肝星状细胞与肝纤维化的关系

王莉莉，赵永忠

（桂林医学院附属医院，广西 桂林 ）

0 引言

当肝细胞坏死或受损后，容易出现LF反应，也是各种慢性肝病病情加重后，向肝硬化发展必定发生的病理改变及必经途径，其病理特征较多，以ECM的异常增生、肝内过量沉积为主。许多病因都可以导致LF的发生和发展，比如慢性肝病毒感染（尤其是乙肝和丙肝）、酗酒以及非酒精性脂肪性肝炎[1-3]。有关肝受损的发生机制虽存在着一定的差异，但肝纤维化形成的病理过程大体上相似，大多数是由慢性损伤后，进而引起一系列持续性的炎症反应，修复组织出现异常,进一步促进胶原纤维沉积，纤维化逐步形成。肝纤维化中的形成、发生和发展的整个过程必经过炎症反应[4-6]。HSCs的活化在肝纤维化这一过程中起着关键作用。本文就HSCs与肝纤维化的关系进行综述如下。

1 HSCs概述

HSCs主要分布于肝窦周围，约占肝细胞总数的8%-14%[7]。HSCs是一种代谢性细胞，形态不规则，似星状的伪足在肝的实质细胞以及肝窦内皮细胞间，具备如下的代谢功能：（1）为肝细胞储存提供能源的脂肪，以及储存大量的维生素A。（2）在肝脏内合成固定数量的ECM，主要是I、III、VI型。（3）包绕在肝窦内皮细胞（sinusoid endothelial cells，SEC）表面的HSCs突起支撑了内皮细胞，并对肝窦膜大小起到调节作用。（4）蛋白多糖和非胶原糖蛋白等的合成。

正常状态下的肝星状细胞是静止的，此时的肝星状细胞内含有大量的维生素A胞浆脂滴，为肝脏储脂，又称Ito细胞。在成纤维因子的刺激下，静止的HSCs被激活并转化为肌成纤维细胞样细胞(myofibroblast like cells，MFLC)，含视黄醇的脂滴消失[8]。经过体外培养，可以发现激活后的肝星状细胞具有如下的特征：（1）在形态上肝星状细胞的脂滴消失，胞体增大，胞窦伸展，呈现星状的形态。（2）能够表达α-smooth平滑肌肌动蛋白(α - smooth muscle actin，α-SMA)，结蛋白（Desmin）和胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）。（3）代谢出I型和III型胶原等细胞外基质。（4）可收缩。（5）可以分泌细胞因子，如转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β）。活化的HSCs的特点主要表现为1型胶原蛋白(Collagen-1)和α-SMA的表达增加[9]。

2 HSCs的活化与纤维生成机制

ECM的异常增生及肝内沉积过多是肝纤维化的主要特征。肝星状细胞是ECM的主要来源。肝纤维化的形成过程离不开肝星状细胞的活化。活化的肝星状细胞本身可以分泌出相应的受体，用来合成大量ECM，从而促进了肝纤维化的形成。在病理症状出现时，胶原活跃的肌成纤维细胞（MFB）会经由肝星状细胞大量转化而成，形成肝纤维化的表现就是成纤维细胞或者肌成纤维母细胞与肝星状细胞的过渡细胞大量出现，相关研究表明，经过活化的肝星状细胞可以转化为特殊化的MFB，此过程合成了大量的ECM。其次，活化后的HSC促进自身的增殖，还可以抑制ECM的溶解。

肝星状细胞在肝脏有炎症时被激活，根据肝星状细胞激活模式下的三步级联反应，在炎症形成的前期阶段受损的肝细胞会释放丝裂源，肝星状细胞受到旁分泌作用而引发增殖。发生炎症时，活化的kupffer细胞，血小板和巨噬细胞等在细胞坏死区域释放细胞因子，如TGF-β、TGF-ɑ、血小板源生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）等，其中具有最强作用的是PDGF。在炎症发生的后期，MFB通过TGF-β、TGF-ɑ来对自身起到作用，促使肝星状细胞的未分化成员向MFB转化，同时合成ECM[10]。

肝星状细胞产生的ECM的组成成分如下：（1）胶原蛋白：I、III、IV、V、VI、X、IV型胶原。其中，肝星状细胞在正常情况下，会产生III型胶原，如果该细胞被激活，就会产生I型胶原。肝星状细胞在静止时其激活情况不同的原因是，在产生不同类型的胶原时会受到热休克蛋白47的不同作用。（2）糖蛋白类。肝星状细胞是产生糖蛋白的重要来源。糖蛋白结构中的纤维连接蛋白、层连接蛋白、副层连接蛋白和骨连接蛋白，在肝纤维化时的比重会增加。（3）蛋白血糖。在肝纤维化的过程中，蛋白聚糖，尤其是透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素等指标会异常。

肝纤维化的形成主要是肝脏纤维合成与降解的一种不平衡，而ECM降解酶一旦合成异常，也会使得肝纤维化开始发生。参与ECM降解的酶主要是基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPS），它的类别有3个：（1）间质胶原酶；（2）明胶酶；（3）基质分解素[11]。MMPS其活性受到组织抑制物[基质金属蛋白酶抑制剂（ tissue inhibitors of metalloprotei nase，TIMPS）]和尿激酶UPA，以及纤溶酶原活化剂尿激酶的影响。研究发现[12]，当MMPS抑制因子的高水平基因表达时，可能会影响到肝纤维化的进程。肝星状细胞活化，细胞外基质降解酶的含量异常时，肝星状细胞的TIMPS表达上调，MMPS表达下调时，就无法正常降解细胞外基质，使得基质的含量增加。另一方面，基质异常代谢又使得细胞活化率大大提高，从而提升细胞外基质的大量合成，因而促成了肝纤维化。

此外，对于肝纤维化相关细胞因子的研究发现使我们了解到，TGF-β可以通过刺激MFB合成胶原，来促成纤维细胞中I、III型胶原mRNA的表达。从而辅助了纤维连接蛋白合成ECM。而细胞因子TGF-β，不仅能够促进HSC的活化和ECM的沉积，还可以促进HSCs表达出MMPS，并将MMPS裂解为活性形式。还能触发TIMPs及纤溶酶原激活物抑制剂(plasminogen activator inhibitor，PAI)等合成，最终控制ECM进行降解。

3 HSCs与肝纤维化的研究进展

活化的HSCs是肝纤维化发生及进展的关键细胞。因此，充分认识HSCs活化所涉及分子特征和信号通路有助于更深层次地了解肝纤维化的发病机制。

研究表明IL-30水平增高可促进肝脏NKT细胞表面NKG2D表达，进而增强其对活化HSCs的细胞毒活性，从而抑制肝纤维化[13]。最近的一项研究表明，Hic-5表达在下调人类和小鼠活化HSC中的Smad7以增强TGF-β诱导的Smad2磷酸化从而减少纤维化起着关键作用[14]。此外，研究发现酰基辅酶A：胆固醇酰基转移酶（acyl-CoA: cholesterol acyltransferases，ACAT）由两种同工酶-ACAT1和ACAT2-组成，起催化剂的作用，可将游离胆固醇（free cholesterol，FC）转化为胆固醇酯，通过促进Toll样受体4信号转导，FC积累可调节HSC活化和肝纤维化的发展。近期研究发现，在EBL诱导的肝损伤过程中，Akt激酶同工型Akt1和Akt2可抑制HSC细胞的增殖，提示Akt亚型在肝纤维化中起独特作用。

肝纤维化的病理生理机制涉及多种细胞内信号通路。Gas6主要由枯否细胞表达，而Axl在正常肝的巨噬细胞和qHSC中都发现[15]，研究表明，CCl4通过Gas6 / Axl途径促进HSC活化，从而诱导的肝纤维化。在Necdin-Wnt途径中，HSC的激活和分化需要下调过氧化物酶体增殖物激活的受体γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）。Necdin是一种优先在活化HSC中表达的黑色素瘤抗原家族蛋白，可促进成肌和神经元分化，同时抑制脂肪生成。值得注意的是，Necdin沉默可恢复PPARγ介导的Wnt途径抑制，从而有效逆转HSC激活[16]。

4 抑制HSCs的增殖和活化是治疗肝纤维化的方向

作为防止肝纤维化的有效方式，抑制HSCs的增殖和活化是一个治疗的方向。在治疗肝纤维化的过程中，可以针对于肝星状细胞自身增殖活化的信号通路及细胞因子进行研究。其中TGF-β的作用很大。它是一种致纤维化的因子，也是肝星状细胞的活化剂。TGF-β及其受体拮抗剂，可溶性TGF-βII型受体以及相关的RNAi等的实验均可显示出，该活化剂可以抑制肝星状细胞的活化过程。同时，对于细胞外基质含量和肝纤维化程度的降低有促进作用。关于TGF-β1其信息通路[17]既包括有经典的Smad信号通路，也包括了非经典的非受体洛氨酸激酶和PKC通路。近年来针对于PKC调控前胶原和结缔组织生长因子方面的研究已经取得一定的进展。研究发现[18],C-ab1不仅在抗白血病方面有显著疗效，也可以抗击慢性粒细胞白血病患者的骨髓纤维化，同时，动物实验也表明了，其在预防肝纤维化方面有明显作用。但因其副作用过大，使得没有投入到临床的应用之中。目前的研究倾向于依马替尼类的药物。

细胞外信号调节激酶1 (extracellular signal regulated kinase 1，ERK1)是一种信号通路重要激酶。研究发现，ERK1的表达在肝纤维化组织中极高，在体外采用了siRNA来抑制细胞外信号调节激酶的表达可以减缓被活化的肝星状细胞的增殖。在实验中，导入siRNA，对胆总管结扎后的肝纤维化大鼠，其胶原沉积明显减少，肝细胞和胆管上皮的EMT也明显被逆转。另外，Schmitz也研究出了索拉菲尼可以明显的抑制大鼠的肝纤维化情况。当每日给予大鼠20mg/kg的索拉菲尼时,在2周之后，其肝纤维化程度明显缓解，但是效果是依赖于索拉菲尼的用量，机制是通过阻断ERK和PDGF的通路,从而使得肝星状细胞迅速凋亡,抑制增值减少胶原形成，并使其迅速降解。

此外，凋亡可以诱导清除活化的肝星状细胞，这使得通过诱导活化的肝星状细胞凋亡而治疗肝纤维化也成为可能。焦酶毒素不仅在体内，也可以在体外通过选择性诱导肝星状细胞进行凋亡，来阻止肝纤维化的程度加重[19]。

5 总结

综上所述，肝纤维化的实质是细胞外基质的合成大于降解导致其在肝内过度沉积。肝星状细胞是细胞外基质的主要来源，肝星状细胞的活化是肝纤维化发生和发展的核心环节。日前，抑制肝星状细胞的增殖和活化已被看作是抗肝纤维化治疗的主要靶点，探讨肝星状细胞和肝纤维化发病的关系有助于进一步了解肝纤维化的发病机制，为临床合理用药、开发治疗肝纤维化有效的治疗药物提供可靠的依据。