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编号:10693729
细胞外基质在肝内的代谢与肝纤维化的形成
http://www.100md.com 2002年1月15日 《世界华人消化杂志》 2002年第1期
     周光德,赵景民,中国人民解放军302医院病理科 北京市 100039

    项目负责人 周光德,100039,北京市,中国人民解放军302医院病理科

    收稿日期 2001-08-09 接受日期 2001-12-04

    周光德,赵景民.细胞外基质在肝内的代谢与肝纤维化的形成.世界华人消化杂志 2002;10(1):57-59

    

    0 引言
肝纤维化(hepatic fibrosis)是肝脏内细胞外基质(extracelluar matrix, ECM)成份弥散性过度沉积性疾病,无假小叶形成.肝纤维化的发生机制主要是肝内ECM合成与降解失衡,表现为ECM大量堆积,肝星状细胞(hepatic stellate cell, HSC)在此过程中起着关键性作用[1-3].
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    1 HSC
的活化大量研究证明,活化的HSC是ECM的主要来源细胞.HSC的活化受多种细胞因子等的调控,活化的HSC向肌纤维母细胞(myofibroblast,MF)和/或成纤维细胞方向转化,过度合成和分泌ECM[1-4].迄今已发现的HSC活化的标记物至少已有10余种,包括desmin,α-SMA,GFAP和N-CAM,突触素(synaptophysin),neurotrophin(NGF, BDNF, NT-3, NT-4)及neurotrophin受体(Trk-B, Trk-C, P75)和α-B-crystallin(ABCRYS)等.Cassiman et al发现肝小叶内窦壁的HSC表达上述所有标记物,小叶界板处的HSC表达α-SMA,ABCRYS,BDNF, GFAP,P75和N-CAM,而汇管区和间隔内的HSC则表达ABCRYS,BDNF,NT-4,GFAP和desmin.据此认为肝小叶内HSC趋向于转化为小叶界面HSC或MF,后者再转化为间隔内MF或成纤维细胞 ,该观点对肝HSC可能存在不同亚群有所启示[1,5].最近的研究发现,HSC数量与其凋亡有关,在肝损伤恢复期,活化HSC的凋亡很明显[6],推测肝纤维化过程中,HSC增生和凋亡都增加,但前者占主导地位,因此HSC数量净增加;而在恢复期,凋亡占主导地位,肝内HSC数量净减少.肥大细胞产生的神经生长因子可引起培养HSC的凋亡,Fas受体和其配体也在活化的HSC上表达,新产生的纤维性基质本身可能也使HSC易于凋亡[1].
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    肝内其他细胞通过旁分泌和HSC本身通过自分泌均可调控HSC活化.损伤的肝细胞产生的IGF和IGF结合蛋白等HSC活化因子;肝损伤后激活的内皮细胞、血小板和HSC产生的PDGF通过HSC上的PDGF受体,促进HSC分裂;炎症细胞也产生促HSC分裂原,如IL-1和TNF-α;肥大细胞在肝纤维化时数目增多,并释放多种递质如组胺、肝素、b-FGF等,促进HSC的分裂和胶原的产生;Kupffer细胞产生的TNF-α、TGF-α和TGF-α相关蛋白可促进HSC分裂,他也是TGF-β1的重要来源[1,2].肝内TGF-β的主要激活途径是,通过TGF-β前体相关蛋白上的低聚糖残基与IGF受体Ⅱ/6-磷酸甘露糖(IGF-Ⅱ/M6P)受体结合,酶裂解相关蛋白,释放出活性TGF-β同源二聚体,其中丝氨酸蛋白酶性纤溶酶可能起一定作用[2].在肝损伤过程中TGF-β mRNA增高明显, TGF-β引起HSC的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原、层粘连蛋白(laminin)和纤维连接蛋白(fibronectin)表达增高,加速静止HSC向肌纤维母细胞的转化;TGF-β的促纤维生成作用还通过保护ECM免于蛋白酶降解而加强.TGF-β的促纤维化效应可能由结缔组织生长因子介导,这种蛋白在细胞对TGF-β反应时被诱导而表达增高,然后以自分泌方式提高ECM基因的转录水平[2].
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    HSC胞质内维生素A的急剧减少是HSC活化的特点之一.视黄醛类的减少可能促进HSC的活化.然而维生素A过多症时,但却可引起肝纤维化,因此维生素A在肝纤维化中的作用尚不明确.研究发现,活化的HSC产生反式视黄醇的特异视黄醛类,具有促淋巴细胞增生作用,但对HSC是否有此效应还不清楚.视黄醛类影响基因转录是通过与核视黄酸受体结合间接进行的,这种受体分为RAR和RXR两大类,各类又分为α、β、γ三种亚型,在HSC活化过程中RAR-β表达减少,RAR-β在其他细胞已证明有抑制细胞增生作用,RAR-β减少可能是HSC增生的原因之一[2].

    2 基质金属蛋白酶类的调控许多蛋白酶被认为参与介导基质降解,其中基质金属蛋白酶类(matrix metalloproteinases, MMPs)在肝纤维化中的作用重大[1,2].MMPs目前已发现20种,大致分为:胶原酶3种,明胶酶2种,基质溶素3种和膜型MMPs(MT-MMPs)4种及其他酶类等.MMPs蛋白分子的基本结构是分为前肽区、催化区和确定底物特异性的C-端区,锌离子与保守的半胱氨酸作用,保持酶原的无活性状态.Matrilysin(MMP-7)缺乏C-端区;MT-MMPs的C-端区有一跨膜区域[7,8].MMPs在肝内主要由HSC和Kupffer细胞分泌表达[2,9].
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    正常情况下人和鼠肝内MMPs和TIMPs的表达水平很低或检测不到.但在肝损伤早期,即可检测到明胶酶A、B的mRNA和活性酶的表达,基质溶素mRNA也呈短暂的升高.明胶酶A和基质溶素由HSC产生;Kupffer细胞则是肝内明胶酶B(MMP-9)的来源,明胶酶B对正常基底膜的破坏可引起细胞-基质联系破坏,导致HSC活化.肝损伤早期HSC和Kupffer细胞合成的MMPs主要针对正常的基底膜样基质.实验研究发现,HSC可表达uPA及其受体和PAI.uPA的表达与基质溶素的激活有关,PAI则防止纤溶酶无控制的激活,而uPA受体使分泌入细胞间隙的uPA集中在细胞周围,以便使肝细胞能通过PAI抑制MMPs酶原的激活,影响基质降解.在肝损伤早期,TIMP-1也可由活化的HSC或肝细胞表达[1-3].肝纤维化时,TIMP-1 mRNA和蛋白的表达与正常肝相比增加3~4倍[10],TIMP-1和TIMP-2 mRNA的增高与Ⅰ型原胶原mRNA增高的时间相似[2].一般认为肝纤维化时,MMPs的活性(尤其是MMP-1)受TIMPs的抑制,导致ECM大量堆积.与Ⅳ型胶原的堆积相矛盾,明胶酶A的mRNA和蛋白在肝纤维化进展过程中表达增加,这可能是因为TIMPs的增加抑制了MMP-2的活性所致;另外,明胶酶A酶原也可能作为HSC的自分泌生长因子,通过与HSC表面的MT1-MMP结合而活化,降解基底膜成分,使基底膜内的生长因子(如TGF-β, bFGF)释放,或破坏基底膜保持HSC静止状态的能力,引起HSC的活化[1,2,9].
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    2.1 MMPs基因表达的调节 MMPs的基因表达受细胞因子、激素、生长因子等调节.TNF-α, PDGF, bFGF, EGF, IFN-α和IL1-α,β可促进MMPs的转录.生长因子引起MMPs基因表达的增高可能由原癌基因c-jun和c-fos介导,TNF-α和IL1-β引起MMP-1基因表达与c-jun表达增高密切相关.c-jun和c-fos与激动蛋白1(activating protein 1, AP-1)在MMPs转录基因启动子区域以异二聚体结合,增强基因下游的转录,MMP-1和MMP-3基因增强子内都有一个5′-TGAGTCA-3′序列结合AP-1;抑制c-fos可减少胶原酶基因的转录.另一种MMP-1基因转录因子的结合位点也已确定,多瘤病毒增强子包含PEA3结构,其核心序列是5′-GGAA-3′,已证明可与原癌基因蛋白c-ets-1和c-ets-2、还有其他转录因子结合,他位于MMP-1基因上游.这些转录调节位点通过原癌基因和AP-1激活胶原酶的转录.基质溶素基因的负调节元件也已确定,他位于基质溶素基因的-709处,是TGF-β抑制性元件.明胶酶A启动子区域没有AP-1结合位点,这也许是明胶酶A与基质溶素、间质胶原酶调节不同的原因.有趣的是uPA基因也有AP-1和PEA转录元件,PA可能在胶原酶原、基质溶素酶原的激活中起重要作用[2].
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    2.2 MMPs酶原激活的调节 MMPs是以酶原的形式分泌的,在刺激因子的作用下MMPs降解掉其前肽区,成为活性MMPs.MMPs激活的主要效应系统可能是纤溶酶原-纤溶酶瀑布放大反应.纤溶酶原在PA的作用下生成纤溶酶,后者可激活基质溶素酶原和胶原酶原产生基质溶素和胶原酶,激活的基质溶素也可激活胶原酶原,负调节因素有纤溶酶原激活物抑制剂(plasminogen activator inhibitor, PAI)通过抑制PA而抑制MMPs的活化; TIMP-2抑制胶原酶原的激活;TGF-β1则可在抑制PA的活化、增高PAI的表达等多个水平上抑制MMPs酶原的激活.

    2.3 TIMP对MMPs的抑制 TIMP使MMPs失活,抑制明胶酶原的激活,在保护ECM免受MMPs的降解方面占主导地位.TIMPs在肝内主要由HSC产生,可分为TIMP-1、2、3、4四类.TIMP-1是30Kd的糖蛋白,TIMP-2是23Kd的非糖蛋白,对各种MMPs都有抑制作用.TIMP对MMPs的作用与其浓度有关,在低浓度下,TIMP-2与MT1-MMP结合形成双分子复合物后,与MMP-2酶原结合使之激活,但在高浓度下却抑制MMP-2的激活[11,12].
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    许多调节MMPs的生长因子同时也调节TIMP-1,2基因的表达.TNF-α,EGF和b-FGF增加TIMP-1和MMP-1的表达;TGF-β1增加TIMP-1和明胶酶A的表达,却抑制MMP-1、基质溶素和TIMP-2的表达.其他引起TIMP-1表达增多的细胞因子有IL-1和IL-6等.小鼠TIMP-1基因的调节元件已确定,AP-1和PEA3结合位点位于该基因的上游,但与MMP-1的排列不同,另外鼠TIMP-1基因上还有替代启动子区域.基因激活因子结合位点的组合排列不同,可能是TIMP-1与MMP-1或基质溶素对TGF-β1反应不同的基础.TIMP-1,2通过与MMPs的活性位点非共价不可逆性结合,阻断MMPs的活化,TIMPs的N端区具有重要的阻断活性,而C端区是与明胶酶原作用的关键区域;细胞也可能分泌预先结合的酶原-TIMP复合物,TIMP-2与胶原酶原的结合和TIMP-1与明胶酶B酶原的结合已有报道[2,13,14].
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    总之,近年来肝纤维化过程中HSC的活化和基质降解的调控机制取得了明显进展,但仍有许多问题有待探讨.明确肝纤维化的形成机制,对肝纤维化的治疗有重要指导意义.

    4 参考文献1 Benyon RC, Iredale JP. Is liver fibrosis reversible? Gut 2000; 46: 443-446

    2 Benyon RC, Arthur MJP. Mechanisms of hepatic fibrosis. J Pediatr Gastroente rol Nutr 1998; 27:75-85

    3 姜慧卿,张晓岚. 肝纤维化的发生机制. 世界华人消化杂志 2000;8:687-689

    4 张莉娟,王小众,黄月红,陈治新. 降钙素基因相关肽,血管紧张素Ⅱ和内皮素在大鼠纤维化中的作用.
, 百拇医药
    世界华人消化杂志 2001;9:457-459

    5 Cassiman D, Libbrecht L, Desmet V, Aertsen P, Denef C, Roskams T. Hepatic ste llate cell/myofibroblast subpopulations in fibrotic

    human and rat livers. J Hepatol 2001;34(suppl,1):20

    6 刘文滨,王吉耀. NF-κB与肝星状细胞凋亡. 世界华人消化杂志 2001;9:1054-1055

    7 Steven DS, Robert MS. Matrix metalloproteinase:matrix degradation and more. Am J Respir Cell Mol Biol 1999; 20: 1100-1102
, http://www.100md.com
    8 Massova I, Kotra LP, Fridman R, Mobashery S. Matrix metalloproteinases: struc ture, evolution, and diversification.

    FASEB J 1998; 12:1075-1095

    9 Benyon RC, Hovell CJ, Gaca MD, Jones EH, Iredale JP, Arthur MJP. Progelatinas e A is produced and activated by rat hepatic

    stellate cells and promotes their p roliferation. Hepatology 1999;30: 977-986

    10 谢玉梅,聂青和,周永兴,程勇前,康文臻. 地高辛素标记探针原位杂 交技术检测肝硬变组织中TIMPs mRNA.
, 百拇医药
    世界华人消化杂志 2001;9:251-254

    11 Pre′aux AM, Mallat A, van Nhieu JT, D′Ortho MP, Hembry RM, Mavier P. Matrix metalloproteinase-2 activation in human hepatic

    fibrosis regulation by cell-matrix interactions. Hepatology 1999; 30: 944-950

    12 Knittel T, Mehde M, Kobold D, Saile B, Dinter C, Ramadori G. Expressio n patterns of matrix metalloproteinases and their inhibitors

    in parenchymal and non-parenchymal cells of rat liver: regulation by TNF-α and TGF-β1. J Hepatol 1999;30:48-60

    13 白文元,姚希贤,冯丽英. 肝纤维化的研究现状. 世界华人消化杂志 2000;8 :1267-1268

    14 谢风,李辉,于淑梅.肝硬变的实验室诊断.世界华人消化杂志 2000;8:902 -904, 百拇医药