金山医院消化内科

肝纤维化是肝脏持续发生组织损伤、修复反应时因细胞外基质(extracellular matrix, ECM)合成降解与沉积不平衡而引起的病理过程， 是慢性肝病的病理特征，也是进一步向肝硬化发展的主要环节。肝星状细胞的活化、MMPs/ TIMPs平衡失调、转化生长因子(TGF-β)均被证明在导致肝纤维化的发生过程中起重要作用，并且三种因素之间可以相互调节，形成复杂网络系统。现就肝纤维化的发病机制的研究新进展对寻找缓解和逆转肝纤维化发生的重要临床意义综述如下。

一、肝纤维化病因和影响因素

纤维化( fibrosis)是指纤维连接组织[主要成分是细胞外基质(ECM)，如胶原蛋白和纤连蛋白]在损伤部位或炎症组织的内部或其周围的过度沉积，长期纤维化可以导致瘢痕、器官衰竭，甚至死亡，肝脏疾病终末阶段、肾病、特发性肺纤维化、心衰等多种器官损伤均可发生纤维化[1]。许多可以引起肝损伤的因素都可以导致肝纤维化的发生，包括病毒性肝炎(尤其是乙肝和丙肝)，酒精性肝病，药物性损伤，铁或铜等过度沉积的代谢性疾病，自身免疫性肝细胞或胆管上皮损伤，或先天性疾病等。肝纤维化是慢性肝损伤后的一种组织修复反应，若无有效治疗将演变为肝硬化和肝癌。伴随慢性损伤长期存在，细胞外基质蛋白在肝纤维化发生过程中起关键作用，并且这是各种不同类型慢性肝疾病的共同特征[2]。

细胞外基质通常是由肌成纤维细胞(myofibroblast, MF)产生的，肌成纤维细胞是纤维化器官的细胞外基质的主要来源。不同细胞来源，包括组织特异性纤维母细胞、骨髓源性祖细胞、周皮细胞，和上皮细胞，均可以演变为肌成纤维细胞[3]。然而，肝脏中不论任何不同的病因情况下肝星状细胞(hepatic stellate cell, HSC)毫无疑问是肌成纤维细胞的主要来源[4]。

正常情况下，肝脏细胞外基质(extracellular matrix ，ECM)成分包括胶原蛋白(Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ等)，弹性蛋白，糖蛋白(层粘连蛋白、纤连蛋白等)，蛋白聚糖和透明质酸等成分[5]。细胞外基质蛋白成分时时刻刻都在被降解、同时被合成，降解和合成基本处于相互抵消状态，某些酶类可以降解细胞外基质成分，其中研究最多的是基质金属蛋白酶(MMPs)和其抑制剂(TIMPs)。

最近研究表明，肝纤维化是一个复杂的病理过程，涉及多种细胞因子和细胞信号传导通路，包括转化生长因子(transforming growth factor beta ，TGF-β)、血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)、成纤维生长因子(fibroblast growth factor, FGF)、表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)、结缔组织生长因子(connective tissue growth factor, CTGF)、胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor1,IGF-1)、血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cell growth factor, VEGF)等[6]。其中，转化生长因子(transforming growth factor beta ，TGF-β)是最强的促纤维化生成因子。

纤维化的形成是一个复杂过程，多种细胞、蛋白、因子等均参与其调节，而且他们之间也是一个复杂的网络，互相影响、互相调节。

二、MMPs/ TIMPs平衡

基质金属蛋白酶(MMPs)是一簇锌依赖肽链内切酶超家族，具有降解ECM所有成分的功能[8]，根据它们对ECM底物专一性可分为五种，分别是：胶原酶、明胶酶、膜型、基质溶解素和降解素。对MMP的调节是一个很精细的过程，包括转录前、转录水平及蛋白水平的调节，任何引起MMP失调的因素都可以导致组织损伤和功能失调[9]。

MMPs家族既包括抑制纤维化的成分，也包括促进纤维化的成分，MMP-1、MMP-2、MMP-8在慢性肝损伤过程中起保护作用，可以抑制肝纤维化的发展；MMP-12对促进肝纤维化效果不明显；相反，MMP-19似乎在肝损伤早期阶段促进纤维化发生[10]。研究表明，MMP-1和MMP-13是属于胶原酶的一种剪切酶，他们主要负责剪切Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型胶原蛋白(是ECM重要组成部分)[11]。

组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)是调节MMPs活性的超家族，包括至少已知的4种MMP抑制剂[8]，其中，TIMP-1是最主要的MMP抑制剂[12]。理想状态下，TIMPs分子和MMPs以1∶1可逆性结合，MMPs/ TIMPs平衡改变和许多引起基底膜破坏的病理情况相关，如肿瘤侵袭、血管生成、创伤愈合等[13]。Busk等[14]认为MMPs和TIMPs都是由活化的肝脏肌成纤维细胞(MF)表达的，MF通过表达MMPs促进ECM的降解。

活化的肝星状细胞上调TIMPs的表达，结果导致TIMPs和MMPs之间平衡打破，从而ECM积聚[15]。MMP-12的活性和它与TIMP-1之间的比率可以调节肝纤维化中的弹性蛋白的含量，如果弹性蛋白降解受损会导致其在纤维化瘢痕中的积聚[16]。研究如何调节MMPs/ TIMPs的平衡及比例变化有助于我们寻找逆转肝纤维化的方法，对治疗肝纤维化有广泛应用前景。

三、肝星状细胞

最近，有关肝星状细胞的功能及分离方法的研究一直是肝脏相关研究的热点。在静息状态下肝星状细胞位于肝脏窦周间隙(血窦和肝细胞之间的空间，较贴近肝细胞)，其主要功能是广泛摄取和储存维生素A[17]，并且合成少量的层粘连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白(是ECM的重要组成部分)。但是在病理状态下，肝星状细胞被慢性刺激或肝脏损伤所激活，然后活化增殖，表达α-平滑肌激动蛋白(α-SMA)，维生素A合成减少，而细胞外基质合成增加[18]。这时，细胞形态学也发生变化，从星形转变为具有明显收缩性的纤维母细胞或肌成纤维细胞，且分泌大量细胞因子和趋化因子，包括促炎因子和粘附分子(如TGF-β、PDGF、VEGF等)，这提示肝星状细胞的活化是肝纤维化发生的关键因素[19]。在这些细胞因子中，TGF-β被认为是促进HSC产生胶原蛋白的最重要的分子[20]。

HSC激活并转变为肌成纤维细胞机制可以总结为以下级联反应步骤[21]：(1)直接旁分泌通路, 各种损伤因素导致肝细胞损伤后, 凋亡或坏死的肝细胞释放多种丝裂原样物质, 始动激活HSC转化为MFB；(2)旁分泌活化通路, 肝损伤导致肝内炎性细胞主要是活化的巨噬细胞以及血小板分泌大量细胞因子如TGF-β1、TNF-α、EGF、PDGF等, 进一步刺激HSC活化转化为MFB；(3)自分泌活化通路, MFB及HSC在转化中可以自分泌TGF-β1、TNF-α等因子, 促进自身进一步活化, 在炎症后阶段即使去除原来的肝损伤因素, 也足以持续肝纤维化形成过程,此步是最重要的阶段。 因此, TGF-β1对HSC的激活、转化、分化及调节具有极其重要的作用, 是最强的促HSC纤维化生成因子。

根据这些研究，我们希望可以通过研究肝星状细胞的激活和肝脏炎症的特征来寻找对慢性肝病和肝纤维化的患者有效的抗纤维化和肝脏再生治疗方法。

四、TGF-β促进肝脏纤维化形成

(一) TGF-β的发展与分类TGF曾经被称为抑制分化因子(factor inhibiting differentiation)、刺激软骨生长因子(stimulating cartilage growth)、肿瘤生长因子(sarcoma growth factor)等，这可以反应他所具有的功能。转化生长因子(TGF)是由Moses HL等于1981年首次命名的，他发现所谓的转化纤维刺激因子可以诱导肿瘤细胞发生表型转化[22]。如今人们已经了解TGF具有更为广泛的功能，并且发现有TGF-α和TGF-β两种因子，他们可以调节细胞增殖、生长、分化、迁移等，参与完成脂肪形成、软骨形成、组织重塑、创伤愈合、肿瘤形成等过程。

哺乳动物中TGF-β包括3种不同亚型，TGF-β1、-β2和-β3，其中TGF-β1由390个氨基酸残基组成的多肽，是加强肝星状细胞活化和细胞外基质蛋白合成的关键因子，是含量最多且研究最广泛的类型；而TGF-β2和TGF-β3包含412个氨基酸残基，且3种亚型显示了高度的同源性[23]。人体中几乎所有的细胞均可以分泌TGF-β1分子，而TGF-β2主要是由胶质瘤细胞和角质细胞所合成分泌的，TGF-β3主要存在于胚胎的心肺组织中，少量存在于肝、肾、脾等器官中。在体外三种亚型有相似的效应，但是体内他们由于组织分布不同而具有不同的效应。肝脏中，不论是正常还是纤维化状态，TGF-β1是最常见最重要的亚型[24]。

(二)TGF-β1通过TGF-β/Smad信号通路发挥作用TGF-β1被释放后，结合特异性Ⅱ型TGF-β受体，然后反过来募集并激活Ⅰ型TGF-β受体。一旦被激活，Ⅰ型TGF-β受体磷酸化Smad2/3蛋白，在与Smad4相互作用并结合为复合物后转入细胞核，进而调解转录因子，抑制或激活特定目的基因的表达[25]。TGF-β/Smad信号传导通路可以通过多种机制被不同的蛋白紧密调节，其中Smad7是一个关键的负性调节因子。研究证明，TGF-β信号通路的抑制因子可以通过肝星状细胞中Smad7过度表达而抑制HSC的转化并减弱肝纤维化发生[26 ]。miRNA-30可以减轻纤维化，导致体内Smad7大幅度升高，并被定义为TGF-β信号传导通路的关键抑制因子[27]。

Sakai等[28 ]将TGF-βⅡ型受体敲除后发现肝纤维化程度明显减弱，但是与对照组肝脏及纤连蛋白敲除组肝脏相比仍存在将近45%纤维化。这提示我们虽然TGF-β在肝纤维化过程中起重要作用，但纤维化过程可能存在其他的影响因素。

五、总结

TGF-β1传递信号给Smad3后可诱导TIMP-1表达，同时抑制MMP-1表达；MMP-2表达则依赖Smad2[29 ]。在敲除Smad2基因后，TGF-β1通过Smad-3通路可以上调TIMP-1表达、抑制MMP-2表达，从而抑制基质蛋白降解[30]。由CCl4 长期慢性干预引起的肝纤维化老鼠模型中，如果终止CCl4干预可以发现纤维化降解，其TIMPs水平下调，而MMP-13水平上调，同时肝星状细胞凋亡[31]。

在HSC活化时需要TGF-β刺激，而HSC活化后又可以表达TGF-β、MMPs/TIMPs，TGF-β又通过Smad信号转导通路调节MMPs/TIMPs的表达。可见，在纤维化形成过程中，不论是细胞水平、分子水平、调节因子等是相互影响的网络系统，他们相互调节、相互影响，并被研究证实在肝纤维化形成及调节过程中均具有重要作用。

对肝纤维化发病机制的研究，最终目的是希望能够优化纤维化的临床治疗，干预或逆转纤维化的发生。然而, 肝纤维化是一复杂、多因素参与的过程，基因调控也是一个精密、庞大、复杂的生物调控系统，面对这些问题，现有的的生物技术方法存在限制，但是， 我们相信随着基础研究的日益发展，TGF-β1等引起肝纤维化的具体机制将得到更深入的探讨。随着纤维化发病机制的研究不断深入， 将会给临床治疗提供越来越多的治疗靶点。

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(本文编辑：张苗)

通信作者：卜淑蕊，Email: 18930819609@163.com

(收稿日期：2015-11-10)