细胞信号通路影响肝纤维化的研究进展

杨开明，蒋文娟，成家茂

（大理大学基础医学院，云南大理671000）

细胞信号通路影响肝纤维化的研究进展

杨开明，蒋文娟，成家茂

（大理大学基础医学院，云南大理671000）

目的：了解肝纤维化发生、发展过程中细胞信号通路的作用及机制。方法：复习文献，对近年来有关影响肝纤维化细胞信号通路的调控作用及机制进行综述。结果：肝纤维化是慢性肝损害产生的一种肝组织自身病理性修复反应，而转化生长因子-β，血小板衍生生长因子，刺猬信号，Wnt信号，JAK-STAT信号，Notch信号等多条细胞信号通路参与了肝纤维化的发生及发展过程。结论：肝纤维化是刺猬信号、Wnt信号等多条细胞信号通路和一系列细胞信息分子共同作用的结果。

肝纤维化；Wnt信号通路；Hedgehog信号通路；肝星状细胞

肝纤维化（hepatic fibrosis，HF）是对多种病因引起慢性肝损害产生的一种肝组织自身病理性修复反应，是慢性肝病发展到肝硬化的必经阶段。其特征为以胶原蛋白为主的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）合成和降解失衡。ECM主要来源于肝星状细胞（hepatic satellite cells，HSC）的合成和分泌。在正常肝组织内，HSC处于静止状态；当肝脏受损伤时，HSC则被激活转化为肌成纤维细胞（myofibroblast，MFB），大量细胞外基质被释放，同时因其降解机制失衡使ECM降解不足，导致ECM过度沉积，最终发展为肝纤维化。因此，HSC的活化、增殖是肝纤维化的中心事件，现发现HSC的激活是多条细胞信号转导通路和一系列细胞信息分子共同作用的结果。故本文就肝纤维化相关的重要信号转导通路进行综述。

1 转化生长因子-β（TGF-β）/Smad信号转导通路

TGF-β信号通路主要通过细胞生长、增殖、分化、迁移等过程在机体中发挥重要作用。转化生长因子-β包括TGF-β1-5，其中TGF-β1在肝脏中的含量最高，其受体（TβRs）家族包括3型受体，即TβR-Ⅰ、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ。研究表明，TGF-β信号诱导的Smads蛋白家族参与纤维化的发病过程，它主要分3大类，受体调节型Smads（R-Smads）、抑制型Smads（I-Smads）、共同通路型Smads（Co-Smads）。R-Smads包括Smad1、2、3、5、8、9，其磷酸化后特异介导信号转导传递；Co-Smads包括Smad4，其主要是协助R-Smads进入细胞核；I-Smads包括Smad6、7，其主要是调节或抑制R-Smads和Co-Smads的基因表达；JIANG Y等〔1〕通过槲寄生生物碱成分对四氯化碳（CCl4）诱发的肝毒性的大鼠模型的作用证明槲寄生生物碱成分能减缓大鼠肝纤维化进程，这一作用为槲寄生生物碱成分可抑制TGF-β1及其受体分泌，阻碍Smad2磷酸化，诱导Smad7的表达，从而阻碍Ⅰ型前胶原蛋白和基质金属蛋白抑制剂-1（TIMP-1）的合成及a-平滑肌肌动蛋白（a-SMA）的表达，进而抑制肝星状细胞激活减少细胞外基质（extracellular matrix，ECM）沉积。CHOI Y J等〔2〕通过前胡素对四氯化碳（CCl4）诱导的肝纤维化大鼠模型作用证明前胡素具有抗肝纤维化作用，表现为其显著降低了a-SMA的激活和Ⅰ型胶原蛋白的表达，抑制TGF-β1诱导的Smad2/3磷酸化，Smad4的核异位以及Smad2/3-Smad4的复杂联合，前胡素还抑制TGF-β1诱导的NAD（P）H氧化酶（NADPH oxidase，NOX）蛋白的活化，抑制肝星状细胞的活化。MIN A K等〔3〕证明a-硫辛酸（ALA）可阻止肝纤维化进程，其机制为ALA通过抑制TGF-β介导的分子介质，包括Smad3蛋白磷酸化，AP1和SP1来抑制肝纤维蛋白溶解原激活抑制剂（PAI-1）的表达并阻止胆管结扎（BDL）诱导的肝纤维化的发展。因此，对TGF-β/ Smad信号转导通路的研究可为肝纤维化的潜在治疗提供线索。

2 血小板衍生生长因子（PDGF）通路

PDGF是器官纤维化的关键介质，是重要的促有丝分裂因子中的一种，它具有刺激指定细胞分裂和增殖的能力。当肝脏受损时，分泌大量的PDGF一方面促进HSC的增殖、活化转化为肌成纤维细胞（MFB），合成大量ECM；另一方面，PDGF通过促进肌纤维样细胞产生胶原（尤为Ⅰ型和Ⅱ型胶原），并通过上调组织基质金属蛋白酶抑制剂来抑制胶原作用，从而减少细胞外基质的降解。由PDGF介导的细胞内信号转导通路有MAPK、PI3-K、ERK和P38等。WU F R等〔4〕首次证明了大鼠的肝组织和HSC中存在酸敏感离子通道1a（ASIC1a），尤为注射CCl4的大鼠肝组织和HSC中ASIC1a表达增加。抑制或沉默ASIC1a能够通过阻断丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路削减PDGF诱导的促纤维化作用，从而抑制大鼠HSC的活化。ZHANG F等〔5〕发现川芎嗪能抑制氧化应激诱导的肝星状细胞的活化。其作用表现为川芎嗪是天然抗氧化剂具有强效的抗纤维化作用，它通过减少PDGF-βR的表达，阻断PDGF-βR两个下游效应器及细胞外调节蛋白激酶（ERK）和P38激酶的磷酸化，进而抑制HSC的活化。此外，有研究证明，肾素-血管紧张素系统（RAS）也参与肝纤维化的发病机制，而AngⅡ是RAS中主要的效应肽，它能增加纤维化标志物a-SMA、a1（Ⅰ）型前胶原的表达以及促进HSC的侵袭能力；而川芎嗪与AngⅡ作用相反，它可调节Bcl-2家族的蛋白，还能作用于减少a-SMA和a1（Ⅰ）型前胶原在mRNA和蛋白水平上的表达，这可能与PDGF-βR介导的PI3-K/AKT/mTOR通路干扰有关；此外，川芎嗪能使AngⅡ诱导的HSC侵袭能力减弱，这可能与PDGF-βR/FAK通路干扰有关〔6〕。故川芎嗪可为肝纤维化的潜在治疗提供线索。

3 刺猬（Hedgeghog，Hh）信号通路

Hh信号通路主要由Hh配体、Patched（Ptch）受体、Smoothened（Smo）跨膜蛋白、Gli及Hedgehog相互作用蛋白（Hip）等组成，在哺乳动物中发现其有3个同源基因即印度刺猬因子（IHH）、音刺猬因子（SHH）及沙漠刺猬因子（DHH），它们分别编码相关蛋白。研究表明，Hh信号通路可以促进静止期肝星状细胞（Q-Hsc）活化，活化的HSC则表达a-SMA、结合蛋白及波形蛋白，转变为MFB，最终发展为肝纤维化。因此，Q-HSC转化为MFB-HSCs是肝纤维化的关键事件。最近研究表明Hh信号通路可通过与Notch信号串扰、新陈代谢、辐射、DNA甲基化与甲基化结合蛋白2（Mecp2）及miRNA-29调节HSC的结局。XIE G等〔7〕证明在纤维化过程中，Hh信号通路和Notch信号通路共同参与HSC的上皮-间充质细胞表型转变过程（EMT）这一环节。当肝损伤时，Hh信号通路被激活，具上皮表型的Q-HSC转化成具间质细胞表型的成熟的肌成纤维细胞，Notch信号通路也被激活同时Hh信号通路还进一步提高了Notch信号的活性；反之，阻断Notch信号通路发现Hh靶基因Gli1和Ptch的表达下调，Hh通路的活性被抑制。CHEN Y等〔8〕展示Q-HSC转化为MFB时能诱导糖酵解引起乳酸堆积。肝脏疾病中，许多糖酵解基质细胞与纤维化的严重性有关；此外，在MFB中，有条件的阻断Hh信号通路或使用Hh通路的药物抑制剂能减少肌成纤维细胞的数目进而延缓肝纤维化进程。因此，说明Hh信号通路可通过新陈代谢调节HSC的结局。WANG S等〔9〕和YANG J J等〔10〕发现在用放射治疗处理过的大鼠肝脏中，Hh配体的表达、IHH和Hh靶基因、Gli2显著上调；此外，与正常肝脏相比，TGF-β和a-SMA也显著上升。结果证明，Hh信号表达的增加促进MFB-HSC和祖细胞的增殖，Hh信号通路可通过放射调节HSC的结局。Hh信号通路还可通过DNA甲基化与甲基化结合蛋白（Mecp2）调节HSC的结局；具体为用DNA甲基转移酶抑制剂5-azadc能阻止肝星状细胞的增殖和活化；在肝肌纤维母细胞，Mecp2的siRNA敲除增加了Ptch1 mRNA和蛋白的表达〔11〕。HYUN J等〔12〕表明NF-KB介导的下调的miRNA-29和低表达的miRNA-29促进HF中胶原蛋白的沉积，即NF-KB信号的激活与miRNA-29表达的减少有关。然而当NF-KB信号受损时，miRNA-29表达不能被抑制，增加的miRNA-29具有抗纤维化和促凋亡作用，但此时Hh信号表达大大增强，Hh信号的激活反过来又减少miRNA-29的表达并促进MFHSCs的累积，最终加速肝纤维化进程。故Hh信号通路可通过miRNA-29来调节HSC的结局。

4 Wnt信号通路

Wnt通路主要有依赖β-catenin的正规通路及不依赖β-catenin的非正规通路，包括细胞外因子（Wnt）、Wnt/β-catenin、Wnt/平面细胞极性（planar cell polarity，PLP）、Wnt/Ca2+、Wnt/JNK、Wnt/Rho等。Wnt信号通路的激活通过各种途径参与肝星状细胞的活化与增殖是促进肝纤维化的关键事件，现很多研究已证实。WANG Y P等〔13〕发现Wnt3a基因的表达能明显活化HSC，他们通过给予不同浓度的Wnt3a刺激HSC，结果表明与未给予Wnt3a因子刺激的对照组相比Wnt3a能促进HSC增殖且增加了胶原的分泌；在HSC中TGF-β、a-SMA、Smad7的表达随时间的延长不断递增。LI W等〔14〕证实胚胎特异性转录（mesoderm-specific transcript，Mest）通过抑制Wnt/β-catenin信号衰减CCl4诱导的肝纤维化。其作用为Mest通过减少CCl4诱导的胶原在大鼠肝组织中的沉积且改善其肝脏情况，同时能显著减少β-catenin、a-SMA和Smad3在体内外的表达和分布抑制HSC在体外的活性。

5 JAK-STAT信号通路

JAK激酶/信号转导与转录激活子（Janus Kinasesignal transducers and activators of transcription，JAKSTAT）信号通路主要由JAK蛋白家族、STAT蛋白家族及酪氨酸激酶相关受体共同组成，JAK蛋白家族包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2，JAK1、JAK2、TYK2广泛分布在各个组织和细胞中，STAT蛋白家族有STAT1-6个家族。越来越多的研究证明，JAK-STAT信号通路在肝脏中发挥重要的调控作用，其中JAK-STAT3可通过调节多种细胞因子和生长因子（在肝脏中共约20余种细胞因子和生长因子可被激活）促进血管平滑肌细胞和成纤维细胞的增殖、迁移；此外其在各种细胞功能中也起重要作用，如抗病毒预防、急性期反应、肝损伤、修复、炎症和肝炎。因此提示组织器官纤维化与JAK-STAT3信号通路密切相关。CONG M等〔15〕发现STAT3最初就被认为是一种急性期反应因子，可以诱导多种细胞因子，如G-CSF（粒细胞集落刺激因子）、IL-6（白细胞介素-6）及瘦素，但目前证明其几乎只由IL-6激活。IL-6可刺激肝细胞产生急性反应蛋白包括淀粉样蛋白A、补体C3和C反应蛋白，在IL-6缺陷小鼠中，STAT3活性显著被抑制。IL-6是JAK-STAT3信号通路的下游信号分子，当JAK-STAT3信号通路被异常激活时，促使肝脏中枯否细胞分泌大量的IL-6，IL-6是致HF的另一个重要因子，它可直接促进HSC的活化和增殖，使肝纤维化程度加重；反之，如果阻断JAK-STAT3信号通路或使用JAK抑制剂时，可以明显减缓IL-6对HF的作用。研究表明，JAK-STAT信号通路也受瘦素受体的调节；在肝纤维化中，瘦素增加胶原蛋白在HSCs/肌成纤维细胞的产生并且促进HSC的存活。瘦素介导其功能通过激活的JAK-STAT2信号通路与下游的ERK、AKT和PI3K共同协调，其还可促进巨噬细胞和内皮细胞产生TGF-β1，活化HSC，增强肝内纤维化因子活性。此外，其他激动剂如PDGF、EGF和HGF也能激活STAT3且对HSCs转向纤维化产生直接影响〔15-16〕。

6 Notch信号通路

Notch信号传导途径是一种高度保守的信号转导机制，它对正常胚胎的发展，细胞的增殖、分化等至关重要。在哺乳动物中4种Notch受体（Notch1、Notch2、Notch3、Notch4）和5种配体（Jagged1、Jag⁃ged2、Delta1、Delta3、Delta3-Like4），研究发现，Notch1、Notch2、Notch4 mRNA水平不论在正常或异常肝脏中无明显不同，但Notch3、Jagged1蛋白的表达在损伤的肝组织中显著增高。Notch信号通路激活主要为Notch受体和Notch配体共同在相邻细胞上表达导致Notch受体蛋白水解分裂，此时γ-分泌酶复合体（作用于胞内区域）导致跨膜区级胞内结构（NICD）释放进而催化裂解进程。NICD移动到细胞内，与CSL（RBP-JK/CBF1）相互作用且策划激活下游靶基因如Hes1、HRT、Deltes-1、Meltrin-b和Notch受体本身的转录。CHEN Y等〔17〕发现Notch信号通路的异常激活与纤维变性疾病密切相关，不仅表现在肺、肾、腹膜纤维化中，其在CCl4诱导的大鼠肝纤维化模型中也被高度激活，并伴随着Jagged1、Notch3和Hes1基因表达的增加。在肝纤维化中，HSC-T6细胞系发现Notch3的胞内功能结构域（NICD3）存在高度表达，其细胞标志分子Ⅰ型胶原蛋白、a-SMA等显著上调；但用siRNA沉默Notch3受体后，这两种蛋白则无明显增高。体外研究发现，DAPT（一种γ-分泌素抑制剂）能抑制大鼠HSCT6的EMT进程，阻断Notch信号通路的激活，显著减弱肝纤维化进程，同时减少Snail、Vimentin和TGF-β1的表达，增加E-cadherin的表达。上述表明，Notch信号通路与HF的发生、发展有密切牵连，DAPT治疗对肝细胞有保护作用且能改善肝纤维化进程。HUANG M等〔18〕逆向论证了Wnt信号与Notch信号转导间的拮抗作用，其调节斑马鱼肝纤维化模型的再生能力表明了Notch信号通路与肝纤维化存在着密切关系。Wnt激动剂通过诱导Notch拮抗剂、Numb、膜相关蛋白抑制Notch信号减弱其传导功能，这表明用各种方法使Wnt信号和Notch信号相互拮抗对纤维化肝脏中肝细胞的再生有着至关重要的作用。这为肝纤维化的治疗策略提供了潜在的方案。

7 展望

肝纤维化是一个可逆的伤口愈合反应，其特征为急慢性肝损伤后细胞外基质的沉积。持续的纤维化将导致终末期肝病、肝硬化和肝细胞癌，目前其发病率在世界范围内正不断上升。肝纤维化的发生、发展往往受多种调控因素共同作用，其中细胞内外信号通路的调控越来越被重视。除上述介绍的以外，还包括脂多糖/Toll样受体4（TLR4）、过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）、血管形成素1/Tie-2等信号通路，它们共同构成一个网络交叉影响肝纤维化的发展进程。故深入研究各类信号交通网络与肝脏疾病的关系，发现其中的中心靶点将为日后临床防治肝纤维化带来新突破。

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Research on Progress of the Influence of Cell Signaling Pathway on Hepatic Fibrosis

Yang Kaiming,Jiang Wenjuan,Cheng Jiamao
（Pre-clinical College,Dali University,Dali,Yunnan 671000,China）

Objective:To investigate the role and mechanism of cell signaling pathway in the occurrence and development of hepatic fibrosis.Methods:The literature about the regulation of cell signaling pathway and its mechanism in recent years were reviewed.Results:Hepatic fibrosis is a pathological repair reaction to the chronic liver damage.Cell signaling pathways like TGF-β,PDGF, hedgehog signaling,Wnt signaling,JAK-STAT and Notch signal participated in the occurrence and development of hepatic fibrosis.Conclusion:Hepatic fibrosis is the result of a series of cell signaling pathways:hedgehog signal,Wnt signal and a series of cell information molecules.

hepatic fibrosis;Wnt signaling;Hedgehog signaling;hepatic satellite cells

R575

A

2096-2266（2017）02-0046-05

10.3969/j.issn.2096-2266.2017.02.009

（责任编辑 李杨）

2015-12-04

2016-05-26

杨开明，教授，主要从事细胞信号转导相关研究.