肝臟細(xì)胞自噬在肝纖維化中的作用研究進(jìn)展

陳柳，李敏，王曉萍，強(qiáng)磊

(中國藥科大學(xué)，江蘇 南京 211198)

肝纖維化是由于細(xì)胞間基質(zhì)蓄積引起的肝臟纖維組織的異常增生。肝纖維化的不完全可逆性可能進(jìn)一步惡化為早期肝硬化、肝衰竭或肝癌，約10%的肝癌患者將發(fā)展演變?yōu)閻盒愿伟?，最終可能導(dǎo)致患者死亡[1-2]。肝纖維化的發(fā)生有多種誘因，其中包括：酗酒、病毒(hepatitis B virus,HBV/ hepatitis C virus,HCV)性肝炎、自身細(xì)胞免疫性肝炎、非病毒酒精性肝炎和脂肪病毒性肝炎等。肝纖維化的發(fā)生是長期慢性肝損傷的一個(gè)必然結(jié)果，而肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell,HSC)的激活是肝纖維化的中心環(huán)節(jié)[3]。HSC的激活促進(jìn)纖維化的轉(zhuǎn)錄和分泌。近些年研究發(fā)現(xiàn)，自噬參與了多種肝臟疾病(包括酒精誘導(dǎo)的肝纖維化、非酒精性脂肪肝以及病毒性肝炎等)的發(fā)生過程[4-5]。自噬對(duì)肝纖維化的調(diào)控是廣泛而復(fù)雜的，既具有促進(jìn)纖維化的作用，也有抗肝纖維化的作用。肝纖維化屬于可逆性病變，雖然人們對(duì)其發(fā)生、發(fā)展機(jī)制有了一定的認(rèn)知，但是自噬在肝纖維化中的作用還不是特別清晰。本文就不同肝細(xì)胞自噬在肝纖維化發(fā)展中的作用做一綜述。

1 自噬的概述

自噬(autophagy)是維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的自身消化代謝過程，可以將胞質(zhì)中的細(xì)胞器、蛋白和大分子等物質(zhì)分解后再利用[6]。根據(jù)細(xì)胞成分運(yùn)輸至溶酶體的方式將自噬分為3種類型：大自噬(macroautophagy，人們通常認(rèn)為的自噬)、伴侶蛋白介導(dǎo)的自噬(chaperone mediated autophagy,CMA)和微自噬(microautophagy)。巨自噬即狹義的自噬，目前已發(fā)現(xiàn)40多種自噬相關(guān)基因(autophagy related gene，ATG)，其中有一系列基因與自噬體的形成密切相關(guān)(如ATG110、ATG12-14、ATG16、ATG18等)[7]。自噬基本過程是游離膜包裹細(xì)胞內(nèi)需要降解的成分形成吞噬體，吞噬體進(jìn)一步通過選擇性和非選擇性的途徑招募細(xì)胞質(zhì)成分組裝成自噬小體，自噬小體和溶酶體膜融合形成自噬溶酶體降解膜內(nèi)包裹的物質(zhì)。此外，巨自噬過程中還需要p62/SQTM1，beclin1等關(guān)鍵蛋白的參與。自噬，參與了發(fā)育、衰老、細(xì)胞程序性死亡等許多重要的生理過程，在腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等各種疾病的發(fā)病機(jī)制中起著十分重要的作用[8]。自噬在肝臟疾病中起著廣泛而復(fù)雜的作用，特別是肝纖維化發(fā)生發(fā)展過程[9]。肝纖維化是持續(xù)性肝損傷和肝臟炎癥長期影響的必然結(jié)果。肝臟損傷時(shí)，HSC受到旁分泌作用轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞(myo-fibro blaster，MFB)，細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)增加，細(xì)胞外基質(zhì)在肝臟過度沉積將表現(xiàn)為肝內(nèi)纖維結(jié)締組織異常增生[10]。自噬在肝臟內(nèi)不同類型的細(xì)胞中對(duì)肝纖維化的調(diào)控作用不同[11](如圖1)。一方面，自噬通過調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞的脂質(zhì)代謝和激活肝星狀細(xì)胞的活化促進(jìn)肝纖維化的發(fā)展；另一方面，自噬通過調(diào)控肝巨噬細(xì)胞、肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和肝內(nèi)皮細(xì)胞在肝臟炎癥、肝損傷應(yīng)答和肝臟代謝穩(wěn)態(tài)等細(xì)胞功能抑制肝纖維化[12-13]。

圖1 肝細(xì)胞自噬在肝纖維化中的特異性功能

肝細(xì)胞損傷通過加速炎癥和激活肝星狀細(xì)胞(HSC)而引發(fā)纖維化。不同肝細(xì)胞的自噬在肝纖維化過程中起著復(fù)雜的作用。在肝細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中，自噬間接抑制肝纖維化，①影響脂肪代謝，減少凋亡；②降低IL-1α和IL-1β；③維持內(nèi)皮細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)。HSC自噬直接促進(jìn)肝纖維化。蓄積激活的HSC可促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生，ROS和ER損傷可促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生，但維生素D受體(VDR)和法尼酯X受體(FXR)可抑制肝纖維化的發(fā)生。

2 肝細(xì)胞自噬與肝纖維化

2.1 肝星狀細(xì)胞自噬 肝纖維化發(fā)生過程中，HSC的持續(xù)激活是肝纖維化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。肝星狀細(xì)胞的活化分為兩個(gè)階段：起始階段和拓展階段。初始階段是肝損傷釋放的多種細(xì)胞因子作用于HSC，核內(nèi)轉(zhuǎn)錄發(fā)生一系列的變化激活HSC。拓展階段是激活的HSC獲得了收縮型、趨化型和纖維增生等表型。HSC的激活是一個(gè)廣泛而復(fù)雜的調(diào)控過程，自噬通過影響肝內(nèi)多種細(xì)胞因子的分泌和信號(hào)通路調(diào)控肝損傷和肝纖維化的發(fā)展[8-10]。脂質(zhì)滴(lipid droplet,LD)耗竭是HSC激活的重要特征[14]。肝星狀細(xì)胞自噬促進(jìn)LD降解，為誘導(dǎo)HSC的活化和增殖提供能量[15-16]。抑制HSC自噬會(huì)減慢HSC活化過程，下調(diào)HSC分泌細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)。HSC特異性敲除Atg7基因的小鼠會(huì)減弱對(duì)肝損傷的應(yīng)答反應(yīng)并促進(jìn)肝纖維化[17]。而自噬基因Atg5的過表達(dá)加速了靜態(tài)HSC中LD的降解[17]，促進(jìn)HSC激活。HSC自噬可促進(jìn)hedgehog (Hh)信號(hào)通路Smo蛋白活性，激活Gli蛋白進(jìn)入核內(nèi)調(diào)控下游靶基因轉(zhuǎn)錄。Hedgehog (Hh) 信號(hào)通路通過激活靶基因Yes相關(guān)蛋白(Yes associated protein,YAP)來調(diào)節(jié)HSC的祖細(xì)胞分化和轉(zhuǎn)分化[18-20]。肝星狀細(xì)胞自噬可能通過轉(zhuǎn)錄因子YAP調(diào)節(jié)HSC的分化和轉(zhuǎn)分化促進(jìn)肝纖維化的進(jìn)展。

許多細(xì)胞因子或信號(hào)通路可促進(jìn)HSC自噬影響星狀細(xì)胞的活化。細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是眾所周知的炎癥誘導(dǎo)劑，可促進(jìn)HSC和人肝星狀細(xì)胞(LX-2)的自噬通量和自噬體形成，從而促進(jìn)脂質(zhì)的降解[21]?；钚匝?reactive oxygen species,ROS)在肝臟中作用廣泛，通過激活HSC自噬影響肝損傷和肝纖維化。ROS上調(diào)細(xì)胞炎癥因子的分泌。炎癥因子通過促進(jìn)Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)，TGF-β的蛋白水平和基質(zhì)金屬蛋白酶活性，從而增強(qiáng)大鼠肝纖維化的發(fā)展[22]。有研究表明纖維化肝臟富含G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor,GPCR)的配體，大部分可被Gα12偶聯(lián)的配體激活。Gα12的過表達(dá)增強(qiáng)HSC的自噬，促進(jìn)ROS的產(chǎn)生和肝臟炎癥反應(yīng)[23-24]。法尼酯X受體(farnesoid X receptor,FXR)選擇性抑制NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和靜止的HSC活化[25]。FXR抑制自噬以維持甚至增強(qiáng)肝細(xì)胞存活。

最新研究表明，慢性乙型肝炎(chronic viral hepatitis B,CHB)患者表達(dá)更高的高遷移率族box-1(high mobility group protein box-1,HMGB1)蛋白[26]并誘發(fā)過度炎癥反應(yīng)[27]，促進(jìn)肝纖維化和癌變的發(fā)生。HMGB1-RAGE信號(hào)軸被報(bào)道調(diào)節(jié)HSC和肝纖維化的自噬。HMGB1通過激活p-ERK和抑制p-mTOR信號(hào)蛋白與RAGE結(jié)合，加劇肝纖維的進(jìn)展。外源HMGB1通過抑制p-STAT3和p-mTOR信號(hào)蛋白誘導(dǎo)自噬和活化靜止的HSC，從而分泌更多的HMGB1以增強(qiáng)HMGB1-RAGE軸效應(yīng)[28-31]。外源性和內(nèi)源性的HMGB1協(xié)同調(diào)節(jié)HSC激活和肝纖維化。

2.2 肝細(xì)胞自噬 肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞是肝臟中數(shù)量最多的細(xì)胞，持續(xù)性肝損傷通過旁分泌作用激活HSC的活化，促進(jìn)纖維化過程。肝細(xì)胞的基礎(chǔ)自噬通過減少細(xì)胞凋亡來保護(hù)肝細(xì)胞免受炎癥損傷[32]，而肝細(xì)胞中的脂自噬產(chǎn)生的游離脂肪酸為氧化反應(yīng)提供能量[33]。肝細(xì)胞特異性自噬缺失小鼠(Alb-Cre/Atg5)與對(duì)照小鼠(C57BL/6)相比，肝臟中p62大量積累，并顯示出免疫反應(yīng)的肝細(xì)胞數(shù)量減少[34-35]。肝細(xì)胞數(shù)量減少降低肝細(xì)胞對(duì)炎癥和損傷反應(yīng)的耐受性。肝細(xì)胞自噬缺失通過WNT信號(hào)的激活促進(jìn)肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞白介素-6(interleukin 6,IL-6)的分泌，IL-6通過旁分泌途徑激活HSC的活化和促進(jìn)肝纖維化[36-37]。眾所周知，mTOR激酶負(fù)調(diào)節(jié)自噬[38]。其中AKT-mTOR通路與細(xì)胞生長以及肝纖維化，急性肝炎和肝癌的發(fā)展密切相關(guān)[39]。肝細(xì)胞中AKT-mTOR激活通過負(fù)調(diào)控自噬促進(jìn)肝纖維化的發(fā)展[40]。

脂肪酸氧化作為肝組織和肌肉組織的主要能量來源，在肝臟的代謝平衡中起著重要作用。脂質(zhì)是脂肪酸的主要來源，肝細(xì)胞脂質(zhì)積累誘導(dǎo)釋放促進(jìn)HSC活化和增殖的因子，從而增強(qiáng)肝細(xì)胞對(duì)凋亡的抵抗力，促進(jìn)肝損傷并抑制肝細(xì)胞再生。而肝細(xì)胞的自噬活性降低能夠促進(jìn)脂質(zhì)累積[41-43]。線粒體作為細(xì)胞能量產(chǎn)生和氧化呼吸的場所，影響許多慢性炎性疾病(包括肝纖維化)的發(fā)生發(fā)展[44]。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，饑餓和低氧誘導(dǎo)的線粒體自噬協(xié)同AMPK信號(hào)通路可降低轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)的分泌和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)的表達(dá)[45-46]。最新的研究發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞衰老可以促進(jìn)多種炎癥因子的分泌，例如IL-6，通過“衰老傳染”促進(jìn)HSC衰老抑制肝纖維化的發(fā)展。阻斷肝細(xì)胞自噬可通過穩(wěn)定脂肪代謝以及預(yù)防細(xì)胞凋亡對(duì)肝細(xì)胞炎癥反應(yīng)和肝纖維化起到保護(hù)作用。

2.3 巨噬細(xì)胞自噬 持續(xù)性肝損傷和肝炎是造成肝纖維化進(jìn)展的主要誘因。肝巨噬細(xì)胞是肝組織中天然免疫細(xì)胞，其通過細(xì)胞因子、清除細(xì)胞碎片和抵抗環(huán)境壓力引起的過度炎癥來維持肝組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，在肝損傷和肝炎的發(fā)展中發(fā)揮主導(dǎo)作用[47]。肝巨噬細(xì)胞自噬作用通過調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子[尤其是白介素-1α(interleukin-1 α,IL-1α)和白介素-1β(interleukin 1 β,IL-1β)]的釋放來減少炎性細(xì)胞的募集和炎癥反應(yīng)，抑制肝纖維化的發(fā)展[48-49]。髓系細(xì)胞自噬基因Atg5的缺失小鼠在長期注射四氯化碳(CCl4)后，提高肝臟中IL-1α和IL-1β的mRNA和蛋白質(zhì)水平。自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素可抑制巨噬細(xì)胞中IL-1α和IL-1β的表達(dá)。同時(shí)，沉默巨噬細(xì)胞中自噬基因Atg5增加了線粒體氧化物(mitochondrion reactive oxygen species,mtROS)的表達(dá)并導(dǎo)致線粒體受損，而線粒體的損傷正是肝臟炎癥反應(yīng)的主要誘因之一[50]。巨噬細(xì)胞敲低Atg7基因的表達(dá)也發(fā)生了類似的趨勢[50-51]。進(jìn)一步的研究證實(shí)，自噬缺失會(huì)激活NF-κB通路，這與IL-1α和IL-1β分泌表達(dá)密切相關(guān)。IKKβ抑制劑ML120b抑制了IL-1α和IL-1β的分泌[52-53]。自噬缺失上調(diào)IL-1α和IL-1β的產(chǎn)生與mtROS依賴性NF-κB途徑激活相關(guān)。另一個(gè)研究結(jié)果表明，巨噬細(xì)胞炎性因子IL-1α和IL-1β分泌的增加促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞在肝臟聚集，誘導(dǎo)肝細(xì)胞的凋亡。巨噬細(xì)胞自噬可能通過另一種肝保護(hù)機(jī)制抑制肝纖維化[49，53]。

最近的研究報(bào)道巨噬細(xì)胞的衰老通過增加細(xì)胞因子分泌，減少吞噬作用和抑制自噬而促進(jìn)了炎癥因子的表達(dá)和分泌[54]。衰老的巨噬細(xì)胞不僅能分泌炎癥因子影響肝組織的炎癥反應(yīng)，同時(shí)也能分泌轉(zhuǎn)化因子TGF-β促進(jìn)HSC的活化和細(xì)胞外基質(zhì)的合成。衰老抑制了自噬相關(guān)基因及其蛋白質(zhì)(即Atg7、Atg5、Atg4B、Beclin-1和Lamp-2)的表達(dá)水平，促進(jìn)許多炎癥因子的表達(dá)和釋放，進(jìn)一步影響炎癥反應(yīng)和肝細(xì)胞損傷[55]。肝臟衰老引起的巨噬細(xì)胞數(shù)量增加是自噬依賴的。巨噬細(xì)胞自噬在肝臟衰老中引起的炎癥反應(yīng)和肝細(xì)胞損傷起保護(hù)作用。

2.4 內(nèi)皮細(xì)胞自噬 肝竇內(nèi)皮細(xì)胞在調(diào)節(jié)肝竇血流和細(xì)胞之間的物質(zhì)交流提供中樞場所，在維持肝功能的正常運(yùn)行起到十分重要的作用[56]。內(nèi)皮細(xì)胞自噬可維持內(nèi)皮細(xì)胞氧化能量代謝的穩(wěn)態(tài)，在維持HSC穩(wěn)態(tài)起著重要作用。有報(bào)道顯示內(nèi)皮細(xì)胞是能對(duì)區(qū)域刺激做出快速的局部反應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)器，內(nèi)皮細(xì)胞自噬能穩(wěn)定它的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能。在肝損傷期間，內(nèi)皮細(xì)胞選擇性自噬的缺失會(huì)加重氧化應(yīng)激反應(yīng)從而促進(jìn)HSC活化[57-58]。肝內(nèi)皮細(xì)胞能夠分泌多種細(xì)胞因子，其中包括TGF-β，可直接作用于HSC而促進(jìn)肝纖維化。少量的ROS和灌注損傷會(huì)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞線粒體周圍的自噬通量和LC3的形成[56]，內(nèi)皮自噬過度激活也會(huì)增強(qiáng)小窩蛋白的降解，從而促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生[56]。氧化物的含量可能與自噬和纖維化的激活有關(guān)，一氧化氮(NO)依賴性通路相互作用的自噬可能影響內(nèi)皮細(xì)胞的表型和功能。肝內(nèi)皮細(xì)胞開放期間，NO依賴性通路通過PI3K-AKT-MTOR通路的減少和窖蛋白-1(Cav-1)的自噬降解的開始而下調(diào)，內(nèi)皮細(xì)胞自噬的缺失降低了肝內(nèi)一氧化氮的生物利用度，削弱了其抗氧化反應(yīng)[59-60]。肝內(nèi)皮細(xì)胞中敲低自噬基因ATG7的表達(dá)增強(qiáng)氧化應(yīng)激和肝損傷，從而促進(jìn)肝纖維化[61]。

3 總結(jié)與展望

我國是肝病高發(fā)地區(qū)，大多數(shù)的肝病患者都伴隨著肝纖維化的發(fā)生，但是目前還沒有有效的抗纖維化治療手段。近年來，細(xì)胞自噬研究在肝纖維化中有了一定的進(jìn)展，細(xì)胞自噬在肝纖維化中起著廣泛而復(fù)雜的作用[4]。自噬在肝臟不同類型細(xì)胞中調(diào)控不同的信號(hào)通路影響肝纖維化發(fā)展過程。肝星狀細(xì)胞自噬通過促進(jìn)脂質(zhì)代謝促進(jìn)肝纖維化的發(fā)展[14-15]。在肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞中，基礎(chǔ)自噬具有調(diào)節(jié)脂肪代謝和減少細(xì)胞凋亡影響炎癥反應(yīng)的雙重作用[46，62]。肝巨噬細(xì)胞中的自噬途徑通過抑制炎性細(xì)胞因子(尤其是IL-1α和IL-1β)的釋放來減少炎性細(xì)胞的募集和炎癥反應(yīng)，從而抑制肝纖維化[49，62]。內(nèi)皮細(xì)胞自噬主要維持內(nèi)皮細(xì)胞氧化反應(yīng)和能量代謝的穩(wěn)態(tài)，從而影響其抗氧化反應(yīng)和炎癥反應(yīng)[57-58]。綜上所述，自噬是一把雙刃劍。一方面自噬的抗炎和護(hù)肝作用使其發(fā)揮抑制肝纖維化的效應(yīng);另一方面 HSC自噬則使其具有促肝纖維化作用。以自噬為治療靶點(diǎn)特異性靶向不同類型肝臟細(xì)胞，也許會(huì)為肝纖維化治療過程中提供新的方向。