内质网应激与肝纤维化关系研究进展*

2018-01-30潘高峰综述傅茂英郜玉峰审校

实用肝脏病杂志 2018年6期

潘高峰综述，傅茂英，郜玉峰审校

内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）是生物细胞为了抵御外界各种病理刺激所产生的一系列维持自我稳态的病理过程。肝纤维化（hepatic fibrosis，HF）是各种慢性肝病的共同病理过程，持续HF可进展至肝硬化，甚至肝恶性肿瘤，是慢性肝病防治的棘手问题。ERS与多种器官纤维化相关[1]。目前研究认为，ERS可通过介导细胞凋亡、调节HF相关因子的表达等途径参与HF的发生发展及逆转。

1 ERS与未折叠蛋白反应

内质网作为生物细胞的重要细胞器，广泛参与蛋白质及脂酯的转运及处理。多种病理刺激可使内质网处理细胞内蛋白的能力下降，导致内质网腔中蛋白质大量聚集及错误折叠，破坏细胞原有稳态。ERS是细胞自我保护反应，为了使细胞适应外界环境改变，内质网会启动、活化一系列信号传导通路，以处理这些未折叠及错误折叠蛋白，该过程被称为未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）[2]。未折叠蛋白分子与糖调节蛋白 78（glucose regulated protein 78，GRP78/Bip）结合，使得Bip与内质网膜上的三种感受蛋白：RNA依赖的蛋白激酶样激酶-真核翻译始动因子2-α（protein kinase RNA-like ER kinase-eukaryotic initiation factor2α，PERK-Eif2α）、激活肌醇酶（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）及活化转录因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）解离出来，分别激活三条信号通路：（1）PERK-eIF2α 通路：激活的PERK使真核翻译调节因子eIF2α磷酸化，在翻译水平抑制蛋白质合成；（2）IREl-XBPls通路：激活的IREl剪接转录因子XBPl mRNA，产生活化的XBPls蛋白质，后者在转录水平上调控ERS相关基因的表达；（3）ATF6通路：激活的 ATF6进人细胞核，可调节 XBPl、分子伴侣等其他ERS相关基因的转录和表达。若UPR过强或持续时间过长则会上调CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白（CCAAT-enhancer-binding protein homologous protein，CHOP）的表达，引起细胞凋亡蛋白天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶 12（cysteinyl aspartate specific proteinase-12，caspase-12）的剪切活化，从而促进细胞凋亡。

2 HF的主要机制

HF主要由于肝内细胞外基质（extracellular matrix,ECM）特别是间质胶原过度沉积所致[3]，其形成过程十分复杂。目前认为肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）是各种促HF因素作用的最终靶点。此外，细胞因子的参与、微小RNA异常表达、遗传因素、肠道菌群紊乱以及免疫细胞等也与HF相关。

2.1 HSC与HF 正常静息状态下，HSC很少产生ECM。炎症、损伤等刺激可使HSC活化。活化的HSC除了可以合成并分泌α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）和I型、III型胶原蛋白外，还可直接分化为肌成纤维细胞（myofiborblast，MFB），最终促进 HF 的形成。目前认为[4～9]，转化生长因子β1/smad（TGFβ1/smad）通路、过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）通路、瘦素（leptin）通路、ROS-mediated ERK/JNK s通路、整合素（integrin）通路及Wnt信号转导通路等参与了HSC的活化。另外，当HSC凋亡相对不足时，也可促进HF的形成。

2.2 细胞因子与HF报道认为：血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）可通过激活 HSC 参与HF的形成及发展[10]。肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）一直被认为是一个重要的促HF因子。结缔组织生长因子（connective tissue growing factor，CTGF）是一个重要的促HF因素，可通过抑制其来抑制HSC的激活来预防 HF 的发生[11]。此外[12]，IL-10、IL-15、IL-17、IL-20、IL-22与HF的发生发展也密切相关。

2.3 微小RNA与HF 微小RNA是近些年研究热点。它是一个内源性非编码单链RNA，其可在转录后水平对靶基因进行调控[13]。在HF病程中，多种微小RNA与HSC的激活相关。微小RNA既可促进HF的发生发展，也可抑制HF的发生发展。例如，micro-21可通过多种途径促进HF发生发展[14]，而micro-15b、micro-16及micro-29可抑制HF的发生发展[15，16]。

2.4 遗传与HF遗传因素也参与了慢性肝病的发生发展。目前认为基因的多态性可以从多个方面影响HF的发生发展[17]。基因的多态性可从疾病易感性，免疫及炎症反应，损伤及修复机制以及损伤后基质重建等方面对HF的发生发展产生影响[18]。有研究发现[19]，慢性乙型肝炎患者血清中IL-10水平有差异，那些基因多态性592号碱基缺失的患者更易被HBV感染，并产生包括HF在内的疾病进展。此外，CXXL10、CD24/CollA1以及血管紧张素原等基因的多态性也影响着慢性乙型肝炎的预后。鉴于种族差异，这种等位基因的多态性分布及频率也会不同，故我国HF与基因多态性的关系不能照搬国外，仍需大规模临床试验及基因组研究来探索。

2.5 肠道菌群紊乱与HF 目前研究认为，肠道菌群与人体的多种病理生理过程相关。正常的肠道菌群有益于机体的健康，但紊乱的肠道菌群可导致及加重一些疾病[20]。肠道菌群紊乱与HF发生发展密切相关[21]，前者可促进后者的发生发展，后者亦可使前者加重。机体一旦发生肠道菌群紊乱，药物的代谢、维生素的合成等功能会减退，可加重肝细胞损害，同时肠道粘膜屏障的破坏可致肝细胞凋亡坏死，最终促进HF的发生发展[22，23]。另外，肠道菌群紊乱可促进一些炎症因子的释放，而炎症因子又可导致HSC的活化及增值。故肠道菌群紊乱间接参与了HF的形成。

3 ERS与HF

3.1 ERS介导的细胞凋亡参与HF目前认为，ERS与病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝、中毒性肝损伤、肝衰竭等多种肝脏疾病密切相关[24]。a1抗胰蛋白酶缺乏者因大量突变的a1抗胰蛋白酶在肝细胞内聚集而诱发ERS，最终引起肝脏疾病。研究表明[25]：在a1抗胰蛋白酶突变的转基因小鼠HF模型中，ERS相关蛋白BIP、CHOP的表达与HF密切相关。CHOP蛋白可能通过上调促纤维化因子aSMA、TGF及胶原蛋白的表达导致HF[25，26]。也有报道认为[1]，ERS促进了基因突变及损伤模型中HF进展，其中CHOP蛋白可能通过调节肝细胞的存活发挥重要作用。药物诱导的ERS在体内及体外均可促进HSC的凋亡，从而抑制HF的形成[27]。CCl4诱导大鼠HF模型中，ERS相关分子Tribbles同源蛋白3（tribbles homolog 3，TRB3）和CHOP在蛋白及mRNA表达水平均增加，其变化趋势与大鼠肝细胞凋亡率一致，提示ERS可能通过TRB3和CHOP促进肝细胞凋亡，参与HF发生发展。作为C/EBP转录因子家族的一员，CHOP可通过下调抗凋亡基因B淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的表达来促进细胞凋亡。推测CHOP蛋白可通过促进HSC的凋亡来抑制HF的发生发展。

Caspase-12是ERS介导细胞凋亡的一个主要调节因子。研究表明，caspase-12通路与胆汁淤积性HF发展密切相关。在非酒精性脂肪肝模型中，阻断ERS的caspase-12通路有助于非酒精性HF的恢复[28]。CCL4诱导大鼠HF模型中，ERS标志性蛋白Caspase-12可能与HF的发生、发展和恢复逆转密切相关[29]。有报道指出[30]，ERS在HF的进展期抑制HSC活化，在HF逆转恢复期促进活化的HSC凋亡。因此，caspase-12可通过调节HSC凋亡来参与HF的发生发展及逆转。

目前认为[31]，咖啡因具有抗HF作用，而咖啡因可能通过调节HSC的凋亡来发挥抗HF作用[32]。进一步研究发现[33]，咖啡因可通过ERS的IREl通路来促进HSC的凋亡从而发挥抗HF作用。

3.2 ERS通过细胞因子及活性氧簇参与HFERS与诸多细胞因子存在密切联系，HF的发生发展与 TGFβ、PDGF、TNF-α、CTGF、IL-10、IL-15、IL-20、NF-κB 等多种细胞因子相关。UPR诱导的凋亡可以导致TGF-β的释放，进而刺激HF的发生发展。故ERS可通过调节相关细胞因子的表达来参与HF的病程。ERS与活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）密切相关，二者可互相促进，而ROS在诱导肝损伤及HF中发挥着重要的作用[34]，因而ERS可通过ROS介导HF的发生发展。

3.3 MANF与HF中脑星形胶质细胞源性神经营养因子（mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor，MANF）基因是有从数千个基因中筛选出来的并对ERS最敏感的基因，其编码的MANF蛋白为分泌性蛋白。MANF在慢性乙型病毒性肝炎、脑缺血、心肌缺血再灌注等疾病中具有细胞保护作用。前期研究发现[35]，慢性HBV感染者HF的进展与其外周血中MANF m RNA水平正相关。针对慢性HBV感染者外周血MANF蛋白研究发现[36]，乙型肝炎肝硬化组MANF蛋白表达水平较正常对照组及慢性HBV携带组低，推测MANF蛋白下降可能通过某种机制参与了乙型肝炎肝硬化的病程；乙型肝炎表面抗原＞20000IU/ml组MANF蛋白表达水平低于乙型肝炎表面抗原＜15000IU/m l组。目前普遍认为，乙型肝炎表面抗原水平越低的患者肝硬化程度越重，这与上述外周血MANF m RNA水平研究结果一致。因此推测，MANF蛋白在HF早期适度的ERS中起着肝脏保护作用。然而，ERS相关蛋白MANF与HF的关系有待进一步深入研究。

3.4 ERS信号通路相关因子与HF 前期研究发现[37]，与正常健康对照组相比，慢性无症状HBV携带组、慢性乙型肝炎组及乙型肝炎肝硬化组外周血中GRP78 mRNA及 XBP1 mRNA水平均升高。其中，乙型肝炎肝硬化组上述两个ERS相关指标mRNA水平与慢性无症状HBV携带组及慢性乙型肝炎组比较均有下降趋势，推测ERS参与了乙型肝炎肝硬化病程。经奥曲肽皮下注射处理后的大鼠HF程度低,同时该组大鼠血清中的GRP78及XBP1蛋白水平亦低，而GRP78与XBP1又是ERS相关蛋白，故奥曲肽可能通过减轻肝脏的ERS反应来缓解HF[38]。肝脏组织匀浆中丙二醛高水平表达提示存在氧化应激。在小鼠肝硬化形成过程中，GRP78表达水平与丙二醛表达水平正相关[39]。前者为ERS相关蛋白，后者代表着氧化应激，提示ERS可能通过氧化应激参与HF病程。研究认为[40]，血清铁可通过激活HSC促进HF发生发展，而瞬时敲出GRP78基因后血清铁促HF作用减弱。推测，血清铁可能通过ERS相关蛋白GRP78来发挥促HF作用。研究认为[41]，抑制IRE1α-XBP1信号通路可降低HSC活化及自噬来抑制HF。Piskounova[42]et al研究提示，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（nicotinam-ide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOXs）参与了 HF 的发生及发展。进一步研究发现[43]，NOXs在HF中促进ROS的产生，进而介导UPR中IRE1α-XBP1信号通路的激活及ERS的发生。因而，IRE1α-XBP1信号通路参与了HF的病理生理过程。也有研究指出[44]，发生在HSC中的ERS可通过PERK介导的核内不均一性核糖核蛋白A1（heterogeneous nuclear ribonucleoproteins A1，hnRNP A1）下调及 SMAD2 上调来促进HF的发生发展。综上所诉，ERS信号通路中相关因子 GRP78、XBP1、IRE1α 及 PERK参与了 HF的病理过程，但他们参与HF的具体机制尚有待深入研究。

3.5 ERS通过微小RNA参与HF目前研究认为[45，46]，ERS可通过与微小RNA之间的相互作用参与一些病理生理过程。Upton[47]et al提出XBP1是激活微小RNA-346表达的关键因素，而后者在控制炎症方面发挥重要作用。故推测ERS相关蛋白XBP1可通过激活微小RNA-346来控制肝脏的炎症，从而间接抑制HF的形成及发展。有报道指出[48]，ERS介导的微小RNA-30C-2*的表达直接参与了PERK通路对NF-κB的激活。而NF-κB与HF密切相关，故ERS可借助于微小RNA-30C-2*间接参与HF的发生发展。也有研究认为[49]：ERS可通过IRE1a调节微小RNA-150的降解及XBP1的剪切来促进纤维化形成，抑制IRE1 RNA酶可阻碍HSC直接转化为纤维母细胞从而缓解HF。针对胆道梗阻小鼠模型研究发现[46]，微小RNA-29a过度表达可缓解胆道梗阻所致ERS而发挥抗HF作用。因此认为，ERS与部分微小RNA相互作用参与HF的发生发展。