轉化生長因子-α及β與肝再生關系研究進展

【關鍵詞】 轉化生長因子-α； 轉化生長因子-β； 肝再生

肝臟具有強大的再生能力，其調控機制復雜。肝切除術對肝臟既有機械性損傷，又有缺血再灌注損傷，其再生過程是一個復雜的病理生理過程^［1］。非實質細胞在肝部分切除術后肝再生的應答過程中，起著重要的調節作用，調節著肝細胞的代謝和生長，而細胞與細胞之間相互作用的橋梁主要來自于細胞因子，細胞因子在肝再生過程中又起著非常重要的作用^［2］。其中轉化生長因子α（TGF-α）和β（TGF-β）的調節作用越來越受到重視。

1 生物學特征

1.1 TGF-α一般生物學征 TGF-α（transforming growth factor-alpha）是一種50個氨基酸殘基組成的單鏈多肽類因子，屬于表皮生長因子（EGF）家族成員，位于第2號染色體，含有6個外顯子和5個內含子，長約70～100 kD，編碼TGF-α的mRNA長約4.5～4.8 kD，分子量在5～20 kD之間，能夠與EGF競爭性結合EGFR，發揮生物學作用。TGF-α是分子量為25 kD的二聚體，由2條相同的含有112個氨基酸亞單位的肽鏈通過二硫鍵連結^［3］。轉化生長因子-α（TGF-α）在人的多種腫瘤組織、癌細胞及轉化細胞中高表達，部分正常組織也含有很少量的TGF-α。和多數細胞因子一樣，TGF-a至少可以通過三種方式作用于靶細胞而發揮作用:（1）自分泌。靶細胞為分泌TGF-α的細胞，通過增加TGF-α的分泌及其細胞膜上EGF-R數目來實現其調節作用。（2）旁分泌。即短暫性的向局部環境釋放TGF-α，使單個細胞調節鄰近細胞對各種外界刺激的反應。（3）鄰分泌。通過結合和活化鄰近細胞膜上EGF-R起調節作用。這種多作用方式提示，當有合適的激活物出現時，TGF-α在調節局部細胞生長、分化及腫瘤形成過程中起重要作用。

1.2 TGF-β一般生物學特征 TGF-β單體是由含390個氨基酸殘基的非活性前體經酶解而成，人和哺乳動物的TGF-β主要有β₁、β₂、β₃三型亞單位^［4］，體內血小板、內庫普弗細胞（KC）、竇內皮細胞及淋巴細胞均能分泌TGF-β，活化的肝星狀細胞是其主要來源^［5］。TGF-β是由二硫鍵相連形成的一種同源二聚體多肽分子，分子量為25 kD，它是廣泛存在于組織和細胞中的多肽生長因子，對細胞的生長、分化、組織修復和免疫功能等均具有重要的調節作用^［6］。TGF-β和其受體（TβR）結合才能發揮生物學效應。TGF-β能調節免疫系統許多細胞的生成、分化及其功能，能抑制T、B淋巴細胞的增生和活性，抑制巨噬細胞的吞噬能力。在肝纖維化時它能刺激細胞Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、XVⅢ型等大多數膠原基因mRNA水平的提高或蛋白產物的增加。

2 與肝再生的關系

2.1 TGF-α與肝再生 TGF-α是70年代末在一些逆轉錄病毒轉化的成纖維細胞的培養基中被發現的。它是一種參與調節正常細胞和腫瘤細胞增殖、分化的細胞因子，是肝細胞增殖分化過程中必不可少的有絲分裂原，能夠促進局部肝細胞的分化、生長、再生及腫瘤形成時的細胞增殖^［7～10］。

在肝部分切除術后，殘余肝細胞幾乎同時立刻進入G₁期，約1周就基本恢復到原有的肝臟重量和功能^［11］。肝再生包括三個關鍵性階段:啟動階段（G₀～G₁）、增殖階段（G₁～S）和終止階段（G₁～G₀）。TGF-α主要作用于肝再生的增殖階段，使肝細胞不可逆的進入S期繼而增殖。研究表明，TGF-α、EGF、肝細胞生長因子（HGF）參與肝細胞增殖調控的生長因子。這些因子可促進肝細胞DNA合成及分裂增殖作用，使處于感受態的肝細胞進入進展態，完成從G₁期到S期的過程^［12］。如果缺少這些特定生長因子，肝細胞將不能進行增殖而返回G₀期或進入細胞程序性死亡^［13］?；铙w動物實驗表明，TGF-α能有效地促進已獲得增殖活性肝細胞進行增殖分裂，實現細胞周期循環，體外細胞培養實驗顯示，TGF-α可直接刺激肝細胞DNA復制和細胞增殖。TGF-α是肝細胞的促細胞分裂素^［14］，也可以防止肝細胞凋亡。如果TGF-α的作用被壓制，那么肝細胞的增殖也會被削弱，研究表明，TGF-α可以促進肝再生。TGF-α是強有力的有絲分裂原，能夠通過提高Ras/MAPK的活性和上調細胞周期素Dl表達對促進肝細胞再生產生相加效應^［15］。

TGF-α是促進肝細胞DNA合成的細胞因子之一。肝細胞生長因子（HGF）是目前已知對成熟肝細胞作用最強烈的增殖刺激因子和促有絲分裂原^［16］，但Tomiya等的研究表明^［17］，肝內與血中的TGF-α水平和肝細胞增殖的相關性強于HGF，認為TGF-α在肝再生過程中起關鍵作用。TGF-α mRNA就已開始表達，達到高峰是在12～24 h內，而肝部分切除后24 h肝細胞DNA的合成達到高峰^［18］。研究發現，將TGF-α直接注入肝臟能引起正常大鼠肝細胞DNA合成^［19］。TGF-α的過度表達能引起肝細胞過度增殖和小鼠肝癌，說明TGF-α是肝切除后評價肝再生的一個重要參數。

2.2 TGF-β與肝再生 TGF-β是強有力的肝再生、增生及癌變肝細胞的負性調節劑。TGF-β可抑制肝再生時的DNA合成，它能拮抗TGF-α誘導的肝生長。當TGF-β與TGF-α同時或在TGF-α后24 h再加入到培養基中，肝細胞DNA合成可被抑制70%。實驗提示將TGF-β給肝部分切除的大鼠注射，可阻斷肝細胞DNA的合成。體外即使在培養基中加入很低濃度的TGF-β，也可抑制肝細胞的DNA合成。TGF-β對肝細胞的抑制是可逆的，說明它并不是非特異性細胞毒作用。對很多上皮細胞來說，TGF具有有絲分裂抑制效應，并在大多數組織由間充質細胞產生。動物實驗研究表明，在肝部分切除術（PHx）后，TGF-β基因的激活幾乎與肝再生同步啟動，其mRNA在PH后4 h即表達增加，18～20 h內均保持很低水平，以后很快升高，72 h達到高峰，肝細胞內DNA的合成也在此時停止^［20］。因此，有理由認為TGF-β抑制肝細胞的增殖。

近來研究還發現TGF-β可能通過調節細胞周期蛋白E（Cyclin E）、細胞周期蛋白D1（Cyclin D1）的表達來阻斷生長因子信號傳導，進而抑制細胞DNA合成^［21］。基礎研究表明，TGF-β通過多種機制使細胞停滯在G₁期:（1）通過下調細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK4）的合成并因此產生相當豐富的P27而抑制細胞生長。（2）通過降低CyclinA、CyclinE有關激酶的濃度而抑制G₁期到S期的轉變。（3）改變原癌基因c-myc的表達。c-myc可調節CyclinA、E、D1的表達，而TGF-β能通過抑制c-myc而間接改變Cyclins及Cyclin依賴的激酶的組成，后者是細胞周期進展所必需。（4）TGF-β也可直接使視網膜神經膠質瘤基因產物（pRb）保留在去磷酸化狀態而防止E2F的釋放和細胞周期進展。

細胞自主的有序性的死亡，在維持器官正常重量和功能方面起重要作用，同時也參與肝臟再生調控。Fas（CD95）是介導凋亡的重要膜受體，屬于TNF受體家族的Ⅰ型膜蛋白，可通過結合Fas配體（Fasligand，FasL）形成致死信號傳導復合物而激活。有研究表明，Fas/FasL在再生終止階段啟動細胞凋亡，終止肝再生^［22］。外源性的TGF-β可誘導培養的肝細胞發生凋亡，慢性病毒性肝炎及酒精性肝病患者的肝臟TGF-β持續增加。研究發現，肝再生的終末一小部分肝細胞發生凋亡。TGF-β可促進線粒體釋放細胞色素C，還能影響凋亡基因Bc1-xL、p53及Bax等表達^{［23，24］}，從而促進肝細胞的凋亡。肝細胞受到損傷時，TGF-β受體的表達發生上調，表明TGF-β及其受體途徑在肝細胞凋亡中發揮重要作用。

最近的研究表明TGF-β能夠調節肝臟的干細胞及表型^［25］，干細胞在組織的更新與修復的過程中起著至關重要的作用，因此，從干細胞的概念誕生伊始，便與組織與器官再生的研究緊密聯系在一起。在肝受到損害時HSC的結構和功能均發生很大的變化：胞漿內脂滴消失，細胞增殖，分泌細胞因子，同時產生細胞外基質（ECM）。這一系列的變化被稱之為HSC的活化^［26］?；罨腍SC不斷分裂增殖，還能分泌多種細胞因子如TGF-β，能調節肝再生。

3 討論

肝臟再生過程是一個涉及多種信號如周期素、細胞因子、抑制劑、刺激因子、原癌基因、細胞與細胞、細胞與基質間相互作用的精確而有序的調節復雜過程^［27］，細胞因子在肝再生過程中具有不同的生物學作用，肝臟再生的啟動與終止均有細胞因子的參與，一些正向調控細胞因子TGF-α和負向調控細胞因子TGF-β相互作用及其與其它調控因素共同完成。

綜上所述，兩者共同作用于肝細胞的再生。TGF-α主要作用于肝再生的增殖階段，而TGF-β主要作用于肝再生終止階段，前者促進肝再生，后者抑制肝再生，兩者在肝再生中達到平衡。肝再生過程復雜，許多詳細機制需進一步闡明，進一步研究細胞因子及其與其它調控素相互作用機制，闡明肝細胞增殖與終止的調控機制，對于闡明肝臟許多疾?。ㄈ绺窝?、肝功能衰竭、肝硬化、肝纖維化和肝臟腫瘤）的病因及其發病機制、臨床治療，尤其是基因治療，將具有極其重要的意義。

參 考 文 獻

［1］ 潘光棟，嚴律南.肝切除術后肝再生的臨床研究進展.中華肝膽外科雜志，2008，14（5）:355-356.

［2］ 安永，別平.細胞因子與再生.世界華人消化雜志，2001，9（5）：575-576.

［3］ 李麗斐，張學紅.卵泡液TGF-α與雌孕激素調節在卵泡發育中的作用.生殖與避孕，2007，27（5）：360-361.

［4］ Miyazono K，Kusanagi K，Inoue H.Divergence and convergence of TGF-beta/BMP signaling.J Cell Physiol，2001，187（3）:265-276.

［5］ Tsukada S，Parsons CJ，Rippe RA.Mechanisms of liver fibrosis.Clin Chim Acta，2006，364（1）:33-60.

［6］ Si x，Jin x，Yang L.Induction of new bone by ceramic bovine bone with recombinant human bone morphogenetic Protein 2 and transforming growth factor. OralMaxillofac Surg，1998，27（4）：310-314.

［7］ Ciecierski R，Wisniewski M，Paczek L.Liver regeneration.Pol Merkuriusz Lekarski，2005，18（106）:473-477.

［8］ Berasain C，Garcia-Trevijano ER，Castillo J，et al.Novel role for amphiregulin in protection from liver injury.J Biol Chem，2005，280（19）:19012-19020.

［9］ NakamuraT，UenoT，SakamotoM，et al.Suppression of transforming growth factor-beta results in upregulation of transcription of regeneration factors after chronic liver injury.J hepatol，2004，41（6）:974-982.

［10］ Efimova EA，Glanemann M，Nussler AK，et al.Changes in serum levels of growth factors in healthy individuals after living related liver donation.Transplant proc，2005，37（2）:1074-1075.

［11］ Micha1opoulos GK，DeFrances Mc.Liver regeneration.Biochem Biotechno1，2005，93:101-134.

［12］ 呂璟.肝再生相關細胞因子的探究.解剖科學進展，2005，11（2）:174-179.

［13］ 李瑋，林世德，龍駿，等.細胞因子對肝再生的調節.貴州醫藥，2009，33（4）:371-373.

［14］ Tomiya T，Fujiwara K.Liver regeneration in fulminant hepatitisas evaluated by serum transforming growth factor alpha levels.Hepatog-levels，Hepatology，1996，23:253-257.

［15］ 郄春花，秦波.細胞因子在重型肝炎發病機制中的作用.中國血液凈化，2004，3（3）:164-166.

［16］ 彭慶慧，榮成.轉化生長因子-α與肝再生的關系.四川生理科學雜志，2010，32（2）:90-91.

［17］ Tomiya T，Oqata I，Fujiwara K.Transforming growth factor alpha levels in liver and blood correlate better than hepatocyte growth factor with hepatocyte proliferation during liver regeneration.Am J Pathol，1998，153（3）:955-961.

［18］ Whitmire JK，Ahmed R.Costimulation in antivira1 immunity:differetial requirememts for CD4（+）and CD8T（+）cel1 responses.Curr O pin in Immumol，2000，12:448-455.

［19］ 鄧新宇，李文瑞，孫言偉，等.肝再生.世界科技研究與發展，2006，28（6）:1-8.

［20］ Kon iaris LG，McKillop IH， Schwartz SI，et al.Liver regeneration.J Am Coll Surg，2003，197（4）:634-659.

［21］ Miwa Y，Harrison PM，Farzaneh F，et al.Plasma levels and hepatic mRNA expression of transforming growth factor betal in patients with fulminan thepatic failure.J Hepatol，1997，27（5）:780-788.

［22］ Kiba T，Saito S，Numata K，et al.Fas （APO-1/CD95） mR-NA is down-regulated in liver regeneration after hepatec-tomy inrats.Gastroenterol，2000，35（1）:34-38.

［23］ Fausto N.Liver regeneration:from laboratory to clinic. Liver Transpl，2001，7（10）:835-844.

［24］ Fausto N，Riehle KJ.Mechanisms of liver regeneration and their clinical implications.JH epatobiliary Pancreat Surg，2005，12（3）:181-189.

［25］ Thenappan A，Li Y，Kitisin K，et al.Role of transforming growth factor beta signaling and expansion of progenitor cells in regenerating liver.Hepatology，2010，51:1373-1382.

［26］ Sato M，Suzuki S，Senoo H.Hepatic stellate cells：unique characteristics in cell biology and phenotype.Cell Struct Funct，2003，28：105-112.

［27］ 林世德，李瑋，龍駿，等.重型肝炎肝再生障礙的相關因素.中華肝臟病雜志，2008，16（10）:796-798.

（收稿日期：2011-06-24）

（本文編輯：郎威）