肝星状细胞活化机制的研究进展

肝星状细胞活化机制的研究进展

陶嘉楠

青海大学医学院 810001

摘要：星状细胞活化是肝纤维化的中心环节，活化的星状细胞产生大量的细胞外基质，是纤维化时细胞外基质的主要来源。肝纤维化时，肝脏实质细胞与非实质细胞及细胞因子网络均参与了星状细胞的活化。此外，微小RNA、缺氧、乙肝病毒等也对其有激活作用。本文就肝星状细胞活化机制的研究进展作一综述。

关键词：肝星状细胞；激活；肝纤维化；综述

RESEARCH PROGRESS OF ACTIVATION MECHANISM OF HEPATIC STELLATE CELLS

Abstract：The activation of hepatic stellate cells are key link in hepatic fibrosis,the extracellular matrix that activated hepatic stellate cells generate is main source in hepatic fibrosis.When hepatic fibrosis happened,both liver parenchyma cell、liver nonparenchymal cell and cytokine network lead to the activation of hepatic stellate cells. In addition,some other elements also can activate the hepatic stellate cells,like microRNA、hypoxia、hepatitis B virus etc. In this paper, the research progress of the activation mechanism of hepatic stellate cells was reviewed.

Keywords：hepatic stellate cell；activation;hepatic fibrosis;review

1引言

肝纤维化是各种致病因素导致的肝脏内弥漫性结缔组织异常增生的一种疾病，其主要病理变化为肝内细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的大量沉积，是各种慢性肝病发展到一定程度的共同反应，晚期肝小叶结构改建，假小叶及结节形成，常常进展为肝硬化，严重危害人们的健康。由于肝纤维化时的ECM主要来源于肝星状细胞（hepatic stellate cell,HSC），所以目前普遍认为HSC的活化与增值是肝纤维化的中心环节^[1]，故研究HSC的活化机制可以为将来肝纤维化的治疗提供分子靶点，对逆转和治疗肝纤维化具有重要意义。

肝星状细胞（HSC）又称贮脂细胞（fat-storing cell），位于窦周隙（Disse腔隙）中，占肝脏所有细胞的13%，其主要特征是胞质中有许多较大的脂滴。正常情况下，HSC呈静止状态，它在肝脏中的主要功能是参与维生素A的代谢，储存脂肪。当HSC发生活化时，胞质内的脂滴减少甚至消失，细胞大量表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、波形蛋白及结蛋白这些蛋白具有收缩功能，提示HSC已经开始向肌成纤维细胞（myofibroblast，MBF）转变。另外活化的HSC表达多种细胞因子受体，同时开始增值，合成大量的ECM，促进肝纤维化的发生发展。

2 肝星状细胞的活化机制

肝脏由实质细胞和非实质细胞组成，实质细胞就是肝细胞（hepatocyte,HC）而非实质细胞除了HSC之外主要有肝血窦内皮细胞(liver sinusoidal endothelial cells，LSECs)和枯否氏细胞（kupffer cell，KC）等。病因作用下这些细胞都可以对HSC起到活化作用。另外，细胞因子（cytokine）、微小RNA（miRNA）、缺氧（hypoxia）、乙肝病毒（HBV）等对HSC活化也具有重要作用。下面将依次展开论述。

2.1肝血窦内皮细胞（LSEC）对HSC的激活

LSEC在肝脏非实质细胞中约占50%，它构成了肝血窦的血管壁。在电镜下已分化的LSEC有许多窗孔结构，窗孔直径大约为150nm,占内皮细胞表面的6%到8%^[2] ，而且窗孔大小并非一成不变，它会根据生理功能调节大小^[3]。LSEC窗孔内皮下缺乏完整的基膜（basement membrane，BM），其独特的窗孔结构和不完整的基膜在肝脏实质细胞与血液进行物质交换的过程中具有重要意义。LSEC胞质中有大量的吞饮小泡，有利于对内外源颗粒物和大分子物质的内吞摄取。另外，LSEC表达多种清道夫受体，它可在肝脏kupffer细胞（KC）耗尽或缺乏时直接吞噬大的颗粒。最后，它还可以合成Ⅳ型胶原纤维及纤维结合蛋白（FN）、层黏连蛋白（LN）等各种非胶原基质。

正常情况下，已分化具有窗孔的LSEC产生的NO维持了HSC的静默状态，因为用阻断药阻断LSEC内皮NO合酶(endothelial NO synthase，eNOS)后，HSC即被活化^[4]。病理状态下有以下几种激活机制：第一，在各种致病因子（病毒、酒精、缺氧等）导致肝损伤的早期，LSEC即分泌细胞型FN，其对HSC有激活作用^[5]。发生肝纤维化时，LSEC来源的细胞型FN水平急剧升高，使得局部ECM沉积，激活HSC,使其转化为肌成纤维细胞（MFB），进一步产生大量的ECM。另外，细胞型FN能抑制HSC的凋亡^[6]，从而使能够得以激活的HSC数量增加；第二，在胆管结扎的肝硬化模型中，损伤之后的LSEC合成的纤连蛋白-EⅢA增加，促进了HSC运动^[7]，笔者认为LSEC运动增强后会增大肝纤维化的范围和加快其进程，故这也是一种对HSC的间接激活；第三，损伤之后的LSEC分泌内皮素（endothelin，ET），主要为ET-1，其与HSC的内皮素A受体（ETRA）和内皮素B2受体（ETRB2）结合而活化HSC。同时可使其自分泌ET-1，形成一个正反馈环路，诱导HSC的增殖与活化。

2.2枯否氏细胞（KC）对HSC的激活

KC位于肝血窦内，来源于血液中的单核细胞，又叫肝巨噬细胞（hepatic macro-phage）。它是组成机体单核-巨噬细胞系最大的群体，占单核-巨噬细胞总量的80%到90%^[8]。KC有许多突起，胞突可以伸入LSEC下的Disse腔隙中，亦可以伸入LSEC窗孔直接与肝细胞和HSC接触^[9]。笔者认为这种直接接触是KC活化或抑制HSC的结构基础。KC在肝脏中的主要功能是吞噬门静脉和肝动脉来源的病原体及內源损伤或突变的肝细胞和红细胞。

很多物质如IFN-γ、脂多糖（LPS）、肿瘤坏死因子（TNF）、病毒等均可以活化KC，其中以LPS最为重要^[10]。KC的激活机制极其复杂，目前尚无定论。活化之后的KC主要通过分泌一系列细胞因子激活HSC，其过程是非特异的，所以具体见后文（2.4细胞因子对HSC的激活）。另外，有研究表明KC与HSC之间的之间接触可使Ⅰ型胶原的分泌明显减少^[11]，故笔者推测KC与HSC之间直接接触的减小可能也是HSC激活的一个机制。最后，活化的KC会产生大量氧自由基，损伤肝细胞，肝细胞损伤使得HSC活化^[12]，具体见后文（1.3肝细胞对HSC的激活）。

2.3肝细胞对HSC的激活

肝细胞是肝脏的实质细胞，占肝内细胞总数的80%。肝细胞直径约15到30μm，呈多面体形，有三种不同的功能面，即血窦面、细胞连接面和胆小管面。血窦面和胆小管面有发达的微绒毛，使细胞表面积增大，有利于物质交换^[13]。由于肝脏的主要细胞是肝细胞，故其对HSC的激活作用不可忽视。

陈运新^[14]等研究发现，与肝细胞共同培养的HSC表达α-SMA显著上调，表达的Ⅰ型前胶原蛋白明显增加。进而他们用生物芯片技术研究发现，HSC活化的培养基中，肝细胞表达的血管内皮生长因子（VEGF）、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）、金属蛋白酶组织抑制剂1（TMP-1）三种细胞因子显著上调。因此推测上述三种细胞因子是肝细胞激活HSC的重要机制。除了细胞因子途径外，还有学者认为^[15]正常的肝细胞膜对HSC的增殖有接触抑制作用，肝细胞凋亡或坏死后，HSC周围正常的肝细胞数下降，降低了对HSC的接触抑制作用，从而使HSC活化增殖，其具体机制目前尚不清楚。

2.4细胞因子对HSC的激活

HSC是许多细胞因子的来源和靶细胞，许多细胞因子参与了HSC的激活。主要有转化生长因子β1（TGF-β1）、血小板源生长因子（PDGF）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素（IL）、内皮素（ET）、胰岛素样生长因子1（IGF-1）等。

2.4.1转化生长因子β1（TGF-β1）

TGF-β是组织受损后的强效致纤维因子，肝内主要以TGF-β1为主，其含量是TGF-β2和TGF-β3的10倍。在激活HSC的众多细胞因子中，以TGF-β1最为有效。活化的KC是异常增多的TGF-β1的主要来源，它与HSC表面的TGF受体（TGF-β1受体有9种，而TGF-β1只与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、型受体有较高亲和力）结合后，启动细胞内学号级联反应，使得Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原及FN和LN的表达上调。同时TGF-β1可以上调HSC表面血小板源性生长因子受体（PDGFR）的表达和促进HSC自分泌TGF-β1和PDGF。如此一来，TGF-β1自分泌正反馈环路一旦形成，HSC也将持续激活。其次，HSC激活后细胞膜上α2-巨球蛋白（α2-GM）受体上调，α2-GM进入胞内降解不能消除TGF-β1而进一步增强正反馈环路。有学者^[16]研究TGF-β1对体外培养的HSC的影响，测得加入TGF-β13h后，Ⅰ型和Ⅲ型胶原mRNA表达峰值分别为正常的3.2和2.5倍。由此可见TGF-β1对HSC激活具有重要意义。

2.4.2血小板源性生长因子（PDGF）

PDGF主要来源于KC和HSC。正常情况下肝细胞和HSC均不表达PDGF受体（PDGFR），在肝损伤因子及一些细胞因子（如TGF-β1）的作用下，HSC开始表达PDGFR。PDGF由A和B两条肽链通过二硫键连接而成，可有AA、BB、AB3种结合形式，与受体结合发挥作用^[17]。受体有α和β两种，HSC表面以β型为主，与PDGF-BB有较强亲和力^[18]。PDGF是目前已知的多肽生长因子中对HSC作用最强的有丝分裂原。刘学松^[19]等研究发现，PDGF可促进HSC的DNA合成，对HSC有明显的激活作用，其作用在0.5到10ng/ml之间呈剂量依赖性增强。剂量大于10ng/ml时，促DNA合成的作用达饱和。另外他们还发现体外培养HSC给予PDGF12h，可见Ⅰ型前胶原mRNA表达明显增强，这标志着HSC已经活化。 Reeces^[20]等研究表明PDGF促进HSC活化增殖的可能机制为：PDGF-BB与其受体PDGFR-β结合后，引起受体自动磷酸化，使磷脂酶产生增多，进而使细胞外信号激酶（ERK）激活，ERK进一步作用于转录因子，促进HSC的活化增殖。

2.4.3肿瘤坏死因子α（TNF-α）

TNF-α主要来源于单核-巨噬细胞，在肝脏内即来源于KC，TNF-α通过与受体结合而发挥作用。高楠^[21]等研究一定浓度的TNF-α在作用HSC 24h后，HSC形态与对照组相比，细胞体积增大，粗面内质网数量明显增多，部分见脂滴并且内质网轻度扩张，可以认为该组细胞即处于激活状态。戴善梅^[22]等通过肝硬化患者与正常人血清对照研究发现肝硬化患者的血清TNF-α水平非常显著的高于正常人。以上两个研究都证明TNF-α对HSC有激活作用。另外，姜慧卿^[23]等研究发现TNF-α还有促进HSC凋亡的作用，可能与其抑制抗凋亡基因Bcl-2表达，促进促凋亡基因Bas表达有关。

2.4.4白细胞介素（IL）

与HSC活化增殖有关的IL有IL-1、IL-17、IL-6等。IL-1主要由单核巨噬细胞分泌，包括IL-1α和IL-1β。Tiggelman^[24]等研究发现用100u/ml的IL-1作用于体外培养的HSC，其胶原合成增加175%。另外IL-1还可以诱导体内细胞合成PDGF，IL-6等细胞因子，使炎症反应更加剧烈。曾兆清^[25]等研究发现，800μg/L的IL-17作用于HSC72h后细胞增殖最明显，1000μg/L的IL-17对细胞增殖反而有抑制作用。在各种慢性肝病患者体内IL-17水平均有明显升高^[26]。均说明IL-17对HSC活化增殖具有重要意义。IL-6可刺激HSC产生多种急性期蛋白，它们活化HSC后使其IL-10mRNA表达增强，自分泌IL-10产生对HSC活化的负调控作用。

2.4.5内皮素（ET）

内皮素1（ET-1）是研究最广泛的缩血管物质。ET是一种由21个氨基酸组成的多肽，由ET-1、ET-2、ET-3三种异构体。这种多肽通过两种G蛋白受体发挥生物学效应，这两种受体分别命名为A型受体（ETRA和B型受体（ETRB）。HSC的ETR数量远高于其他细胞，活化的HSC是肝内ET-1合成的主要场所，也是ET-1作用的主要靶细胞^[27]。有研究表明ET-1可促进培养的HSC活化，表现为HSC增殖及α-SMA表达增加。但是ET-1对HSC增殖作用与其活化状态密切相关，因为ET-1是非活化HSC的生长促进剂，也是高度活化HSC的生长抑制剂^[28]。ET-1通过结合ETRA引起HSC增殖的机制可能是激活了丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）。

2.4.6胰岛素样生长因子1（IGF-1）

IGF-1是一种促进细胞增殖分化的多肽物，主要由肝细胞分泌。在肝细胞和HSC膜上均有IGF-1受体（IGF-1R），张晓慧^[29]等研究认为在慢性肝炎的肝组织中有IGF-1及IGF-1R的表达，表达强度与肝纤维化程度呈正相关。IGF-1与IGF-1R结合后，可能通过Ras/细胞外信号调节激酶途径、PB-K途径、抑制HSC凋亡等方式促进HSC活化^[30]。现将活化的HSC的几种主要细胞因子总结如下表（表1）。

表1 HSC活化相关的细胞因子

TGF-β1 KC、HSC TGF-β1R(ⅠⅡ Ⅲ) 促进胶原基因表达，正反馈

持续激活HSC

PDGF KC、HSC PDGFRβ 促进HSCDNA合成并促进其

分裂增殖

TNF-α KC TNFR 激活HSC或促进HSC凋亡

IL（1,17,6） KC ILR 激活HSC

ET-1 LSEC、HSC ETR

_A 、ETR_B 促进HSC增殖，调节其收缩

性

IGF-1 HC IGF-1R 促进HSC的增殖与分化

2.5微小RNA（miRNA）对HSC的激活

微小RNA（miRNA）是一种由20到24个核苷酸组成的内源性非编码单链RNA，通过与靶基因完全或不完全配对引起mRNA降解或翻译抑制，在转录后水平进行调控^[31]。参与HSC激活的miRNA有：miRNA-9、miRNA-21、miRNA-27a、miRNA-27b、miRNA-125b、miRNA-128、miRNA-138、miRNA-140、miRNA-181b、miRNA-193等，其中研究最多的是miRNA-21、miRNA-27a、 miRNA-27b、miRNA-181b。Zhang^[32]等研究发现miRNA-21可与程序性死亡蛋白4（PDCD4）和活化蛋白1（AP1）形成一个反馈环路，激活HSC；miRNA-27a和miRNA-27b通过下调视黄素X受体α（RXRα），参与了HSC的激活过程；而miRNA-181b则通过调控细胞周期调节因子p27使得HSC活化增殖。

2.6缺氧对HSC的激活

缺氧也是导致肝纤维化的一个不可忽视的因素。肝脏对缺氧有一定的适应能力，缺氧诱导因子1（HIF-1）作为重要的缺氧信号转导因子，在缺氧过程中可能发挥重要作用。HIF-1是一种异源二聚体，主要由120kD的HIF-1α和91到94kD的HIF-1β两个亚单位组成，两个亚基结合成二聚体才可以发挥转录因子作用。

邓毅恒^[33]等研究发现，相对于常氧组，缺氧培养12h和24h的HSCα-SMA表达量均明显升高（P<0.01）,这可以看作是HSC激活的一个标志。研究者进一步发现缺氧培养12h后HIF-1α的mRNA表达量明显升高（P＜0.05），当环境氧分压降低时，HIF-1α可不被泛素蛋白酶系统降解而进入核内与HIF-1β结合成HIF-1异源二聚体。但是HIF-1激活HSC的机制目前尚不清楚，可能与HIF-1的靶基因可以促进细胞增殖分化有关。

2.7乙肝病毒对HSC的激活

在各型肝炎病毒中，参与HSC活化的主要是乙型肝炎病毒（HBV），其对HSC的作用方式主要有直接作用和间接作用两种。间接作用表现为HBV与机体免疫系统的相互作用导致肝脏炎症反应，多种细胞释放各种炎症相关的细胞因子如TNF-α，TGF-β等，这些细胞因子激活HSC的机制前已述及，在此不再赘述。而直接作用是HBV对HSC的直接激活，Liu^[34]等通过免疫电镜技术发现HBV能够感染HSC，而不能在HSC中持续复制和合成包膜蛋白等物质。故推测HSC可能不是HBV最适宜的宿主细胞，认为HBV对HSC的作用不是通过感染实现的。Bai^[35]等研究发现，HBV颗粒、c蛋白以及x蛋白可以促进HSC增殖，且通过增加PDGF-BB、PDGFR-β、α-SMA的表达来促进HSC的活化。另外，Winau^[36]等研究认为HBV可通过特异或非特异的粘附作用直接接触HSC表面，从而刺激细胞发生功能改变，促进HSC的激活。

3总结与展望

肝纤维化是一个多种病因联合作用的复杂的病理过程，虽然目前已知HSC活化是其中心环节，并且HSC活化的部分机制也已经明了。但是由于其激活机制及其复杂，是多因素综合作用的结果，各种因素间相互作用，所以很难研究清楚具体哪个机制占主导作用。目前也有一些分子靶向药物被研究出来用于治疗肝纤维化，但是由于上述原因使得治疗效果不太理想。相信随着HSC活化机制的逐步研究，将来会有更精准的抗纤维化药物出现。

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作者简介：陶嘉楠（1995.11），男，汉族，籍贯青海省贵德县，学历本科，学校青海大学医学院