農(nóng)卡特綜述,袁晟光審校

(桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院肝膽胰外科,廣西 541001)

硬化肝臟再生研究進展*

農(nóng)卡特綜述,袁晟光審校

(桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院肝膽胰外科,廣西 541001)

肝硬化;肝再生

正常肝臟在受損傷或部分切除后具有很強的再生能力,但臨床上肝病患者常常合并有肝硬化,大量研究表明硬化肝臟再生過程的啟動、進展及終止均較正常肝臟有明顯的不同,研究硬化肝臟行部分切除術(shù)后的再生機制,促進術(shù)后余肝再生及其功能恢復(fù)具有重要的臨床意義。

1 硬化肝臟再生的特點

大量研究表明,硬化肝臟部分切除后余肝再生過程的啟動、進展及停止均較正常有明顯的不同。其特點有:(1)再生過程慢,所需時間長,正常大鼠肝臟70%部分切除后,再生反應(yīng)迅速啟動,原肝重量恢復(fù)僅需 7～10 d;而肝硬化大鼠肝臟70%部分切除后,則需約30 d才能恢復(fù)原肝重量;(2)余肝再生不僅慢,而且大多數(shù)再生肝細胞不能發(fā)育成熟,缺乏正常功能,甚至部分發(fā)生變性、壞死;(3)硬化余肝再生緩慢是再生相關(guān)分子調(diào)控機制異常為基礎(chǔ)的,包括細胞因子、轉(zhuǎn)錄因子、生長因子及其受體、細胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白以及細胞凋亡相關(guān)基因的表達[1]。

2 硬化肝臟再生的異常

2.1 硬化肝臟再生啟動階段細胞因子及轉(zhuǎn)錄因子的異常 目前認為腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)及白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)共同啟動肝再生[2]。正常肝臟大部分切除后數(shù)小時內(nèi)的肝再生啟動階段,肝臟內(nèi)mRNA水平以及血清水平的TNF-α、IL-6迅速升高[3],激活包括核因子-к B(Nuclear factor-к B,NF-к B)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子-3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)等轉(zhuǎn)錄因子,肝臟細胞從靜止的G0期進入G1期,繼而在生長因子如肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-α(transforming growth factor-α,TGF-α)等作用下不可逆地進入細胞周期。

肝臟中TNF-α主要由Kupffer細胞分泌。部分肝切除后,TNF-α通過與Kupffer細胞表面特異的受體 TNF-αⅠ型受體(TNFR-I)結(jié)合,激活有多種轉(zhuǎn)錄活性的轉(zhuǎn)錄因子 NF-к B。它可直接上調(diào)IL-6基因表達,刺激IL-6合成及釋放。肝臟70%部分切除后,正常大鼠余肝內(nèi)TNF-αmRNA水平迅速增加,并于部分肝切除后6 h達高峰,然后緩慢下降,于術(shù)后3 d降至術(shù)前水平;而硬化肝臟余肝內(nèi)TNF-αmRNA水平在術(shù)后6～12 h都保持相當?shù)偷乃?之后才緩慢上升,直到術(shù)后24 h才達高峰,峰值明顯低于正常且下降迅速。

肝臟IL-6來源于肝內(nèi)非實質(zhì)細胞,以Kupffer細胞為主,受TNF-α調(diào)節(jié),在肝臟再生過程中起著抗凋亡及促進再生的作用。它通過結(jié)合gp130受體,激活STAT3,調(diào)控肝再生反應(yīng)過程中某些早期即刻基因的表達。肝臟70%部分切除后,IL-6基因表達迅速上調(diào),正常大鼠余肝內(nèi)IL-6 mRNA于術(shù)后12 h達高峰,然后也緩慢下降,于術(shù)后3 d降至術(shù)前水平;而硬化肝臟余肝內(nèi)IL-6 mRNA在術(shù)后6～12 h也都保持相當?shù)偷乃?之后才緩慢上升,直到術(shù)后72 h才達高峰,峰值遠遠低于正常,且回降緩慢;而持續(xù)長期且低水平的IL-6對肝再生有抑制作用[4-5]。硬化肝臟部分切除后余肝再生啟動階段,短期給予外源性IL-6可促進硬化余肝再生[5]。

心肌營養(yǎng)素-1(cardiotrophin-1,CT-1)是IL-6家族成員之一,它也能通過結(jié)合gp130受體而激活STAT3,在肝臟中起IL-6相似的作用[6]。最近的研究表明,CT-1能促進細胞分裂及血管生成,對硬化肝臟切除后的余肝再生有明顯的促進作用[7]。

STAT3是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子家族成員之一,在肝臟部分切除后也被激活。其主要由IL-6激活,使其二聚化后進入核內(nèi)啟動多種基因轉(zhuǎn)錄,引發(fā)多種效應(yīng),包括細胞增殖反應(yīng)、急性炎癥反應(yīng)及抗細胞凋亡等[8]。肝臟70%部分切除后,正常大鼠肝臟內(nèi)的STAT3在30 min內(nèi)被激活,術(shù)后 3 h達高峰,作用持續(xù)46 h;臨床實驗證明,酒精性及 HCV性硬化肝組織中STAT3蛋白量及活性均低于健康肝臟[9];STAT3蛋白與DNA結(jié)合的能力下降可能與其抑制物Pias3蛋白(protein inhibitor of activated STAT3)有關(guān)。研究表明,酒精性及HCV性硬化肝組織Pias3蛋白表達上調(diào)[10]。

TNF-α、IL-6、STAT3等的表達及功能的異常,導(dǎo)致硬化肝臟切除后余肝再生啟動緩慢,直接影響到后期再生肝臟細胞對生長因子的反應(yīng)。

2.2 硬化肝臟再生的過程中相關(guān)生長因子及其受體的異常HGF是最早被認為在肝臟再生過程中起重要作用的生長因子之一。在肝內(nèi)主要間質(zhì)細胞合成分泌。肝臟部分切除后1 h內(nèi)血液及肝組織中HGF水平迅速上升,血清濃度可達正常的15～17倍。肝臟大部分切除后,余肝內(nèi)HGF的變化在正常及硬化肝臟之間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);但是,硬化肝臟再生肝細胞內(nèi)c-met基因的表達顯著的降低,使得HGF與c-Met蛋白結(jié)合量下降,影響HGF介導(dǎo)肝再生信號的傳導(dǎo)。還有研究表明,硬化再生余肝中的HGF活性明顯降低,這可能與其激活物(HGF-activator,HGFA)的表達下降以及該激活物的脾源性抑制物(HGFA-inhibitor-1,2,HAI-1,2)的表達上升有關(guān)。經(jīng)門脈注入重組人HGFA可以促進肝硬化大鼠肝臟大部分切除后的余肝再生[11];另外,外源性HGF的注入或基因治療可促進肝硬化大鼠余肝再生,其機制可能與c-met、HGFA和抗凋亡蛋白的基因表達上調(diào)有關(guān)[12]。

TGF-α也是肝細胞再生的重要因子[1],其受體為表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)。TGF-α在肝臟則由其間質(zhì)細胞以及實質(zhì)細胞共同分泌。肝臟切除前,硬化肝臟內(nèi)的 TGF-α的表達高于正常肝臟;肝臟切除術(shù)后,TGF-α水平在硬化或正常肝臟內(nèi)均升高,二者間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)[1],但肝硬化患者肝細胞EGFR的表達明顯高于正常[13]。此外,外源性的TGF-α可促進硬化肝臟部分切除后余肝再生期間DNA的合成。TGF-α及其受體在硬化肝臟再生中的作用如何還需進一步研究明確。

2.3 硬化肝臟再生的過程中細胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的異常肝臟細胞受再生信號刺激后由G0期進入G1期,細胞生長而進入DNA大量復(fù)制的S期。在G2期完成細胞分裂相關(guān)準備后到達M期。經(jīng)歷有絲分裂后細胞再回到G0期,完成一次細胞周期(cell cycle)。該過程是1個復(fù)雜且受精密調(diào)控的連續(xù)過程,期間要通過1個限制點(restriction point,R)和2個控制點(checkpoint),在這期間,細胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白起關(guān)鍵作用[14]。

細胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白主要有3種:細胞周期調(diào)節(jié)蛋白依賴激酶(cyclin dependent kinase,CDKs)、細胞周期調(diào)節(jié)蛋白(cyclins)、細胞周期調(diào)節(jié)蛋白依賴激酶抑制蛋白(inhibitors of cyclin-dependent protein kinases,CKIs)。CDKs是細胞周期調(diào)節(jié)的中心,必須與相應(yīng)cyclin結(jié)合形成CDKs-cyclin復(fù)合物后才具備調(diào)節(jié)活性。參與肝臟再生調(diào)節(jié)的CDKs主要是CDK1、2、4、6。參與肝臟再生調(diào)節(jié)的 cyclins主要是 cyclinA、B、D、E。CDK4/6-cyclinD復(fù)合物對G1中期細胞越過 R點非常重要;CDK2-cyclinE復(fù)合物對G1期細胞越過G1/S控制點而進入S期非常重要;CDK1-cyclinA復(fù)合物在S期的作用是促進DNA復(fù)制;G2期細胞則主要在CDK1-cyclinB復(fù)合物的幫助下越過G2/M控制點進入M期。上述過程中的CDKs-cyclin復(fù)合物活性受其本身某些部位磷酸化作用以及CKIs雙重負性調(diào)節(jié)。CKIs依照蛋白序列的同源性分為兩大類:(1)CIP/KIP家族,包括 p21CIP1、p27KIP1、p57KIP2;(2)INK4家 族,包 括p15INK4b、p16INK4a、p18INK4c、p19INK4b。特定的 CKIs與特定的CDKs或CDKs-cyclin復(fù)合物結(jié)合發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

硬化肝臟余肝再生期間,細胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的表達也出現(xiàn)明顯的異常[15]。肝大部分切除前,硬化及正常肝臟內(nèi)幾乎檢測不到相關(guān)cyclins的表達;肝大部分切除后,正常肝臟余肝組織內(nèi)cyclinA、B、D、E的表達均迅速上升,都于術(shù)后24 h左右達高峰,并持續(xù)高濃度至術(shù)后72 h才緩慢下降;硬化肝臟余肝組織中的cyclins于術(shù)后表達也升高,但上升速度明顯緩慢,到術(shù)后72 h才達高峰。其中cyclinE最明顯,術(shù)后其水平于所有時間點均遠遠低于正常,而且未出現(xiàn)明顯的峰值;CDKs于術(shù)后的表達也迅速上升,而硬化肝臟余肝組織內(nèi)CDK2、4的表達低于正常;CKIs的表達在二者間則未觀察到明顯的差異。

2.4 硬化肝臟再生的過程中肝再生抑制因子表達和細胞凋亡調(diào)控的異常 轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)被認為是上皮細胞增值的負性調(diào)控因子。TGF-β具有失活CDK2-cyclinE復(fù)合物的功能,使CDK2、4活性下降,還可以通過影響bcl-xl、p53等凋亡基因的表達而增強肝細胞凋亡[16]。因此,很多學者都認為TGF-β是肝再生終止信號之一。在肝臟,TGF-β主要由間質(zhì)細胞合成分泌,正常肝臟TGF-β水平極低。肝臟部分切除后,正常余肝內(nèi)的TGF-β于術(shù)后4 h表達增加,48～72 h達高峰;而硬化肝臟余肝內(nèi) TGF-β表達高峰提前于術(shù)后18 h出現(xiàn),并維持較長時間,這可能是硬化余肝內(nèi)cyclinE、CDK2/4水平減低的原因之一。有學者用TGF-β抗體或TGF-β受體的基因滅活方式阻斷TGF-β信號通路[17],結(jié)果顯示肝硬化大鼠部分肝臟切除后余肝再生明顯增快。

肝再生時肝臟內(nèi)細胞的增值和凋亡同時存在[18]。研究顯示,肝臟在正常情況下也低水平表達前凋亡基因,但硬化肝臟內(nèi)的表達水平明顯高于正常;肝臟部分切除后,正常肝臟余肝組織內(nèi)先出現(xiàn)抗凋亡基因(bcl-2、bcl-XL等)表達高峰(術(shù)后6 h)之后才出現(xiàn)前凋亡基因表達高峰(術(shù)后24 h);而硬化肝臟余肝組織內(nèi)的抗凋亡基因在術(shù)后24 h內(nèi)呈表達下降,但之后則很快上升且超過正常水平,抗凋亡基因的表達則始終低于正常,bcl-2更明顯。該研究結(jié)果顯示,硬化肝臟再生功能受損與細胞凋亡相關(guān)基因表達的異常有關(guān)。

3 結(jié) 語

硬化肝臟部分切除后余肝再生緩慢的機制復(fù)雜,是由多步驟、多因子及多信號通路異常所致,其中機制的闡明可指導(dǎo)臨床對其進行干預(yù),加快硬化殘肝再生及肝功能的恢復(fù),減少硬化肝臟部分切除術(shù)后的并發(fā)癥及死亡率,以改善患者預(yù)后。

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廣西科學研究與技術(shù)開發(fā)計劃應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項資助項目(桂科基0575108)。

2009-07-22

2009-09-10)

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