特别关注|肝再生的发生机制及血清标志物

2021
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临床肝胆病杂志
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肝再生系指各种肝脏细胞为使肝脏体积和功能恢复正常,在一系列因子共同调控下所进行的增殖、迁移和分化过程,各种因子通过多种生物效应的细胞信号通路在肝再生过程中发挥关键作用。

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肝再生系指各种肝脏细胞为使肝脏体积和功能恢复正常,在一系列因子共同调控下所进行的增殖、迁移和分化过程,各种因子通过多种生物效应的细胞信号通路在肝再生过程中发挥关键作用。肝损伤后,除残余成熟肝细胞进行增殖外,肝脏内还含有表达胎儿肝细胞和胆管细胞标志物的肝干细胞,此类细胞具有分化为肝细胞和胆管上皮细胞的能力,在肝细胞增殖能力明显受限时活化并参与肝再生[1]。此外,本课题组前期临床实践及研究发现AFP为肝再生的重要血清标志物及预后指标。本文就肝再生基础及临床研究作一综述。

      

1肝再生过程


肝再生的主要过程是肝细胞的增殖,而肝干细胞在其中发挥主要作用。肝干细胞是与肝脏发育和再生有关的具有干细胞特性并能分化为功能性肝细胞的细胞,位于邻近肝小叶的中央静脉周围。根据其来源可分为肝源性和非肝源性两种,肝源性肝干细胞包括肝细胞、肝祖细胞和小肝细胞等;非肝源性肝干细胞主要包括胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞、造血干细胞等[2]。急性损伤后肝细胞驱动的肝再生是由残存的成熟肝细胞增殖,而在慢性肝损伤过程中,当肝细胞增殖完全或部分受损时,肝再生便由肝祖细胞完成[3]。

1.1  肝细胞与肝再生

肝细胞作为维持肝脏功能和体积的主体,在肝再生过程中发挥重要作用。在肝部分坏死情况下,多种因子促使静息肝细胞开始有丝分裂(起始),同时诱导肝细胞增殖分化(增殖),在肝脏达到适当体积和质量时终止细胞增殖(终止),这是良性再生与恶性增殖最大的区别。

肝细胞增殖是一个有丝分裂的过程。第一阶段是触发阶段,在此阶段,源于肠道的脂多糖通过门静脉血流到达肝脏,激活非实质细胞(例如Kupffer细胞和星状细胞),并增加细胞因子的产生,启动肝再生。在第二阶段也就是增殖阶段,生长因子和几种代谢途径的激活导致肝细胞生长和增殖。最后是终止阶段,肝脏恢复其原有大小后,TGFβ抑制肝细胞生长以维持恒定的肝脏质量。最新证据[4]表明,在人类肝硬化晚期和小鼠的慢性肝损伤中端粒缩短,可导致肝细胞复制活性减弱,达到“复制衰老”状态。端粒长度是影响肝细胞复制潜能的最重要因素,端粒酶缺陷会损害端粒并严重缩短细胞亚群中的DNA合成,从而缩短肝细胞寿命并导致肝再生受损。Malato等[5]发现在肝切除术后和CCl4所致急性肝损伤中,超过98%的肝细胞来源于残存肝细胞的自我复制,表明残存成熟肝细胞的增殖分裂仍然是最快速、最有效的肝再生方式。

1.2  肝祖细胞与肝再生

肝祖细胞系指人肝脏中可向肝细胞和胆道上皮细胞(BEC)分化的一类细胞,通常位于门静脉区的胆小管和Hering管内。当肝细胞增殖能力明显受限时,肝祖细胞可活化、增殖并向肝样细胞分化,这一过程称为“胆管反应”或“卵圆细胞反应”[6]。有研究[7]发现,患有急性肝衰竭的成年患者肝细胞丢失的严重程度与肝祖细胞数量呈正相关,肝损伤的严重程度也与受损肝中的肝祖细胞数量密切相关。逆转急性肝衰竭可能需要持续激活大量的肝祖细胞直到成熟肝细胞充分再生。Hedgehog、Wnt、Notch通路在肝祖细胞向肝样细胞分化过程中发挥重要作用。Tirnitz-Parker等[3]发现,肿瘤坏死因子样凋亡的弱诱导剂仅在肝损伤和修复期间表达其受体FN14,可直接促进卵圆细胞有丝分裂。

Deng等[8]通过追踪研究BEC的谱系,发现在晚期肝病中由非实质细胞分化而来的肝细胞可补充多达55.7%的肝实质。该研究不仅证明了BEC是慢性肝损伤后新生肝细胞的来源,还在孔周围区域和纤维化隔中获得Hnf4a+和CK19+双表型细胞。这些双表型细胞常出现在人类肝硬化标本中,提示此类细胞可能是促进人类肝细胞再生的新靶标,亦可能成为诱导体内转换并生成用于移植治疗的细胞的关键。

1.3  非肝源性干细胞与肝再生

胚胎干细胞具有无限增殖的特性及发育为各种功能细胞的全能性,能够分化为内胚层,进而分化为肝细胞[9]。某些肝脏移植研究[10]表明,骨髓干细胞也可能具有分化为肝细胞的能力,目前已证实骨髓来源的肝血窦内皮细胞是肝切除术后肝细胞生长因子(HGF)的主要内皮细胞来源。Tsolaki等[11]发现血管内皮生长因子表达的增加可促进骨髓造血干细胞分化为肝细胞并改善肝纤维化。骨髓间充质干细胞在体内和体外均能分化为肝细胞,并有研究[12]表明脐血间充质干细胞在植入发生肝硬化的大鼠肝脏以后也能分化为肝细胞。Elchaninov等[13]发现,脐带来源的多能基质细胞对肝脏再生也有正性作用。

      

2肝再生的调控


各种因子通过多种生物效应的细胞信号通路在肝再生的调控中起关键作用。

2.1  起始阶段

炎症参与肝脏损伤的全过程,并促进损伤肝脏的再生。炎症诱导的再生主要是由炎症细胞释放的细胞因子触发,最广泛研究的促炎细胞因子是TNFα和IL-6[14]。

虽然IL-6在某些条件下促进炎性反应,但它在肝脏病理中却具有正性效应:IL-6促进血管生成、细胞增殖和代谢,并抑制细胞凋亡和氧化应激。骨髓移植研究[15]表明,大部分IL-6由肝脏中的Kupffer细胞产生,而肝再生期间则主要被巨噬细胞分泌。IL-6缺陷小鼠肝切除术后,其肝再生功能受损,表现为肝衰竭或肝坏死、肝细胞DNA合成减慢及G1期异常[14]。肝细胞增殖是由TNF启动的,它诱导NF-κB的核易位,触发IL-6的产生并随后激活信号转导及转录激活蛋白3(STAT3)[16]。通常,IL-6与IL-6受体(IL-6R)结合,并且IL-6/IL-6R复合物启动共受体糖蛋白(gp)130,导致信号通路JAK/STAT、MAPK和PI3K/AKT的激活[15]。Kim等[17]最近发现,肝损伤后IL6-JAK-STAT3轴被含有PDZ结合模序转录共激活因子(TAZ)激活,缺失TAZ的肝脏可通过减少巨噬细胞的浸润及肝再生的活化来降低IL-6的分泌,表明TAZ刺激肝再生是通过IL-6介导的促进肝细胞增殖和抑制肝损伤后细胞凋亡来实现的。

最新研究[18]发现,gp130还启动转录共激活因子Yes相关蛋白酶(YAP)和Notch信号通路的激活,在黏膜损伤后促进了肠上皮细胞的生长和再生。在肝再生中,Notch信号分子的基因表达可以诱导肝祖细胞分化为胆管细胞,并促进胆汁再生,从而在多种途径上调控肝再生的生理活性[19]。值得注意的是,Li等[20]在此处有新的研究突破,他们发现Arid1a基因控制与肝祖细胞样细胞(LPLC)有关的肝再生和基因表达。LPLC由肝损伤诱导产生,Arid1a促进了关键的再生信号通路YAP与富含LPLC的基因的结合,而Arid1a的缺失会阻止肝脏在损伤后与YAP相关的肝再生路径。此外,天然产物薯蓣皂苷作为一种新型高效的γ-分泌酶激活剂、Notch1细胞内结构域核易位启动子和细胞周期调节剂,可通过激活Notch1/Jagged1信号通路来促进肝细胞增殖[21]。此项研究提供了对薯蓣皂苷的新见解,为肝切除术后的肝再生提供了一种新的临床思路。

2.2  增殖阶段

增殖阶段细胞将从G1期转化为有丝分裂,参与此阶段的分子主要被分成两组,即完全有丝分裂原和辅助有丝分裂原[22]。在体内,HGF和表皮生长因子受体的配体作为肝细胞的主要完整有丝分裂原,主要通过激活RAS-MAPK和PI3K/AKT信号通路诱导肝细胞增殖[23]。

HGF通过MAPK家族成员P38来诱导细胞周期蛋白D1表达,是肝细胞G1-S期转换的主要刺激物[24]。迄今为止,已知4种不同的蛋白酶在体外激活活化单链前体HGF,分别是uPA、tPA、血液凝固因子Ⅻa、HGF激活剂。uPA可能是肝再生早期主要的前体HGF激活剂,并且在早期产生HGF促进再生,在晚期产生TGF终止再生。因此,uPA/纤溶酶系统对肝再生早期肝细胞的生长及晚期细胞外基质的降解产生双相作用[25]。

最新来自哈佛医学院的研究[26]发现,雌二醇通过其G蛋白偶联的雌激素受体1作用于肝硬化和肝癌。G蛋白偶联的雌激素受体1在肝脏发育和修复过程中通过反馈雌二醇来调节PI3K/mTOR信号通路的活性及细胞增殖,因此它是肝癌防治的重要靶点。而其与肝损伤后肝再生的关系,尚有进一步研究的空间。

Wnt配体是一种糖蛋白,主要由肝非实质细胞分泌,为肝再生的必需物质。Wnt蛋白可以激活主要的下游效应因子β-catenin,启动经典的WNT/β-catenin信号级联,最终表达目标基因(如c-myc和cyclinD1)来促进肝细胞增殖[27]。

2.3  终止阶段

TGFβ阻碍了肝脏的再生,并作为细胞凋亡的诱导剂活跃于细胞周期的G1期[28]。细胞因子信号转导抑制因子1(SOCS1)通过编码肝细胞中的HGF信号来控制肝再生,是细胞因子信号传导的重要负调节剂,可导致gp30信号下调,而STAT3能上调SOCS的表达[29-30]。SOCS过表达会减弱HGF所诱导的c-Met信号、Gab1和ERK1/2的磷酸化,并降低他们的增殖和迁移[31]。

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图1  肝脏再生过程中,多种信号分子调节细胞增殖

Liver regeneration: biological and pathological mechanisms and implications. Nature reviews Gastroenterology & hepatology 2020

      

3血清标志物AFP在肝再生中的意义


3.1  AFP的来源与特征

AFP由卵黄囊和胎儿的肝细胞产生,胎儿中的血清AFP一直很高,在出生后数周内突然下降(逐渐被血清白蛋白替代)并始终保持较低水平活性[32]。

AFP水平和PT/INR分别被认为是肝祖细胞和成熟肝细胞增殖的生物标志物[7]。Frank等[33]发现,在肝损伤后第1天到第3天,存活患者中AFP的水平比未存活患者高很多。Schmidt等[34]就AFP对肝损伤患者的预后价值做了深入研究,已知AFP值与生存率独立相关,持续性的AFP偏低提示着肝再生失败。

3.2  AFP与肝再生的联系

肝损伤后,肝细胞的再生使血清AFP水平升高,可能是由于未成熟的肝祖细胞具有类似于胎儿肝细胞的特征[35]。成年患者在急性肝衰竭和活动性肝硬化的恢复阶段AFP水平升高,可能表明肝祖细胞的动员和增殖,其肝损伤的严重程度也与受损肝中的AFP水平有关[7]。

慢加急性肝衰竭(ACLF)的肝功能与肝组织的修复和肝细胞再生紧密相关,人工肝支持疗法是ACLF有效治疗方法,当发生严重的肝功能衰竭时若不能及时进行肝移植,可采用人工肝系统暂时辅助或替代肝脏的主要功能,为肝再生提供良好环境[36]。本研究小组针对HBV相关性ACLF患者的AFP水平进行了长期的临床观察和随访,旨在评估AFP对其预后的预测价值。经过一系列的随访研究与生存分析,发现AFP可作为预测ACLF尤其是慢性HBV感染导致的急性肝功能衰竭预后的有用标志,高AFP水平往往提示更好的预后。因此,认为AFP水平是在排除癌症之后,与急性肝损伤的肝再生能力呈正相关的[37]。近年来,各种预测模型被陆续提出,这些模型主要聚焦于肝储备功能评估,未考虑对于患者预后更为关键的再生能力的评估。由此笔者研究团队[38]将103例诊断为HBV-ACLF并接受人工肝血浆置换术治疗的患者纳入了为期3个月的随访研究,搭建了包括血清AFP水平在内的改良MELD模型,发现对于预测人工肝血浆置换术的预后,结合这两个独立因素的新模型比单独使用效果更佳。AFP作为临床上易获得的生化参数,受临床治疗措施的干扰较小,MELD-AFP评分模型准确率更高且易于操作,可用作临床上指导治疗的有效方案。

      

4结语与展望


在过去几年里,肝再生一直是肝脏疾病研究治疗的热点与重点,了解人类肝再生的分子基础、探寻肝细胞再生的来源与增殖过程,不仅有助于确定肝脏受损患者的病理状况,还能为其提供新的临床治疗方案。与其他标志物相比,目前AFP作为肝再生标记物这一新角色正处于发展阶段,相应研究尚未深入与完善,笔者研究小组将致力于更多肝再生血清标记物和细胞信号通路的探索,相信随着各项研究的深入及人工肝设备的进步,肝再生及人工肝疗法将在临床诊疗中被更多应用。

 

  18901633944449311 引证本文

李嘉妮, 韩川, 王孝平, 汤善宏, 曾维政. 肝再生的发生机制及血清标志物的研究现状[J]. 临床肝胆病杂志, 2020, 36(8): 1896-1899.


本文编辑:林姣

公众号编辑:邢翔宇

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关键词:
细胞,再生,肝脏,增殖,研究

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