肝臟病理性血管改建在肝纖維化中的作用

肝纖維化是由各種病因引起的肝臟慢性損傷的疤痕修復(fù)，主要表現(xiàn)為肝組織中細(xì)胞外基質(zhì)沉積及假小葉形成。肝星狀細(xì)胞(HSC)活化后的肌成纖維細(xì)胞是肝纖維化形成過程中細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)產(chǎn)生的關(guān)鍵細(xì)胞。目前已有大量關(guān)于HSC的激活及ECM過量堆積的機(jī)制研究報(bào)道。抑制HSC激活、促進(jìn)膠原纖維的降解可改善多種動(dòng)物模型的肝纖維化。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)肝臟的慢性炎性反應(yīng)推動(dòng)著肝纖維化的進(jìn)展，持續(xù)的肝臟炎性反應(yīng)與肝硬化的發(fā)生密切相關(guān)。在對(duì)抗肝臟膠原纖維沉積的過程中，減輕肝臟的炎性反應(yīng)對(duì)肝纖維化的逆轉(zhuǎn)也大有裨益。但是，迄今為止尚無藥物被臨床確認(rèn)具有肯定的抗肝纖維化療效，并實(shí)際應(yīng)用于肝纖維化患者的臨床治療。肝纖維化治療的瓶頸除了人類肝臟疾病目前尚不能用體內(nèi)外模型來完全模擬以外，沒有從肝病的整體上考慮肝臟結(jié)構(gòu)的改建是一個(gè)關(guān)鍵因素。

肝臟纖維化過程中的血管改建已經(jīng)得到越來越多的關(guān)注。病理性的血管增生與肝纖維化密切相關(guān)，推動(dòng)著肝纖維化的發(fā)展，最終進(jìn)展至肝硬化或肝細(xì)胞癌。本文將從肝竇內(nèi)皮細(xì)胞(LSEC)毛細(xì)血管化、肝臟病理性血管增生及肝內(nèi)血液分流這3個(gè)方面討論肝纖維化過程中的肝臟血管改建。

1 LSEC毛細(xì)血管化

LSEC是被覆于肝竇內(nèi)的一類特殊、扁平、狹長的血管內(nèi)皮細(xì)胞，占肝臟非實(shí)質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的40%。LSEC細(xì)胞膜上有許多窗孔，部分窗孔聚集成篩板樣結(jié)構(gòu)。人LSEC窗孔直徑為100～200 nm。不同物種間LSEC窗孔的密度及直徑不同，其中大、小鼠與人類的較為接近[1]。LSEC這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)有利于肝細(xì)胞從肝竇中攝取營養(yǎng)物質(zhì)及排出分泌物；同時(shí)其窗孔結(jié)構(gòu)還可發(fā)揮篩選屏障作用。乳糜微粒代謝的第1步是在肝竇中，LSEC表面的蛋白脂酶分解其中的三酰甘油；然后直徑在100 nm左右的、不含大分子三酰甘油但膽固醇含量豐富的乳糜微粒殘留物可以迅速通過內(nèi)皮窗孔進(jìn)入Disse間隙，而直徑>500 nm的乳糜微粒則滯留在肝竇中[2]。

發(fā)生肝纖維化時(shí)，LSEC出現(xiàn)連續(xù)性細(xì)胞基底膜，并伴有窗孔消失，HSC活化，這些改變統(tǒng)稱為“肝竇毛細(xì)血管化”。研究發(fā)現(xiàn)，LSEC在HSC的活化和肝纖維化進(jìn)程中具有重要的作用，正常分化的LSEC能夠促使活化的HSC逆轉(zhuǎn)至非激活狀態(tài)，有效防止肝纖維化的發(fā)展[3]。隨著LSEC細(xì)胞窗孔消失及基底膜的形成，肝竇血液濾過的功能、肝細(xì)胞獲取營養(yǎng)物質(zhì)及氧氣的攝取均受到影響。此外，有多項(xiàng)研究闡明了在生理、病理?xiàng)l件下影響LSEC窗孔的因素。多種激素、化學(xué)毒物、細(xì)胞外基質(zhì)組分、低氧刺激、肝炎病毒及細(xì)胞因子可以影響LSEC窗孔的密度及直徑[1]。免疫電鏡發(fā)現(xiàn)LSEC窗孔周圍環(huán)繞肌動(dòng)蛋白微絲，表明細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)在窗孔調(diào)節(jié)中具有重要作用。這一發(fā)現(xiàn)也為調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子-鈣調(diào)蛋白-肌球蛋白系統(tǒng)的藥物和激素可調(diào)控LSEC窗孔大小提供了理論依據(jù)。另有研究發(fā)現(xiàn)，LSEC核周有海綿樣、三維結(jié)構(gòu)樣窗孔發(fā)生區(qū)，在刺激因素作用下可移至胞質(zhì)區(qū)形成窗孔樣結(jié)構(gòu)[4]。利用三維結(jié)構(gòu)顯微鏡發(fā)現(xiàn)LSEC有略微突出于質(zhì)膜表面的富含鞘脂和膽固醇脂的脂筏結(jié)構(gòu)，多聚集于核周。這些脂筏鉚釘于細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，共同維持細(xì)胞的穩(wěn)定狀態(tài)[5]。

血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是維持LSEC正常分化狀態(tài)的重要因素。VEGF通過一氧化氮(NO)依賴的和NO非依賴的途徑維持LSEC的分化狀態(tài)[3]。LSEC表達(dá)Hedgehog信號(hào)通路的受體及配體，當(dāng)LSEC發(fā)生毛細(xì)血管化時(shí)，Hedgehog信號(hào)通路相關(guān)基因表達(dá)明顯升高[6]。HSC分泌的骨成型蛋白9(BMP9)對(duì)于維持LSEC的正常分化狀態(tài)具有重要作用，BMP9敲除的小鼠出現(xiàn)LSEC自發(fā)毛細(xì)血管化、肝臟炎性反應(yīng)及纖維化[7]。他汀類藥物可以改善肝硬化及門脈高壓的主要原因是其可以誘導(dǎo)Kruppel樣因子2(KLF2)的高表達(dá)。LSEC高表達(dá)KLF2可以促進(jìn)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)，發(fā)揮血管保護(hù)作用，同時(shí)NO-可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)介導(dǎo)的旁分泌可以抑制HSC的激活[8]。高表達(dá)KLF2的HSC通過誘導(dǎo)自身NF-E2相關(guān)因子2(Nrf2)的表達(dá)，可以降低其氧化應(yīng)激，減少自身的激活；同時(shí)VEGF表達(dá)升高可保護(hù)LSEC，維持其正常分化狀態(tài)[9]。肝X 受體(LXR)是屬于配體激活的轉(zhuǎn)錄因子家族的核受體。在四氯化碳(CCl4)誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化模型中LSEC LXRα表達(dá)明顯升高；當(dāng)敲除LSEC LXRα后，CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝損傷及肝纖維化程度均加重，LSEC毛細(xì)血管化也更嚴(yán)重[10]。另有研究表明，Notch信號(hào)通路在LSEC毛細(xì)血管化中也發(fā)揮重要作用。LSEC過表達(dá)Notch-1細(xì)胞內(nèi)片段后，CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化更嚴(yán)重，毛細(xì)血管化相關(guān)分子的表達(dá)也升高[11]。

2 肝臟病理性血管增生

肝臟血管增生可以是生理性的(如大部分肝切除)或病理性的(如缺氧、慢性肝炎、肝細(xì)胞癌等)。慢性肝炎過程中的病理性血管增生是一個(gè)多細(xì)胞、多因子參與的復(fù)雜過程。病理性血管增生推動(dòng)了肝纖維化的進(jìn)展，與肝纖維化的程度呈正相關(guān)。已有研究表明，肝纖維化過程中血管新生可引起膠原纖維改建，改建的膠原纖維產(chǎn)生的機(jī)械張力可促進(jìn)HSC激活[12]。病理性肝臟血管增生與肝臟纖維組織沉積的類型也密切相關(guān)[13]。膽源性肝纖維化由于膽管反應(yīng)及膽管周圍肌成纖維細(xì)胞的增殖，纖維組織連通相鄰的匯管區(qū)，包繞原有的肝小葉；至肝硬化階段才出現(xiàn)纖維組織連通中央靜脈及匯管區(qū)。慢性病毒性肝炎引起的肝纖維化由于橋接性壞死及界面性肝炎，纖維組織不僅連通相鄰的匯管區(qū)，而且連通中央靜脈及匯管區(qū)。慢性心衰引起的肝纖維化由于靜脈流出道梗阻，纖維間隔連通鄰近的中央靜脈形成反向的肝小葉。酒精性、非酒精性脂肪性肝病及代謝性肝病的纖維組織常沉積于肝竇及肝細(xì)胞周圍。在橋接性壞死及壞死后肝纖維化組織中病理性血管增生也較明顯。

與正常肝組織相比，乙型肝炎病毒(HBV)與丙型肝炎病毒(HCV)相關(guān)肝硬化患者的肝組織血管密度明顯增加；血管分子標(biāo)志物CD31、VE-cadherin及CD34在肝竇的表達(dá)明顯升高，尤其是在匯管區(qū)周圍[14-16]。在非酒精性脂肪性肝病患者中，CD31陽性的新生血管常與纖維間隔并行，并且與肝臟纖維化程度呈正比[17]。通過對(duì)肥胖患者肝穿刺樣本的研究發(fā)現(xiàn)，肝臟血管增生在非酒精性脂肪性肝病早期即可出現(xiàn)，甚至在肝臟脂肪變性時(shí)即有發(fā)生。促進(jìn)血管增生的因子VEGF-A及其受體FLK-1的表達(dá)與脂肪性肝炎的嚴(yán)重程度并不相關(guān)，但與肝纖維化的程度呈正相關(guān)[18]。在肝纖維化纖維間隔形成過程中，匯管區(qū)至匯管區(qū)、小葉中央?yún)^(qū)至小葉中央?yún)^(qū)纖維間隔的形成改變了肝臟原有的小葉結(jié)構(gòu)，但其中血管的生成對(duì)肝臟的影響較小，較為關(guān)鍵的是匯管區(qū)至小葉中央?yún)^(qū)纖維間隔新生血管的形成。一旦這些血管生成，正常流經(jīng)肝竇的血液將由于血流壓力梯度的作用，直接繞過肝竇由小葉間動(dòng)脈及小葉間靜脈進(jìn)入中央靜脈，途經(jīng)的小葉實(shí)質(zhì)隨之缺乏營養(yǎng)供給。沒有血液供應(yīng)的肝小葉將逐漸壞死，最終導(dǎo)致整個(gè)肝臟的功能衰竭。

3 肝臟病理性血管增生的機(jī)制

肝臟血管增生與其他組織或器官的血管增生類似；但肝纖維化過程中的病理性血管增生受到肝臟特異性環(huán)境的影響，涉及肝臟中的非血管內(nèi)皮細(xì)胞及非典型的促血管生成因子。此外，肝臟含有被覆大血管的連續(xù)型內(nèi)皮細(xì)胞及覆蓋肝血竇的、具有窗孔的LSEC這兩種不同的血管內(nèi)皮細(xì)胞，使肝臟的血管增生機(jī)制較為復(fù)雜。

逐漸加重的組織缺氧是引起肝臟病理性血管增生的關(guān)鍵因素。不論是在膽管結(jié)扎、二乙基亞硝胺、CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化動(dòng)物模型中，還是在非酒精性脂肪性肝病相關(guān)肝纖維化動(dòng)物模型中，在肝組織缺氧的區(qū)域中VEGF的表達(dá)均明顯升高，VEGF的表達(dá)水平與肝纖維化嚴(yán)重程度呈顯著正相關(guān)[19]。在低氧環(huán)境下激活的HSC可高表達(dá)VEGF、血管生成素-1(Ang-1)及其受體VEGFR-2、Tie-2[20]。除缺氧引起的血管增生之外，在慢性肝臟損傷的創(chuàng)傷修復(fù)過程中伴隨的多種生長因子(纖維母細(xì)胞生長因子、肝細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β)、金屬蛋白酶等的升高在肝臟血管增生中也發(fā)揮重要作用，這些因素相互配合，共同促進(jìn)血管生成[21]。

Apelin是肝臟特有的促進(jìn)血管生成的信號(hào)。Apelin在肝硬化患者及肝硬化動(dòng)物模型血清中的表達(dá)明顯升高，在肝纖維化組織中主要表達(dá)于纖維間隔及匯管區(qū)的HSC[22-23]。Apelin 受體(AGTRL1)在肝硬化組織中既表達(dá)于肝臟結(jié)節(jié)周邊的肝臟纖維間隔，也表達(dá)于結(jié)節(jié)內(nèi)的肝竇區(qū)域。阻斷AGTRL1后大鼠肝硬化得到改善，同時(shí)肝臟血管密度降低。在大鼠肝纖維化模型中HSC的瘦素受體表達(dá)升高，瘦素信號(hào)激活促進(jìn)HSC分泌VEGF及Ang-1，在肝纖維化病理性血管增生中發(fā)揮重要作用[24]。瘦素受體變異的大鼠與正常大鼠相比，飲食誘導(dǎo)的非酒精性脂肪性肝炎及氧化應(yīng)激并無差異，但只有正常小鼠出現(xiàn)了肝纖維化及肝細(xì)胞癌，并且肝臟血管增生明顯[17]。以上研究表明瘦素介導(dǎo)的血管增生是非酒精性脂肪性肝病進(jìn)展至肝纖維化(和肝細(xì)胞癌)的先決條件。

HSC在肝臟血管生成中的作用主要取決于其表達(dá)的ephrin-B2受體。它與LSEC來源的血小板衍生生長因子(PDGF)結(jié)合后激活的信號(hào)可以促進(jìn)LSEC形成新的血管，并且可增強(qiáng)HSC對(duì)LSEC的覆蓋，在提高肝竇阻力中也發(fā)揮重要作用[25]。激活的庫普弗細(xì)胞可釋放一系列細(xì)胞因子、活性氧類物質(zhì)、血小板激活因子(PAF)等[26]。PAF可促進(jìn)核因子-κB(NF-κB)依賴的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1、成纖維細(xì)胞生長因子及VEGF的表達(dá)，促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞生成血管[27]。庫普弗細(xì)胞中TNF-α表達(dá)升高后，可以激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)信號(hào)通路，在細(xì)胞遷移、蛋白酶誘導(dǎo)、細(xì)胞凋亡及血管增生中均具有重要作用。同時(shí)，肝臟活性氧類物質(zhì)增加后TNF-α、NO、低氧誘導(dǎo)因子-1 (HIF-1)及VEGF等一系列促進(jìn)血管增生的因子均表達(dá)升高[28]。

4 肝臟病理性血管增生的治療

肝臟病理性血管增生的治療方法主要是干預(yù)促進(jìn)肝臟血管增生的主要信號(hào)通路。利用VEGFR-2單克隆抗體或者激酶抑制劑SU5416阻斷VEGF信號(hào)通路后，可以明顯減少大鼠肝纖維化過程中門-體靜脈分流[29-30]。多靶向的受體絡(luò)氨酸激酶抑制劑——舒尼替尼可以降低肝硬化大鼠肝臟的炎性細(xì)胞浸潤、纖維化程度、血管密度及門脈高壓[31]。應(yīng)用VEGFR-2及 PDGFR-β阻滯劑(索拉非尼)治療2周可以有效抑制膽管結(jié)扎所致肝纖維化大鼠肝臟的VEGF、PDGF及Raf信號(hào)，同時(shí)減少近80%的脾臟新生血管，降低內(nèi)臟和全身高動(dòng)力循環(huán)，減少肝臟18%的門-體靜脈分流，降低25%的門靜脈壓力，最終改善大鼠肝纖維化程度[32]。但另有研究表明，利用索拉非尼抑制肝臟血管增生在纖維化早期有利于纖維化緩解，在纖維化晚期則會(huì)加速肝硬化的進(jìn)展[12]。有研究表明，利用胎盤生長因子(PLGF)基因敲除的小鼠誘導(dǎo)肝纖維化模型，其肝臟新生血管、炎性反應(yīng)、纖維化及門脈高壓均降低[33]。PLGF抑制不會(huì)影響健康血管的結(jié)構(gòu)，是干預(yù)病理性血管增生的又一項(xiàng)選擇。

一些非典型的血管增生因子也被用來作為抑制肝臟病理性血管增生的靶點(diǎn)。大麻素受體-2激動(dòng)劑可以改善膽管結(jié)扎及CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化大鼠肝內(nèi)門-體靜脈分流、血管增生及纖維化[34-35]。抑制Apelin信號(hào)可以改善CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化大鼠肝臟膠原纖維沉積、血管增生及門靜脈高壓[35]。CXCR3基因敲除的小鼠經(jīng)CCl4誘導(dǎo)肝纖維化后，肝臟VEGF表達(dá)升高，血管密度及纖維化程度明顯高于野生型小鼠；應(yīng)用CXCL9則可以緩解CCl4誘導(dǎo)的野生型小鼠的肝纖維化，抑制VEGF介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞的增殖及遷移，抑制肝臟血管增生[36]。另有研究表明，組蛋白去乙酰化酶抑制劑——拉格唑拉也可改善CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化。拉格唑拉不僅可以降低 TGF-β受體2的表達(dá)，抑制HSC激活，誘導(dǎo)HSC凋亡，同時(shí)還可抑制VEGF及其受體的表達(dá)，抑制肝臟血管增生[37]。

5 展望

綜上所述，炎性細(xì)胞浸潤可促進(jìn)肝纖維化進(jìn)展，炎性反應(yīng)過程中激活的基質(zhì)金屬蛋白酶可促進(jìn)膠原纖維溶解。血管增生可推動(dòng)肝纖維化的進(jìn)展，抑制血管增生對(duì)于緩解肝纖維化具有積極作用。因此，只有認(rèn)識(shí)到肝纖維化病理生理過程的復(fù)雜性，應(yīng)用辯證的思路看待肝纖維過程中細(xì)胞外基質(zhì)沉積、炎性反應(yīng)及血管改建，才能真正認(rèn)清肝纖維化。