瘦素對肝星狀細胞活化的調控及其在肝纖維化進展中的作用

王瓊，詹江華

肝纖維化是機體對多種病因引起的慢性肝損傷的一種修復反應，主要表現為肝組織內細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的過度增生與沉積。如不及時治療，可能導致肝硬化、肝功能衰竭，甚至肝癌的發生［1］。盡管目前研究者對肝纖維化的形成機制進行了較深入的研究，但是依舊缺乏有效的治療措施。肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSCs）在肝纖維化中發揮著核心作用，活化的HSCs是肝纖維化時ECM的主要來源，是否可以通過調控HSCs的活化從而為臨床治療肝纖維化提供潛在的治療策略一直受到廣泛關注。瘦素是一種主要由白色脂肪組織分泌的蛋白質類激素。瘦素可以促進HSCs活化而發揮促纖維化作用［2］。本文主要就瘦素與HSCs活化相關信號通路及分子在肝纖維化發生與演進中的作用進行綜述。

1 瘦素

瘦素是ob基因編碼的、由167個氨基酸組成的一種分泌型蛋白質，分子質量約為16 ku［3］。主要由白色脂肪組織產生，其分泌量與脂肪組織含量呈正相關，然而其他部位，如胎盤、骨骼肌、胃底以及激活的HSCs也可分泌［4］。瘦素需要與其受體結合而發揮作用。瘦素受體（ob-R）屬于Ⅰ類細胞因子受體家族，可分為ob-Ra、ob-Rb、ob-Rc、ob-Rd、ob-Re和ob-Rf亞型，其中ob-Rb為長型受體，其余為短型受體［5］；而ob-Ra和ob-Rb是ob-R的2種主要形式。短型受體ob-Ra分布于多種器官，如肝臟和胃腸道等，盡管它可以與配體正常結合，但卻不具備完整的信號傳導功能；而長型受體（ob-Rb）因有完整的胞內結構域而具有完整的信號傳導功能，是ob最主要的功能受體，主要分布在下丘腦和一些外周組織（如T淋巴細胞和HSCs）［4］。瘦素的主要生物功能是調節食物攝入和能量消耗，同時也有調節免疫系統、生殖系統以及誘導腫瘤發生等多種功能。

2 HSCs

HSCs于1876年由Kupffer首次發現，其位于肝竇內皮細胞與肝細胞之間的狄氏腔內，約占所有肝臟駐留細胞的10%。其胞內富含維生素A（VitA）和三酰甘油的脂質小泡，是VitA的主要貯存場所。正常情況下HSCs處于非增殖、靜止的狀態，肝損傷后可被激活。激活的HSCs胞質中脂滴逐漸消失，VitA含量減少，細胞增殖率增加，轉分化為具有增殖性、成纖維性和收縮性的肌成纖維細胞，并釋放一系列促炎因子和促纖維化因子，產生大量ECM，而ECM過度增生與異常沉積最終導致肝纖維化；其中α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscleactin，α-SMA）的表達為HSCs激活的標志［6］。

在各種病因所致的肝纖維化中，肌成纖維細胞是ECM產生的主要來源；其來源于活化的HSCs、門靜脈成纖維細胞、骨髓源性細胞以及肝實質來源的細胞經過上皮-間質轉換（epithelial-mesenchymal transformation，EMT）等多種途徑；但是活化的HSCs是其主要來源［1］。不論哪種原因引起的肝纖維化，HSCs都起到了至關重要的作用。

3 瘦素與HSCs活化的相關信號通路

瘦素與HSCs活化的相關信號通路主要包括Janus激酶2（JAK2）∕信號轉導子和轉錄激活子3（STAT3）信號通路、磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）∕蛋白激酶B（Akt）信號通路、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路。此外，近年來還發現了一些新的通路，如Hedgehog信號通路、轉化生長因子（TGF）-β1∕Smad信號通路、Wnt∕β-連環蛋白（Wnt∕β-catenin）信號通路，瘦素通過上述信號通路發揮調節肝臟纖維化的作用。

3.1 JAK2∕STAT3信號通路 瘦素的信號傳遞主要通過JAK∕STAT通路［3］，而JAK2∕STAT3是瘦素調控HSCs活化的重要信號通路。當瘦素與ob-Rb結合后，可改變ob-Rb二聚體的構象，通過轉磷酸作用活化胞內與ob-Rb偶聯的JAK2，同時磷酸化ob-Rb胞內的酪氨酸殘基（Tyr985、Tyr1077和Tyr1138），其中主要是磷酸化的Tyr1138招募細胞質中的STAT3，使其磷酸化并且二聚化，轉移進入核內發揮其轉錄因子的功能。Xiang等［7］通過對小鼠及人體HSCs研究發現，肝白血病因子（hepatic leukemia factor，HLF）可以通過上調白細胞介素-6（IL-6）的表達促使STAT3磷酸化而激活HSCs。Tang等［8］研究表明STAT3對TGF-β1促進HSCs的活化和轉分化起正向調控作用。Choi等［9］先用TGF-β1活化C57BL∕6小鼠分離的HSC以及人HSCLX-2細胞，隨后加入STAT3抑制劑STX-0119，PCR定量檢測結果顯示，Ⅰ型膠原α1（COLIA1）和α-SMA的mRNA表達與未經STX-0119處理時相比均降低。以上研究均說明STAT3對HSCs活化發揮著重要作用，同時也提示瘦素誘導的JAK2∕STAT3信號通路的激活對HSCs活化可能起促進作用。

3.2 PI3K∕Akt信號通路 PI3K由調節亞基p85和催化亞基p110構成，主要位于胞質內。Akt又被稱為蛋白激酶B（PKB），是一種絲氨酸∕蘇氨酸（Ser∕Thr）激酶，可以通過催化自身絲氨酸473（Ser473）和蘇氨酸308（Thr308）位點的磷酸化被激活。研究發現瘦素可以激活PI3K∕Akt信號通路，瘦素與其受體結合后，通過調節SH2B銜接因子蛋白1（SH2B1）將胰島素受體底物（IRS）募集到JAK2，從而促進IRS磷酸化和隨后的PI3K活化，活化的PI3K聚集到細胞膜上，將二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化生成三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3），而PIP3作為第二信使可與Akt的PH結構域結合，導致Akt構象發生改變而磷酸化，活化的Akt可以調控下游多種靶基因，發揮生物學功能［10-11］。研究表明PI3K∕Akt∕mTOR信號通路可以調控肝纖維化過程中HSCs的自噬和激活［12］。Cao等［13］研究發現瘦素可以通過PI3K∕Akt通路誘導叉頭框轉錄因子O亞族1（FoxO1）磷酸化而抑制HSCs中miR-122啟動子活性，而miR-122可以抑制HSCs增殖，減少ECM的產生。同時，活化的Akt還可以通過激活下游靶蛋白核轉錄因子（NF）-κB抑制活化的HSCs凋亡而發揮促纖維化作用［14-15］。有研究表明瘦素可以通過PI3K∕Akt信號通路使下游靶蛋白c-Jun磷酸化，磷酸化的c-Jun增強了與甲硫氨酸腺苷轉移酶2B（MAT2B）啟動子的結合，促使DNA甲基化的發生以及HSCs的激活［16］。

3.3 MAPK信號通路 MAPK家族的信號通路主要包括細胞外信號調節蛋白激酶（ERK）、c-Jun N端激酶（JNK）∕應激激活的蛋白激酶（SAPK）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）以及絲裂原活化蛋白激酶激酶1∕細胞外信號調節激酶5（BMK1∕ERK5）等4條途徑。其中，已知瘦素介導影響HSCs活化的信號通路有ERK、JNK∕SAPK、p38 MAPK信號通路。

3.3.1 ERK信號通路 ERK信號通路是MAPK信號通路中最經典，也是研究最深入的信號通路。在ERK通路激活過程中，瘦素與ob-Rb結合后使JAK2磷酸化，進一步使蛋白酪氨酸磷酸酶（SHP-2）羧基端酪氨酸被磷酸化激活，與其效應分子生長因子受體結合蛋白2（Grb-2）相結合，活化信號分子絲裂原活化蛋白激酶激酶1∕2（MEK1∕2），激活的MEK1∕2磷酸化ERK1∕2后使其激活，磷酸化的ERK1∕2可直接調節下游靶基因的表達而發揮作用［17］。Jeng等［18］發現當發生短期肝損傷時，ERK2-∕-小鼠和野生型（WT）小鼠相比，肝纖維化程度低，α-SMA表達少。Wang等［19］通過體外實驗研究發現愛帕琳肽（Apelin）可以通過ERK1∕2信號通路上調人HSCLX-2細胞中COLIA1和α-SMA的表達，但加入ERK1∕2抑制劑PD98059處理后該現象消失。以上研究均說明激活的ERK信號通路在HSCs的活化中發揮著重要作用。過氧化物酶體增殖物激活受體-γ（peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARγ）與抑制肝纖維化有關。PPARγ表達及活性增加可能促使活化HSCs恢復靜息狀態，與細胞因子共同調控HSCs的活化及ECM的生成。Xie等［20］研究發現瘦素可以通過ERK1∕2信號途徑上調靶蛋白早期反應生長因子1（early growth responsive gene-1，Egr-1）的表達而使PPARγ表達減少，促進肺動脈平滑肌細胞增殖。以上提示在肝纖維化中，瘦素也可以通過激活ERK1∕2信號通路下調PPARγ的表達，可能對HSCs活化起正性調控作用，但瘦素如何通過激活ERK1∕2信號通路而下調PPARγ的表達仍不明確。

3.3.2 JNK和p38信號通路 除ERK信號通路外，JNK和p38信號通路也可以調控HSCs的活化。龍翠珍等［21］研究發現大麻素受體2激動劑AM1241能抑制TGF-β1誘導的大鼠HSC-T6的活化并促進其凋亡，從而發揮抗纖維化作用，其作用機制可能與JNK通路有關。Liu等［22］研究發現桔梗皂苷D可以通過激活JNK信號途徑促使HSCs發生自噬和凋亡而抑制其活化。由此可見，JNK信號通路對HSCs活化可能產生雙重調控作用，即促進或抑制HSCs活化。也有研究發現瘦素可以激活JNK信號通路［23］。固醇調節元件結合蛋白-1c（SREBP-1c）在抑制HSCs活化過程中起關鍵作用［24］。Yan等［25］研究發現瘦素可通過激活p38 MAPK信號通路抑制SREBP-1c的表達而促進HSCs的活化，并上調COLIA1的表達。

3.4 Hedgehog信號通路 Hedgehog信號通路在HSCs的活化過程中扮演著非常重要的角色。Hedgehog信號通路的激活是通過配體Hh與跨膜蛋白Ptch結合，進而解除Ptch對另一跨膜蛋白Smo的抑制作用，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。活化的Gli可以通過激活下游靶蛋白如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）以及Yes相關蛋白（Yes associated protein，YAP）等促纖維化因子促使HSCs活化，還可以通過激活血小板衍生因子（platelet-derived growth factor，PDGF）以及TGF-β∕Smad等信號通路促使HSCs活化，而瘦素可以激活Hedgehog信號通路并對HSCs活化產生重要影響。Xie等［26］通過體外實驗發現在WT小鼠和瘦素基因缺陷型（ob∕ob）小鼠的HSCs轉分化為肌成纖維細胞的過程中，相比ob∕ob小鼠，WT小鼠HSCs在轉分化過程中伴隨著Hh靶基因產物（Ptc、Gli1、Gli2）表達明顯增加。Choi等［27］研究發現，瘦素可以通過激活Hedgehog信號通路，促進HSCs發生EMT，并誘導HSCs向肌成纖維細胞轉化，從而促進ECM的產生，導致肝纖維化。以上研究表明瘦素誘導的Hedgehog信號通路在HSCs活化中發揮著重要作用。

3.5 TGF-β1∕Smad信號通路 TGF-β1是在肝纖維化進程中最重要的促纖維化細胞因子。TGF-β1∕Smad信號通路是TGF-β1信號轉導調控HSCs活化的主要途徑，在肝纖維化的發生發展中具有十分重要的意義。曾有文獻報道在肝纖維化進程中，瘦素可以上調TGF-β1的表達，并且其機制可能是通過激活HSCs而促使TGF-β1的表達增加［28］。之后，Briffa等［29］研究發現在近端腎小管上皮細胞中瘦素也可以上調TGF-β1表達。由此推測瘦素可以提高TGF-β1的表達水平并進一步激活TGF-β1∕Smad信號通路，從而對HSCs活化起到促進作用。同時，信號通路之間也可以相互串擾，相互影響。有研究發現在膽道閉鎖肝纖維化中，p38、ERK1∕2通過對TGF-β1信號通路的蛋白磷酸化及核易位起正向調控作用，促進肝纖維化的形成［30］。瘦素可以激活p38、ERK1∕2信號通路，提示瘦素介導的p38、ERK1∕2以及TGF-β1∕Smad信號通路可能相互關聯，共同調控HSCs的活化。

3.6 Wnt∕β-catenin信號通路 Wnt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。Wnt∕β-catenin途徑的激活與HSCs的活化及肝纖維化的發生發展有密切關系。Cheng等［31］研究發現瘦素可以通過激活HSCs中Wnt∕βcatenin信號通路而上調甲硫氨酸腺苷轉移酶2A（MAT2A）表達，促使DNA甲基化的發生以及HSCs的激活。Zhai等［32］研究發現瘦素可以通過βcatenin信號途徑抑制小鼠HSCs中SREBP-1c的表達，上調α-SMA和COLIA1的表達。

4 瘦素與HSCs活化相關的其他分子

肝纖維化的發生發展以及HSCs的活化是一個復雜的過程，涉及到大量相關分子的參與。除以上提到分子外，血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）以及去甲腎上腺素（NE）對HSCs活化也起到了非常重要的作用。Li等［33］在體外培養分離大鼠的HSCs中加入AngⅡ，孵育24 h后發現AngⅡ組與對照組相比，HSCs數量明顯增加，α-SMA表達亦增多，而使用AngⅡ受體阻滯劑后該現象消失，進一步證實了AngⅡ可以促進HSCs的活化。而瘦素可以促進AngⅡ分泌［34］。由此推測瘦素可以通過上調AngⅡ的表達而促進HSCs活化。有研究表明AngⅡ也可以誘導瘦素分泌，提示瘦素與AngⅡ可以相互作用，共同促進HSCs的活化，影響肝纖維化的產生和發展［35］。有研究表明NE可以促進活化的HSCs增殖而參與肝纖維化的進程，但是此過程不需要瘦素參與［36］；而劉娜等［37］通過實驗發現，NE作用于HSCs后，瘦素和可溶性瘦素受體蛋白以及mRNA表達均明顯增高，提示NE介導了HSCs中瘦素的表達，從而參與肝纖維化。

5 小結與展望

綜上所述，瘦素對HSCs活化的調控在肝纖維化的發生發展過程中扮演著非常重要的角色。在肝纖維化過程中，瘦素可以通過相關信號通路以及分子調控HSCs活化。然而在瘦素誘導的與HSCs活化相關的信號通路中，部分傳導途徑比較明確，如JAK2∕STAT3、PI3K∕Akt和MAPK信號通路，部分仍不太明確，如Hedgehog、TGF-β1∕Smad和Wnt∕β-catenin信號通路，需進一步研究。同時，由于信號通路本身錯綜復雜，各信號通路中關于HSCs活化的靶蛋白以及如何發揮作用的具體機制也需要進一步探討。對瘦素參與HSCs活化過程具體機制的深入研究將會為控制肝纖維化發生發展提供新思路。