肝臟再生相關(guān)調(diào)控因子的研究進(jìn)展

劉子榮1，張雅敏2

(1天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院，天津 300192；2天津市第一中心醫(yī)院)

摘要：肝臟再生過(guò)程可分為三個(gè)階段：肝臟再生的啟動(dòng)、肝臟再生的途徑和肝臟再生的終止。調(diào)控因子在肝臟再生過(guò)程中起重要作用,其中大量的細(xì)胞因子(如白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α)、生長(zhǎng)因子(如肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-α)及各種細(xì)胞等均在肝臟的再生過(guò)程中發(fā)揮不同作用。

關(guān)鍵詞：肝臟再生；細(xì)胞因子；調(diào)控因子

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.45.039

中圖分類號(hào)：R322.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81370576)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(14JCYBJC24800)。

通信作者：張雅敏

肝臟具有強(qiáng)大的防御功能和再生能力,當(dāng)各種原因(手術(shù)、創(chuàng)傷、中毒、感染、壞死等)造成肝損傷后,殘存肝組織可迅速再生恢復(fù)至原有體積和重量,以保持最佳的肝重/體質(zhì)量比,最終達(dá)到肝組織結(jié)構(gòu)的重建及肝功能恢復(fù)。肝臟再生參與的細(xì)胞種類與肝受損的程度(包括炎癥、纖維化)密切相關(guān)。肝臟輕度損傷時(shí),主要由肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞增殖修復(fù)損傷,而肝臟受到嚴(yán)重?fù)p傷且肝細(xì)胞再生障礙時(shí),肝組織就會(huì)啟動(dòng)干細(xì)胞增生反應(yīng),由于肝細(xì)胞和干細(xì)胞對(duì)損傷的反應(yīng)不同,可能存在因子和信號(hào)途徑的特異性調(diào)控。肝臟再生過(guò)程可分為三個(gè)階段：肝臟再生的啟動(dòng)、肝臟再生的途徑和肝臟再生的終止[1]?，F(xiàn)將這三個(gè)階段所涉及的相關(guān)調(diào)控因子進(jìn)展情況進(jìn)行綜述。

1肝臟再生啟動(dòng)相關(guān)調(diào)控因子

肝臟再生發(fā)生時(shí)，肝細(xì)胞需具備再生的能力才能進(jìn)入細(xì)胞周期，且細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)與肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-α和肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子(EGFR)等其他生長(zhǎng)因子相關(guān)。這一過(guò)程稱為肝臟再生的啟動(dòng)[2]。

肝臟再生經(jīng)歷多個(gè)階段，在啟動(dòng)階段的早期，大量的細(xì)胞周期相關(guān)基因各自表達(dá)，如調(diào)控腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL的相關(guān)基因[3～5]。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)TNF-α和IL-6均是從Kupffer細(xì)胞合成釋放的，均能接受來(lái)自肝臟(如脂多糖)或外界環(huán)境的刺激以啟動(dòng)肝臟再生。缺乏TNF-α和IL-6受體的大鼠在行部分肝切除術(shù)后，肝細(xì)胞DNA的合成呈抑制狀態(tài)。然而在部分肝切除前給予一個(gè)劑量的IL-6后上述缺陷就能得到糾正[5，6]。

脂多糖是先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，其與脂多糖受體在v細(xì)胞內(nèi)結(jié)合后刺激炎癥趨化因子及TNF-α、IL-6等細(xì)胞因子產(chǎn)生[7，8]。同時(shí)補(bǔ)體3a和5a亦在Kupffer細(xì)胞內(nèi)與受體結(jié)合從而刺激TNF-α、IL-6的釋放，共同啟動(dòng)部分肝切除后及其他肝臟損傷后肝的再生[9]。細(xì)胞外基質(zhì)的重塑對(duì)肝臟再生的啟動(dòng)有重要作用。當(dāng)血液中大量釋放的TGF-β1被α2-免疫球蛋白抑制和滅活后，細(xì)胞外基質(zhì)激活HGF釋放來(lái)改變有絲分裂原及有絲分裂抑制劑間的平衡，以啟動(dòng)肝臟的再生功能[10]。

其他因素，像β-鏈蛋白[11]和肝細(xì)胞核Notch-1胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域均參與了肝臟再生的啟動(dòng)過(guò)程，它們一般在肝部分切除術(shù)后15～30 min內(nèi)表達(dá)出現(xiàn)，但由于這些蛋白的表達(dá)受到核糖核酸(RNA)的干擾[12]，因此對(duì)肝臟再生的應(yīng)答反應(yīng)很弱。

2肝臟再生途徑相關(guān)調(diào)控因子

2.1細(xì)胞因子依賴途徑因子 研究[13]表明肝臟再生有細(xì)胞因子依賴和非細(xì)胞因子依賴兩種重要途徑，且有大量的相關(guān)蛋白參與該過(guò)程。細(xì)胞因子依賴途徑依賴IL-6、TNF-α及其他細(xì)胞因子如IL-1等共同參與完成[14]。IL-6與其受體(IL-6R)結(jié)合，IL-6R又與2個(gè)亞單位的糖蛋白130(GP)結(jié)合，從而激活酪氨酸激酶(JAK)活性；激活的JAK通過(guò)磷酸化激活信號(hào)傳導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄激活子-3(STAT-3)，活化的STAT-3 改變核的位置并激活目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。同時(shí)GP130-IL-6R復(fù)合體亦可通過(guò)活化絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)引起瀑布式的反應(yīng)，促進(jìn)肝細(xì)胞的增殖[15]。雖然目前為止確切的機(jī)制尚不明確，但有證據(jù)表明JAK能活化含酪氨酸磷酸酶的SH2結(jié)構(gòu)域，并能促進(jìn)生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2-SOS的釋放。然后，生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2-SOS再通過(guò)活化Ras系統(tǒng)進(jìn)而激活Ras-MAPK-ERK(細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶)[16]?？梢?jiàn)，在肝臟再生期間，IL-6通過(guò)GP130-IL6R復(fù)合體可活化STAT3和MAPK信號(hào)通路[13]，這兩條信號(hào)通路對(duì)促進(jìn)細(xì)胞周期從G1向S期過(guò)渡必不可少。它們能增強(qiáng)促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程的原癌基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)，于是細(xì)胞周期蛋白增多促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期，到此一個(gè)完整的細(xì)胞復(fù)制周期完成[17]。

TNF-α信號(hào)是部分肝切除術(shù)后另一種正常的細(xì)胞增生反應(yīng)。IL-6受TNF-α的刺激不斷分泌，TNF-α通過(guò)上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子-κB信號(hào)的表達(dá)來(lái)激活I(lǐng)L-6轉(zhuǎn)錄從而增加IL-6的量。TNF-R1基因敲除的小鼠進(jìn)行肝切除術(shù)后，就是由TNF-α和IL-6共同來(lái)糾正DNA 的缺陷[18]。然而，應(yīng)用現(xiàn)有手段并不能檢測(cè)到肝部分切除術(shù)后血液循環(huán)中的TNF-α，提示肝部分切除術(shù)后的TNF-α主要由肝臟本身產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)TNF-α不是必須不可或缺的因子，因其它的配體如淋巴毒素-α亦可通過(guò)與TNF-R1結(jié)合發(fā)出信號(hào)[18]。

在這個(gè)過(guò)程的早期，負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制可誘導(dǎo)多種抑制蛋白的產(chǎn)生，包括TGF-β、纖溶酶原激活物抑制劑(AI)、細(xì)胞信號(hào)抑制因子-3和p27及其它的依賴性激酶抑制因子，這些抑制蛋白降低了STAT-3的表達(dá)，抑制了IL-6信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[13,19]。

2.2非細(xì)胞因子依賴(生長(zhǎng)因子依賴)途徑因子在肝臟再生期間，非細(xì)胞因子依賴途徑能明顯促進(jìn)細(xì)胞增殖，同時(shí)受生長(zhǎng)因子和有絲分裂原的調(diào)節(jié)。如HGF和EGFR均是重要的促生長(zhǎng)因子，能驅(qū)動(dòng)肝臟再生期間細(xì)胞周期的進(jìn)程[18]。

HGF是由肝臟及其他組織的非實(shí)質(zhì)細(xì)胞尤其是星形細(xì)胞產(chǎn)生，通過(guò)旁分泌和內(nèi)分泌的方式維持肝細(xì)胞的生長(zhǎng)和功能。HGF能調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的有絲分裂、無(wú)絲分裂及細(xì)胞形態(tài)等多個(gè)進(jìn)程，同時(shí)亦是培養(yǎng)肝細(xì)胞的強(qiáng)力促分裂增殖劑。部分肝切除術(shù)后或肝損傷后，HGF前體或促HGF被蛋白酶-尿激酶纖維蛋白溶酶原激活劑和其效應(yīng)器尿激酶纖維蛋白溶酶原迅速的激活，然后HGF通過(guò)與其受體c-Met結(jié)合，活化包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2(ERK)、磷脂酰肌醇-3-羥基酶(PI3K)、S6激酶和蘇氨酸激酶的信號(hào)通路[14]，從而促進(jìn)肝細(xì)胞的再生修復(fù)過(guò)程。同時(shí)，HGF/C-Met信號(hào)還有保肝的作用，防止肝細(xì)胞的凋亡。

與EGFR相結(jié)合的配體家族包括EGF、TGF-α、肝素結(jié)合EGF(HB-EGF)和調(diào)節(jié)蛋白(AR)。EGF是培養(yǎng)肝細(xì)胞的促分裂增殖劑，給健康完整動(dòng)物注入后能引起肝細(xì)胞的分裂增殖。血漿中的兒茶酚胺包括腎上腺素和去甲腎上腺素迅速升高亦可刺激十二指腸腺產(chǎn)生大量的EGF[17]。EGF雖經(jīng)門靜脈后逐漸被肝臟吸收利用，但肝部分切除術(shù)后門靜脈EGF的濃度仍無(wú)法測(cè)量估計(jì)[17]。TGF-α mRNA在肝臟中的主要作用是刺激肝細(xì)胞的分裂增殖，其在正常的肝臟中表達(dá)很少，但在肝部分切除術(shù)后，TGF-α mRNA表達(dá)逐漸增多[20]。過(guò)度表達(dá)TGF-α的轉(zhuǎn)基因小鼠表現(xiàn)出活躍的肝細(xì)胞增殖，并最終發(fā)展成癌癥。然而，TGF-α基因敲除小鼠卻未表現(xiàn)出肝臟再生的缺陷，這很可能是與EGF家族配體間的部分重疊有關(guān)[21]。肝部分切除術(shù)后，HB-EGF的表達(dá)要早于HGF和TGF-α，且HB-EGF轉(zhuǎn)基因小鼠的肝臟定向生長(zhǎng)，能增強(qiáng)肝臟的再生。AR對(duì)肝臟的再生有重要作用，當(dāng)小鼠AR缺乏時(shí)，肝臟的再生明顯受抑[22]。

2.3細(xì)胞因子依賴性途徑與非細(xì)胞因子依賴性途徑間的相互作用因子在肝臟再生的過(guò)程中，細(xì)胞因子依賴性與非細(xì)胞因子依賴性兩種途徑通過(guò)普遍的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子比如ERKHE和氨基端激酶(JNK)、轉(zhuǎn)錄因子(比如AP-1和C/EBPβ)和其他的分子(比如胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白1(IGFBP1)相互聯(lián)系，共同指導(dǎo)肝切除后的損傷及再生與修復(fù)[13]。如TNF-α和HGF均可以活化JNK和MAPK-ERK兩條通路，它們能誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和cyclin D1表達(dá)，其中cyclin D1是肝臟再生重要的門戶蛋白[23]。其次IL-6/TNF-α和HGF兩條通路還都能正向調(diào)節(jié)異二聚體AP-1等轉(zhuǎn)錄因子的活性。AP-1活性是許多肝臟再生應(yīng)答蛋白激活所必需的，且AP-1與STAT-3結(jié)合能增加肝臟基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而保證肝臟再生的順利進(jìn)行[24]。第三，IL-6與HGF之間另一種交集的可能是IGFBP1基因的校準(zhǔn)。IGFBP1在活體內(nèi)編碼了促有絲分裂和肝保護(hù)蛋白，這些蛋白可能被IL-6調(diào)節(jié)表達(dá)增加，或可能被HGF調(diào)節(jié)表達(dá)增加(在體外研究證實(shí))[25]。

細(xì)胞因子與生長(zhǎng)因子之間另一種非常重要的聯(lián)系就是細(xì)胞因子(例如TNF-α)對(duì)金屬蛋白酶的激活。肝部分切除術(shù)后，許多金屬蛋白酶活性增強(qiáng)[26]，其中有一種叫TGF-α轉(zhuǎn)化酶(TACE,也被稱為ADAM17)。TNF-α可激活TACE，活化的TACE將TGF-α前體錨定于細(xì)胞膜上，然后TGF-α釋放、激活并與EGFR結(jié)合刺激培養(yǎng)肝細(xì)胞的分裂增殖。

3肝臟再生終止相關(guān)調(diào)控因子

肝臟的大小是受限制的，且與機(jī)體對(duì)肝臟功能的需要有關(guān)。TGF-β及其同族成員如激活素是人們眾所周知的肝臟內(nèi)抗增生的因子。TGF-β由肝星形細(xì)胞產(chǎn)生，且能明顯抑制肝臟的再生。同時(shí)TGF-β亦是肝培養(yǎng)細(xì)胞的抑制增殖劑，對(duì) HGF的產(chǎn)生、激活及尿激酶的表達(dá)均成負(fù)性調(diào)節(jié)[17]。激活素對(duì)肝細(xì)胞的有絲分裂有抑制作用，當(dāng)其在肝臟再生時(shí)的細(xì)胞受體水平降低時(shí)，相應(yīng)的信號(hào)效應(yīng)亦會(huì)減弱，但一旦肝臟的再生終止，其細(xì)胞受體水平就會(huì)重新修復(fù)[27]。細(xì)胞外基質(zhì)(額外的體外基質(zhì)如來(lái)自EHS肉瘤的膠原蛋白凝膠或提取物)亦可抑制細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)肝培養(yǎng)細(xì)胞的分化[28]。學(xué)者們推測(cè)細(xì)胞外基質(zhì)與肝竇毛細(xì)血管網(wǎng)間的重組產(chǎn)生了終止肝臟再生進(jìn)程的抑制信號(hào)。其可能是由整合蛋白直接傳遞信號(hào)，亦可能是通過(guò)TGF-β(與重新合成的核心蛋白多糖結(jié)合發(fā)揮抑制效應(yīng))誘導(dǎo)傳遞信號(hào)。此外，TGF-β亦能刺激細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生和肝竇內(nèi)皮細(xì)胞的形成，從而增強(qiáng)HGF和TGF-β1的結(jié)合能力，使肝細(xì)胞恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入到G0期[17]。

細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子(SOCS)是重要的細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)調(diào)節(jié)物，其可抑制STAT蛋白酪氨酸磷酸化。SOCS直接與磷酸化的JAK激酶相互作用抑制STAT3的激活。實(shí)驗(yàn)表明，肝臟里的IL-6信號(hào)能促進(jìn)SOCS的快速表達(dá)，此與后來(lái)磷酸化的STAT3表達(dá)減少有關(guān)[29]。

Hippo激酶信號(hào)級(jí)聯(lián)是一個(gè)生長(zhǎng)抑制通路，其可拮抗轉(zhuǎn)錄輔助因子YAP(Yes-相關(guān)蛋白)，最終控制肝細(xì)胞的增殖。YAP過(guò)度表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠肝細(xì)胞會(huì)無(wú)限的分裂增殖，導(dǎo)致大量的肝細(xì)胞增生和癌變，而Hippo激酶可抑制YAP的過(guò)度表達(dá)，最終使肝臟恢復(fù)到其原來(lái)正常的體積大小。

綜上所述，有效的肝臟再生過(guò)程需100多種基因的激活及種調(diào)控因子的參與，肝細(xì)胞再生機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)課題。從目前的研究來(lái)看，大量的細(xì)胞因子(如IL-6和TNF-α)、生長(zhǎng)因子(如肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子和TGF-α)及各種細(xì)胞等通過(guò)自分泌或旁分泌的途徑作用于肝細(xì)胞，共同完成肝臟再生過(guò)程[31]。對(duì)于該領(lǐng)域更進(jìn)一步的研究可以幫助人們找到更好治療肝臟疾病的方法，從而改善晚期肝臟疾病患者的預(yù)后。

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