細胞信號通路影響肝纖維化的研究進展

楊開明，蔣文娟，成家茂

（大理大學基礎醫學院，云南大理671000）

細胞信號通路影響肝纖維化的研究進展

楊開明，蔣文娟，成家茂

（大理大學基礎醫學院，云南大理671000）

目的：了解肝纖維化發生、發展過程中細胞信號通路的作用及機制。方法：復習文獻，對近年來有關影響肝纖維化細胞信號通路的調控作用及機制進行綜述。結果：肝纖維化是慢性肝損害產生的一種肝組織自身病理性修復反應，而轉化生長因子-β，血小板衍生生長因子，刺猬信號，Wnt信號，JAK-STAT信號，Notch信號等多條細胞信號通路參與了肝纖維化的發生及發展過程。結論：肝纖維化是刺猬信號、Wnt信號等多條細胞信號通路和一系列細胞信息分子共同作用的結果。

肝纖維化；Wnt信號通路；Hedgehog信號通路；肝星狀細胞

肝纖維化（hepatic fibrosis，HF）是對多種病因引起慢性肝損害產生的一種肝組織自身病理性修復反應，是慢性肝病發展到肝硬化的必經階段。其特征為以膠原蛋白為主的細胞外基質（extracellular matrix，ECM）合成和降解失衡。ECM主要來源于肝星狀細胞（hepatic satellite cells，HSC）的合成和分泌。在正常肝組織內，HSC處于靜止狀態；當肝臟受損傷時，HSC則被激活轉化為肌成纖維細胞（myofibroblast，MFB），大量細胞外基質被釋放，同時因其降解機制失衡使ECM降解不足，導致ECM過度沉積，最終發展為肝纖維化。因此，HSC的活化、增殖是肝纖維化的中心事件，現發現HSC的激活是多條細胞信號轉導通路和一系列細胞信息分子共同作用的結果。故本文就肝纖維化相關的重要信號轉導通路進行綜述。

1 轉化生長因子-β（TGF-β）/Smad信號轉導通路

TGF-β信號通路主要通過細胞生長、增殖、分化、遷移等過程在機體中發揮重要作用。轉化生長因子-β包括TGF-β1-5，其中TGF-β1在肝臟中的含量最高，其受體（TβRs）家族包括3型受體，即TβR-Ⅰ、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ。研究表明，TGF-β信號誘導的Smads蛋白家族參與纖維化的發病過程，它主要分3大類，受體調節型Smads（R-Smads）、抑制型Smads（I-Smads）、共同通路型Smads（Co-Smads）。R-Smads包括Smad1、2、3、5、8、9，其磷酸化后特異介導信號轉導傳遞；Co-Smads包括Smad4，其主要是協助R-Smads進入細胞核；I-Smads包括Smad6、7，其主要是調節或抑制R-Smads和Co-Smads的基因表達；JIANG Y等〔1〕通過槲寄生生物堿成分對四氯化碳（CCl4）誘發的肝毒性的大鼠模型的作用證明槲寄生生物堿成分能減緩大鼠肝纖維化進程，這一作用為槲寄生生物堿成分可抑制TGF-β1及其受體分泌，阻礙Smad2磷酸化，誘導Smad7的表達，從而阻礙Ⅰ型前膠原蛋白和基質金屬蛋白抑制劑-1（TIMP-1）的合成及a-平滑肌肌動蛋白（a-SMA）的表達，進而抑制肝星狀細胞激活減少細胞外基質（extracellular matrix，ECM）沉積。CHOI Y J等〔2〕通過前胡素對四氯化碳（CCl4）誘導的肝纖維化大鼠模型作用證明前胡素具有抗肝纖維化作用，表現為其顯著降低了a-SMA的激活和Ⅰ型膠原蛋白的表達，抑制TGF-β1誘導的Smad2/3磷酸化，Smad4的核異位以及Smad2/3-Smad4的復雜聯合，前胡素還抑制TGF-β1誘導的NAD（P）H氧化酶（NADPH oxidase，NOX）蛋白的活化，抑制肝星狀細胞的活化。MIN A K等〔3〕證明a-硫辛酸（ALA）可阻止肝纖維化進程，其機制為ALA通過抑制TGF-β介導的分子介質，包括Smad3蛋白磷酸化，AP1和SP1來抑制肝纖維蛋白溶解原激活抑制劑（PAI-1）的表達并阻止膽管結扎（BDL）誘導的肝纖維化的發展。因此，對TGF-β/ Smad信號轉導通路的研究可為肝纖維化的潛在治療提供線索。

2 血小板衍生生長因子（PDGF）通路

PDGF是器官纖維化的關鍵介質，是重要的促有絲分裂因子中的一種，它具有刺激指定細胞分裂和增殖的能力。當肝臟受損時，分泌大量的PDGF一方面促進HSC的增殖、活化轉化為肌成纖維細胞（MFB），合成大量ECM；另一方面，PDGF通過促進肌纖維樣細胞產生膠原（尤為Ⅰ型和Ⅱ型膠原），并通過上調組織基質金屬蛋白酶抑制劑來抑制膠原作用，從而減少細胞外基質的降解。由PDGF介導的細胞內信號轉導通路有MAPK、PI3-K、ERK和P38等。WU F R等〔4〕首次證明了大鼠的肝組織和HSC中存在酸敏感離子通道1a（ASIC1a），尤為注射CCl4的大鼠肝組織和HSC中ASIC1a表達增加。抑制或沉默ASIC1a能夠通過阻斷絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路削減PDGF誘導的促纖維化作用，從而抑制大鼠HSC的活化。ZHANG F等〔5〕發現川芎嗪能抑制氧化應激誘導的肝星狀細胞的活化。其作用表現為川芎嗪是天然抗氧化劑具有強效的抗纖維化作用，它通過減少PDGF-βR的表達，阻斷PDGF-βR兩個下游效應器及細胞外調節蛋白激酶（ERK）和P38激酶的磷酸化，進而抑制HSC的活化。此外，有研究證明，腎素-血管緊張素系統（RAS）也參與肝纖維化的發病機制，而AngⅡ是RAS中主要的效應肽，它能增加纖維化標志物a-SMA、a1（Ⅰ）型前膠原的表達以及促進HSC的侵襲能力；而川芎嗪與AngⅡ作用相反，它可調節Bcl-2家族的蛋白，還能作用于減少a-SMA和a1（Ⅰ）型前膠原在mRNA和蛋白水平上的表達，這可能與PDGF-βR介導的PI3-K/AKT/mTOR通路干擾有關；此外，川芎嗪能使AngⅡ誘導的HSC侵襲能力減弱，這可能與PDGF-βR/FAK通路干擾有關〔6〕。故川芎嗪可為肝纖維化的潛在治療提供線索。

3 刺猬（Hedgeghog，Hh）信號通路

Hh信號通路主要由Hh配體、Patched（Ptch）受體、Smoothened（Smo）跨膜蛋白、Gli及Hedgehog相互作用蛋白（Hip）等組成，在哺乳動物中發現其有3個同源基因即印度刺猬因子（IHH）、音刺猬因子（SHH）及沙漠刺猬因子（DHH），它們分別編碼相關蛋白。研究表明，Hh信號通路可以促進靜止期肝星狀細胞（Q-Hsc）活化，活化的HSC則表達a-SMA、結合蛋白及波形蛋白，轉變為MFB，最終發展為肝纖維化。因此，Q-HSC轉化為MFB-HSCs是肝纖維化的關鍵事件。最近研究表明Hh信號通路可通過與Notch信號串擾、新陳代謝、輻射、DNA甲基化與甲基化結合蛋白2（Mecp2）及miRNA-29調節HSC的結局。XIE G等〔7〕證明在纖維化過程中，Hh信號通路和Notch信號通路共同參與HSC的上皮-間充質細胞表型轉變過程（EMT）這一環節。當肝損傷時，Hh信號通路被激活，具上皮表型的Q-HSC轉化成具間質細胞表型的成熟的肌成纖維細胞，Notch信號通路也被激活同時Hh信號通路還進一步提高了Notch信號的活性；反之，阻斷Notch信號通路發現Hh靶基因Gli1和Ptch的表達下調，Hh通路的活性被抑制。CHEN Y等〔8〕展示Q-HSC轉化為MFB時能誘導糖酵解引起乳酸堆積。肝臟疾病中，許多糖酵解基質細胞與纖維化的嚴重性有關；此外，在MFB中，有條件的阻斷Hh信號通路或使用Hh通路的藥物抑制劑能減少肌成纖維細胞的數目進而延緩肝纖維化進程。因此，說明Hh信號通路可通過新陳代謝調節HSC的結局。WANG S等〔9〕和YANG J J等〔10〕發現在用放射治療處理過的大鼠肝臟中，Hh配體的表達、IHH和Hh靶基因、Gli2顯著上調；此外，與正常肝臟相比，TGF-β和a-SMA也顯著上升。結果證明，Hh信號表達的增加促進MFB-HSC和祖細胞的增殖，Hh信號通路可通過放射調節HSC的結局。Hh信號通路還可通過DNA甲基化與甲基化結合蛋白（Mecp2）調節HSC的結局；具體為用DNA甲基轉移酶抑制劑5-azadc能阻止肝星狀細胞的增殖和活化；在肝肌纖維母細胞，Mecp2的siRNA敲除增加了Ptch1 mRNA和蛋白的表達〔11〕。HYUN J等〔12〕表明NF-KB介導的下調的miRNA-29和低表達的miRNA-29促進HF中膠原蛋白的沉積，即NF-KB信號的激活與miRNA-29表達的減少有關。然而當NF-KB信號受損時，miRNA-29表達不能被抑制，增加的miRNA-29具有抗纖維化和促凋亡作用，但此時Hh信號表達大大增強，Hh信號的激活反過來又減少miRNA-29的表達并促進MFHSCs的累積，最終加速肝纖維化進程。故Hh信號通路可通過miRNA-29來調節HSC的結局。

4 Wnt信號通路

Wnt通路主要有依賴β-catenin的正規通路及不依賴β-catenin的非正規通路，包括細胞外因子（Wnt）、Wnt/β-catenin、Wnt/平面細胞極性（planar cell polarity，PLP）、Wnt/Ca2+、Wnt/JNK、Wnt/Rho等。Wnt信號通路的激活通過各種途徑參與肝星狀細胞的活化與增殖是促進肝纖維化的關鍵事件，現很多研究已證實。WANG Y P等〔13〕發現Wnt3a基因的表達能明顯活化HSC，他們通過給予不同濃度的Wnt3a刺激HSC，結果表明與未給予Wnt3a因子刺激的對照組相比Wnt3a能促進HSC增殖且增加了膠原的分泌；在HSC中TGF-β、a-SMA、Smad7的表達隨時間的延長不斷遞增。LI W等〔14〕證實胚胎特異性轉錄（mesoderm-specific transcript，Mest）通過抑制Wnt/β-catenin信號衰減CCl4誘導的肝纖維化。其作用為Mest通過減少CCl4誘導的膠原在大鼠肝組織中的沉積且改善其肝臟情況，同時能顯著減少β-catenin、a-SMA和Smad3在體內外的表達和分布抑制HSC在體外的活性。

5 JAK-STAT信號通路

JAK激酶/信號轉導與轉錄激活子（Janus Kinasesignal transducers and activators of transcription，JAKSTAT）信號通路主要由JAK蛋白家族、STAT蛋白家族及酪氨酸激酶相關受體共同組成，JAK蛋白家族包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2，JAK1、JAK2、TYK2廣泛分布在各個組織和細胞中，STAT蛋白家族有STAT1-6個家族。越來越多的研究證明，JAK-STAT信號通路在肝臟中發揮重要的調控作用，其中JAK-STAT3可通過調節多種細胞因子和生長因子（在肝臟中共約20余種細胞因子和生長因子可被激活）促進血管平滑肌細胞和成纖維細胞的增殖、遷移；此外其在各種細胞功能中也起重要作用，如抗病毒預防、急性期反應、肝損傷、修復、炎癥和肝炎。因此提示組織器官纖維化與JAK-STAT3信號通路密切相關。CONG M等〔15〕發現STAT3最初就被認為是一種急性期反應因子，可以誘導多種細胞因子，如G-CSF（粒細胞集落刺激因子）、IL-6（白細胞介素-6）及瘦素，但目前證明其幾乎只由IL-6激活。IL-6可刺激肝細胞產生急性反應蛋白包括淀粉樣蛋白A、補體C3和C反應蛋白，在IL-6缺陷小鼠中，STAT3活性顯著被抑制。IL-6是JAK-STAT3信號通路的下游信號分子，當JAK-STAT3信號通路被異常激活時，促使肝臟中枯否細胞分泌大量的IL-6，IL-6是致HF的另一個重要因子，它可直接促進HSC的活化和增殖，使肝纖維化程度加重；反之，如果阻斷JAK-STAT3信號通路或使用JAK抑制劑時，可以明顯減緩IL-6對HF的作用。研究表明，JAK-STAT信號通路也受瘦素受體的調節；在肝纖維化中，瘦素增加膠原蛋白在HSCs/肌成纖維細胞的產生并且促進HSC的存活。瘦素介導其功能通過激活的JAK-STAT2信號通路與下游的ERK、AKT和PI3K共同協調，其還可促進巨噬細胞和內皮細胞產生TGF-β1，活化HSC，增強肝內纖維化因子活性。此外，其他激動劑如PDGF、EGF和HGF也能激活STAT3且對HSCs轉向纖維化產生直接影響〔15-16〕。

6 Notch信號通路

Notch信號傳導途徑是一種高度保守的信號轉導機制，它對正常胚胎的發展，細胞的增殖、分化等至關重要。在哺乳動物中4種Notch受體（Notch1、Notch2、Notch3、Notch4）和5種配體（Jagged1、Jag?ged2、Delta1、Delta3、Delta3-Like4），研究發現，Notch1、Notch2、Notch4 mRNA水平不論在正常或異常肝臟中無明顯不同，但Notch3、Jagged1蛋白的表達在損傷的肝組織中顯著增高。Notch信號通路激活主要為Notch受體和Notch配體共同在相鄰細胞上表達導致Notch受體蛋白水解分裂，此時γ-分泌酶復合體（作用于胞內區域）導致跨膜區級胞內結構（NICD）釋放進而催化裂解進程。NICD移動到細胞內，與CSL（RBP-JK/CBF1）相互作用且策劃激活下游靶基因如Hes1、HRT、Deltes-1、Meltrin-b和Notch受體本身的轉錄。CHEN Y等〔17〕發現Notch信號通路的異常激活與纖維變性疾病密切相關，不僅表現在肺、腎、腹膜纖維化中，其在CCl4誘導的大鼠肝纖維化模型中也被高度激活，并伴隨著Jagged1、Notch3和Hes1基因表達的增加。在肝纖維化中，HSC-T6細胞系發現Notch3的胞內功能結構域（NICD3）存在高度表達，其細胞標志分子Ⅰ型膠原蛋白、a-SMA等顯著上調；但用siRNA沉默Notch3受體后，這兩種蛋白則無明顯增高。體外研究發現，DAPT（一種γ-分泌素抑制劑）能抑制大鼠HSCT6的EMT進程，阻斷Notch信號通路的激活，顯著減弱肝纖維化進程，同時減少Snail、Vimentin和TGF-β1的表達，增加E-cadherin的表達。上述表明，Notch信號通路與HF的發生、發展有密切牽連，DAPT治療對肝細胞有保護作用且能改善肝纖維化進程。HUANG M等〔18〕逆向論證了Wnt信號與Notch信號轉導間的拮抗作用，其調節斑馬魚肝纖維化模型的再生能力表明了Notch信號通路與肝纖維化存在著密切關系。Wnt激動劑通過誘導Notch拮抗劑、Numb、膜相關蛋白抑制Notch信號減弱其傳導功能，這表明用各種方法使Wnt信號和Notch信號相互拮抗對纖維化肝臟中肝細胞的再生有著至關重要的作用。這為肝纖維化的治療策略提供了潛在的方案。

7 展望

肝纖維化是一個可逆的傷口愈合反應，其特征為急慢性肝損傷后細胞外基質的沉積。持續的纖維化將導致終末期肝病、肝硬化和肝細胞癌，目前其發病率在世界范圍內正不斷上升。肝纖維化的發生、發展往往受多種調控因素共同作用，其中細胞內外信號通路的調控越來越被重視。除上述介紹的以外，還包括脂多糖/Toll樣受體4（TLR4）、過氧化物酶體增殖激活受體（PPAR）、血管形成素1/Tie-2等信號通路，它們共同構成一個網絡交叉影響肝纖維化的發展進程。故深入研究各類信號交通網絡與肝臟疾病的關系，發現其中的中心靶點將為日后臨床防治肝纖維化帶來新突破。

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Research on Progress of the Influence of Cell Signaling Pathway on Hepatic Fibrosis

Yang Kaiming,Jiang Wenjuan,Cheng Jiamao
（Pre-clinical College,Dali University,Dali,Yunnan 671000,China）

Objective:To investigate the role and mechanism of cell signaling pathway in the occurrence and development of hepatic fibrosis.Methods:The literature about the regulation of cell signaling pathway and its mechanism in recent years were reviewed.Results:Hepatic fibrosis is a pathological repair reaction to the chronic liver damage.Cell signaling pathways like TGF-β,PDGF, hedgehog signaling,Wnt signaling,JAK-STAT and Notch signal participated in the occurrence and development of hepatic fibrosis.Conclusion:Hepatic fibrosis is the result of a series of cell signaling pathways:hedgehog signal,Wnt signal and a series of cell information molecules.

hepatic fibrosis;Wnt signaling;Hedgehog signaling;hepatic satellite cells

R575

A

2096-2266（2017）02-0046-05

10.3969/j.issn.2096-2266.2017.02.009

（責任編輯 李楊）

2015-12-04

2016-05-26

楊開明，教授，主要從事細胞信號轉導相關研究.