肝纤维化

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肝硬化与肝纤维化研究进展一 [复制链接]

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前言

肝硬化通常由多种慢性肝病引起的,包括酒精性、慢性丙肝HCV感染、非酒精性脂肪肝NAFLD以及乙肝HBV感染引起的慢性肝病等。肝硬化还有其他多种因素,如遗传病血色素沉淀症、Wilson疾病、原发性胆汁性肝硬化、原发性硬化性胆管炎和自身免疫肝炎。

部分病例具有特发性或隐发性等特点,近几年来NAFLD已经成为美国等西方国家慢性肝病的主要病因。

尽管引起肝硬化的病因是多方面的,但也有一些病理特征,如肝硬化干细胞的变性坏死,肝纤维化组织和再生结节的肝实质replacement。

肝硬化的前兆通常是纤维化,是所有慢性肝病演变为肝硬化的关键的病理过程。

目前虽然仍然缺乏肝硬化有效的治疗手段,肝硬化深层的分子机制仍然有待继续挖掘。因此更好地了解肝硬化的发病机制将有助于开发更加有效的治疗方案。

肝硬化发病机制与多种肝脏细胞

MultypleCelltypescontributetopathogenesisoflivercirrhosis

肝脏由肝实质细胞组成(parenchymalcells)如肝细胞hepatocytes以及其他常见的几种非实质细胞(nonparenchymalcells)。肝窦由三种非实质细胞组成:窦内皮细胞LSECs、Kupffer肝巨噬细胞KCs和肝星状细胞HSCs。无论是实质细胞还是非实质细胞都会对肝纤维化和肝硬化有很大的影响。

1HSCs

HSCs也叫储脂细胞、ito细胞、脂肪细胞、维A存储细胞、窦周细胞等称呼,主要存在于正常肝脏组织的Disse间隙,紧贴着肝窦内皮细胞和干细胞之间。当其暴露在多种炎症因子如血小板源性生长因子PDGF、转化生长因子TGF-β、肿瘤坏死因子TNF-α、白介素IL1等,HSCs会被激活导致肝纤维化,其中胶原蛋白沉淀是主要因素之一。HSCs被激活后以细胞增殖和迁移、转化成肌成纤维细胞、产生大量胶原和其他细胞外基质(ECM)为特征,最终导致肝纤维化。

2LSECs

LSECs也叫内皮细胞,具有很强的细胞内吞能力。长期滥用酒精会导致LSECs窗孔(fenestrae)数量减少。维生素A缺乏容易引起细胞外基质ECM上调,从而使得HSCs转变成肌成纤维细胞(myofibroblasts),最终导致肝纤维化。肝内皮细胞肝窦毛细血管化对于肝纤维化的发生至关重要,主要由维生素A代谢通路调控。无论是动物模型还是在病人体内都证实LSECs能够分泌细胞因子IL-33去激活HSCs从而引起纤维化。LSECs的肝窦毛细血管化导致底物交换功能受损,并且是肝纤维化功能失调的主要原因。

3KCs

KCs也叫星状巨噬细胞、Kupffer细胞和肝巨噬细胞,主要存在肝窦内壁,是形成内皮系统的一部分。动物模型表明KCs与各种感病的发病机制关联。诸如病毒、酒精、高脂肪饮食等各种有害因素可以激活KCs。被激活的KCs由于感染了病毒过程中产生有害介质并破坏干细胞。KC介导的肝炎被认为会加重肝损伤和肝纤维化。KCs参与HSCs的激活及肝纤维化。

体外实验表明,KCs在有条件培养下可通过诱导PDGF受体在HSCs培养大鼠造血干细胞,增强基质合成和细胞增殖。高脂饮食的大鼠中,KC衍生的TGF-β1能够刺激HSCs的增殖和胶原蛋白沉淀。此外酒精能够诱导革兰氏阴性菌脂多糖LPS的水平,继而激活和诱导KCs。

在遗传性血色素沉着症中,KCs中铁元素过量可诱导肝细胞ICAM-1的表达,从而引起肝组织中HSCs被激活,产生胶原蛋白沉淀。被激活的KCs分泌胶原酶通过对IV型胶原蛋白的降解诱导HSCs表型的改变。KCs吞噬凋亡小体(apoptoticbodies)并产生包括Fas配体和THF-α在内的若干种死亡配体,从而促进炎症和纤维化发生。此外,KCs被β-葡聚糖激活并释放血栓素A2,导致门静脉压力升高。

4HSCs

肝细胞也叫肝实质细胞,在肝纤维化和肝硬化中行使的作用较为复杂。肝细胞是大多数肝毒性药物的靶标,包括肝炎病毒、酒精代谢物和胆汁酸。慢性肝病可促进细胞凋亡或触发肝细胞代偿性再生。受损肝细胞释放活性氧(ROS)和成纤维介质,诱导HSC活化,并刺激肌成纤维细胞的成纤维作用。肝损伤会伴随肝细胞凋亡,引起组织炎症、纤维化和肝硬化。脂肪性肝炎会加剧Fas介导的肝细胞凋亡,并与NF-κB及疾病严重程度相关。丙肝病毒感染和酒精均可以在动物模型和人中诱导肝细胞凋亡,诱导可能与Bcl-2信号的下调有关。慢性丙型肝炎病毒感染可延缓肝细胞G1期,损害肝细胞功能,限制肝再生。在CCl4诱导的肝损伤中,肝细胞凋亡在早期被诱导,随后持续增殖最终导致肝硬化。肝细胞是基质金属蛋白酶(MMP-2、MMP-3和MMP-13)和基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP-1和TIMP-2)的主要来源,这些均参与了CCl4诱导大鼠肝硬化的发病机制。在最后的纤维化阶段或肝硬化,低氧肝细胞成为TGF-β1的主要来源,进一步加重肝纤维化。近年来,肝硬化患者肝细胞端粒缩短和衰老可导致纤维化瘢痕形成,为肝硬化的病理生理机制提供了新的解释。

细胞因子在肝纤维化和肝硬化的作用

1血小板源性生长因子PDGF

PDGF是HSCs所有多肽生长因子中作用最强的分裂素之一,PDGF家族包括A/B/C/D四种亚型。PDGF及受体蛋白在纤维组织中显著高表达。PDGF随着肝纤维化程度的增加而增加。诸如病毒、化学物质或机械损伤肝细胞可诱导KCs合成并释放PDGF。PDGF与HSCs膜上的特异性受体结合后,激活相应的信号分子和转录因子,导致其下游靶基因的激活和HSCs的活化。PDGF家族能够诱导上调MMP-2、MMP-9和TIMP-1的表达,抑制胶原酶的活性,从而降低ECM降解。PDGF-B和PDGF-D是PDGF受体(PDGFR)β信号在HSCs内的PDGF亚型,如PDGFR-β自身磷酸化和细胞外信号调节激酶(ERK)1/2、c-JunN-末端激酶(JNK)、p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和蛋白激酶的激活所验证的(PK)B/Akt途径。PDGF-D能激活HSCs并发挥有丝分裂和纤维化的作用,因此在肝纤维化的基质重塑中起重要作用。

2转化生长因子βTGF-β

TGF-β是肝纤维化最强诱导因子之一,TGF-β主要是由肝脏干细胞肌成纤维细胞、KCs、LSECs和肝细胞中合成。TGF-β1家族有6个成员组成,其中TGF-β1在肝纤维化的发生和维持中起重要作用。TGF-β1在纤维化肝中的表达增加,在肝硬化时达到最大值。TGF-β1的促纤维化作用机制较为复杂,涉及多种方面:TGF-β1的主要作用是刺激并激活造血干细胞,被激活的HSCs中TGF-β1自分泌环是肝纤维化不断恶化的重要正反馈。TGF-β1通过下调基质金属蛋白酶的表达和促进TIMP的表达,诱导基质生成基因的表达,抑制ECM的降解,导致胶原纤维过度沉积,促进肝纤维化恶化。此外,TGF-β1抑制DNA合成并诱导肝细胞凋亡。TGF-β1诱导的细胞凋亡被认为是肝硬化组织丢失和肝体积减小的原因。鉴于TGF-β1在肝硬化发病中的重要作用,特异性阻断TGF-β1/SMAD3信号通路对肝纤维化具有一定的治疗价值。

3肿瘤坏死因子TNF-α

TNF-α主要由单核细胞、巨噬细胞、造血干细胞和KCs产生。在这些细胞中具有促炎活性和细胞毒作用。在肝纤维化过程中,TNF-α在HSCs活化和ECM[84/85]的合成中起重要作用。TNF-α通过上调抗凋亡因子NF-κB、Bcl-xL和p21WAF1,下调凋亡因子p53(86),可降低活化的大鼠HSC自发性凋亡。然而,TNF-α对HSCs和纤维化的影响是复杂的,甚至是矛盾的,如TNF-α诱导HSCs凋亡的研究所证实的[87]。TNF-α还可通过降低谷胱甘肽和抑制前胶原α1的表达而在大鼠HSC中发挥抗纤维化作用〔88〕。在非酒精性脂肪性肝炎(纳什)大鼠模型中,TNF-α抗体可减轻肝脏炎症、坏死和纤维化(89)。纳什激活的TNF-α信号通路在肝纤维化发病机制中的作用。

4干扰素IFN

干扰素(IFN)是一类可溶性细胞外信号分子。白细胞受到病毒感染后生成IFN-α和IFN-β,T细胞在各种抗原和有丝分裂原刺激下分泌IFN-γ。IFNs具有抗病毒活性,并被公认为抗病毒作用。IFN治疗后患者肝纤维化程度有所减缓,即使未达到病毒根除,表明IFN本身通过触发HSCs的凋亡而具有抗纤维化活性。IFN-β可通过抑制TGF-β和PDGF途径抑制HSC,降低α-平滑肌动蛋白(SMA)和胶原的生成。同样,IFN-γ已被证明通过抑制TGFβ1/SMAD3信号通路抑制HSC活化在体内减少ECM沉积。IFN-γ对纤维化大鼠的治疗可降低肝组织中胶原、层粘连蛋白、纤维连接蛋白和I型胶原的生成和沉积。然而,IFN对纤维化的影响并不一致,最近的研究表明IFN-α和IFN-γ可能对HSCs的细胞凋亡产生相反的作用。IFN-α对活化的造血干细胞具有抗凋亡作用,而IFN-γ通过下调热休克蛋白70对造血干细胞具有促凋亡作用。

5白介素ILs

ILs是最初在白细胞中发现的一类细胞因子,但后来被证明是由多种细胞产生的,如CD4T淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞和内皮细胞。ILs在免疫应答、炎症和肝纤维化中具有较为复杂的作用机制。

5.1Pro-fibrogenicILs

肝组织损伤后KCs和SECs可迅速产生ILs。IL-1可直接激活HSC并刺激其产生MMP-9、MMP-13和TIMP-1,从而导致肝纤维化。与此相反,IL-1受体缺陷小鼠肝损伤程度会减弱,更加不容易有肝纤维化趋势。IL-1α或IL-1β的缺乏也使小鼠在脂肪性肝炎动物模型中不易发生肝纤维化。同样,IL-1受体拮抗剂可保护大鼠在二甲基亚硝胺下发生肝纤维化,阻断IL-1信号可明显减弱酒精引起的肝脏炎症和脂肪变性。IL-1β可增加肝细胞炎性,促脂原性趋化因子单核细胞趋化蛋白-1,使得巨噬细胞炎症信号转导的TLR4发生上调。

另一种纤维化细胞因子是IL-17,其表达水平随着肝纤维化程度的增加而上升,这表明IL-17可能与慢性疾病及病情恶化相关。小鼠体内IL-17通过多种机制诱导肝纤维化,包括TNF-α、TGF-β1和胶原1α的上调,这依赖于信号转导和转录激活因子(STAT)3信号通路,并促进HSC的肌成纤维细胞发生改变。

5.2AntifibrogenicILs

IL-10是能够引起促炎反应下调的细胞因子,对肝纤维化具有一定的调控作用。IL-10可能对HCV相关的肝纤维化患者具有治疗潜力,而这些患者对IFN治疗通常没有特别好的应答(疗效)。IL-10已被证明通过抑制HSC活性发挥抗纤维化作用。大鼠模型中显示,外源性IL-10通过抑制TGF-β1、MMP-2和TIMP-1的表达而逆转CCl4诱导的肝纤维化。

已知IL-22在促进屏障免疫表面的抗菌免疫(antimicrobialimmunity)、炎症和组织修复中起关键作用。IL-22在小鼠模型中可诱导HSC衰老,抑制肝纤维化,加速肝纤维化的恢复。

IL-6是参与炎症通路、造血和免疫调节的多效性细胞因子。IL-6可通过NF-κB信号通路和RAS-MAPK通路降低肝细胞凋亡,促进肝细胞再生。IL-6降低CCl4诱导的急性和慢性肝损伤和纤维化。IL-6预处理可改善肝微环境,使其在间充质干细胞移植中发挥作用,从而改善肝纤维化后的肝损伤。同时,在NAFLD患者中发现IL-6水平升高,IL-6可诱导肝脏胰岛素抵抗和炎症,这表明IL-6可能在NAFLD的病情恶化中起作用。

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