肝星状细胞与肝纤维化的研究进展
【关键词】 肝纤维化
肝纤维化（1iver fibrosis）是指肝脏在各种慢性炎症或损伤的持续刺激下发生的肝脏内纤维结缔组织异常增生，是所有慢性肝病共有的病理改变，其共同的特点是以胶原蛋白为主的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）各成分合成与分泌增多，而降解相对不足，过多地沉积在肝内引起纤维化，如进一步则可引起肝脏组织重构、再生结节和假小叶形成，进入肝硬化阶段。目前多认为肝纤维化的形成机制是各种致病因子造成肝细胞损伤，引起肝Kupffer细胞、血小板、肝窦状内皮细胞和肝细胞等激活，分泌多种细胞因子（cytokine）与化学递质共同作用于肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC），使其激活。激活的HSC一方面通过大量增殖和分泌细胞外基质参与肝纤维化的形成和肝内结构的重建，另一方面通过细胞收缩使肝窦内压升高、肝窦内皮毛细血管化，这两类变化最终奠定了肝纤维化、门静脉高压症发病的病基础。因此，阐明HSC的生物学特性与功能及其在肝纤维化中的作用机制，对肝纤维化的预防和都有重要的意义。本文就此综述如下。
1 肝星状细胞的研究背景
肝星状细胞的名称有多种多样，如肝贮脂细胞（fat-storing cell，FSC）、脂细胞（1ipocyte）、维生素A贮存细胞（vitaminA-storing cell）、窦周细胞（perisinusoidal cell）、Ito细胞等，这间接反映了肝星状细胞历史背景的复杂性。早在1876年，德国Carl von Kupffer在使用氯化金染色法研究肝脏的神经系统时无意中发现肝血窦周围有一种呈星状形态的细胞，将其命名为星状细胞（sternzellen）。1898年，Kupffer用印度墨水对兔肝进行染色时，观察到能吞噬墨水颗粒的肝巨噬细胞，也就是后来人们为纪念Kupffer而命名的Kupffer细胞。因为同样为星状形态，Kupffer误把肝巨噬细胞和星状细胞混为一谈，认为星状细胞就是肝巨噬细胞。这种观点在当时得到了广泛的认同。直到1951年，日本学者Toshio Ito通过光学显微镜发现人的肝窦周围有一种富含脂质小滴、并且有网状纤维包绕的细胞，并将之命名为伊东细胞（Ito Cel1s）或贮脂细胞（fat-storing cells）。1958年，Suzuki用银染色法在Disse腔内观察到这种星芒状的细胞，发现其突起与肝脏内的自主神经末梢相连系，他认为这种细胞能将来自肝内自主神经的冲动传递给肝实质细胞，并将其称为“间质细胞”［1］；1966年，Bronfenmajor证实了伊东细胞的发现，又给该细胞起个新名叫脂细胞（1ipocytes）［2］；1971年，Kenjiro Wake［3］采用电镜，结合氯化金染色法和苏丹红染色法发现Ito所描述的伊东细胞和Kupffer所发现的星状细胞原来是同一类型的细胞，并指出上述细胞既不同于肝窦内皮细胞，也不是肝内的巨噬细胞。这种细胞富含Vitamin A和脂质小滴,其中脂质小滴发出的自体荧光，以及这种细胞能被氯化金染色的特性都与Vitamin A的存在有关。至此，人们才揭开了这种星芒状细胞的真实面目，并开始了对其功能的研究，逐渐发现了它与肝纤维化的关系。1995年，国际上正式将其命名为HSC［4］。
2 肝星状细胞的一般性质及其功能
HSC位于Disse间隙内，紧贴着肝窦内皮细胞（sinusoidal endothelial cells,SEC）和肝细胞。其形态不规则，胞体呈圆形或不规则形，常伸出数个星状胞突包绕着肝血窦。此外，HSC还伸出胞突与肝细胞、邻近的星状细胞相接触。HSC胞质内有1～14个直径约1.0～2.0μm的富含维生素A和甘油三酯的脂滴，胞浆中有丰富的游离核糖体、粗面内质网及发达的高尔基复合体。胞核形态不规则，由于脂滴的挤压，常致细胞核有一个或多个凹陷，核内可见1～2个核仁。正常肝脏中HSC的数目很少，只占肝细胞总体数目的5%～8%及总体体积的1.4%，但HSC的立体分布和伸展足以覆盖整个肝窦微循环［5］。
正常情况下HSC表现为富含Vit A脂滴的静止型，其功能主要有：（1）代谢和贮存Vit A：肝脏储存有体内80％左右的维生素A，对体内维生素A的代谢起着重要作用。视黄醛在小肠内酯化后被运输到肝脏并与特异的视黄醛结合蛋白结合，然后转运到邻近的HSC储存［6，7］。（2）储存脂肪：正常HSC胞质内的脂滴含有大量的甘油三酯，为肝细胞提供能源。（3）合成和分泌胶原及糖蛋白、蛋白多糖等基质成分：目前的研究认为，HSC是正常及纤维化肝脏中细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的主要合成细胞。正常肝脏中HSC合成的胶原以Ⅰ型、Ⅲ和Ⅳ型为主，其合成量是肝细胞的10倍、内皮细胞的20倍以上［8］。HSC还能合成纤维连接蛋白、层连蛋白和粗纤维调理素等糖蛋白成分，以及硫酸皮素、硫酸软骨素和透明质酸等蛋白多糖［9］。（4）合成基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）及其组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMP）:正常情况下， HSC能分泌多种胶原酶和基质降解蛋白酶如基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-1、MMP-2等以降解各种细胞外基质,同时分泌组织金属蛋白酶抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP-1）防止胶原过度降解,使肝脏ECM的合成和分解处在一个动态平衡中。（5）表达细胞因子及受体：正常情况下，HSC可以分泌肝细胞生长因子（HGF），参与肝细胞再生的调控［10］。此外，HSC还能表达少量的转化生长因子（transforming growth factor-β，TGF-β）、血小板衍生的生长因子（Platelet derived growth factor，PDGF）和胰岛素样生长因子（IGF）等，同时HSC能表达TGF-β1的II、III型受体和PDGF受体的α亚单位等。（6）参与肝窦血流调节： HSC伸出胞突包绕着肝窦，通过其纤长突起的收缩功能调节肝窦内微循环，从而影响着肝脏的血流分布和门静脉压力。
3 肝星状细胞的活化
正常情况下肝星状细胞处于静止状态。当肝脏受到炎症或机械刺激等损伤时，HSC被激活，其表型由静止型转变为激活型。激活型的HSC具有以下特征： （1） 胞体增大，胞突伸展。胞质中脂滴消失，VitA含量减少。胞质内粗面内织网、高尔基体发达，具有旺盛的蛋白质合成能力；（2）细胞增生频率增加，并且向肝损伤部位迁徙。（3）表达α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscleactin，α-SMA）、波形蛋白（vimentin）及结蛋白（desmin），成为肌纤维样母细胞；（4）收缩性增强；（5）ECM分泌增加；（6）细胞因子、趋化因子及受体分泌增加；（7） TIMP合成及分泌增加，使ECM成分降解减少。其中α-SMA的表达为HSC激活的标志［11］。
研究表明，HSC的持续激活是肝纤维化发生发展过程中的关键环节。激活的HSC一方面通过增生和分泌细胞外基质参与肝纤维化的形成和肝内结构的重建，另一方面通过细胞收缩使肝窦内压升高，这两类变化最终奠定了肝纤维化、门静脉高压症发病的病理学基础。HSC的激活过程十分复杂，包括两个主要阶段：启动阶段及持续阶段。持续阶段则是这些刺激因素维持HSC的活化表型，结果引起肝纤维化的形成。启动阶段主要是依赖于旁分泌刺激因素。而持续阶段则与旁分泌、自分泌刺激因素均有关。
3.1 启动阶段 启动阶段是指早期基因表达的改变及在细胞因子等刺激因素作用下产生的细胞表型改变。当肝实质细胞受到损伤时，邻近的肝细胞、库普弗细胞、窦内皮细胞和血小板等通过旁分泌作用可分泌多种细胞因子，如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、转化生长因子β（TGF-β）、胰岛素生长因子（IGF-1）、肝细胞生长因子（HGF）、血小板源性生长因子（PDGF）、内皮素（ET）-1等，作用于HSC并使之出现肌成纤维母细胞（myofibroblast，MFB）样表型转化，激活并导致细胞增殖、ECM合成增加等。激活后的HSC可自分泌TGF、PDGF、ET等细胞因子使活化得以持续，此时即使除去原发因素纤维化仍会持续。
3.2 持续阶段 持续阶段指由于上述各种因子的作用而维持星状细胞的激活状态并有纤维形成。HSC活化的持续阶段有以下特征性的变化，这些改变的直接或间接效应是增加ECM的沉积。此阶段HSC的活化受自分泌和旁分泌的双重调节。（1）细胞增殖：PDGF是HSC的最强丝裂原，HSC活化早期PDGF受体增强了HSC对这种丝裂原的反应。（2）细胞趋化聚集：HSC能向化学趋化剂的部位移动，在一定程度上解释了为什么HSC在肝内多分布在炎性间隔内。（3）纤维形成：增加基质形成是HSC活化导致肝纤维化的最直接途径。一方面，ECM合成的量增加；另一方面，合成的ECM种类异常，在正常情况下，HSC以合成型胶原为主。而活化后则以产生型胶原为主。（4）细胞的收缩作用：HSC的收缩作用可能是引起肝纤维化后门静脉阻力增加的重要因素。晚期肝硬化典型的纤维带中充满着大量HSC，活化的HSC通过收缩窦周和收缩硬化的肝脏阻碍门静脉血流。引起HSC收缩的主要刺激因子是内皮素-1（endothelin-1，ET-1），其受体在静止或活化的HSC均有表达。（5）基质降解：在肝纤维化过程中，伴随着ECM重构，基质蛋白酶质和量的改变起重要作用。HSC几乎能表达基质降解所需要的所有关键成分，因此,活化的HSC不仅在ECM生成过程中起作用,而且在ECM降解过程中也起重要作用。基质蛋白酶家族是一类钙依赖蛋白酶，能够特异性地降解胶原蛋白和一些非胶原蛋白成分［12］。根据基质蛋白酶对底物的特异性将其分为5类：① 间质性胶原酶；②明胶酶；③溶基质素；④膜型基质金属蛋白酶；⑤金属弹力蛋白酶；（6）视黄醇类消失：随着HSC活化，细胞失去了其特征性的核周视黄醇（维生素A）脂滴。（7）白细胞趋化及释放细胞因子：除了肝脏内多种细胞因子通过旁分泌发挥作用外，HSC自分泌的细胞因子对其活化的持久延续也很重要。活化的HSC自分泌TGF-B以及ET-1。分别导致HSC产生大量ECM和具有收缩性。HSC还能通过诱导单核巨噬细胞浸润来扩大炎症效应。
4 肝星状细胞的凋亡及其调控
目前认为激活的HSC有两个去向：（1）由激活态转变回静止态。目前研究认为IL-10是一种能够调控这一反应的刺激因子，可以下调炎症反应并增加组织间隙胶原酶的活性［13］；（2）发生细胞凋亡而死亡。体外培养试验表明，静止的HSC不发生凋亡，HSC在活化的同时出现自发性凋亡。近年来，有关HSC凋亡分子机制的研究进展较快，现已证明有多种基因产物参与HSC凋亡过程。其中包括死亡受体家族如Fas与FasL系统、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶即Caspase家族、bcl-2调节蛋白家族等。人们通过对这些蛋白家族成员生化特性、生物功能以及上游下游分子作用机理的深入研究，提出了HSC凋亡主要的两条信号转导通路：细胞凋亡的线粒体依赖性途径和死亡受体途径。两条通路的结果都是引发了Caspase家族的级联反应，最终表现为凋亡的产生［14］。
4.1 Fas／FasL系统 Fas也称Apo-1或CD95，属于肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）受体和神经生长因子（nerve growth factor，NGF）受体超家族。Fas是一个48kDa的I型跨膜蛋白分子，由319个氨基酸组成，定位于人10号染色体长臂。Fas主要分布于组织细胞中，少量以可溶性形式（sFas）存在于细胞质和血清中。Fas配体（Fas Ligand，FasL）是一个分子量约为40kDa，属于TNF家族的Ⅱ型跨膜蛋白分子，其C端位于胞外，N端深入胞内，定位于人1号染色体。主要表达于活化的T淋巴细胞表面。FasL 或Fas抗体与细胞表面的Fas结合可诱导细胞凋亡。
4.2 Caspases家族 近年来，在机体内发现多种半胱天冬蛋白酶（cysteine aspartate-specific proteinase，caspase）家庭成员，它们是结构特征相似的同源蛋白酶，这些蛋白酶都是特异性的在底物的天冬氨酸序列后切断肽键。在哺乳动物细胞内至少发现了十三种，编号Caspase-1～13，其中包括两个在人类还未找到相应对等物的小鼠Caspase-11、12。根据其序列同源性可将它们分为三个亚家族：ICE样、ICH-1样和CPP32样蛋白酶。Caspase家族的过度表达均可引起一系列不可逆转的蛋白质裂解，最终导致细胞死亡，可以说，Caspases蛋白的表达是各种细胞凋亡机制共同的最后通路。
5 针对肝星状细胞的抗肝纤维化
由于激活的HSC是肝纤维化时ECM的主要来源，因此通过抑制HSC活化、增殖达到抗肝纤维化的目的已成为目前研究的热点。不少学者特别是一些中医药研究者在这方面做了大量的研究工作，并取得了一定的成果。研究表明，α-干扰素能抑制HSC增殖和胶原合成，下调I、Ⅲ型胶原基因表达，减少I、Ⅲ型胶原沉积，但是其对胶原酶无影响。Lu等［15］的研究表明，α-干扰素可抑制HSC激活，从而达到减轻肝纤维化的目的。草药复方861可剂量依赖性显著抑制人肝星状细胞增殖，减少星状细胞中α-SMAmRNA的表达，表明其对肝纤维化具有一定的治疗作用［16］。鳖甲煎口服液亦可通过抑制星状细胞的增殖达到抗肝纤维化作用［17］。Zhao等［18］研究表明，粉防己碱可抑制星状细胞激活，减少胶原累积，并可通过诱导细胞凋亡蛋白酶活性增加HSC凋亡。银杏叶提取物可通过抑制TIMP-1的表达及促进HSC的凋亡减轻四氯化碳诱导的大鼠肝纤维［19］。
综上所述，肝纤维化是多种病因导致慢性肝损害的共同结局，是进展为肝硬化的必然结局，是导致肝衰竭、门脉高压的重要病变，因而有效地治疗肝纤维化具有重要意义。HSC在肝纤维化的形成中具有关键性的作用。当肝脏受损时，HSC激活产生大量ECM并表达TIMP，从而参与受损肝组织的修复和纤维化过程。人们已对其性质、生物学功能、活化及凋亡影响因素等各方面做了大量研究，并据此研制了许多抗肝纤维化的药物，取得了一定的成果。活化的肝星形细胞既能分泌大量的ECM，又能产生降解ECM的金属基质蛋白酶和它的抑制物。因此，以肝星形细胞为中心环节治疗肝纤维化是当今研究的热点。
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