肝臟再生相關調控因子的研究進展

肝臟再生相關調控因子的研究進展

劉子榮1，張雅敏2

(1天津醫科大學一中心臨床學院，天津 300192；2天津市第一中心醫院)

摘要：肝臟再生過程可分為三個階段：肝臟再生的啟動、肝臟再生的途徑和肝臟再生的終止。調控因子在肝臟再生過程中起重要作用,其中大量的細胞因子(如白細胞介素-6和腫瘤壞死因子-α)、生長因子(如肝細胞生長因子和轉化生長因子-α)及各種細胞等均在肝臟的再生過程中發揮不同作用。

關鍵詞：肝臟再生；細胞因子；調控因子

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.45.039

中圖分類號：R322.4 文獻標志碼：A

基金項目：國家自然科學基金面上項目(81370576)；天津市應用基礎與前沿技術研究計劃項目(14JCYBJC24800)。

通信作者：張雅敏

肝臟具有強大的防御功能和再生能力,當各種原因(手術、創傷、中毒、感染、壞死等)造成肝損傷后,殘存肝組織可迅速再生恢復至原有體積和重量,以保持最佳的肝重/體質量比,最終達到肝組織結構的重建及肝功能恢復。肝臟再生參與的細胞種類與肝受損的程度(包括炎癥、纖維化)密切相關。肝臟輕度損傷時,主要由肝實質細胞增殖修復損傷,而肝臟受到嚴重損傷且肝細胞再生障礙時,肝組織就會啟動干細胞增生反應,由于肝細胞和干細胞對損傷的反應不同,可能存在因子和信號途徑的特異性調控。肝臟再生過程可分為三個階段：肝臟再生的啟動、肝臟再生的途徑和肝臟再生的終止[1]。現將這三個階段所涉及的相關調控因子進展情況進行綜述。

1肝臟再生啟動相關調控因子

肝臟再生發生時，肝細胞需具備再生的能力才能進入細胞周期，且細胞周期相關基因的表達與肝細胞生長因子(HGF)、轉化生長因子(TGF)-α和肝素結合表皮生長因子(EGFR)等其他生長因子相關。這一過程稱為肝臟再生的啟動[2]。

肝臟再生經歷多個階段，在啟動階段的早期，大量的細胞周期相關基因各自表達，如調控腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL的相關基因[3～5]。實驗研究發現TNF-α和IL-6均是從Kupffer細胞合成釋放的，均能接受來自肝臟(如脂多糖)或外界環境的刺激以啟動肝臟再生。缺乏TNF-α和IL-6受體的大鼠在行部分肝切除術后，肝細胞DNA的合成呈抑制狀態。然而在部分肝切除前給予一個劑量的IL-6后上述缺陷就能得到糾正[5，6]。

脂多糖是先天性免疫系統的重要組成部分，其與脂多糖受體在v細胞內結合后刺激炎癥趨化因子及TNF-α、IL-6等細胞因子產生[7，8]。同時補體3a和5a亦在Kupffer細胞內與受體結合從而刺激TNF-α、IL-6的釋放，共同啟動部分肝切除后及其他肝臟損傷后肝的再生[9]。細胞外基質的重塑對肝臟再生的啟動有重要作用。當血液中大量釋放的TGF-β1被α2-免疫球蛋白抑制和滅活后，細胞外基質激活HGF釋放來改變有絲分裂原及有絲分裂抑制劑間的平衡，以啟動肝臟的再生功能[10]。

其他因素，像β-鏈蛋白[11]和肝細胞核Notch-1胞內結構域均參與了肝臟再生的啟動過程，它們一般在肝部分切除術后15～30 min內表達出現，但由于這些蛋白的表達受到核糖核酸(RNA)的干擾[12]，因此對肝臟再生的應答反應很弱。

2肝臟再生途徑相關調控因子

2.1細胞因子依賴途徑因子 研究[13]表明肝臟再生有細胞因子依賴和非細胞因子依賴兩種重要途徑，且有大量的相關蛋白參與該過程。細胞因子依賴途徑依賴IL-6、TNF-α及其他細胞因子如IL-1等共同參與完成[14]。IL-6與其受體(IL-6R)結合，IL-6R又與2個亞單位的糖蛋白130(GP)結合，從而激活酪氨酸激酶(JAK)活性；激活的JAK通過磷酸化激活信號傳導子及轉錄激活子-3(STAT-3)，活化的STAT-3 改變核的位置并激活目標基因的轉錄表達。同時GP130-IL-6R復合體亦可通過活化絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)引起瀑布式的反應，促進肝細胞的增殖[15]。雖然目前為止確切的機制尚不明確，但有證據表明JAK能活化含酪氨酸磷酸酶的SH2結構域，并能促進生長因子受體結合蛋白2-SOS的釋放。然后，生長因子受體結合蛋白2-SOS再通過活化Ras系統進而激活Ras-MAPK-ERK(細胞外信號調節激酶)[16]。可見，在肝臟再生期間，IL-6通過GP130-IL6R復合體可活化STAT3和MAPK信號通路[13]，這兩條信號通路對促進細胞周期從G1向S期過渡必不可少。它們能增強促進細胞周期進程的原癌基因轉錄表達，于是細胞周期蛋白增多促進細胞進入S期，到此一個完整的細胞復制周期完成[17]。

TNF-α信號是部分肝切除術后另一種正常的細胞增生反應。IL-6受TNF-α的刺激不斷分泌，TNF-α通過上調轉錄因子-κB信號的表達來激活IL-6轉錄從而增加IL-6的量。TNF-R1基因敲除的小鼠進行肝切除術后，就是由TNF-α和IL-6共同來糾正DNA 的缺陷[18]。然而，應用現有手段并不能檢測到肝部分切除術后血液循環中的TNF-α，提示肝部分切除術后的TNF-α主要由肝臟本身產生。研究發現TNF-α不是必須不可或缺的因子，因其它的配體如淋巴毒素-α亦可通過與TNF-R1結合發出信號[18]。

在這個過程的早期，負反饋調節機制可誘導多種抑制蛋白的產生，包括TGF-β、纖溶酶原激活物抑制劑(AI)、細胞信號抑制因子-3和p27及其它的依賴性激酶抑制因子，這些抑制蛋白降低了STAT-3的表達，抑制了IL-6信號轉導通路[13,19]。

2.2非細胞因子依賴(生長因子依賴)途徑因子在肝臟再生期間，非細胞因子依賴途徑能明顯促進細胞增殖，同時受生長因子和有絲分裂原的調節。如HGF和EGFR均是重要的促生長因子，能驅動肝臟再生期間細胞周期的進程[18]。

HGF是由肝臟及其他組織的非實質細胞尤其是星形細胞產生，通過旁分泌和內分泌的方式維持肝細胞的生長和功能。HGF能調節肝細胞的有絲分裂、無絲分裂及細胞形態等多個進程，同時亦是培養肝細胞的強力促分裂增殖劑。部分肝切除術后或肝損傷后，HGF前體或促HGF被蛋白酶-尿激酶纖維蛋白溶酶原激活劑和其效應器尿激酶纖維蛋白溶酶原迅速的激活，然后HGF通過與其受體c-Met結合，活化包括細胞外調節蛋白激酶1/2(ERK)、磷脂酰肌醇-3-羥基酶(PI3K)、S6激酶和蘇氨酸激酶的信號通路[14]，從而促進肝細胞的再生修復過程。同時，HGF/C-Met信號還有保肝的作用，防止肝細胞的凋亡。

與EGFR相結合的配體家族包括EGF、TGF-α、肝素結合EGF(HB-EGF)和調節蛋白(AR)。EGF是培養肝細胞的促分裂增殖劑，給健康完整動物注入后能引起肝細胞的分裂增殖。血漿中的兒茶酚胺包括腎上腺素和去甲腎上腺素迅速升高亦可刺激十二指腸腺產生大量的EGF[17]。EGF雖經門靜脈后逐漸被肝臟吸收利用，但肝部分切除術后門靜脈EGF的濃度仍無法測量估計[17]。TGF-α mRNA在肝臟中的主要作用是刺激肝細胞的分裂增殖，其在正常的肝臟中表達很少，但在肝部分切除術后，TGF-α mRNA表達逐漸增多[20]。過度表達TGF-α的轉基因小鼠表現出活躍的肝細胞增殖，并最終發展成癌癥。然而，TGF-α基因敲除小鼠卻未表現出肝臟再生的缺陷，這很可能是與EGF家族配體間的部分重疊有關[21]。肝部分切除術后，HB-EGF的表達要早于HGF和TGF-α，且HB-EGF轉基因小鼠的肝臟定向生長，能增強肝臟的再生。AR對肝臟的再生有重要作用，當小鼠AR缺乏時，肝臟的再生明顯受抑[22]。

2.3細胞因子依賴性途徑與非細胞因子依賴性途徑間的相互作用因子在肝臟再生的過程中，細胞因子依賴性與非細胞因子依賴性兩種途徑通過普遍的信號轉導分子比如ERKHE和氨基端激酶(JNK)、轉錄因子(比如AP-1和C/EBPβ)和其他的分子(比如胰島素樣生長因子結合蛋白1(IGFBP1)相互聯系，共同指導肝切除后的損傷及再生與修復[13]。如TNF-α和HGF均可以活化JNK和MAPK-ERK兩條通路，它們能誘導細胞增殖和cyclin D1表達，其中cyclin D1是肝臟再生重要的門戶蛋白[23]。其次IL-6/TNF-α和HGF兩條通路還都能正向調節異二聚體AP-1等轉錄因子的活性。AP-1活性是許多肝臟再生應答蛋白激活所必需的，且AP-1與STAT-3結合能增加肝臟基因的轉錄表達，從而保證肝臟再生的順利進行[24]。第三，IL-6與HGF之間另一種交集的可能是IGFBP1基因的校準。IGFBP1在活體內編碼了促有絲分裂和肝保護蛋白，這些蛋白可能被IL-6調節表達增加，或可能被HGF調節表達增加(在體外研究證實)[25]。

細胞因子與生長因子之間另一種非常重要的聯系就是細胞因子(例如TNF-α)對金屬蛋白酶的激活。肝部分切除術后，許多金屬蛋白酶活性增強[26]，其中有一種叫TGF-α轉化酶(TACE,也被稱為ADAM17)。TNF-α可激活TACE，活化的TACE將TGF-α前體錨定于細胞膜上，然后TGF-α釋放、激活并與EGFR結合刺激培養肝細胞的分裂增殖。

3肝臟再生終止相關調控因子

肝臟的大小是受限制的，且與機體對肝臟功能的需要有關。TGF-β及其同族成員如激活素是人們眾所周知的肝臟內抗增生的因子。TGF-β由肝星形細胞產生，且能明顯抑制肝臟的再生。同時TGF-β亦是肝培養細胞的抑制增殖劑，對 HGF的產生、激活及尿激酶的表達均成負性調節[17]。激活素對肝細胞的有絲分裂有抑制作用，當其在肝臟再生時的細胞受體水平降低時，相應的信號效應亦會減弱，但一旦肝臟的再生終止，其細胞受體水平就會重新修復[27]。細胞外基質(額外的體外基質如來自EHS肉瘤的膠原蛋白凝膠或提取物)亦可抑制細胞的增殖，增強肝培養細胞的分化[28]。學者們推測細胞外基質與肝竇毛細血管網間的重組產生了終止肝臟再生進程的抑制信號。其可能是由整合蛋白直接傳遞信號，亦可能是通過TGF-β(與重新合成的核心蛋白多糖結合發揮抑制效應)誘導傳遞信號。此外，TGF-β亦能刺激細胞外基質的產生和肝竇內皮細胞的形成，從而增強HGF和TGF-β1的結合能力，使肝細胞恢復到靜止狀態進入到G0期[17]。

細胞因子信號轉導抑制因子(SOCS)是重要的細胞因子信號轉導的負調節物，其可抑制STAT蛋白酪氨酸磷酸化。SOCS直接與磷酸化的JAK激酶相互作用抑制STAT3的激活。實驗表明，肝臟里的IL-6信號能促進SOCS的快速表達，此與后來磷酸化的STAT3表達減少有關[29]。

Hippo激酶信號級聯是一個生長抑制通路，其可拮抗轉錄輔助因子YAP(Yes-相關蛋白)，最終控制肝細胞的增殖。YAP過度表達的轉基因小鼠肝細胞會無限的分裂增殖，導致大量的肝細胞增生和癌變，而Hippo激酶可抑制YAP的過度表達，最終使肝臟恢復到其原來正常的體積大小。

綜上所述，有效的肝臟再生過程需100多種基因的激活及種調控因子的參與，肝細胞再生機制是一個復雜的生物學課題。從目前的研究來看，大量的細胞因子(如IL-6和TNF-α)、生長因子(如肝細胞生長因子和TGF-α)及各種細胞等通過自分泌或旁分泌的途徑作用于肝細胞，共同完成肝臟再生過程[31]。對于該領域更進一步的研究可以幫助人們找到更好治療肝臟疾病的方法，從而改善晚期肝臟疾病患者的預后。

參考文獻：

[1] 趙瑩瑩，楊長青.肝再生調節的研究進展[J].國際消化病雜志，2013,33(2):79-80.

[2] Snykers S， De Kock J， Rogiers V， et al. In vitro differentiation of em-bryonic and adult stem cells into hepatocytes: state of the art[J]. Stem Cells， 2009，27(3):577-605.

[3] Fausto N, Campbell JS, Riehle KJ. Liver regeneration[J]. J Hepatol, 2012,57(3):692-694.

[4] Bellayr IH, Mu X, Li Y. Biochemical insights into the role of matrix metalloproteinases in regeneration: challenges and recent developments[J]. Future Med Chem, 2009,1(6):1095-1111.

[5] Fujiyoshi M， Ozaki M. Molecular mechanism of liver regeneration and protection for treatment of liver dysfunction and diseases[J]. J Hepatobiliary Pancreat Sci， 2011,18(1):13-22.

[6] Tiberio GA, Tiberio L, Benetti A, et al. IL-6 promotes compensatory liver rege-neration in cirrhotic rat after partia hepatectomy[J]. Cytokine, 2008，42(3):372-378.

[7] Furuya S, Kono H, Hara M, et al. Interleukin-17A plays a pivotal role after partial hepatectomy in mice[J]. J Surg Res, 2013,184(2):838-846.

[8] Ding BS, Nolan DJ, Butler JM, et al. Inductive angiocrine signals from sinusoidal endothelium are required for liver regeneration[J]. Nature, 2010,468(7321):310-315.

[9] Yin S, Wang H, Park O, et al. Enhanced liver regeneration in IL-10-deficient mice after partial hepatectomy via stimulating inflammatory response and activating hepatocyte STAT3[J]. Am J Pathol, 2011,178(4):1614-1621.

[10] Wang L, Wang XL, Xie G, et al. Liver sinusoidal endothelial cell progenitor cells promote liver regeneration in rats[J]. J Clin Ivest, 2012,122(4):1567-1573.

[11] Monga SP, Pediaditakis P, Mule K, et al. Changes in WNT/betacatenin pathway during regulated growth in rat liver regeneration[J]. Hepatology, 2001,33(5):1098-1109.

[12] Kwon HJ, Hong SK, Yoon WK, et al. Vitamin D3 up-regulated protein 1 controls the priming phase of liver regeneration[J]. J Vet Sci,2013,14(3):257-262.

[13] Taub R. Liver regeneration: from myth to mechanism[J]. Nat Rev Mol Cell Biol, 2004,5(10):836-847.

[14] Rychtrmoc D, Libra A, Buncek M, et al. Studying liver regeneration by means of molecular biology:how far we are in interpreting the findings[J]. Acta Medica (Hradec Kralove),2009,52(3):91-99.

[15] Gong HB, Shen ZY, Song HL, et al. Effects of bone marrow mesenchymal stem cells on liver regeneration and repair after 80% hepatectomy in rats[J]. Tianjin Med J, 2011,39(2):149-152.

[16] Kele PG, vander Jagt EJ, Gouw AS, et al. The impact of hepatic steatosis on liver regeneration after partial hepatectomy[J]. Liver Int, 2013,33(3):469-475.

[17] Lederer A, Seehofer D, Schirmeier A, et al. Postoperative bile leakage inhibits liver regeneration after 70% hepatectomy in rats[J]. J Invest Surg, 2013,26(1):36-45.

[18] Fausto N, Campbell JS, Riehle KJ. Liver regeneration[J]. Hepatology, 2006,43(2 Suppl 1):S45-53.

[19] Campbell JS, Prichard L, Schaper F, et al. Expression of suppressors of cytokine signaling during liver regeneration[J]. J Clin Invest,2001,107(10):1285-1292.

[20] Okano J, Shiota G, Matsumoto K, et al. Hepatocyte growth factor exerts a proliferative effect on oval cells through the PI3K/AKT signaling pathway[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2003,309(2):298-304.