肝星狀細胞活化相關信號通路的研究進展*

馬會會 夏超明

蘇州大學醫學部病原生物學系 (江蘇 蘇州，215123)

肝纖維化是以細胞外基質(ECM)網絡聚集為特征的一種動態過程，可因為各種不同的病因而導致慢性肝損傷，包括病毒感染，酒精性肝病以及非酒精性脂肪性肝炎[1]。肝纖維化實質是肝臟對各種損傷所產生的一種修復反應，其特征是ECM合成大于降解，在肝臟內過度沉積。肝星狀細胞(HSCs)是肝纖維化的細胞學基礎，是肝纖維化的主要效應細胞，其活化是肝纖維化形成的開端[2]。HSCs活化受多種細胞信號分子和胞內信號通路的調控，研究作用于這些信號轉導過程或阻斷這些信號轉導級聯反應的作用靶點，將成為防治肝纖維化的重要策略。

1 HSCs的起源與活化

1.1 HSCs的功能 19世紀70年代，HSCs首次被von Kupffer發現并命名為貯存維生素A的細胞。隨著醫學的不斷發展，又被命名為貯脂細胞和肝竇周細胞。直到20 世紀80 年代作為產生ECM的主要細胞被發現并命名。以往的研究認為HSCs起源于神經外胚層，但近年來的研究發現HSCs起源于中胚層，且表達多能間充質祖細胞分化而來的神經細胞和其他間充質細胞[3]，認為HSCs起源于中胚層多能間充質祖細胞。HSCs屬于肝臟間質細胞，在正常情況下處于靜止狀態，位于竇間隙Disse腔內，緊貼著肝竇內皮細胞和肝細胞，其數量占肝臟細胞總數的5%～8%，約占肝間質細胞的1/3[4]。

1.2 HSCs的活化 HSCs活化是以一系列形態和功能改變為特征的復雜過程。在各種肝損傷因素刺激下，處于靜止狀態的HSCs發生表型改變，維生素A丟失，轉變為具有發達高爾基體和粗面內質網，并具有增殖性、收縮性和成纖維性的肌成纖維樣細胞(MFBs)表型，即活化的HSCs。MFBs在損傷部位增殖、遷移和收縮，表達各種信號轉導蛋白，大量合成以Ⅰ型和Ⅲ型膠原為主的ECM并沉積在肝臟，最終導致肝纖維化的形成[5]。眾多研究證實，MFBs是導致肝纖維化發生、發展的主要細胞。整個活化過程大致分為兩個主要階段：啟動階段和持續階段。

1.2.1 啟動階段 是指早期HSCs基因表達的改變及在胞內各種因子等刺激作用下產生的細胞表型改變。當肝臟受到損傷因子(如病毒感染、酒精性肝病、血吸蟲感染等)刺激時，HSCs周圍鄰近細胞(如肝細胞、巨噬細胞、肝竇內皮細胞、血小板等)通過旁分泌作用分泌多種細胞因子，如纖維連接蛋白(FN)、轉化生長因子β1(TGF-β1)、結締組織生長因子(CTGF)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、血小板源性生長因子(PDGF)、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)等，這些細胞因子共同作用于HSCs，誘導其早期基因轉錄的發生，使HSCs基因表達和表型發生改變，轉變為具有增殖性、收縮性和促纖維性的MFBs。此時靜止期HSCs轉變為活化期HSCs，啟動了HSCs的活化。

1.2.2 持續階段 HSCs活化后，其功能和表型發生改變，表現為增殖能力、收縮性和促纖維生成明顯增強，儲存的脂滴和維生素A 減少或消失、ECM分泌能力增加，并分泌大量的趨化因子和細胞因子[6]， 這些功能和表型的改變是HSCs活化持續的驅動力。其中，活化的HSCs產生大量ECM及細胞因子是其活化得以持續的重要因素。首先，過度沉積的ECM可激活HSCs的相應受體參與HSCs活化，從而形成一個正反饋，促進HSCs進一步激活。其次，HSCs能通過自分泌產生多種細胞因子，如TGF-β1、TNF-α、IGF-1等，這些細胞因子對HSCs活化起級聯放大作用，并可促進HSCs的自分泌和旁分泌，促進HSCs的進一步活化。這些錯綜復雜的作用和多種因素的調節使HSCs持續活化，并促進其分裂增殖，分泌大量ECM，導致肝纖維化持續進展。此時即使去除原發損傷因素，肝纖維化仍將持續。

2 HSCs活化過程中所涉及的信號通路

2.1 TGF-β/Smad 信號通路 TGF-β/Smad 信號通路在HSCs活化過程中發揮重要作用。TGF-β是一種對細胞生長、增殖、分化起重要調節作用的分泌性多肽信號分子，廣泛存在于線蟲和哺乳動物中[7]。目前，TGF-β普遍被認為是最強有力的促纖維化因子，包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4、TGF-β5亞型，人體內僅有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3亞型，其中以TGF-β1為主[8]。Smad蛋白是線蟲Sma蛋白與果蠅Mad蛋白的同源蛋白，主要包括Smad 1～9。根據結構Smads蛋白家族，可分為膜受體激活型Smad(R-Smad) 、通用型Smad(Co-Smad) 和抑制性Smad(Ⅰ-Smad)3個亞家族[9]。其中，R-Smad能夠與Co-Smad結合形成二聚體，并與胞核輔助激活蛋白或阻遏蛋白結合，從而調節靶基因的轉錄; Ⅰ-Smad則能夠與R-Smad 競爭性結合受體，從而阻止R-Smad 磷酸化或抑制Smad異源二聚體的形成，負性調控靶基因的轉錄[10]。在TGF-β/Smad 信號通路激活過程中，首先是配體TGF-β與細胞膜表面的TGF-β Ⅱ 型受體(TβRⅡ)結合，繼而促進TβRⅡ 二聚體與兩個TGF-β Ⅰ 型受體(TβRⅠ)的相互作用，使TβRⅠ在絲氨酸和蘇氨酸位點發生磷酸化以激活TβRⅠ的催化活力，接著TβRⅠ將磷酸基團傳給R-Smad(Smad2和Smad3)，然后R-Smad 與Co-Smad(Smad4)結合形成異源三聚體復合物，此復合物進入細胞核內，與核內DNA上的特異型受體結合，調節靶基因的轉錄，最終實現整個信號的傳遞[11]。當肝臟受到損傷因子刺激時，TGF-β 與HSCs表面具有高度親和力的TβR結合，使下游R-Smad 持續磷酸化、Ⅰ-Smad 表達下降，將信號轉入細胞核內，啟動HSCs活化[12]。在HSCs中，TGF-β1介導的Smad2/3激活能夠誘導Ⅰ型和Ⅲ型膠原的合成，進而促進肝纖維化的發生[13]。TGF-β1也能夠激活MAPK信號通路，包括Ras/ERK、JNK信號通路等，共同促進HSCs的激活[14]。

2.2 Notch信號通路 Notch信號通路是正常胚胎發育過程中的一種保守的進化信號通路，在調節組織穩態和成人干細胞分化和發育中起著關鍵作用。1917年，Morgan及其同事在突變的果蠅中發現Notch基因，因該基因的部分功能缺失會在果蠅翅膀的邊緣造成缺刻(Notch)而得名，哺乳動物有4種Notch受體(Notch1～4)和5種Notch配體(Jagged 1,Jagged2 和Delta-like1,3,4),這些同源化合物共有高度保守區域。Notch信號的產生是通過相鄰細胞的Notch配體與受體相互作用，Notch蛋白經過3次剪切，由胞內段釋放入胞質，并進入細胞核與轉錄因子CSL結合，形成NIVD/CSL轉錄激活復合體，從而激活HES、HEY、HERP等堿性-螺旋-環-螺旋轉錄抑制因子家族的靶基因，發揮生物學作用[15]。

2.3 Wnt /β-catenin信號通路 Wnt信號通路是調控細胞生長、增殖、凋亡等生理過程的重要信號通路，包括Wnt經典信號通路( Wnt /β-catenin 信號通路) 和非經典信號通路[16]。在經典信號通路中，β-catenin是Wnt的下游信號分子，當此途徑被激活后，分泌到胞外的Wnt蛋白與受體蛋白結合形成復合物，信號轉導至胞質內，使末端磷酸化的β-catenin在胞質內蓄積并進入核內，激活轉錄因子，最終通過引起某些特定基因的表達增強或減弱而發揮其功能[17]。在肝纖維化過程中，被異常激活的Wnt 信號主要通過Wnt /β-catenin通路調節HSCs的活化與增殖，進而參與肝纖維化的發生發展。研究發現，當應用Wnt信號拮抗劑、miRNA、siRNA 等方法阻斷或抑制Wnt /β-catenin通路時，HSCs的活性也受到抑制[18]。

2.4 Integrin β1 信號通路 整合素(Integrin)是由α(120～185kD)和β(90～110kD)兩個亞單位組成的異源二聚體跨膜受體蛋白，迄今已發現18種α亞單位和9種β亞單位，其中Integrinβ1主要介導細胞與細胞外基質成分之間的粘附，并介導細胞與細胞外基質之間的雙向信號傳導。HSCs表達兩種類型的膠原受體，即Integrin和盤狀結構域受體酪氨酸激酶(DDRs)，當收到來自ECM成分的信號后，每一種類型的膠原受體都可以調控細胞的粘附、分化、增殖和遷移。Integrin也能夠控制TGF-β的釋放和激活，可以作為一個抑制TGF-β激活的潛在細胞表面靶點。在CCl4誘導的肝纖維化模型中，HSCs特定敲除整合素后，小鼠的肝纖維化明顯減輕，在腎臟和肺纖維化模型中也有相同的表現[19]。Integrinβ1也調控活化HSCs的促纖維化亞型，絲氨酸/蘇氨酸激酶PAK1和Yes相關蛋白1(YAP1)是促纖維化Integrin β1 信號通路中的中心介質[20]，DDRs是其受體酪氨酸激酶，在急性肝損傷時，通過DDRs結合的膠原大大增加，同時也導致更嚴重的肝纖維化。

2.5 Hedgehog信號通路 Hedgehog信號通路主要由Hedgehog配體、PTC和SMO兩個跨膜受體以及下游的GLI家族轉錄因子(GLI1、GLI2、GLI3)組成，其活性與HSCs的活化密切相關，在肝纖維化過程中扮演著非常重要的角色。在HSCs活化過程中，首先是通過自分泌、旁分泌或內分泌機制分泌的Hedgehog配體自我活化 ，剪切掉自身C-末端，然后與膽固醇共價結合，活化為具有信號轉導功能的蛋白，再進一步與跨膜受體PTC結合。隨著Hedgehog配體與PTC受體結合的增加，SMO蛋白被激活，激活的SMO蛋白進入細胞內，促進核內GLI2的積聚，GLI2再激活核內GLI1，從而啟動靶基因的轉錄?；罨腉LI還能通過激活PDGF、TGF-β/Smad 等信號通路，促使HCSs活化[22]。此外，瘦素也可通過激活Hedgehog信號通路，來啟動HSCs的活化[23]。有研究發現，使用SMO基因敲除的小鼠構建肝損傷模型，可明顯抑制HSCs活性及肝纖維化的發展[24]，在蛋氨酸-膽堿缺乏飲食誘導的非酒精性脂肪性肝纖維化模型中，與野生型小鼠相比，PTC雜合子小鼠表現出更嚴重的肝纖維化[25]，這些研究數據顯示阻斷Hedgehog信號通路有望成為防治肝纖維化的新策略。

2.6 HSCs活化過程中新興的信號通路 另有一些新興的信號轉導通路，如YAP1信號通路[26]、內皮唾液酸蛋白(Endosialin)信號通路[27]、結構域結合蛋白4(BRD4)信號通路、半乳糖蛋白3(Galectin3)信號通路、GATA結合蛋白4(GATA4)信號通路[28]、骨形態發生蛋白6(BMP6)信號通路[29]、生長停滯特異性蛋白6(GAS6)和受體酪氨酸激酶AXL信號通路[30]等,也參與了HSCs的活化過程，在HSCs活化及肝纖維化過程中發揮著重要作用。

3 結語與展望

綜上所述，HSCs活化過程十分復雜，涉及多種信號分子及多條信號通路，這些信號通路相互交錯、互相影響，共同作用于HSCs活化、增殖及肝纖維化的整個過程。TGF-β/Smad信號和Integrin β1信號主要通過促進誘導Ⅰ型和Ⅲ型膠原的合成，進而促進肝纖維化的發生，Wnt /β-catenin 信號主要調控HSCs的生長、增殖和遷移，從而促進HSCs的活化，而Hedgehog信號主要通過促進α-SMA的表達來促進HSCs的活化，Hedgehog和Notch信號通路的相互作用也許是HSCs活化的兩條關鍵通路，它們不僅能促進肝纖維化的發生，而且可以促進肝中肌成纖維樣細胞、膽管上皮細胞、肝細胞、肝臟祖細胞等的聚集和增殖，這些細胞可間接分泌致HSCs活化的細胞因子，促進肝纖維化的發生，值得進一步深入研究。雖然目前大多數研究仍局限于體外和動物實驗，涉及的信號通路干擾藥物也大多缺乏細胞特異性，但相信隨著對這些信號通路的深入闡明，必將為肝纖維化的發生機制提供新的認知，繼而研發出臨床上可用于控制及防治肝纖維化的有效途徑和方法。