FoxO1轉錄因子與肝纖維化的關系研究進展

廖丹 錢波 徐敏

[摘要] FoxO1作為叉頭轉錄因子家族中的成員，能夠促進肝細胞糖異生基因的表達，同時促進ApoC-Ⅲ的表達，形成非酒精性脂肪肝病導致肝纖維化；FoxO1通過調節自噬基因的表達及參與肝星狀細胞自噬來調節肝纖維化；FoxO1能通過參與肝星狀細胞細胞周期阻滯而調節肝纖維化；PDGF因子可以通過調節FoxO1表達參與肝星狀細胞的活化而調節肝纖維化；FoxO1通過參與脂肪細胞、肌纖維細胞的分化來調節肝纖維化的形成。本文將從上述方面闡述FoxO1與肝纖維化的關系進行綜述。

[關鍵詞] FoxO1；肝纖維化；肝星狀細胞；糖脂代謝；自噬；細胞周期阻滯；細胞分化

[中圖分類號] R575.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2019）05（a）-0054-04

Advances in the relationship between FoxO1 transcription factors and liver fibrosis

LIAO Dan1 QIAN Bo2 XU Min1

1.Department of Gastroenterology， Shanghai First People′s Hospital， Nanjing Medical University， Shanghai 200080， China； 2.Department of Internal Medicine， Maternal and Child Health Hospital of Jiangsu Province， Jiangsu Province， Qidong 226200， China

[Abstract] FoxO1， as a member of the forkhead transcription factor family， can promote the expression of gluconeogenesis genes in hepatocytes， and promote the expression of ApoC-Ⅲ to form liver fibrosis caused by nonalcoholic fatty liver disease； FoxO1 regulates the expression of autophagy genes. Participate in autophagy of hepatic stellate cells to regulate liver fibrosis； FoxO1 can participate in hepatic stellate cell cycle arrest to regulate liver fibrosis； PDGF factor can regulate FoxO1 expression involved in hepatic stellate cell activation and regulate liver fibrosis； FoxO1 participates in fat differentiation of cells and myofibroblasts regulates the formation of liver fibrosis. This article will review the relationship between FoxO1 and liver fibrosis in the above aspects.

[Key words] FoxO1； Liver fibrosis； Hepatic stellate cells； Glycolipid metabolism； Autophagy； Cell cycle arrest； Cell differentiation

流行病學資料表明[1]，肝硬化影響全球數億人，它占全世界成年人死亡的常見原因的第14位（肝硬化導致每年死亡約103萬人）。而肝纖維化是慢性肝病向肝硬化發展的中間環節，并且肝纖維化是可逆的。如果能夠阻斷、減輕或逆轉肝纖維化，就能改善慢性肝病的預后。目前研究[2]發現，肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSCs）活化在肝纖維化中具有主導作用，HSCs的持續活化是肝纖維化發生發展過程中的關鍵環節，所以采取有效措施干預HSCs活化對肝纖維化的治療至關重要，然而，FoxO1作為叉頭轉錄因子家族中的成員，受到蛋白質間相互作用和磷酸化、乙酰化、泛素化等翻譯后修飾，與肝纖維化及HSCs有密切的關系。FoxO1主要通過參與肝細胞糖脂代謝、HSCs自噬、HSCs周期阻滯、HSCs分化等來調節肝纖維化。認為對FoxO1深入研究也許是肝纖維化的新切人點，為肝纖維化的發病機制研究帶來了新思路，同時為肝纖維化的分子靶向治療帶來了新的前景，也能改善慢性肝病的預后。

1 肝纖維化的發生機制

肝纖維化是各類致病因素引起肝臟發生損傷-修復反應的結果，其主要病理改變為肝內彌漫性細胞外基質的過度沉積，外基質的合成和降解失衡。在目前的研究中HSCs活化在肝纖維化中具有主導作用，HSCs的持續活化是肝纖維化發生發展過程中的關鍵環節[3-4]。靜止的HSCs富含維生素A脂肪小滴，HSCs吞噬維生素A脂肪小滴提供能力而激活，激活后的HSCs可表達肌原性表型，如a-SMA、肌原性轉錄因子MyoDl0、炎性細胞因子、趨化因子和細胞外基質蛋白。FoxO1可能通過降低自噬相關基因表達，降低HSCs自噬作用，使HSCs的失活終止纖維化[5]。采取有效措施干預HSCs活化對肝纖維化的治療至關重要。

2 FoxO1轉錄因子的自述

fox基因即Forkhead，命名來源于果蠅的“叉頭”突變，是1989年首次發現的[6]。現已經發現100多個Fox基因，全具有Forkhead保守區，FoxO是Fox家族的一個亞群，包括FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6。轉錄因子FoxO1是FoxO家族成員，有一段大約100個氨基酸殘基組成的保守叉頭盒序列。FoxO1是叉頭轉錄因子家族中的成員，受到蛋白質間相互作用和磷酸化、乙酰化、泛素化等翻譯后修飾，主要參與細胞周期阻滯、細胞分化、自噬、糖脂代謝和血管生成等生命過程。FoxO1是磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信號通路的直接下游信號蛋白，FoxO1可以被磷酸化，磷酸化后的FoxO1由胞核轉運至細胞質[7]。FoxO1轉錄因子表達于成人的各組織器官中，包括心、肝、腦、肺、肺、肝、胎盤、前列腺和外周血白細胞等器官[8]，FoxO1轉錄因子在肝臟中參與肝纖維化起了重要的作用。本文主要從IRS-2/PI3K/AKT/ FoxO1信號通路調節糖脂代謝參與非酒精性脂肪肝病的形成；PI3K/AKT/ FoxO1/ Beclin1信號通路調節HSCs自噬參與肝纖維化的形成；FoxO1/ p27kip1、MnSOD信號通路調節HSCs的細胞周期來參與肝纖維化；PDGF/PI3K/AKT/ FoxO1信號通路與HSCs細胞的關系參與調節肝纖維化；FoxO1與脂肪細胞，肌纖維細胞的分化有關參與肝纖維化的形成等幾方面進行綜述。

3 FoxO1與肝纖維化的關系

3.1 IRS-2/PI3K/Akt/ FoxO1信號通路調節糖脂代謝參與非酒精性脂肪肝病的形成

Younossi等[9]估計影像學診斷的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）全球患病率為25%左右。在中國NAFLD的發病率為10%～30%，NAFLD在全球的患病率逐年增加，已成為我國第一大慢性肝臟疾病[10]，與肥胖和糖尿病呈同步增長。根據組織學將其分為兩類：①非酒精性肝病，包括獨立的脂肪變性伴隨或者不伴隨輕度的非特異性炎癥。②非酒精性脂肪性肝炎，與前者最大的差別在于其可出現肝細胞損傷甚至纖維化，被認為是NAFLD一種進展性的亞型。目前認為肥胖及胰島素抵抗是NAFLD的主要原因。當胰島素抵抗時，胰島素受體磷酸化胰島素受體底物（IRS-2）蛋白，IRS-2蛋白激活磷酸肌苷3激酶，磷酸肌苷3激酶又激活AKT[11]。FoxO1是PI3K/AKT信號通路的直接下游信號分子，FoxO1可以被磷酸化，磷酸化后的FoxO1由胞核轉運至細胞質。磷酸化的FoxO1能夠促進糖異生基因葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）的表達，然而G6Pase和PEPCK是糖異生途徑的兩種限速酶，二者表達水平的升高，使得肝葡萄糖產生增多，血糖升高，這種胰島素抵抗可能與非酒精性脂肪肝病有關，最終形成肝纖維化。同時磷酸化的FoxO1可結合到ApoC-Ⅲ啟動子上，促進ApoC-Ⅲ的表達，加重高三酰甘油血癥。磷酸化后FoxO1刺激肝臟MTP表達微粒體三酰甘油轉運蛋白（MTP）是內質網上一種伴侶蛋白，在肝臟極低密度脂蛋白（VLDL）的組裝和產生中發揮重要作用。FoxO1的磷酸化有助于促進肝臟MTP表達和VLDL產生。肝組織內異常增加的脂質（特別是過氧化的脂質）刺激庫弗細胞釋放炎癥介質，促進HSCs激活、增殖、轉化并產生大量細胞外基質，發生肝纖維化乃至肝硬化。這可能部分解釋了許多與當前肥胖流行相關的非酒精性脂肪性肝炎的顯著纖維化和HSCs活化。

3.2 PI3K/Akt/ FoxO1/ Beclin1信號通路調節肝星狀細胞自噬參與肝纖維化的形成

自噬是真核細胞具有的生命現象，細胞自噬是指細胞將自身胞漿蛋白或細胞器包裹形成囊泡，并在溶酶體降解自身成分以維持細胞穩態的過程。目前在腫瘤疾病中的自噬的調控機制廣泛研究，也是肝纖維化基礎和臨床的研究方向。HSCs是自噬消耗細胞內含有維生素A酯的脂滴釋放能量，為啟動和維持HSC的活化表型提供能量。因此，脂滴消失被認為是HSC激活的標志之一[12]。阻止HSCs活化過程中的自噬體和自噬基因的產生，從而起到抗纖維化的作用。自噬相關基因Beclin1在自噬過程中發揮重要作用，PI3K/AKT信號通路是自噬活性調節的信號通路，而PI3K/AKT信號通路的直接下游信號分子是FoxO1，所以FoxO1調控自噬相關基因的表達，而影響自噬活性。自噬的調節對于肝纖維化的形成有巨大意義，抑制FoxO1的表達有可能成為肝纖維化治療新的分子靶點。郭靜等[13]在試驗中證明FoxO1在PCOS患者子宮內膜中表達降低，可能通過降低自噬相關基因Beclin1表達而降低自噬作用，進而促進子宮內膜病變。提示FoxO1可以抑制自噬相關基因Beclin1表達，降低自噬作用FoxO1和自噬相關基因Beclin1在PCOS患者子宮內膜中的表達水平；張悅等[14]研究表明miR-27a可通過靶向抑制FoxO1的表達調控自噬相關蛋白p53、BCL-2、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ水平來抑制胃癌細胞凋亡；徐俊等[15]認為SIRT1-foxo自噬通路可使去乙酰化的自噬相關基因Atg5、Atg7、Atg8的表達產物，直接影響自噬；二是細胞核內的SIRT1通過激活FoxO1誘導自噬。Lodder等[16]數據顯示，暴露于CCl4的Atg5/小鼠肝細胞凋亡增強，強調巨噬細胞自噬是一種額外的肝保護機制，可能有助于其抗纖維化作用。同理可推測核內的FoxO1能通過降低自噬基因的表達來抑制HSCs的活化。有研究[17]報道，在HSC活化過程中，自噬潮增加，通過自噬抑制因子干預自噬可抑制HSCs的活化。

3.3 FoxO1/ p27kip1、MnSOD信號通路調節肝星狀細胞的細胞周期來參與肝纖維化

細胞核內FoxO1可以通過影響細胞周期的靶基因使細胞周期停留在G1期進而抑制HSCs增殖。p27kip1和錳超氧化物歧化酶（MnSOD）被目前認為是FoxOl在細胞中的靶基因[18]。通過流式細胞術分析細胞周期研究發現FoxO1控制細胞增殖的機制。PDGF，胰島素或Δ256-FoxO1誘導細胞積聚在S/G2/M期細胞周期。相反，即使是在PDGF或胰島素治療后，抗磷酸化ADA-FoxO1可導致細胞在G0/G1期積累。這些結果表明，活性（核）FoxO1通過誘導細胞在G1期周期阻滯來抑制增殖[19]。張揚等[20]認為復方中藥CFF-1使前列腺癌細胞周期阻滯在G1期，CFF-1能下調PI3K/AKT活性，降低FoxO1磷酸化水平，最后影響周期相關基因的表達。故活性（核）FoxO1通過誘導HSCs在G1期周期阻滯來抑制增殖。Zhang等[21]認為黃連素明顯抑制CFSC增殖，誘導G1期細胞周期阻滯。其研究結果顯示，小檗堿能顯著降低p21和p27的表達。黃連素還降低了AKT磷酸化和FoxO1磷酸化，導致FoxO1核易位。黃連素能有效地預防CCl4誘導的小鼠肝纖維化，從而減少活化的肝細胞數量。因此，黃連素可以通過抑制肝星狀細胞的增殖來預防肝纖維化。

3.4 PDGF/PI3K/Akt/ FoxO1信號通路與肝星狀細胞細胞的關系參與調節肝纖維化

HSCs活化可分為兩個主要階段：起始期和持續期。HSCs活化的起始期是指肝損傷后鄰近細胞旁分泌刺激引起的基因表達和表型的早期變化。持續暴露于旁分泌細胞因子和自分泌細胞因子[如轉化生長因子β和血小板衍生因子（PDGF）]可導致HSCs的長期存在，并導致細胞外基質的產量增加。目前認為血小板衍化生長因子是激活HSCs細胞因子之一，是HSCs最強的促有絲分裂劑[22]。PDGF可激活PI3K/Akt信號轉導通路，而該通路調節的下游轉錄因子是FoxO1，故FoxO1能參加HSC的激活形成肝纖維化。PDGF能通過PI3K/Akt信號通路使FoxO1磷酸化導致FoxO1的亞細胞分布發生改。倪達等[23]試驗表明PDGF可促進平滑肌細胞的增殖，且呈明顯的劑量惡化時間依賴關系。PDGF可明顯升高AKT和FoxO1的磷酸化水平。PI3K抑制劑可阻斷PDGF促進平滑肌細胞的增殖和增高AKT和FoxO1磷酸化的作用。PDGF通過激活AKT/FoxO1信號途徑促進血管平滑肌細胞的增殖。

3.5 FoxO1與脂肪細胞，肌纖維細胞的分化有關參與肝纖維化的形成

FoxO因子控制細胞分化，主要包括脂肪細胞和成肌細胞[24-26]。故FoxO1可能參與了造血干細胞的轉分化過程。這些發現增加了造血干細胞從脂肪細胞表型轉分化為肌成纖維細胞表型的可能性。鄒磊等[27]認為組蛋白乙酰轉移酶PCAF通過胰島素通路（PI3K/PDPK1/AKT/FOXO1）參與對脂肪細胞分化的轉錄調控。FoxO1在肝纖維化中對造血干細胞的轉分化和增殖具有重要作用。靜止的HSCs可表達脂肪細胞具有的表型[28-29]，而轉錄活性的FoxO1抑制造血干細胞從脂肪細胞表型轉分化為肌成纖維細胞表型，從而抑制肝纖維化的形成。

4 總結

總之，肝纖維化與糖脂代謝，自噬有關。HSCs在肝纖維化的形成中具有重要地位，FoxOl與HSCs有密切關系，主要是從抑制HSCs細胞周期，和P13K/AKT信號通路參與HSCs激活、增殖和遷移來參與肝纖維化。目前認為FoxO1具有抗肝纖維化作用，對FoxO1深入研究也許是肝纖維化的新切人點，為肝纖維化的分子靶向治療帶來了新的前景。

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（收稿日期：2018-12-25 本文編輯：封 華）