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《外科学其他》

细胞因子在肝脏损伤再生启动中的作用

发表时间:2011-07-27  浏览次数:373次

  作者:曲鑫建,孔保庆,莫颂轶,王凤永  作者单位:右江民族医学院寄生虫学教研室,广西

  【关键词】 肝移植,干细胞因子,干细胞

  肝实质细胞除了具有增殖能力以外,还能实时地履行各种必须的功能从而保持自我平衡,这些功能包括糖原调节、蛋白的合成、胆汁的分泌以及有毒物质的生物降解等等。研究显示肝脏切除后1~5min之内尿激酶受体出现在肝实质细胞质膜上,尿激酶活性增加,肝实质细胞膜在30min之内超级化,在最初的5h之内在胆小管观察到显著的形态变化,但没有观测到胆汁分泌降低。在肝脏切除的最初30min之内,可以诱导产生几个新的基因,共同的被命名为早期调节基因。其中之一是蛋白IGFBP1,一个血浆蛋白,结合于IGF-I和IGF-II,从而显著的增加自身的表达。转录因子STAT3的激活在最初的30min之内就完成,在3h的时候出现高峰并且可以持续到5h。在肝切除几分钟之内就能激活NF-kB。在适当的信号下NF-kB和STAT3被快速地激活,并且转运到核内[1]。许多早期调节基因含有与NF-kB和STAT3相结合的启动子序列。新合成的c-Fos和c-Jun能导致AP1活性的快速增加。LRF-1,一个锌酯蛋白,在肝脏切除后被快速激活,然后和c-Jun形成复合体。不同形式的AP1能在肝脏切除后存在几个小时。激活STAT3、NF-kB和AP1是导致肝实质细胞内DNA合成的主要信号链[2]。C/EBPa 总量降低,C/EBPb总量增加。HNF1、HNF4、HNF3和其它分子仍然保存不变。

  在肝脏切除20~72h内,肝实质细胞内的甘油三酸酯显著增加,伴随着脂酶的显著诱导[3]。所有这些参数的变化在肝切除后5~7天内恢复到正常水平同时肝实质细胞停止增殖,肝脏结构得以恢复。因此,肝实质细胞通过肝脏相关的转录因子的轻微改变,显著诱导和有丝分裂原相关的其它的DNA结合活性,暂时的部分逆转到胎肝时期的水平,来控制有丝分裂和提供分化功能。

  细胞因子是多种细胞所分泌的能调节细胞生长分化、调节免疫功能、参与炎症发生和创伤愈合等小分子多肽的统称。现对肝细胞生长因子、肿瘤坏死因子等有丝分裂原对肝脏的再生作用作一综述。

  1 肝细胞生长因子(HGF)的作用

  HGF是在肝脏再生过程中从血液中第一个被鉴定具有促进肝实质细胞分裂的物质。 研究显示,当肝脏体积变小的时候人血浆中的HGF浓度明显增加;对于大鼠来说,肝切除1h后HGF浓度可以增加20倍。HGF浓度在第一个24h之内慢慢地下降,但是在72h之内仍然高于正常水平,然后再降到正常水平[4],这说明在血浆中快速上升的HGF是导致肝实质细胞进行DNA合成的刺激因素之一。

  血液中出现的生长因子在时间上的变化和早期调节基因表达的快速变化相吻合。HGF诱导一些早期调节基因的表达如LRF-1和IGFBP1。因此可以推测肝脏切除1h以后血浆中潜在的促进肝实质细胞分裂物导致了23h后肝实质细胞DNA的合成。肝脏负责清除大部分循环的HGF,但是肝脏切除以后清除HGF的速度不足以解释血浆中HGF的大量上升。在肝脏切除3~6h以后,Ito细胞中HGF mRNA表达开始增加,可以持续到24h[5]。但是这也不能解释肝脏切除1h后血浆中HGF的增加,然而这可以解释HGF在再生过程中持续的高浓度。在再生过程中,可以在其它的组织如肺和脾中发现HGF mRNA表达的增加。这种分散的影响机制现在还不清楚。现在对于HGF和它的受体(c-Met)的启动子研究显示IL-1和IL-6可能涉及这个过程,HGF基因敲除导致胚胎的致死性部分原因是阻碍了肝脏的发育,这显示HGF和它的受体c-Met对于肝脏的增殖和功能非常重要。

  假如HGF是肝脏再生过程中实质细胞增殖的首要刺激物,那么通过门静脉注射HGF到正常的大鼠将引起肝实质细胞DNA合成。实验显示在注射HGF以后,进行DNA合成的肝实质细胞非常有限,DNA合成仅仅限制在门静脉周围。注射EGF和TGF-α可以得到相似的结论,这些结果表明正常肝脏中的实质细胞对于分裂刺激信号没有反应。当注射HGF之前进行少量的胶原酶灌注可以显著的增加HGF的促分裂效果,这样能使超过60%的实质细胞进入DNA合成,但胶原酶自己本身并没有影响[6]。一些直接的或间接的证据表明在肝脏切除后不久基质降解可以解释胶原酶的体内实验。

  尿激酶被认为参与血纤维蛋白溶酶原到血纤维蛋白溶酶过程的蛋白水解级链反应。血纤维蛋白溶酶激活基质去降解基质金属蛋白酶。在肝脏切除5min之后激酶样纤溶酶原活化物(uPA)的上升是因为uPA受体转运到细胞膜的结果。在肝脏切除之后不久就能看到从血纤维蛋白溶酶原到血纤维蛋白溶酶的转化和一些肝生物基质蛋白水解能力的增加。以前的研究显示肝生物基质包含有大量的HGF,其主要位于门管区。基质的降解引起HGF的快速上升,因此增加了血浆中HGF的浓度。uPA能将无活性、基质偶链的单链HGF转变为有活性的、受体结合的双链形式。uPA活性的增加引起生物基质的蛋白水解不仅导致了HGF上升,而且激活了肝中HGF,然后与实质细胞上的受体结合或者进入血液。实验显示肝脏切除15min以后可以观测到双链的HGF[7],然而另外一个实验显示仅仅在化学药物损伤的肝脏才能观测到有活性的HGF。c-Met的酪氨酸磷酸化在DNA合成的几个小时之前就能检测到,这个表明HGF参与了再生的激活信号。

  2 肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6)的影响

  TNF-α和IL-6是肝脏再生早期信号通路中的重要成分。早期的研究表明内毒素是一个重要的促进Kupffer细胞产生TNF-α的物质,可能涉及肝脏再生。在肝脏切除之前用TNF-α抗体处理大鼠导致DNA合成的减少,Jun激酶活性降低,但c-Jun mRNA和核AP1活性增加。如混合物中含有钆,其能大量的增加TNF-α mRNA在Kupffer细胞上的表达,能增强诱导IL-6、c-Jun、C/EBPb、C/EBPD和增加核内AP1的数量。这些事件发生在肝脏再生的早期,说明TNF-α在肝脏再生的信号通路中起着重要的作用。更加令人感兴趣的是,在各种宿主共栖生物诱导的肝脏重量增加过程中,只有TNF-α mRNA的表达是增加的[8]。在TNF-α I 型受体缺陷的小鼠肝切除以后的DNA合成受到严重的损害,并且STAT3和NF-kB没有像预期那样增加。这些缺陷可以在注射IL-6后得到修正,从而表明TNF-α调节IL-6的释放。

  IL-6是由Kupffe细胞释放的,并且受到TNF-α的调节。作为炎症反应的一部分,IL-6对于急性期的肝实质细胞的蛋白合成是一个重要的信号分子。血浆中IL-6的浓度在肝脏切除后增加,在24h的时候达到最高。有报道[9]说IL-6对于实质细胞的原代培养起着促分裂作用或者抑制有丝分裂的作用。IL-6能促进胆管上皮细胞的有丝分裂。最近发现IL-6敲除的小鼠,肝脏切除以后实质细胞的DNA合成受到抑制,表皮生长因子(EGF)和IL-6引发的STAT3活性也显著下降。

  这些研究表明缺少了TNF-α 和IL-6,引发肝脏再生的早期信号机制受到影响。假如EGF也能激活STAT3,能补偿IL-6,那么缺失IL-6的小鼠肝脏再生将是没有缺陷的,表明IL-6在肝脏再生的信号通路中是必须的并且不可被其他的因子所替代的。这些因子包括gp130受体共享的趋化因子,如:OSM、LIF、CNTF。然而IL-6敲除的小鼠肝脏再生最终是可以完成的。这些研究阐明了IL-6和TNF-α的角色,它们不必区别于下面的这两个角色:肝脏再生过程中必须出现的因子和肝脏再生的驱动信号,其通过生长因子和它的受体的改变从而引发新的信号,最终导致细胞增殖。

  3 EGF和转移生长因子-α(TGF-α)对肝脏再生的影响

  EGF和TGF-α是实质细胞培养的最初的有丝分裂原。大鼠唾液腺切除能引起血浆中EGF的降低,最终也导致肝脏再生能力的下降。在肝脏切除以后,血浆中EGF上升非常有限。在肝脏切除以后,EGF在肝脏再生过程中扮演着一个有丝分裂原的角色,而且对于肝实质细胞来说EGF变得更加容易得到了。肝脏可以通过门管循环从十二指肠的Brunner腺持续地得到EGF[10]。和HGF一样,肝脏获得EGF也是一过性的,然后堆积在门管区周围的基质。在肝脏切除以后,平均肝脏重的EGF水平将会下降。除了去甲肾上腺素以外,还有一些物质在肝脏切除以后大量的增加,它能刺激Brunner腺分泌EGF,最后增加进入肝脏的EGF的量。在肝脏切除以后,EGF受体的快速酪氨酸磷酸化和下调表明EGF在肝脏再生早期起着作用。

  EGF在肝脏再生早期起着非常重要的作用,TGF-α在随后的时间里发挥作用。在肝脏切除2~3h以后,TGF-α在实质细胞中诱导,在12~24h后达到最高峰,可以持续到48h[11]。实质细胞产生的TGF-α通过自分泌的方式刺激增殖。在白蛋白启动子控制下的TGF-α在实质细胞中的过表达导致实质细胞DNA合成维持在很高的水平,并最终导致肿瘤的形成。这些发现能否应用于肝脏再生现在还不清楚。在敲除TGF-α的小鼠中,肝脏再生是正常的,这可能是因为EGF受体配体的其它成员的补偿作用。在肝脏切除以后,血浆中的TGF-α只有少量的增加。尽管TGF-α mRNA大量的增加,但是TGF-α蛋白只增加了2倍,这个增加量还不如转基因小鼠中的增加量。

  除了对于肝实质细胞的潜在影响,TGF-α可能是由肝实质细胞合成的分裂信号中的一种,其在实质细胞增殖后24h可以引起附近的基质细胞增殖。TGF-α是内皮细胞的有丝分裂原。除了TGF-α,其它的生长因子如FGF和VEGF也可以由增殖的肝实质细胞产生,它们通过旁分泌影响内皮细胞[12]。产生这些生长因子可能是一个有序性的过程,它们的目的是为了保持正常的肝脏组织。增殖中的肝脏类似于快速生长的肿瘤,需要新合成的基质和血管内皮 ,这些目的的取得是使用同肿瘤发生相同的信号机制,它们也分泌TGF-α、FGF和VEGF,这可能也是另外没有完全了解的肝再生刺激因素所扮演的角色。

  4 去甲肾上腺素(norepinephrine)

  在肝实质细胞的原代培养时,去甲肾上腺素通过和去甲肾上腺素受体相互作用扩大了有丝分裂的EGF和HGF信号。去甲肾上腺素诱导了EGF的分泌,从而使得更高EGF的去刺激肝实质细胞的增殖。它抵消了TGF-β1对于从肝脏增殖早期分离的实质细胞抑制性作用。哌唑嗪,α1肾上腺素受体的特异性抑制剂和交感神经去极化物,在肝脏切除后24h内能显著地减少DNA合成,尽管DNA合成在肝切除后48~72h后最终达到正常水平,可能就是这些原因使得肝脏再生依赖于去甲肾上腺素[13]。

  5 胰岛素(insulin)

  胰岛通过门静脉持续的给肝脏提供胰岛素,假如胰岛素的供应量不足(门静脉的闭锁)将导致肝脏的萎缩,注射胰岛素后通过肝实质细胞的复制能阻止或者回复肝脏的萎缩[14]。胰岛素注射到正常的动物不能促进肝实质细胞的再生,当门静脉闭锁将导致肝脏再生的阻断,并且这种现象可用通过注射胰岛素来回复。在已有的生长因子的培养液中加入胰岛素能促进肝实质细胞的增殖。胰岛素本身并不是一个最初的有丝分裂原。有关胰岛素和胰岛素受体的研究表明胰岛素和其受体产生的信号通路肯定参与正常的细胞增殖过程,这个研究不能表明胰岛素浓度的改变将导致细胞增殖。肝切除后,血浆中的胰岛素浓度快速的下降,同时胰高血糖素的浓度增加,这个可能是胰高血糖素在再生过程中的一个动态平衡反应。

  6 核激素受体的配体和生物异源物质(Xenobiotics)

  三碘甲状腺氨酸和维甲酸能在体内刺激实质细胞的合成,但是在细胞培养中却没有影响。它们的作用与硝酸铅、巴比妥酸盐、抗癫痫药物地仑丁、安定的作用相似,这些物质是过氧化物酶体的促增生物,它作为类固醇激素过氧化物酶体增生物家族激活受体的配体。这些物质不引起组织的损伤,相反它们通过诱导肝实质细胞DNA的合成和细胞的肥大来显著地增加肝脏的重量[15]。TGF-α和HGF mRNA的水平不发生变化,但是却诱导TNF-α mRNA的显著表达。肝重的增加伴随着胰岛素和表皮生长因子受体的下调。最终使得肝实质细胞抵抗胰岛素和表皮生长因子的刺激作用。许多这样的类似物在大鼠中促进了肝脏肿瘤的生成。现在还不清楚为什么这些物质具有相似的作用。核家族受体的发现使得研究核受体的配体作为调节因子调节肝实质细胞的增殖核分化成为可能。最近对于三碘甲状腺氨酸和维甲酸的研究表明这些配体家族需要更进一步的研究它们在肝脏增殖过程中的作用。

  总结: 单独还是联合作用?

  诸多细胞因子(HGF,EGF,TGF-α,IL-6,TNF-α, norepinephrine,和insulin)的作用不是相互独立的,事实上它们都参与了肝实质细胞从G0期到G1/S期的转变。毫无疑问,HGF在肝再生过程中具有决定性的作用,HGF在血浆中的提高使得它作为最主要的候选分子来引发肝脏的再生。EGF也是一个肝脏再生的刺激因子,它可以持续地存在于肝脏中。EGF受体浓度的改变早于TGF-α,表明EGF在肝脏切除以后的再生中起着发动的角色。

  其他的因子是必须的并扮演着特定的角色。实验显示insulin、IL-6和norepinephrine的产生对于肝脏回复到正常是必须的,但是没有一个物质是最先发动肝实质细胞增殖。 IL-6的增加引起急性期蛋白的快速合成,但是却不影响DNA的合成。Insulin和norepinephrine就自身而言不是有丝分裂原,但是它们能增加EGF和HGF的促进分裂作用。肝脏再生能在缺少IL-6, 完全阻断a1-αdrenergic,注射TGF-b1和局部15 grays照射的情况下完成[16]。事实上,现在还不知道怎样完全地阻止肝脏再生。这个证明有很多因素启动肝脏的再生。肝脏切除的基本变化是平均肝重血流的3倍的增加。现在还不清楚怎样在5min之内增加uPA活性或者激活转录因子和诱导早期调节基因在30min之内的表达。有许多分子涉及这个过程。在30~60min之内,血浆中HGF的增加提供了一个强有力的内分泌的有丝分裂信号再结合被引发EGF、IL-6、insulin、基质重排的信号最终促进肝实质细胞的DNA合成, 肝脏再生也需要寻找最先启动肝脏再生反应的信号分子。

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