粒细胞集落刺激因子促进肝脏再生的机制

许 祥，胡瑾华



粒细胞集落刺激因子促进肝脏再生的机制

许 祥，胡瑾华

[摘要]肝脏的一个特性即是在受到损伤后会通过自身的再生能力来恢复原有肝脏体积和功能，目前越来越多的证据显示重组人粒细胞集落刺激因子（granulocyte-colony stimulating factor, G-CSF）在促进肝脏再生的过程中有多方面的作用。深入了解G-CSF促进肝脏再生的机制对于其应用于肝损伤患者，促进肝脏再生，提高生存率有着重要意义。本文就G-CSF促进肝脏再生的机制进行综述。

[关键词]粒细胞集落刺激因子；肝再生；干细胞

[作者单位] 100039，北京大学解放军第三○二医院教学医院肝衰竭诊疗研究中心（许祥、胡瑾华）

肝脏是成年人体内损伤后有明显再生能力，成熟的肝细胞很少再生，但保留着强大的再生能力。在各种类型的肝损伤中，肝脏均能发生明显的再生过程，如酒精性肝炎中，肝脏祖细胞即卵原细胞发生增殖，促进肝脏再生[1]，而活体肝移植的应用关键也在于使受体肝及供者的剩余肝尽快再生，以满足需要。肝衰竭时肝细胞发生大量坏死、凋亡，因此肝脏再生是肝衰竭救治成功的重要环节之一。

重组人粒细胞集落刺激因子（granulocytecolony stimulating factor, G-CSF）是通过DNA重组技术合成的175个氨基酸蛋白，其作为一种造血源性生长因子，促进造血细胞系的增殖作用已被熟知，并广泛应用于临床。Chavez-Tapia等[2]通过Meta分析证明G-CSF治疗慢加急性肝衰竭能够明显降低短期病死率。而且，目前有研究发现，G-CSF通过动员骨髓干细胞（bone marrow-derived cells, BMC）至肝脏，一方面BMC定向分化为肝细胞促进肝脏再生，另一方面G-CSF还可促进肝卵原细胞的增殖分化来促进肝脏再生[3]。本文就G-CSF促进肝脏再生的可能机制进行阐述。

1　G-CSF促进肝脏再生的机制

1.1动员BMC归巢肝脏并定向分化为成熟肝细胞BMC是重要的成体干细胞，具有定向分化或横向分化为一些成体细胞的潜能，其中包括肝实质细胞[4]。在机体出现损伤的情况下，BMC可以进入到外周血循环中，并迁移到损伤部位或脏器，但其数量有限。

已证实G-CSF是BMC强有力的动员剂，不仅可增加外周血干细胞数量，也可使干细胞迁移到肝损伤部位[5]。Yoshizato等[6]在血液病患者的治疗中发现，给健康捐献者注射G-CSF后4 d是取外周血干细胞的最佳时机。Gaia等[7]通过流式细胞术在严重肝硬化患者的肝组织内检测到G-CSF刺激的骨髓干细胞，表明G-CSF可以促进BMC在损伤肝组织中的定植作用。Kimura等[8]在对肝损伤大鼠进行60％肝脏切除手术前应用G-CSF 5 d，通过免疫组化在肝静脉周围检测到了CD34+细胞，而未进行G-CSF治疗的对照组未检测到CD34+细胞。在治疗组中剩余肝脏达到正常体积的时间比对照组早24 h，说明G-CSF能够促进剩余肝脏的再生，其作用为促进BMC迁移至肝脏。目前关于机制的研究显示，G-CSF的受体在人体内各组织细胞（包括造血干细胞）中广泛表达，G-CSF可能通过促进中性粒细胞弹性蛋白酶、基质金属蛋白酶2和9的释放，形成骨髓的蛋白水解微环境，从而促进BMC从骨髓释放入血[9]，再通过细胞因子的趋化作用使造血干细胞迁移至肝脏，其中最重要的是基质细胞衍生因子（stromal cell-derived factor, SDF）-1，其受体为CXCR-4。肝损伤时，G-CSF在促进BMC动员的同时还可增加SDF-1在肝脏中的表达，并建立起肝组织、外周血和骨髓间的浓度梯度差。这种浓度梯度将引导BMC向肝脏迁移、归巢[10]，用CXCR-4的抗体中和CXCR-4后，BMC的归巢作用消失[11]。BMC的迁移过程还可能与晚期激活抗原4及血管内皮生长因子的作用有关，并且其作用与SDF-1相似[12]。

Kedarisetty等[13]使用G-CSF治疗失代偿期肝硬化，提高了生存率，并且通过免疫组化检测到这部分患者肝组织中CD34+、CD133+和S期蛋白Ki67增加。Wan等[14]在慢加急性肝衰竭患者中检测到了更高的CD34+细胞数量，同时内源性的G-CSF含量增加，从而促进肝脏再生，减少肝损伤。Duan等[15]用G-CSF治疗乙型肝炎相关慢加急性肝衰竭患者，观察到外周血CD34+细胞的数量明显增加，肝功能显著改善，3个月生存率明显提高（21.4％～48.1％，P=0.018）。Garg等[16]也发现G-CSF能够提高酒精性慢加急性肝衰竭患者的生存率（29％～69.6％，P=0.003），同时发现使用G-CSF治疗的患者肝组织中CD34+细胞增多。Lorenzini 等[17]发现15 μg/(kg·d)是动员BMC的最佳剂量，并且观察到外周血中的CD34+和CD133+细胞明显增多。Singh等[18]报道G-CSF能够提高重症酒精性肝炎患者的生存率，机制研究显示G-CSF可以动员这些患者的CD34+BMC，并在肝脏定植和分化为成熟肝细胞。

1.2促进肝卵原细胞增殖和肝脏再生 卵原细胞被认为是肝脏祖细胞，存在于肝内胆道系统的末端小胆管内，位于肝实质组织与胆道的交界处，可分化为肝细胞、胆管上皮细胞以及一个多潜能的细胞亚群。当肝脏受到刺激时，卵原细胞转化为CD44+细胞，进而形成网络，转化成实质细胞[19]。分化增殖反应分为激活、增殖、迁移和分化4个阶段，最终分裂成肝实质细胞或胆管上皮细胞。G-CSF能够提高内源性干细胞再生，其中包括卵原细胞[20]。已证实卵原细胞能够表达G-CSF的受体[21]，Piscaglia等[22]的一项病例报道证明血浆置换和G-CSF治疗能够促进肝卵原细胞再生，而其中的作用分别为血浆置换清除循环中的有害因子，G-CSF促进肝细胞再生，因此G-CSF不但可以促进BMC再生，同时也可以促进内源性修复程序即卵原细胞的再生。Spahr等[3]在对酒精性脂肪性肝炎的研究中观察到在接受G-CSF治疗的患者中，通过免疫组化双染Ki67/Ctokeratin 7（CK7）证明G-CSF能够促进肝卵原细胞的增殖。实验研究显示在部分肝切除的大鼠模型中，在肝脏受损的早期阶段，肝细胞生长因子（hepatatic growth factor, HGF）/c-Met能够促进卵原细胞的早期扩增[21]。

Spahr等[3]的研究还发现G-CSF能够增加HGF的含量。HGF除了能够促进卵原细胞的早期扩增，还能够促进多种基因的翻译，如CyclinD1 在MAPK后的激活，以及HGF依赖信号通过蛋白降解来影响G1期组件的稳态性。研究发现HGF受体c-Met敲除小鼠的肝脏再生能力严重受损，且不能被其他受体所替代，所以HGF是一个不可替代的因子[23-25]。Ishikawa等[24]通过观察二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDC）造成肝损伤的小鼠发现，c-Met基因敲除的小鼠肝细胞和胆管上皮细胞会有严重损伤，Ki-67蛋白含量下降，细胞外基质的产生和平衡受到破坏。Factor等[26]研究发现缺乏c-Met的小鼠在肝脏再生过程中会造成G2/M细胞周期停滞。Yannaki等[27]把G-CSF作为尚未被公认的HGF诱导剂。因此，G-CSF可通过增加HGF的含量从而促进肝脏再生。

虽然G-CSF可以通过动员BMC归巢肝脏从而促进肝脏再生，然而愈来愈多研究者认为，G-CSF动员BMC归巢肝脏并不是依靠BMC分化成为肝细胞，因为BMC迁移至肝脏的数量太少；而这个过程的作用更重要的可能是改善肝脏微环境，促进内源性卵原细胞反应。同时有研究认为无论在生理或病理情况下，造血干细胞对肝细胞的形成作用很小，可能是通过分泌一些细胞因子或生长因子来促进肝细胞功能，因此有理由认为G-CSF促进肝脏再生的主要作用是促进卵原细胞增殖[21，27-28]。

免疫失衡是目前公认的一些肝脏疾病如慢加急性肝衰竭的病因，例如，Th1分泌的干扰素γ和肿瘤坏死因子被认为与肝衰竭的发生有着重要关系[29-30]。目前的研究发现在自体移植以及同种异体外周血干细胞移植前应用G-CSF可以提高成功率[31]，因此有理由相信应用G-CSF可以促进免疫平衡。而肝脏再生的过程是个精密的免疫调节过程，如白细胞介素（interleukin, IL）-6能够在肝卵原细胞移植后的7 d内调节卵原细胞的增殖[32]，而G-CSF有类IL-6的抗炎作用，因此是否可以推测G-CSF通过免疫调节与某些细胞因子共同作用来促进肝脏再生，还有待进一步研究。

虽然普遍认为G-CSF能够改善肝细胞再生减少的肝衰竭患者的临床症状，提高生存率，但同时也有研究证明在急性肝衰竭小鼠模型中，G-CSF并没有通过动员BMC归巢肝脏促进肝脏再生，反而会通过产生IL-1β损害肝脏再生[33]。这还有待于进一步研究证实。

2　结语

G-CSF以其安全性和有效性已被广泛应用于临床，但是仍有一些问题须要解决：①在肝损伤时，G-CSF能够直接促进肝脏再生，也能够通过动员造血干细胞后促进肝脏再生，二者之间的具体关系如何，G-CSF又是通过具体哪条通路促进肝脏再生的？②G-CSF与传统的促进肝脏再生的细胞因子如HGF、表皮生长因子和转化生长因子α之间的关系如何，它们之间是否有协同作用来促进肝脏再生？当肝脏再生到与人体比例合适的体积时，再生就会停止，G-CSF是否与停止的信号有相互作用？③在各种病因引起的肝损伤中，G-CSF治疗的效果是否相同，治疗的时机和剂量是否相同，在何种时机能够使肝脏再生率达到最大？这些都须要在进一步的研究中得到验证。

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（2015-11-10 收稿 2016-01-19 修回）

（责任编委 张玲霞 本文编辑 王 姝）

Mechanism of granulocyte-colony stimulating factor accelerating liver regeneration

XU Xiang, HU Jin-hua*
Liver Failure Treatment and Research Center, 302 Military Hospital of China-Peking University Teaching Hospital, Beijing 100039, China
*Corresponding author, E-mail: hjh@medmail.com.cn

[Abstract]The liver is unique in its ability to regenerate itself and thereby restore its original mass and function after injury. Nowadays, increasing evidence suggests that the granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) plays important roles in accelerating the liver regeneration process. The deep understanding of the effect of G-CSF on liver regeneration has important significance in the use of G-CSF for the treatment of patients with liver injury to accelerate the liver regeneration and improve survival. This review focuses on the mechanism of G-CSF in accelerating liver regeneration.

[Key words]granulocyte colony-stimulating factor; liver regeneration; stem cells

[通讯作者]胡瑾华，E-mail: hjh@medmail.com.cn

[基金项目]国家自然科学基金 （81171641）；北京市科技计划首都临床特色应用研究项目（Z131107002213157）

DOI:10.3969/j.issn.1007-8134.2016.02.016

[文献标志码][中国图书资料分类号] R392.114 A

[文章编号]1007-8134(2016)02-0125-04