中文Hepaticfibrogenesis

GuoJ,FriedmanSL.Hepaticfibrogenesis.SeminLiverDis.2007,27(4):413-426肝纤维化JinshengGuo,M.D.,ScottL.Friedman,M.D.摘要肝纤维化是肝脏对各种损伤产生的一种创伤-修复反应，在许多患者最终导致失代偿性肝硬化，全球具有较高的发病率和病死率。激活的肝星状细胞、其它类型的肝促纤维形成细胞及骨髓和循环中的纤维细胞引起肝损伤中细胞外基质累积。同时，基质金属蛋白酶(MMPs)对ECM的降解速度跟不上合成的增加，在一定程度上是由于MMP抑制因子(如：金属蛋白酶组织抑制因子)的持续表达。已经鉴定出了一些能增强肝纤维化反应的循环、旁分泌和自分泌介质。加上不断增多的信号通路和遗传决定因素方面的知识，我们期待着在新的诊断学和治疗学上取得更多的进展，这将在未来几年里转变慢性肝病的诊疗方式。关键词：肝纤维化，细胞外基质，肝星状细胞，金属蛋白酶组织抑制因子，信号通路在过去的5到10年中，肝纤维化领域的知识得到了爆炸性增长，这主要得益于在致病机制方面的理解取得了持续进展以及意识到纤维化是一些本可以得到治疗的慢性损伤的一个共同通路。现在，前进的步伐更快了，对肝纤维化发展和逆转过程中的关键介质的新认识将为慢性肝病的治疗开创一个令人兴奋的新时代。本文将围绕肝纤维化治疗所取得乐观进展进行综述。肝纤维化的病理改变肝纤维化是指继发于急性或慢性肝损伤的间质或“瘢痕”细胞外基质(ECM)累积。不论病因如何，肝硬化和终末期肝纤维化的特点都是肝结构变形、间隔形成或肝细胞环绕瘢痕形成结节带，并与微血管结构改变相关。这些病理变化损害了肝脏功能并能导致门脉高压。在纤维化过程中肝脏中ECM组分的质量、数量及分布都会发生很大的变化[1]。共同形成肝脏瘢痕、在间质中积聚的ECM组分替代了狄氏腔内皮下正常的低密度Ⅳ胶原，这些间质纤维形成的胶原(尤其是Ⅰ和Ⅲ型胶原)主要分布于肝再生结节周围的连接间隔内。硬化肝可能含有健康肝六倍以上的胶原和蛋白多糖[2]。而且Ⅰ型胶原要比Ⅲ型胶原增加更为显著，它们在正常肝中的比例是1：1，在硬化肝超过1：1。另外，包括Ⅳ型胶原和层粘连蛋白在内的非纤维形成胶原也有所增加，这些蛋白是构成基底膜不可缺少的成分。这些成分和包括蛋白聚糖、纤连蛋白和透明质酸在内的基质糖偶联物一起促进血窦毛细血管化。而且，组织转谷氨酰酶造成胶原纤维交联增加，这使纤维间隔更难溶，因而更能抵抗基质金属蛋白酶(MMPs)的水解作用。在纤维化区域，正常血窦内皮细胞的膜孔明显减少并且变小，导致内皮屏障的孔隙率下降[3]。另外，血窦内皮细胞基底部不连续的基底膜被连续的基底膜取代，并且伴随着大量的胶原纤维在狄氏腔积聚。另一个微血管变化是血管化的纤维间隔解剖结构遭到了改变，导致在肝脏进(门静脉和肝动脉)出(肝静脉)血管之间形成了一些肝内分流支[4,5]。孔隙率减少和肝内分流减少了肝内小叶间肝细胞和灌注血浆之间代谢物的自由交换，因而在肝细胞周围形成了缺氧区(尤其是在小叶中心周围)，这可以进一步损害肝功能。纤维化随疾病发展的模式主要取决于肝损伤的性质，这些模式可分为基于肝门的(如：慢性病毒性肝炎、慢性胆汁淤积症和血色素沉着症)和基于中心的(如：脂肪性肝炎和慢性静脉梗阻)纤维化。另外，纤维化间隔可分为汇管区-肝门(如：胆汁淤积性肝损伤)、肝门-中心(如：病毒性肝炎)或中心-肝门(如：酒精性肝病)。不同的模式最有可能反映特异性的潜在疾病所造成的损伤和炎症位置，尽管在缺乏其它临床和实验室评估资料的情况下很少单独将纤GuoJ,FriedmanSL.Hepaticfibrogenesis.SeminLiverDis.2007,27(4):413-426维化分布模式用于建立特异的病因学。肝纤维化的发病机制典型的发病机制是，肝损伤启动肝纤维化，这种损伤通常是多因素的，并且是疾病特异的。刺激包括肝细胞坏死、凋亡、炎细胞浸润和ECM改变。实质细胞和非实质细胞都会参与对损伤的反应，这依赖于细胞因子的汇聚和其它细胞外信号，如：活性氧(ROS)。这些刺激引发纤维化反应，由于ECM成分沉积和降解失衡，随着时间的推移，ECM蛋白在肝内大量积聚(图1)。图1肝纤维化调节系统。肝纤维化反映了不同类型肝细胞、细胞因子和ECM之间复杂的相互作用。CTGF，结缔组织生长因子；ECM，细胞外基质；ET-1，内皮素-1；IGF-1，胰岛素样生长因子；MMPs，基质金属蛋白酶；PDGF，血小板源性生长因子；RNS，活性氮；ROS，活性氧；MCP-1，单核细胞趋化蛋白-1；MIP-2，巨噬细胞炎症蛋白-2；TGF-β1，转化生长因子β1；TIMPs，金属蛋白酶组织抑制因子；VEGF，血管内皮生长因子。来自损伤肝的纤维化刺激氧化应激氧化应激在造成肝损伤和启动肝纤维化的过程中起重要作用。在慢性肝病患者和大多数肝纤维化实验模型肝脏中通常能够检测到活性氧，活性氮，丙二醛、4-hydroxynonenal等脂质过氧化产物、蛋白质和碳水化合物的氧化产物、DNA氧化损伤的产物(8-hydroxyguanosine)增加[6,7]。氧化应激主要通过氧化剂(如：O2.-,H2O2,.OH,RO.,ROO.ONOO-)发生，这些氧化剂主要来自于发生泄漏的或损伤的肝细胞线粒体、激活的炎细胞和特异的细胞色素P450s产物(尤其是CYP2E1)[8]。这些积聚的ROS逐渐克服肝脏的抗氧化能力，这些抗氧化物质包括过氧化氢酶、还原性谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶和非酶性物质如：α-生育酚、还原性谷胱甘肽、β-胡萝卜素、胆红素、黄酮类(Parola和Robino[7]综述)。脂质、蛋白和DNA的氧化分解诱导肝细胞坏死和凋亡并放大炎症反应，启动纤维化。ROS也可以刺激Kuffer细胞及驻留、循环炎症细胞产生促纤维化因子，这些ROS也具有直接促纤维化作用，并可促进肝星状细胞(HSCs)增生[9]。缺氧缺氧是早期纤维化的一个关键刺激，可能通过以下几种机制造成：肝血窦毛细血管化GuoJ,FriedmanSL.Hepaticfibrogenesis.SeminLiverDis.2007,27(4):413-426造成血窦孔隙率减少，肝内分流，血管收缩、压缩和血栓形成，代谢需求增加，尤其是在酒精性肝损伤。缺氧会降低线粒体功能并导致氧化应激，而且缺氧会导致HSCs上调缺氧诱导因子1α的表达，这是细胞对低氧血症反应的一个中心调节物，进而诱导血管内皮细胞生长因子(VEGF)及其受体，并刺激HSCs中Ⅰ型胶原的合成[4,10,11]。缺氧也可加强转化生长因子(TGF-β1)的表达[12]，促进驱动血管再生和纤维化的自分泌和旁分泌环。在持续损伤存在的情况下，纤维化和缺氧互相放大，导致一个恶性循环破坏正常组织修复。炎症和免疫反应炎症是肝纤维化发生发展过程中的一个重要因素，固有免疫(如：自然杀伤细胞[NK]、巨噬细胞)和适应性免疫(如：T、B细胞)中的炎症细胞都会参与肝损伤和肝纤维化的发展，它们发挥着广泛的“有益”和“有害”功能，包括：清除病原体、细胞杀伤(如：在抗病毒免疫反应中造成肝细胞损伤)、调节炎症细胞、招募和激活肌纤维母细胞和调节纤维化自然恢复(Henderson,Iredale[13]和Mehal[14]综述)。损伤的肝细胞、Kupffer细胞和HSCs促进炎症诱导，这些复杂的细胞间反应也导致其它炎症细胞的招募。损伤的肝细胞局部释放的组织因子(如：凋亡小体和脂脂过氧化物)和降解的ECM成分(如：降解的胶原、弹性蛋白、纤连蛋白和透明质酸)可以刺激趋化性细胞因子和趋化因子表达，放大炎症活性。肝脏中组织特异的巨噬细胞群——Kupffer细胞，是肝脏炎症反应中重要的效应细胞。HSCs也是肝脏炎症反应中的重要效应细胞，而不仅仅是炎症靶细胞(后面将会有更多的描述)。它们通过活化核因子-κB(NF-κB)表达几种炎症介质，包括炎症趋化因子[15-18]。细胞凋亡细胞凋亡或程序性细胞死亡是慢性肝病的一个共同特征，尤其是肝细胞凋亡[19]。细胞凋亡产生凋亡小体，然后通过吞噬作用清除。尽管通常认为细胞凋亡是非炎症性的，但实际上它是一种促炎和促纤维化刺激物。Kupffer细胞吞噬凋亡小体后分泌死亡配体和肿瘤坏死因子(TNF)-α[20]。类似地，HSCs吞噬凋亡小体后，随着氧自由基的产生，TGF-β1和Ⅰ型胶原表达上调，触发促纤维化反应[21,22]。脂肪变性肝脂肪变性反映了一个复杂的病理生理学过程，最常由胰岛素抵抗和线粒体功能障碍引发[23-25]。在慢性丙型肝炎、酒精性脂肪变性肝炎和非酒精性脂肪变性肝炎，脂肪变性是纤维化的危险因素[26-28]。在丙型肝炎病毒(HCV)感染者，脂肪变性增加了对抗病毒治疗的抵抗[29,30]。在一项酒精性脂肪肝病人研究中，通过α平滑肌肌动蛋白的表达来评估，甚至在单纯的脂肪变性都可以看到HSC活化的证据[31]。尽管单凭脂肪变性还不足以使纤维化持续，但它代表着“第一次打击”，使肝细胞对“第二次打击”(如：氧化应激、病毒感染或脂多糖[LPS])敏感，这使损伤蔓延并激起持续的纤维化[32,33]。可能通过以下几种途径促进脂肪变性相关的肝纤维化：(1)氧化应激增强；(2)对细胞凋亡的敏感性增加；(3)对细胞损伤的反应失调；(4)过氧化物酶体增殖激活受体信号和活性；(5)瘦素表达和信号失调。ECM积聚和降解失衡肝纤维化是由于ECM合成与降解相比有一个净增加，实际上在肝损伤期间两者都被明显地诱导，结果尽管慢性肝病患者体内有活跃的肝纤维化发生，但基质仍然在慢慢地积聚。然而过一段时间，ECM降解的速度就跟不上持续的纤维化速度，导致基质稳定地积聚。纤维化间隔的持续增厚，再加上胶原的化学交联，使ECM的不溶性和对蛋白酶消化作用的抵抗增加[34]。最终，在晚期肝硬化，ECM积聚变得不可逆转，尽管不可逆转的发生点和决定因素还不能完全界定。ECM降解是由MMPs介导，MMPs是锌依赖酶的一个家族，可以归入胶原酶、明胶酶、GuoJ,FriedmanSL.Hepaticfibrogenesis.SeminLiverDis.2007,27(4):413-426间质溶解素和膜型MMPs(表1)[35-37]。金属蛋白酶的组织抑制因子(TIMPs)以底物或组织特异的方式结合到MMPs和膜型1金属蛋白酶上，形成3分子复合体，阻断了它们的蛋白水解活性。在纤维化过程中，TIMPmRNA和蛋白水平显著增加，MMP水平中度增加或保持相对稳定[37]。一个例外是MMP2，在纤维化过程中显著增加并参与正常肝组织结构的退化[35]。值得注意的是，TIMP-1是一个关键的调节点，因为它既可以抑制基质蛋白酶又能促进纤维发生细胞幸存，在一定程度是通过诱导抗凋亡蛋白Bcl-2实现的[38-40]。就其本身而言，TIMP-1是一个有吸引力的抗纤维化治疗靶点，尤其是它的表达主要限制在肝脏中活化的星状细胞，在正常肝脏很少表达[41]。表1MMPs和它们在肝脏中的抑制因子分子量(kd)名称家族潜伏形式活化形式底物来源胶原酶间质胶原酶(胶原酶-1)MMP-15545Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅹ、明胶HSC中性粒细胞胶原酶MMP-87558Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、明胶中性粒细胞胶原酶-3MMP-136648Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅶ、Ⅹ、明胶HSC、MFB、KC间质溶解素间质溶解素-1MMP-35745Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、明胶、层粘连蛋白、纤连蛋白、蛋白聚糖、糖蛋白、弹性蛋白、pro-MMP-1/13HSC间质溶解素-2MMP-105744Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、明胶、弹性蛋白、聚集蛋白聚糖HSC间质溶解素-3MMP-116244PAI-1、弱活性抗基质蛋白HC明胶酶明胶酶AMMP-27266明胶、Ⅴ、Ⅳ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ、弹性蛋白、层粘连蛋白、Ⅲ、Ⅱ、ⅠHSC、MFB明胶酶BMMP-99286同MMP-2KC、HSC、HC基质溶解素MMP-72819巢蛋白、明胶、弹性蛋白、纤连蛋白、玻连蛋白、层粘连蛋白、纤维蛋白原HSC金属蛋白酶MMP-125445弹性蛋白、明胶、Ⅳ、