肝纤维化相关信号通路及其相应的抗肝纤维化药物研究进展

鲁苏日古嘎， 刘 霆， 朱单单， 余思佳， 卢礼卿， 丁俊杰

中南大学湘雅医院， 长沙 410000

肝纤维化由于其患病率迅速增加以及缺乏具体有效的治疗方法而成为世界范围内的主要健康问题。如未行有效的治疗干预，随着病情的发展肝纤维化将形成肝纤维结节，破坏正常的肝脏结构与功能，最终发展为肝硬化，导致肝功能的衰退，甚至进展为肝癌。肝星状细胞(HSC)的激活和转分化是肝纤维化的中心环节，是各类肝损伤导致肝纤维化的共同通路[1]。正常情况下, HSC处于静止表型状态，富含维生素A脂滴。在各种类型的肝损伤刺激下，HSC分化为肌成纤维细胞，并获得典型的“肌成纤维样细胞”表型：以细胞内脂滴减少或消失、粗面内质网增加、高尔基体发达、表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、合成大量细胞外基质(ECM)成分(包括Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ型胶原蛋白、纤连蛋白、层黏连蛋白)为特征[2]。目前普遍认为肝纤维化是可逆的，潜在治疗方法有：从最基础的去除刺激性肝损伤因素到抑制或调节肝脏炎症、护肝作用、下调HSC的活化(增殖、纤维形成和/或收缩)、促进基质降解、促进HSC特异性凋亡等。其中以下调HSC的活化(增殖、纤维形成和/或收缩)和促进基质降解为主，主要信号传导通路有TGFβ/SMAD、JAK-STAT通路等(详见附录1)。

1 肝纤维化相关信号通路及其拮抗剂

1.1 TGFβ/SMAD信号通路及其拮抗剂 TGFβ信号通路是促进HSC活化和诱导ECM生成的关键信号通路。当肝脏受到损伤因子刺激时，TGFβ通过结合TGFβⅡ型受体(TβRⅡ)开始信号传导，募集TGFβⅠ型受体(TβRⅠ)，随后后者发生构象改变，使下游SMAD2和SMAD3蛋白持续磷酸化为pSMAD2和pSMAD3后与SMAD4形成复合物易位到细胞核结合DNA，调节多个靶基因如αSMA、CTGF的转录，最终使HSC活化，并诱导Ⅰ型和Ⅲ型胶原的合成，而SMAD7则抑制该通路[3]。最近的研究[4]表明，PZQ通过上调 Smad7抑制TGFβ/Smad信号通路减轻 CCl4诱导的小鼠肝纤维化。罗格列酮可通过抑制TGFβ1的表达和 Smad2/3的磷酸化，抑制 HSC 活化，减轻肝纤维化和炎症反应，同时减轻肝脂质积累和过氧化应激[5]。Lenvatinib是一种分子靶向药，可通过抑制Smad2/3途径，减少Ⅰ型胶原、TGFβ1的表达来抑制肝纤维化[6]。此外，中药下瘀血汤对TGFβ超家族成员GDNF诱导的HSC活化具有抑制作用[7]。

1.2 JAK-STAT通路及其拮抗剂 STAT是一类具有信号转导功能又有转录活化功能的胞浆蛋白，通过与JAK 信号偶联，与靶基因DNA结合，调控转录。现已发现7个STAT家族成员：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6。在HSC中，STAT1激活可限制HSC的增殖和纤维化活性，而STAT3激活可促进肝纤维化的发生，如IL-6通过激活JAK2/STAT3，被激活的STAT蛋白以二聚体的形式转到细胞核与靶基因结合并调节基因转录调控是经典的HSC激活通路。

STX-0119是一种新型STAT3抑制剂，通过IL-6介导的STAT3通路灭活HSC的活化来减轻肝纤维化[8]。芦可替尼(ruxolitinib)是一种新型JAK1和JAK2靶向药物，临床上主要应用于抑制骨髓纤维化。有研究[9]表明，芦可替尼可通过降低磷酸化酪氨酸蛋白激酶-1/2(p-JAK1/2)、磷酸化信号转导激活转录因子-3(p-STAT3)蛋白表达来靶向抑制HSC中JAK1/2-STAT3通路激活，进而降低HSC活化程度,抑制HSC增殖,减少ECM合成能力。索拉非尼可通过直接抑制HSC中的STAT3和抑制Kupffer细胞释放IL-6激活肝细胞中的STAT3这两种方式改善肝纤维化[10-11]。利匹韦林可通过激活STAT1，选择性的诱导HSC凋亡，通过激活STAT3促进肝细胞增殖，表现出明显的抗炎和抗纤维化作用[12]。

1.3 Wnt/β-catenin信号通路及其拮抗剂 Wnt/β-catenin 信号通路的异常表达，不仅涉及肝肿瘤的发生和发展，而且还参与了肝细胞增殖、HSC激活、肝纤维化、肝硬化、肝局灶性结节性增生等肝病病理生理的多个过程[13]。当跨膜受体Fzd蛋白家族接收信号后，可通过下游蛋白激酶的磷酸化作用抑制GSK3β等蛋白形成的β-Catenin降解复合物的降解活性，使胞浆中积累的β-Catenin进入细胞核后结合TCF/LEF转录因子家族，启动下游靶基因的转录。多梳抑制复合物(protein regulator of cytokinesis 1，PRC1)可通过调节 Wnt/β-catenin 介导的 GLI1-依赖性骨桥蛋白表达而加重肝纤维化，敲除PRC1可抑制活化的HSC的细胞活性，促进HSC凋亡[14]。人骨髓间充质干细胞来源的外泌体(hBM-MSCs-Ex)可通过抑制 Wnt/β-catenin通路，降低α-SMA和Ⅰ型胶原蛋白的表达，减轻肝纤维化，包括减少胶原积累，抑制炎症反应，增加肝细胞再生[15]。蛋白质RSPO是Wnt/β-catenin信号转导增强子，在非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者体内升高，使用抗RSPO3抗体OMP-131R10在治疗性剂量下可减轻CCl4诱导的肝纤维化[16]。

1.4 Notch信号通路及其抑制剂 Notch信号通路是肝脏病理生理的重要参与者，促进肝细胞祖细胞向胆管细胞的分化。Notch配体结合并诱导γ-分泌酶介导的Notch受体裂解，释放Notch细胞内结构域(NICD)，NICD易位到细胞核中，与其Notch效应器结合，促进肝纤维化。γ-分泌酶复合物的小分子抑制剂，可防止Notch受体的激活裂解，降低肝脏 Notch 活性，改善葡萄糖代谢，并改善NASH饮食诱导的肝纤维化，但同时可能引起与肠道Notch抑制相关的杯状细胞化生[17]。一种纳米粒子介导的靶向肝脏γ-分泌酶抑制剂(GSI NP)可减少Notch靶基因表达，同时显著减少炎症和纤维化基因表达，且无胃肠副作用[18]。Niclosamide为Notch抑制剂，在胆管结扎(BDL)诱导的小鼠胆汁淤积性肝纤维化(cholestatic liver fibrosis,CLF)实验模型中，可显著减少Notch通路成分(Jagged1、Notch2、Notch3、HES1)，同时降低α-SMA和胶原沉积[19]。在NASH小鼠模型中，肝细胞Notch的激活增加肝细胞中Sox9依赖性骨桥蛋白的表达和分泌以激活HSC，从而诱导小鼠的肝纤维化，而使用Notch抑制剂(反义寡核苷酸Ncst ASO)可抑制小鼠的肝纤维化[17]。

1.5 Hedgehog 信号通路及其抑制剂 Hedgehog信号通路又称为Hh-Ptch/Smo-Gli 调节轴。凋亡的肝细胞产生Hh配体，Hh配体及其受体平滑同源物(SMO)促进HSC激活。Hh配体与Ptch结合后可使Ptch对SMO的抑制作用解除，解除抑制的SMO可在细胞核中诱导转录因子Gli家族的激活。HSC活化时，胞内有Shh配体表达，可激活Shh信号通路促使HSC增殖[20]。蓝藻细菌分泌的微胱氨酸-亮氨酸-精氨酸(MC-LR)通过调节HSC中Hedgehog信号通路中的转录因子Gli2的表达而诱导肝纤维化[21]。PB2可通过抑制HIF-1a来抑制Hedgehog信号通路降低SMO和Gli1表达发挥抗肝纤维化作用且对肝功能和肝脏病理无毒性作用[22]。Gant61，一种Gli1/2转录因子抑制剂，可通过抑制Hedgehog通路使HSC细胞周期阻滞，肝纤维化程度降低[23]。

2 抗肝纤维化相关受体及其激动剂/配体

2.1 法尼醇X受体(FXR)及其激动剂/配体 FXR是一种在肝脏和肠道中高水平表达的核激素受体，胆汁酸是FXR的内源性配体，因此FXR又称胆汁酸受体。肝内FXR转录激活后诱导小异二聚体配体(small heterodimer partner，SHP)基因表达后与SHP结合，通过抑制CYP7A1基因表达来抑制胆汁酸的合成，在动物模型中显示出明显的抗炎和抗纤维化作用[24]。肝内FXR配体通过上调HSC中的SHP，可减少60%～70%胶原蛋白Ⅰ和TGFβ1，并抑制凝血酶和TGFβ1诱导的胶原蛋白Ⅰ mRNA的上调，从而显著降低胶原蛋白Ⅰ水平[24]。一种FXR激动剂6-ECDCA可通过促进FXR和SHP的激活，抑制金属蛋白酶组织抑制剂的表达，增加MMP-2的表达，促进ECM的溶解[25]。奥贝胆酸(obeticholic acid,OCA)属于半合成的鹅去氧胆酸(最活跃的内源性配体)，一项多中心、随机、双盲、安慰剂对照研究Ⅲ期临床试验[26]结果显示，相比于安慰剂，每日服用25 mg OCA可显著改善NASH患者的肝纤维化及部分反应NASH活动度的关键指标。

2.2 过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors，PPAR)γ与及其激动剂/配体 PPAR是一组配体依赖性核转录因子，通过调节下游靶向通路，如TGFβ、MAPK和NF-κB等，在各种器官尤其是肝脏的纤维化中发挥重要作用。PPAR包含PPARα、 PPARβ/δ 和 PPARγ 3种亚型，其中PPARγ与肝纤维化关系最为密切。PPARγ与配体结合后被激活，并与视黄酸 x 受体结合形成异二聚体与靶基因启动子的过氧化物酶体增殖物反应元件结合，可抑制HSC活化、增殖和ECM的产生[27]。PPARγ从激活的表达状态恢复后可将肝肌成纤维细胞逆转为静止状态的HSC。如有研究者[28]通过腺病毒载体在活化的大鼠HSC的原代培养物中表达了Dkk-1蛋白后发现，Dkk-1蛋白可通过恢复PPARγ基因的表达诱导大多数Dkk-1转导的细胞中活化HSC逆转为静止表型[28]。PPARα/γ激动剂saroglitazar改善饮食诱导非酒精性脂肪性肝病动物模型的胰岛素抵抗和脂肪性肝炎[29]。Marra等[30]应用PPARγ激动剂抗糖尿病药物噻唑烷二酮可减少慢性胆汁淤积模型中的胆管增生和纤维化，Ⅰ型前胶原基因表达下降。

注：多种细胞信号传导通路构成复杂的网络，共同参与了肝纤维化的发生和发展。细胞膜上受体接受信号刺激后，通过其信号通路下游靶点传达信号，最终在细胞核调节多个肝纤维化相关靶基因的表达。miRNA等非编码RNA也参与这些信号传导，或促进或抑制肝纤维化。Col1a1：表达Ⅰ型胶原蛋白；Col3a1：表达Ⅲ型胶原蛋白。

3 非编码RNA

非编码RNA是指不编码蛋白质的RNA。其中包括长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、微小RNA(microRNA,miRNA)、小核RNA(small nuclearRNA,snRNA)、小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)等多种已知功能的 RNA，还包括未知功能的RNA。这些RNA的共同特点是都能从基因组转录而来，但不翻译成蛋白，在RNA水平上发挥各自的生物学功能。其中miRNA和lncRNA在肝纤维化方面研究较为深入，涉及调控HSC的活化、增殖，介导HSC凋亡及自噬等。多种非编码RNA直接或间接影响 HSC特异性细胞信号传导，参与肝纤维化进程，有些非编码RNA参与 HSC 激活并发挥明确的促纤维化作用，也有的则相反，具有抗肝纤维化作用(图1)。同一个非编码RNA在不同类型细胞中表达不同，如在肝纤维化进展过程中，miR-150-5p 在肝细胞和HSC中受到不同的调节：在肝细胞中上调，在HSC中下调[31]。同一个非编码RNA可作用于不同靶标，不同的非编码RNA也会共同促进或抑制同一个靶标，这些非编码RNA形成一个复杂的网络体系。在这个网络体系中，miRNA通过沉默诱导复合体抑制基因表达，而lncRNA除直接调控信号通路上相关基因、蛋白的表达外，和circRNA一样可以作为内源竞争RNA与miRNA竞争其结合位点，调节靶基因的表达。

4 小结

肝纤维化信号通路错综复杂，除了上述各种途径，还有诸多其他信号通路参与。不但这些信号通路之间存在“串话” (Cross talk) 作用，器官之间也有串扰作用，如肝-肾轴，肠-肝轴等。而不断的发现新的途径和介体，包括自噬、内质网应激、表观遗传学、非编码RNA、外泌体等均体现了肝纤维化过程的复杂性。上文中提到的干预环节和靶标研究大多处于前瞻性研究阶段，有些已进入临床阶段，但是在晚期纤维化难以治疗的情况下，迫切需要探索新的可行性方案以改善肝纤维化的治疗现状。笔者认为临床上理想的抗肝纤维化药物应满足以下条件：肝特异性；长期使用可耐受，全身副作用可控；能有效减少过多的胶原沉积而不影响正常的细胞外间质合成。治疗期望并非一定要彻底逆转肝纤维化，而是减缓其进展，以使慢性肝病患者免于因纤维化导致的终末器官衰竭(例如门静脉高压、腹水和肝衰竭)而死亡。相信随着对这些信号通路及其调节剂的深入阐明，必将为肝纤维化的发生机制提供新的认知，继而研发安全有效，可用于控制、防治，甚至是逆转肝纤维化的有效药物。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：鲁苏日古嘎负责资料收集及文章撰写；朱单单、刘霆、卢礼卿、余思佳、丁俊杰参与修改文章内容。

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