整合素及其相关miRNA在肝纤维化中作用的研究进展

梁家杰 马 岚 吴江锋

（三峡大学医学院，宜昌 443002）

肝纤维化是慢性肝病进行性发展为肝硬化的必经病理过程，其基本的病理特征是细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的过度沉积[1]。这种ECM的过度沉积是ECM的分泌增多和降解减少所形成的，其原因是促肝纤维化因子的作用增强和/或抑制肝纤维化因子的作用减弱导致[2-3]。促肝纤维化因子包括转化生长因子β（transformation growth factor-β，TGF-β）、整合素（integrin，ITG）、金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMP）和赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）家族成员。抑制肝纤维化因子包括骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）[3-4]。近期，在纤维化疾病的机制探讨和治疗研究中，促肝纤维化因子整合素及微小RNA（microRNA，miRNA）对整合素的下调研究方面，发表了大量有价值的文献，因此，现将它们与纤维化，特别是肝纤维化的研究进展进行综述。

1 肝纤维化的主要形成机制

肝纤维化是在慢性肝病发生发展过程中，多种炎症因子和细胞因子刺激Diss间隙的静止肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）活化，进而转分化为具有增殖、迁移和收缩特性的肌成纤维细胞（myofibroblasts，MFB）。在活化的HSC和MFB中，促肝纤维化因子的表达上调，抑制肝纤维化因子的表达下调，以Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白为主的ECM过度分泌，因此，HSC的活化是肝纤维化发生发展的关键环节[5]。活化的HSC分泌的促肝纤维化因子，如TIMP，它能显著地抑制MMP的活性，进而减少ECM的降解[6]；活化的HSC还分泌LOX，后者催化ECM中的胶原蛋白或弹性蛋白的赖氨酸残基缩合，并产生共价交联，从而形成不溶性的胶原纤维和弹性纤维，使ECM很难被MMP等蛋白酶降解[7-8]。在肝纤维化的发生发展过程中，无论是在HSC活化的启动过程中，还是在ECM分泌增强和降解减弱导致的HSC外环境的变化中，整合素均起着重要作用。

2 整合素的组成和功能

整合素家族是一类拥有细胞黏附和信号通路受体功能的跨膜二聚体蛋白，属于Ⅰ型跨膜黏附受体超家族成员。最初研究发现，横跨细胞膜的整合素将ECM与细胞骨架连接在一起，故而被命名为“整合素或整联蛋白”[9]。大多数整合素是由α和β亚基组成的异源二聚体。整合素的α和β亚基被表达后，先在内质网异源二聚化，再被递送到胞膜，以沿膜扩散的方式分布。现已知的α亚基有18种，即α1～11、αⅡb、αD、αE、αL、αM、αV、αX；β亚 基 有β1～8等8种。这些α和β亚基构成了至少24种不同类型的整合素：αV亚基分别与β1、β3、β5、β6和β8亚基组成5种整合素；β1又与α1～11组成11种整合素；β2分别与αD、αL、αM和αX组成4种整合素；此外，还有αEβ7、α4β7、α6β4和αⅡbβ3等4种整合素[10]。由于整合素类型多样，使其具有广泛结合或黏附细胞外配体的能力，如结合免疫球蛋白超家族细胞表面受体，结合胶原蛋白等分泌性ECM等。整合素的α和β亚基由3部分组成：长的多功能域的胞外区、单程的跨膜区以及短的胞内尾部区。其中，胞外区拥有广泛的配体结合位点，具有多种构象，它可以通过构象变化去迎合不同配体，进而增加彼此间的亲和力；胞内尾部通过与胞内蛋白结合，并传导信号，它是整合素与胞内信号交流的关键部分；跨膜区在整合素的构象改变及信号传递中也起到了重要的作用[10-11]。

整合素主要有以下功能：①细胞黏附功能。聚集的或者激活的整合素能有效地结合ECM，形成局灶性黏附复合物，从而实现对ECM的黏附作用。②信号通路传导枢纽功能。作为细胞内外信号双向传导的枢纽，整合素既可以与细胞外配体结合，导致自身胞内尾部结构改变，从而结合胞内效应蛋白，引起下游信号传导，整合素又可以与胞内的衔接蛋白结合，引发自身胞外区的结构重塑，从而调节与胞外配体之间的亲和力。③机械力信号传感功能。在胞内外，整合素分别与肌动衔接蛋白和ECM结合，构建为“ECM—整合素—衔接蛋白—肌动蛋白”的动力传导系统。因此，当细胞内的肌动蛋白自主收缩时，通过衔接蛋白和整合素牵拉ECM，细胞可以根据ECM的韧度所产生的反弹力，间接感知ECM的韧度。由于整合素对生化信号及机械力信号敏感，具有细胞黏附的功能，也在信号通路中扮演着受体的功能，因此，整合素也被视为细胞微环境的传感器。这种传感器增强了细胞对生理状态、肿瘤和纤维化等不同的微环境做出适当的反应的能力，进而影响它们的发生、发展。

3 整合素促进肝纤维化

肝纤维化是由多种病因导致的肝慢性损伤后的过激修复引起的。肝内不同类型的细胞也都或多或少地参与并影响着肝纤维化的进程，其中HSC被公认为肝纤维化发展中的关键细胞[12]，而其他肝内细胞如肝细胞、胆管内皮细胞等也在肝纤维化的进程中发挥着相当重要的作用。整合素广泛分布于多种类型的肝内细胞中，并且通过多种途径作用于不同的肝内细胞，从而影响着肝纤维化的发生发展。

3.1 含有αⅤ亚基的整合素具有促进肝纤维化的潜能

在纤维化形成中，含有αⅤ亚基的整合素受到了广泛地关注。αⅤ亚基形成的五种异源二聚体αvβ1、αvβ3、αvβ5、αvβ6和αvβ8，可以分别结合TGF-β的潜伏关联肽（latency Associated peptide，LAP），进而协助弗林蛋白酶切开精氨酸和丙氨酸（如TGF-β1的R278-A279）之间的肽键，释放活性TGF-β，从而促进HSC活化[13]。研究表明，细胞膜上的整合素αvβ3与配体结合后，激活PI3K/pAkt /NFκB信号通路，促进I型胶原蛋白的分泌，促肝纤维化[14]。当运用整合素αvβ3和αvβ5的小分子抑制剂干预时，HSC的增殖减弱，血管生成受到抑制，进而肝纤维化也减轻了[15]。

在正常肝组织中，整合素αvβ6的表达量极低，但是，在小鼠的肝硬化模型以及乙型肝炎所致肝硬化患者的肝活检组织中，αvβ6的表达明显升高，并且肝硬化的严重程度与αvβ6的表达量也呈正相关[16]。进一步研究显示，白细胞介素-32γ可以通过激活核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）诱导整合素αvβ6的表达，后者与配体结合后，能促进HSC的活化和增殖[17]。除HSC外，肝内的其他类型的细胞也表达整合素αvβ6。例如，整合素αvβ6在活化的肝祖细胞中表达，并能调节该细胞的功能。体外培养的αvβ6+肝祖细胞具有分化为胆管细胞和肝细胞的能力。在体外和体内实验中，失活的整合素αvβ6能有效地抑制祖细胞的功能。在小鼠胆管疾病模型中，也进一步证实失活的整合素αvβ6抑制了肝纤维化[18]。实际上，在探索整合素αvβ6和纤维化的相关性研究中，也存在不同的学术观点。例如，有学者认为，HSC转分化为肌成纤维细胞后，会分泌层黏连蛋白，并形成富含层黏连蛋白的细胞外基质；而周围成熟肝细胞膜上的整合素αvβ6会与层黏连蛋白结合，导致成熟的肝细胞向胆管上皮细胞转化。这类转化的胆管上皮细胞可以促进肝再生，最终结果是制衡了肝纤维化的发生[19]。因此，αvβ6与纤维化的相关性，尚需进一步研究。

3.2 含β1亚基的整合素促进肝纤维化

整合素β1亚基分别与α1-11及αV等12个α亚基结合成12个不同的异源二聚体。整合素β1在肝的多种细胞中广泛表达。Volpes等[20]报道，在病毒和酒精中毒导致的肝纤维化组织中，含β1亚基的整合素的表达明显上调，如α1β1、α5β1、α2β1、α3β1、α6β1。有研究表明，整合素α5β1与ECM结合后，激活粘着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）信号通路，进而促进HSC的活化及增殖。血小板衍生生长因子相关的Spock 1蛋白也可以通过激活整合素α5β1/ PI3K/Akt信号通路，促进HSC的活化，增殖和迁移，从而促进肝纤维化[21]。此外，活化的整合素α11β1可以进一步激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶蛋白（也称为P21激活激酶（PAK）和机械敏感因子Yes相关蛋白1（YAP-1）信号通路，从而促进肌成纤维细胞分泌ECM，促进肝纤维化[22]。也有研究显示，凝血酶裂解的骨桥蛋白OPN（Thr-OPN）会暴露出整合素结合序列，与整合素α9β1和α4β1相互作用，进而激活MAPK及NF-κB信号通路，促进HSC的活化和增殖[23]。

4 多个miRNA通过下调整合素的表达抑制纤维化

miRNA是一类长度有19～23个核苷酸的内源性非编码 RNA，它通过互补的方式与靶基因 mRNA的3'非编码区结合，诱导靶基因 mRNA的降解或干扰其翻译[24]。越来越多的研究发现，miRNAs与肝纤维化密切相关，可以参与肝脏代谢控制、调节脂质代谢、肝星状细胞活化等过程从而影响肝纤维化。例如，微小RNA-155（microRNA-155，miR-155）既可以通过靶向调节肝脏X受体α，导致脂肪堆积，促进肝纤维化；也可以通过促进TGF-β信号通路，引起细胞外基质沉积；还可以负调控促纤维化的上皮间质转化过程和细胞外调节蛋白激酶1（extracellular regulated protein kinases 1，ERK1）途径，导致肝纤维化[25]。另外，miR-155也与整合素相关联，有研究发现，在肺炎克雷伯菌侵入肺上皮细胞时，miR-155可以通过靶向下调整合素的转录抑制剂高迁移率族蛋白N2和核因子-1这种间接的方式，来促进整合素a5β1的表达，进而提升上皮细胞的粘附力，促使细菌侵入[26]，miR-155与整合素在肝纤维化中的相关性有待进一步证实。到目前为止，某些miRNA已被证实可以通过直接靶向下调整合素或者相关蛋白的表达，进而抑制肝纤维化及其他器官的纤维化。有研究表明，整合素α8β1通过激活Ras同源基因家族成员A（RhoA）信号通路，促进非酒精性脂肪肝病引起的肝纤维化，而miR-125b可以通过靶向整合素α8亚基的mRNA，下调α8亚基的表达，从而抑制肝纤维化的进程[27]。另外，在肝星状细胞中，miR-29b被发现可以通过靶向沉默整合素β1及胶原蛋白1等基因，从而抑制肝星状细胞的活化[28]。而Liu等[29]研究显示，在SS大鼠（盐敏感型高血压及肾损伤大鼠模型）的肾损伤模型中，miR-29b可以靶向下调大鼠肾髓质上皮细胞中的整合素β1亚基和一些胶原蛋白分子的表达，从而保护SS大鼠的肾髓质损伤，减轻肾髓质的纤维化。

其他器官的纤维化中也涉及到整合素及相关miRNA的调控。miR-152能够降低人真皮中成纤维细胞的细胞黏附和ECM重塑功能，机制研究显示，miR-152靶向下调整合素α5β1中α5亚基的表达是其中的原因之一。在解决系统硬化症患者整合素过表达的问题时，发现miR-150可以靶向下调整合素αvβ3和αⅡbβ3中β3亚基的表达；当miR-150的表达减少时，皮肤成纤维细胞中的整合素β3亚基过表达，进而激活TGF-β，增加胶原蛋白的分泌，导致皮肤纤维化[30]。miR-378a也可以通过靶向下调整合素β3蛋白以及波形蛋白的表达，抑制成纤维细胞的迁移和分化，影响皮肤的伤口愈合[31]。

除此之外，在纤维化疾病的发生和发展中，部分整合素、miRNA与纤维化之间的相关性，尚需进一步研究。例如，在心肌的成纤维细胞中，miR-327可以靶向下调整合素β3蛋白的表达，但此时，心纤维化却发生了，因此，miR-327靶向下调整合素β3蛋白的表达，是否与miR-327促进心纤维化有关，目前尚不清楚[32]。Chen等[33]观察到，HSC衍生的外泌体与其他HSC结合时，HSC表面的整合素αⅤβ3或α5β1起到了关键作用。进一步观察可见，当包含miR-214的外泌体运送到活化的HSC附近时，该外泌体通过与整合素αVβ3或α5β1结合后，miR-214被摄入到活化HSC的细胞内，靶向下调结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表达，进而抑制CTGF的促纤维化功能。

综上，肝纤维化过程中，整合素作为细胞内外结构联通和信息交流的关键蛋白，部分成员促进了肝纤维化、肝硬化的形成，可能成为肝纤维化治疗的靶点。尤其含有αV亚基和β1亚基的整合素促进了肝纤维化或具有促进肝纤维化的潜能，值得进一步研究。在抑制肝纤维化的研究中，多个miRNA能有效地靶向下调部分整合素的表达，但是，在抑制肝纤维化的探索中，尚未发现某一miRNA或者miRNA基因簇，能有效地同时靶向下调αV亚基和β1亚基的表达。据miR-29b在减轻肾髓质的纤维化的作用机制，推测在肝纤维化中探讨miR-29b对αV亚基和β1亚基的表达调控的研究，是值得进一步尝试的。