瘦素对肝星状细胞活化的调控及其在肝纤维化进展中的作用

王琼，詹江华

肝纤维化是机体对多种病因引起的慢性肝损伤的一种修复反应，主要表现为肝组织内细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的过度增生与沉积。如不及时治疗，可能导致肝硬化、肝功能衰竭，甚至肝癌的发生［1］。尽管目前研究者对肝纤维化的形成机制进行了较深入的研究，但是依旧缺乏有效的治疗措施。肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSCs）在肝纤维化中发挥着核心作用，活化的HSCs是肝纤维化时ECM的主要来源，是否可以通过调控HSCs的活化从而为临床治疗肝纤维化提供潜在的治疗策略一直受到广泛关注。瘦素是一种主要由白色脂肪组织分泌的蛋白质类激素。瘦素可以促进HSCs活化而发挥促纤维化作用［2］。本文主要就瘦素与HSCs活化相关信号通路及分子在肝纤维化发生与演进中的作用进行综述。

1 瘦素

瘦素是ob基因编码的、由167个氨基酸组成的一种分泌型蛋白质，分子质量约为16 ku［3］。主要由白色脂肪组织产生，其分泌量与脂肪组织含量呈正相关，然而其他部位，如胎盘、骨骼肌、胃底以及激活的HSCs也可分泌［4］。瘦素需要与其受体结合而发挥作用。瘦素受体（ob-R）属于Ⅰ类细胞因子受体家族，可分为ob-Ra、ob-Rb、ob-Rc、ob-Rd、ob-Re和ob-Rf亚型，其中ob-Rb为长型受体，其余为短型受体［5］；而ob-Ra和ob-Rb是ob-R的2种主要形式。短型受体ob-Ra分布于多种器官，如肝脏和胃肠道等，尽管它可以与配体正常结合，但却不具备完整的信号传导功能；而长型受体（ob-Rb）因有完整的胞内结构域而具有完整的信号传导功能，是ob最主要的功能受体，主要分布在下丘脑和一些外周组织（如T淋巴细胞和HSCs）［4］。瘦素的主要生物功能是调节食物摄入和能量消耗，同时也有调节免疫系统、生殖系统以及诱导肿瘤发生等多种功能。

2 HSCs

HSCs于1876年由Kupffer首次发现，其位于肝窦内皮细胞与肝细胞之间的狄氏腔内，约占所有肝脏驻留细胞的10%。其胞内富含维生素A（VitA）和三酰甘油的脂质小泡，是VitA的主要贮存场所。正常情况下HSCs处于非增殖、静止的状态，肝损伤后可被激活。激活的HSCs胞质中脂滴逐渐消失，VitA含量减少，细胞增殖率增加，转分化为具有增殖性、成纤维性和收缩性的肌成纤维细胞，并释放一系列促炎因子和促纤维化因子，产生大量ECM，而ECM过度增生与异常沉积最终导致肝纤维化；其中α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscleactin，α-SMA）的表达为HSCs激活的标志［6］。

在各种病因所致的肝纤维化中，肌成纤维细胞是ECM产生的主要来源；其来源于活化的HSCs、门静脉成纤维细胞、骨髓源性细胞以及肝实质来源的细胞经过上皮-间质转换（epithelial-mesenchymal transformation，EMT）等多种途径；但是活化的HSCs是其主要来源［1］。不论哪种原因引起的肝纤维化，HSCs都起到了至关重要的作用。

3 瘦素与HSCs活化的相关信号通路

瘦素与HSCs活化的相关信号通路主要包括Janus激酶2（JAK2）∕信号转导子和转录激活子3（STAT3）信号通路、磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）∕蛋白激酶B（Akt）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路。此外，近年来还发现了一些新的通路，如Hedgehog信号通路、转化生长因子（TGF）-β1∕Smad信号通路、Wnt∕β-连环蛋白（Wnt∕β-catenin）信号通路，瘦素通过上述信号通路发挥调节肝脏纤维化的作用。

3.1 JAK2∕STAT3信号通路 瘦素的信号传递主要通过JAK∕STAT通路［3］，而JAK2∕STAT3是瘦素调控HSCs活化的重要信号通路。当瘦素与ob-Rb结合后，可改变ob-Rb二聚体的构象，通过转磷酸作用活化胞内与ob-Rb偶联的JAK2，同时磷酸化ob-Rb胞内的酪氨酸残基（Tyr985、Tyr1077和Tyr1138），其中主要是磷酸化的Tyr1138招募细胞质中的STAT3，使其磷酸化并且二聚化，转移进入核内发挥其转录因子的功能。Xiang等［7］通过对小鼠及人体HSCs研究发现，肝白血病因子（hepatic leukemia factor，HLF）可以通过上调白细胞介素-6（IL-6）的表达促使STAT3磷酸化而激活HSCs。Tang等［8］研究表明STAT3对TGF-β1促进HSCs的活化和转分化起正向调控作用。Choi等［9］先用TGF-β1活化C57BL∕6小鼠分离的HSC以及人HSCLX-2细胞，随后加入STAT3抑制剂STX-0119，PCR定量检测结果显示，Ⅰ型胶原α1（COLIA1）和α-SMA的mRNA表达与未经STX-0119处理时相比均降低。以上研究均说明STAT3对HSCs活化发挥着重要作用，同时也提示瘦素诱导的JAK2∕STAT3信号通路的激活对HSCs活化可能起促进作用。

3.2 PI3K∕Akt信号通路 PI3K由调节亚基p85和催化亚基p110构成，主要位于胞质内。Akt又被称为蛋白激酶B（PKB），是一种丝氨酸∕苏氨酸（Ser∕Thr）激酶，可以通过催化自身丝氨酸473（Ser473）和苏氨酸308（Thr308）位点的磷酸化被激活。研究发现瘦素可以激活PI3K∕Akt信号通路，瘦素与其受体结合后，通过调节SH2B衔接因子蛋白1（SH2B1）将胰岛素受体底物（IRS）募集到JAK2，从而促进IRS磷酸化和随后的PI3K活化，活化的PI3K聚集到细胞膜上，将二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化生成三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3），而PIP3作为第二信使可与Akt的PH结构域结合，导致Akt构象发生改变而磷酸化，活化的Akt可以调控下游多种靶基因，发挥生物学功能［10-11］。研究表明PI3K∕Akt∕mTOR信号通路可以调控肝纤维化过程中HSCs的自噬和激活［12］。Cao等［13］研究发现瘦素可以通过PI3K∕Akt通路诱导叉头框转录因子O亚族1（FoxO1）磷酸化而抑制HSCs中miR-122启动子活性，而miR-122可以抑制HSCs增殖，减少ECM的产生。同时，活化的Akt还可以通过激活下游靶蛋白核转录因子（NF）-κB抑制活化的HSCs凋亡而发挥促纤维化作用［14-15］。有研究表明瘦素可以通过PI3K∕Akt信号通路使下游靶蛋白c-Jun磷酸化，磷酸化的c-Jun增强了与甲硫氨酸腺苷转移酶2B（MAT2B）启动子的结合，促使DNA甲基化的发生以及HSCs的激活［16］。

3.3 MAPK信号通路 MAPK家族的信号通路主要包括细胞外信号调节蛋白激酶（ERK）、c-Jun N端激酶（JNK）∕应激激活的蛋白激酶（SAPK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）以及丝裂原活化蛋白激酶激酶1∕细胞外信号调节激酶5（BMK1∕ERK5）等4条途径。其中，已知瘦素介导影响HSCs活化的信号通路有ERK、JNK∕SAPK、p38 MAPK信号通路。

3.3.1 ERK信号通路 ERK信号通路是MAPK信号通路中最经典，也是研究最深入的信号通路。在ERK通路激活过程中，瘦素与ob-Rb结合后使JAK2磷酸化，进一步使蛋白酪氨酸磷酸酶（SHP-2）羧基端酪氨酸被磷酸化激活，与其效应分子生长因子受体结合蛋白2（Grb-2）相结合，活化信号分子丝裂原活化蛋白激酶激酶1∕2（MEK1∕2），激活的MEK1∕2磷酸化ERK1∕2后使其激活，磷酸化的ERK1∕2可直接调节下游靶基因的表达而发挥作用［17］。Jeng等［18］发现当发生短期肝损伤时，ERK2-∕-小鼠和野生型（WT）小鼠相比，肝纤维化程度低，α-SMA表达少。Wang等［19］通过体外实验研究发现爱帕琳肽（Apelin）可以通过ERK1∕2信号通路上调人HSCLX-2细胞中COLIA1和α-SMA的表达，但加入ERK1∕2抑制剂PD98059处理后该现象消失。以上研究均说明激活的ERK信号通路在HSCs的活化中发挥着重要作用。过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARγ）与抑制肝纤维化有关。PPARγ表达及活性增加可能促使活化HSCs恢复静息状态，与细胞因子共同调控HSCs的活化及ECM的生成。Xie等［20］研究发现瘦素可以通过ERK1∕2信号途径上调靶蛋白早期反应生长因子1（early growth responsive gene-1，Egr-1）的表达而使PPARγ表达减少，促进肺动脉平滑肌细胞增殖。以上提示在肝纤维化中，瘦素也可以通过激活ERK1∕2信号通路下调PPARγ的表达，可能对HSCs活化起正性调控作用，但瘦素如何通过激活ERK1∕2信号通路而下调PPARγ的表达仍不明确。

3.3.2 JNK和p38信号通路 除ERK信号通路外，JNK和p38信号通路也可以调控HSCs的活化。龙翠珍等［21］研究发现大麻素受体2激动剂AM1241能抑制TGF-β1诱导的大鼠HSC-T6的活化并促进其凋亡，从而发挥抗纤维化作用，其作用机制可能与JNK通路有关。Liu等［22］研究发现桔梗皂苷D可以通过激活JNK信号途径促使HSCs发生自噬和凋亡而抑制其活化。由此可见，JNK信号通路对HSCs活化可能产生双重调控作用，即促进或抑制HSCs活化。也有研究发现瘦素可以激活JNK信号通路［23］。固醇调节元件结合蛋白-1c（SREBP-1c）在抑制HSCs活化过程中起关键作用［24］。Yan等［25］研究发现瘦素可通过激活p38 MAPK信号通路抑制SREBP-1c的表达而促进HSCs的活化，并上调COLIA1的表达。

3.4 Hedgehog信号通路 Hedgehog信号通路在HSCs的活化过程中扮演着非常重要的角色。Hedgehog信号通路的激活是通过配体Hh与跨膜蛋白Ptch结合，进而解除Ptch对另一跨膜蛋白Smo的抑制作用，激活的Smo蛋白进入细胞内，促进核内Gli2的积聚，Gli2再激活核内Gli1。活化的Gli可以通过激活下游靶蛋白如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）以及Yes相关蛋白（Yes associated protein，YAP）等促纤维化因子促使HSCs活化，还可以通过激活血小板衍生因子（platelet-derived growth factor，PDGF）以及TGF-β∕Smad等信号通路促使HSCs活化，而瘦素可以激活Hedgehog信号通路并对HSCs活化产生重要影响。Xie等［26］通过体外实验发现在WT小鼠和瘦素基因缺陷型（ob∕ob）小鼠的HSCs转分化为肌成纤维细胞的过程中，相比ob∕ob小鼠，WT小鼠HSCs在转分化过程中伴随着Hh靶基因产物（Ptc、Gli1、Gli2）表达明显增加。Choi等［27］研究发现，瘦素可以通过激活Hedgehog信号通路，促进HSCs发生EMT，并诱导HSCs向肌成纤维细胞转化，从而促进ECM的产生，导致肝纤维化。以上研究表明瘦素诱导的Hedgehog信号通路在HSCs活化中发挥着重要作用。

3.5 TGF-β1∕Smad信号通路 TGF-β1是在肝纤维化进程中最重要的促纤维化细胞因子。TGF-β1∕Smad信号通路是TGF-β1信号转导调控HSCs活化的主要途径，在肝纤维化的发生发展中具有十分重要的意义。曾有文献报道在肝纤维化进程中，瘦素可以上调TGF-β1的表达，并且其机制可能是通过激活HSCs而促使TGF-β1的表达增加［28］。之后，Briffa等［29］研究发现在近端肾小管上皮细胞中瘦素也可以上调TGF-β1表达。由此推测瘦素可以提高TGF-β1的表达水平并进一步激活TGF-β1∕Smad信号通路，从而对HSCs活化起到促进作用。同时，信号通路之间也可以相互串扰，相互影响。有研究发现在胆道闭锁肝纤维化中，p38、ERK1∕2通过对TGF-β1信号通路的蛋白磷酸化及核易位起正向调控作用，促进肝纤维化的形成［30］。瘦素可以激活p38、ERK1∕2信号通路，提示瘦素介导的p38、ERK1∕2以及TGF-β1∕Smad信号通路可能相互关联，共同调控HSCs的活化。

3.6 Wnt∕β-catenin信号通路 Wnt信号通路包括Wnt经典信号通路（Wnt∕β-catenin信号通路）和非经典信号通路。Wnt∕β-catenin途径的激活与HSCs的活化及肝纤维化的发生发展有密切关系。Cheng等［31］研究发现瘦素可以通过激活HSCs中Wnt∕βcatenin信号通路而上调甲硫氨酸腺苷转移酶2A（MAT2A）表达，促使DNA甲基化的发生以及HSCs的激活。Zhai等［32］研究发现瘦素可以通过βcatenin信号途径抑制小鼠HSCs中SREBP-1c的表达，上调α-SMA和COLIA1的表达。

4 瘦素与HSCs活化相关的其他分子

肝纤维化的发生发展以及HSCs的活化是一个复杂的过程，涉及到大量相关分子的参与。除以上提到分子外，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）以及去甲肾上腺素（NE）对HSCs活化也起到了非常重要的作用。Li等［33］在体外培养分离大鼠的HSCs中加入AngⅡ，孵育24 h后发现AngⅡ组与对照组相比，HSCs数量明显增加，α-SMA表达亦增多，而使用AngⅡ受体阻滞剂后该现象消失，进一步证实了AngⅡ可以促进HSCs的活化。而瘦素可以促进AngⅡ分泌［34］。由此推测瘦素可以通过上调AngⅡ的表达而促进HSCs活化。有研究表明AngⅡ也可以诱导瘦素分泌，提示瘦素与AngⅡ可以相互作用，共同促进HSCs的活化，影响肝纤维化的产生和发展［35］。有研究表明NE可以促进活化的HSCs增殖而参与肝纤维化的进程，但是此过程不需要瘦素参与［36］；而刘娜等［37］通过实验发现，NE作用于HSCs后，瘦素和可溶性瘦素受体蛋白以及mRNA表达均明显增高，提示NE介导了HSCs中瘦素的表达，从而参与肝纤维化。

5 小结与展望

综上所述，瘦素对HSCs活化的调控在肝纤维化的发生发展过程中扮演着非常重要的角色。在肝纤维化过程中，瘦素可以通过相关信号通路以及分子调控HSCs活化。然而在瘦素诱导的与HSCs活化相关的信号通路中，部分传导途径比较明确，如JAK2∕STAT3、PI3K∕Akt和MAPK信号通路，部分仍不太明确，如Hedgehog、TGF-β1∕Smad和Wnt∕β-catenin信号通路，需进一步研究。同时，由于信号通路本身错综复杂，各信号通路中关于HSCs活化的靶蛋白以及如何发挥作用的具体机制也需要进一步探讨。对瘦素参与HSCs活化过程具体机制的深入研究将会为控制肝纤维化发生发展提供新思路。