干細胞在肝損傷中的機制研究

張媛??朱英

[摘要] 正常的肝細胞和膽管上皮細胞（膽管上皮細胞）處于靜態狀態。但是肝臟在面對大規模的實質細胞損失時是一個具有高度再生能力的器官。在肝損傷及肝功能受損時，成熟肝細胞分化增殖是恢復動態平衡的第一道防線。盡管肝臟功能較正常肝臟時降低，但肝移植的研究表明，移植的肝細胞有生存優勢，在增殖中占主導地位。但是肝移植患者數目的增加，肝源匹配困難等問題的凸顯迫使我們不得不采用新的治療手段刺激肝臟再生，延長終末期肝病患者的生存期。最近研究證實，在終末期肝病患者和肝病模型中，干細胞在肝損傷修復中有重要作用，干細胞移植被看作為一個潛在的替代移植技術。然而，我們對肝臟干細胞、骨髓間充質干細胞的理解目前仍處于起步階段。一方面，不斷有文獻證實肝臟干細胞可以成為肝星狀細胞和肌成纖維細胞論證。另一方面，干細胞研究的不斷深入，應用的更加謹慎也因為它可能顯示出肝臟細胞癌的細胞特性。本篇綜述將闡述在肝臟損傷后干細胞肝向分化的作用機制，重點闡述相關信號通路，以促進未來靶向治療研究。

[關鍵詞] 肝損傷；骨髓間充質干細胞；肝臟干細胞；信號通路

[中圖分類號] R657.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616（2015）04-20-04

在肝損傷及肝功能受損時，成熟肝細胞分化增殖是恢復動態平衡的第一道防線。盡管肝臟功能較正常肝臟時降低，但肝移植的研究表明，移植的肝細胞有生存優勢，在增殖中占主導地位[1]。但是肝移植患者數目的增加，肝源匹配困難等問題的凸顯迫使我們不得不采用新的治療手段刺激肝臟再生，延長終末期肝病患者的生存期。最近研究證實，在終末期肝病患者和肝病模型中，干細胞在肝損傷修復中有重要作用，干細胞移植被看作為一個潛在

的替代移植技術[2-3]。然而，我們對肝臟干細胞、骨髓間充質干細胞的理解目前仍處于起步階段。一方面，不斷有文獻證實肝臟干細胞可以成為肝星狀細胞和肌成纖維細胞論證。另一方面，干細胞研究的不斷深入，應用的更加謹慎也因為它可能顯示出肝臟細胞癌的細胞特性[4]。

干細胞是具有自我更新的多向分化潛能特性的細胞，按不同來源可分為兩類：胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）和成體干細胞（adult/tissue specific stem cells，ASC）。ESCs由于在臨床研究中證明有發生惡變致畸胎瘤的可能，面臨著倫理問題，因此其研究及潛在的應用價值受到了限制。ASC是分布在特定組織中的分化的細胞，肝臟干細胞屬于ASC。肝臟干細胞指能夠參與肝細胞的再生和損傷修復，同時具有干細胞特質的細胞的總稱。根據其起源分為肝源性肝干細胞和非肝源性肝干細胞。肝源性肝干細胞又稱為內源性肝干細胞，主要包括肝卵圓細胞（HOC）、膽管上皮細胞等。非肝源性肝干細胞包括胚胎干細胞、骨髓干細胞等不同來源的干細胞[5]。骨髓干細胞具有強大的自我更新能力和多向分化潛能，主要包括造血干細胞（hemopoietic stem cells，HSCs）和間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs），是研究得最早、最深入的成體干細胞之一。1999年，Petersen等[6]首次報道大鼠骨髓中的某個細胞群具有轉化為肝臟卵圓細胞，并進一步分化為肝細胞和膽管上皮細胞的潛能，從此便掀起了骨髓間充質干細胞移植修復肝損傷的研究熱潮。大量研究證實骨髓間充質干細胞具有分化為肝細胞的功能，對肝纖維化、肝硬化等肝臟疾病有治療效果。除了轉分化為肝細胞，他們也可能抑制肝細胞凋亡和分泌多種生物活性分子，促進肝臟再生。最近研究證實，在慢性肝病患者和肝病模型中，肝臟干細胞和骨髓間充質干細胞在肝損傷修復中有重要作用。

1 骨髓間充質干細胞促進肝細胞再生相關機制

骨髓移植被認為是慢性肝臟治療的最新手段，最近對肝損傷動物模型的研究證實SDF-1/CXCR4、Wnt/β-catenin、NF-κB、Notch通路參與骨髓間充質干細胞肝細胞樣分化過程。

趨化因子SDF-1（stromal cell-derived factor-1）與其受體CXCR4（CXC chemokine receptor 4）分別屬于CXC類趨化因子和CXCR類G蛋白偶聯受體超家族。SDF-1/CXCR4信號通路參與細胞內信號轉導，進而影響細胞的趨化、運動、黏附、分泌、血管生成、生長等生物學行為[7]。Jung等[8]將同種骨髓干細胞移植到CCl4誘導的小鼠肝損傷模型內，觀察發現移植后模型鼠的肝脾腫大及肝壞死均得到改善，肝功酶學降低，移植骨髓干細胞特異地遷移到受損部位肝細胞，利用流式細胞儀及免疫組織化學法檢測發現損傷肝組織內CXCR4和SDF-1表達增加。

Wnt通路通過復雜的信號控制胚胎早期的發育、卵裂、背腹形成，并對細胞分化、細胞增殖及生長起調節作用。其中經典Wnt/βcatenint通路研究最廣泛。平鍵等[9]體外實驗觀察一貫煎誘導分離培養的大鼠骨髓間充質干細胞定向分化肝細胞的作用，Western-blot法檢測細胞Wnt3α及β-catenin蛋白的表達情況，觀察到BMCs細胞Wnt3α及β-catenin蛋白表達下調，一貫煎誘導大鼠骨髓間充質干細胞向肝細胞樣細胞分化，其機制與Wnt/β-catenin下調信號通路有關。說明Wnt/β-catenin通路參與骨髓間充質干細胞遷移分化。

NF-κB已被證實其在炎癥反應時對多種細胞因子在轉錄水平進行調控，所以探討NF-KB與肝損傷的關系很重要。Pei-pei Wang等[10]骨髓間充質干細胞在體外研究中證實可通過抑制NF-κB信號通路，刺激分泌肝細胞生長因子（HGF）調節造血干細胞，對肝硬化大鼠起治療作用。肝細胞生長因子是一種參與肝臟再生的有效的生長因子，最初是作為一種高效的肝細胞絲裂原多肽[11-12]。抑制HGF可產生嚴重肝臟疾病，肝細胞完整性受損，膽汁淤積[13]。然而抑制NF-κB通路刺激HGF分泌改善肝臟纖維化的具體機制仍未得到明確證實。

此外徐洪雨等[14]研究發現，骨髓間充質細胞在HGF誘導下強烈表達Notch-1蛋白，但隨著MSCs向肝細胞分化，Notch-1蛋白的表達逐漸降低，Notch-1 mRNA也表現降低，加入Notch通路阻斷劑DAPT后，細胞分化率明顯增加。這些都表明，Notch通路的激活可以抑制MSC向肝細胞分化。但是，Notch信號通路通過調節哪些轉錄因子或者基因來控制MSC向肝細胞分化，目前尚不清楚。

2 肝臟干細胞和肝成纖維細胞活化時的共同信號通路

實驗表明，肝臟纖維化和肝臟干細胞的活化有關。雖然聯系肝臟干細胞和纖維化細胞的機制是未知的，但是目前研究發現信號通路在肝臟修復和再生分化過程中起作用。最近研究發現hedgehog、Wnt和Notch通路調節肝臟干細胞增殖、分化和肝纖維化形成中起作用[15-17]。

Philips等[16]建立肝損傷小鼠模型，應用hedgehog通路抑制劑GDC-0449發現小鼠肝臟肌成纖維細胞減少，肝纖維程度降低，可抑制肝細胞癌轉移，降低死亡率。不成熟的膽管細胞和肝星狀細胞（成纖維細胞前體），能夠產生hedgehog的配體，這些配體的存在是骨髓間充質干細胞培養生存、增殖和遷移的關鍵。在增益功能實驗中小鼠雜合的hedgehog激活hedgehog配體，hedgehog亞基受體復雜化，可自發的加強肝臟纖維化進程。

同時在動物實驗肝臟干細胞自我更新和增殖實驗中Wnt/β-catenin信號也發揮重要的作用。當肝細胞和膽管細胞中β-catenin信號受抑制時，肝臟干細胞增殖下降；促進β-catenin蛋白表達時，離體肝臟干細胞體外的自我更新能力增加，然而肝臟干細胞在異種移植模型中有腫瘤發生可能[17]。經典Wnt信號轉導是肝星狀細胞活化肝纖維化中的重大事件之一[18]。Wnt/β-catenin作為最重要纖維蛋白酶原之一，在肝臟干細研究中許多問題仍有待解決，包括上游活化因子、Wnt/β-catenin通路在肝損傷時的鑒定、干細胞增殖時自分泌和旁分泌信號、是否類Wnt激活因子能刺激干細胞和肝星狀細胞的轉化過程。理解Wnt信號通路及體內大量的Wnt通路相關因子在肝細胞中作用具有重大意義。

Notch通路在膽道的分化和發育過程形態發生和管道重塑期間具有重要作用[19-20]。最近從肝臟Alagille綜合征相關遺傳疾病患者的觀察表明與Notch信號受損有關，這條通路可能也是膽道修復必不可少的[21-23]。Fabris等[21]證明：Notch信號參與新生嬰兒肝修復過程中干細胞向成熟膽管細胞分化的調節。Alagille綜合征的肝臟標記表明肝臟干細胞被阻止分化為膽道，肝細胞經歷了膽管系統不完整的轉化分化。Alagille綜合征肝臟相比膽道閉鎖患者的肝臟表現出肝纖維化顯著減少，暗示肝纖維化依賴存在無功小膽管細胞。

3 移植干細胞促進肝臟腫瘤分化的相關機制

干細胞具有極強的可塑性，在其分化、增殖為肝細胞的同時具有分化成為腫瘤細胞的潛能，因此要對移植后干細胞的具體生物學行為建立一個有效的體內定位跟蹤體系，以便更好地觀察干細胞在體內的歸巢和定位。越來越多證據表明，干細胞在參與肝損傷修復有腫瘤分化傾向往往有以下SDF-1/CXCR4、Wnt/βcatenin、TGF-β/Smad、IKK-依賴NF-κB、Notch信號通路發揮作用。

如前所述，SDF-1/CXCR4在骨髓間充質干細胞中參與肝損傷后肝細胞再生，同時有實驗表明抑制趨化因子受體CXCR4 /CXCL12軸可能導致直接抑制腫瘤遷移、入侵和轉移。這迫使干細胞移植面臨著重大挑戰，同時發展有效的趨化因子受體SDF-1/CXCR4抑制劑可應用于癌癥治療[24]。Wnt信號通路參與骨髓間充質干細胞及肝臟干細胞在肝向分化，然而在Wnt通路失調時同樣也會引起肝細胞癌發生[25]。在肝臟移植后人類肝組織中肝臟干細胞表達TGF-β信號通路相關蛋白質，TGF-β/Smad信號通路參與干細胞的自我更新和分化，同時參與致癌作用[26]。同樣經典IKK-依賴NF-κB信號通路也被證明能促進肝細胞的生長，在肝臟炎性應答中調節生長因子和細胞因子的表達中起著至關重要的作用。但是在肝臟急性反應最重要的細胞因子IL-6通過激活STAT3基因轉錄促進肝癌發展[27]。這表明TGF-β及IL-6信號通路在肝臟干細胞腫瘤分化中起重要作用。在小鼠動物實驗中通過Notch1蛋白在肝細胞內異常定位發現Notch通路過表達能促使成熟肝臟細胞腫瘤方向分化[28-29]。在這些小鼠腫瘤模型中，Notch解除管制導致明顯的幼稚表型的肝癌傳播。這些癌癥最常發生在慢性肝損傷和肝再生的背景下，研究這些信號通路的交叉點，可通過基因靶向治療促進干細胞肝向分化，并且在腫瘤分化早期阻斷，促進肝再生和抑制肝癌的形成。

4 存在問題及展望

雖然我們對干細胞的理解近年來取得了巨大進步，但對肝臟干細胞及骨髓間充質干細胞在肝損傷修復中作用機制的了解顯然仍不完整，仍有很多新的挑戰需要解決。恰當利用干細胞移植促進患者肝臟功能恢復，選擇合適時機及方法抑制肝臟腫瘤發生，選擇性提高或降低肝損傷過程中相關信號通路分子的表達，或許能減少終末期肝病患者死亡率，提高患者生存質量，同時抑制肝癌形成。

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（收稿日期：2015-01-06）