整合素與肝纖維化

張榮 劉紹能

作者單位：100053 北京 中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院

整合素是細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間重要黏附受體家族成員，介導(dǎo)細(xì)胞與微環(huán)境之間的信號調(diào)節(jié)，在細(xì)胞存活、分化、生長、運(yùn)動和凋亡等多種生理和病理過程中起重要作用。整合素在不同疾病的發(fā)生和發(fā)展中的重要性已被廣泛認(rèn)識，越來越多的證據(jù)表明整合素在肝纖維化中發(fā)揮著重要作用。

肝纖維化是肝臟對各種慢性刺激進(jìn)行損傷修復(fù)反應(yīng)時，是以膠原為主的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrix，ECM)在肝內(nèi)大量沉積的病理過程。肝星狀細(xì)胞(Hepatic stellate cells，HSC)是肝臟損傷后最主要的致纖維化細(xì)胞，在各種細(xì)胞因子的作用下，不斷地轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，產(chǎn)生大量的ECM，最終導(dǎo)致肝纖維化的發(fā)生[1]。HSC增殖及細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化、ECM合成增多并沉積同時伴新生血管、炎癥的形成是進(jìn)展性肝纖維化修復(fù)重建中突出的病理表現(xiàn)，在這過程中整合素發(fā)揮著重要作用。本文對整合素的分子結(jié)構(gòu)和功能及其介導(dǎo)肝纖維化的發(fā)病機(jī)制作一綜述。

一、整合素的結(jié)構(gòu)

整合素是介導(dǎo)細(xì)胞黏附的主要跨膜受體，屬于免疫球蛋白基因超家族，在脊椎動物中，迄今為止共鑒定出由18條α和8條β鏈結(jié)合成的24種非共價結(jié)合的異質(zhì)二聚體[2]，分別包含大約1 000和750個氨基酸。整合素家族成員在結(jié)構(gòu)上都由一個較大的胞外區(qū)、短的跨膜片段、較短的胞內(nèi)區(qū)組成。α、β亞基的胞外區(qū)為氨基末端，與相應(yīng)配體結(jié)合，其胞外部分是纖維連接蛋白(FN)、玻璃黏連蛋白(VN)、層黏連蛋白(LN)、骨橋蛋白(OPN)、纖維蛋白原、膠原蛋白等ECM受體。胞內(nèi)區(qū)為羧基末端，與細(xì)胞骨架蛋白相連。α、β亞基的不同組合決定著整合素與配體的結(jié)合特性及信號特征的專一性和多態(tài)性。不同亞基之間相互組合形成的整合素，其功能也不同，按β亞基可分為β1、β2、β3這三個亞家族，β1 亞家族又稱為 VLA (very late activation antigen)家族，有 VLA 1～66種整合素；含β1亞基的整合素主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)成分之間的黏附；β2亞家族主要表達(dá)于各種白細(xì)胞表面，主要介導(dǎo)細(xì)胞間的相互作用；β3亞家族稱為細(xì)胞黏附素，含人玻黏蛋白和血小板的 GPⅡb/Ⅲa 受體，主要介導(dǎo)血小板的聚集，參與血栓形成。整合素β3 通過對同種細(xì)胞間信息傳遞的調(diào)控，參與細(xì)胞的凋亡過程。幾乎所有動物均有整合素表達(dá)，目前發(fā)現(xiàn)參與肝纖維化的整合素亞型有α1β1、α2β1、β2、ανβ6、α6β4、α6β1、α7β1、ανβ1、ανβ3、ανβ5,ανβ6,ανβ8、α5β1、α8β1等[3-5]。

二、整合素的生物學(xué)功能

整合素介導(dǎo)細(xì)胞與其ECM之間相互作用，黏附主要基于ECM蛋白與細(xì)胞表面整合素配體中小肽序列或蛋白域的特異性。根據(jù)整合素識別配體的特異性，可以將整合素大致分為層黏連蛋白整合素、膠原蛋白連接整合素、白細(xì)胞整合素和精氨酶-甘氨酶-天冬氨酶肽(RGD)三肽序列整合素，這些組合在不同的細(xì)胞類型中表達(dá)各異。細(xì)胞間通過ECM整合素的黏附以及生長因子信號，控制細(xì)胞的生物功能。整合素在細(xì)胞中雙向傳遞信號以發(fā)揮其生物學(xué)功能:①整合素的胞外結(jié)合活性是由細(xì)胞內(nèi)部(由內(nèi)而外)調(diào)控的。②ECM的結(jié)合引發(fā)外界信號傳入細(xì)胞(由外而內(nèi))。在與ECM結(jié)合后，整合素聚集在膜平面上，通過與局灶性黏附激酶、Src激酶家族、踝蛋白、樁蛋白、α-輔肌動蛋白、張力蛋白、黏著斑蛋白等細(xì)胞骨架連接蛋白相連[6]。整合素同時參與Ca2+結(jié)合蛋白、RAS-Raf-MAPK激酶、黏著斑蛋白(FAK)、蛋白激酶C、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI-3K)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、細(xì)胞外信號激酶(ERK)、整合素連接激酶(ILK)等信號通路的傳導(dǎo)；另外也是表皮生長因子(EGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、結(jié)締組織生長因子(CCN2)、TGF-β等細(xì)胞因子的輔助受體，這取決于細(xì)胞表面整合素結(jié)合點(diǎn)的特異性[7-9]。細(xì)胞膜中整合素的表達(dá)水平不僅影響細(xì)胞的形態(tài)、增殖、分化、遷移和某些大分子合成，重要的是能保持組織和結(jié)構(gòu)的完整性。整合素已逐漸成為細(xì)胞生物學(xué)、生理學(xué)、遺傳學(xué)和病理學(xué)的研究熱點(diǎn)[10]。目前整合素多用于自身免疫性疾病、腫瘤、炎癥、血液病等疾病潛在治療靶點(diǎn)的研究[11]。

三、整合素與肝纖維化

(一)整合素與HSC HSC有靜止和活化兩種細(xì)胞表型，在肝損傷激活后，靜止的HSC變成活化的HSC，且活化HSC在肝纖維化進(jìn)程中起重要作用。靜止HSC和活化HSC中整合素亞型的表達(dá)存在差異，HSC表面有特異的RGD三肽序列結(jié)合位點(diǎn)，只有激活狀態(tài)的HSC才能和RGD配基結(jié)合。整合素表達(dá)增加能夠激活HSC，促進(jìn)肝纖維化的發(fā)生[12]。James R等研究證實(shí)[13]，整合素αν是玻連蛋白和纖連蛋白的黏附受體，通過與HSC中RGD三肽序列結(jié)合，維持HSC活化表型，激活TGF-β信號通路，促進(jìn)纖維化發(fā)生。OPN、CCN2和CCN1是肝纖維化的促進(jìn)因子，它們通過與HSC表面ανβ3整合素結(jié)合，調(diào)控其中整合素的表達(dá)，增加HSC黏附[14]。Chuan Y等[15]研究發(fā)現(xiàn)，HSC活化過程中整合素ανβ5明顯被上調(diào)，其拮抗劑可明顯抑制HSC黏附、增殖及膠原I的合成。可見，整合素在HSC活化中起重要作用，參與肝纖維化的發(fā)生和進(jìn)展。

(二)整合素與ECM 活化的HSC分泌大量的ECM，在肝硬化中增加至多10倍[16]，其構(gòu)成肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)。ECM對HSCs的表型轉(zhuǎn)化、增生以及凋亡等生物學(xué)行為具有重要意義，兩者之間相互影響，相互制約。一方面，細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白通過整合素的外向信號傳遞調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、遷移和增殖等活動，另一方面，ECM分子通過整合素的向內(nèi)信號傳遞調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和分泌。整合素介導(dǎo)的ECM和細(xì)胞骨架之間的相互作用促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞分化，是維持細(xì)胞骨架的關(guān)鍵受體，整合素控制著HSC中的ECM產(chǎn)生和重塑[17]。ECM通過肌動蛋白細(xì)胞骨架重組以及Src激酶和ERK/JNK信號分子家族的激活來增加膠原的產(chǎn)生。ECM 的重要成分LN與整合素的相互作用使細(xì)胞在黏附過程中同時啟動了絲裂原活化蛋白激酶(MAKP)和PI3K兩條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可影響細(xì)胞的黏附、遷移、侵襲、增殖和凋亡。可見，整合素介導(dǎo)HSC與ECM相互作用，在肝纖維化的發(fā)生、進(jìn)展等方面起重要作用[18]。

(三)整合素與血管生成 血管新生是多種病因引起的肝纖維化的共同病理特征，決定纖維化的進(jìn)展和預(yù)后。ECM分子可能通過結(jié)合內(nèi)皮細(xì)胞表面特異的整合素來控制毛細(xì)血管的形態(tài)，同時ECM分子(如纖維粘連蛋白)通過改變表面整合素Na+/H+抗轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的位點(diǎn)來調(diào)節(jié)毛細(xì)血管的生長。Ras-Raf-MAPK系統(tǒng)的激活是成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)誘導(dǎo)的血管生成所必需的，在缺乏整合素的情況下，激活FGF的通路減少，從而使FGF的表達(dá)下調(diào),血管生成減少。目前所知，至少有8種整合素(α1β1，α2β1，α3β1，α6β1，α6β4，α5β1，ανβ3，ανβ5)參與血管生成。在慢性病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、自身免疫性肝病等慢性肝損傷中都發(fā)現(xiàn)了血管新生的證據(jù)。在大鼠纖維化模型中發(fā)現(xiàn)整合素ανβ3表達(dá)與肝纖維化進(jìn)展一致，隨肝纖維化的加重，α-SMA和CD31表達(dá)增加，提示肝纖維化進(jìn)展中整合素ανβ3表達(dá)水平增加與HSC活化和血管新生有關(guān)，并與間質(zhì)重建程度平行。大鼠肝纖維化模型中給予整合素ανβ3、ανβ5特異性抑制劑西侖吉肽，能減少肝臟中血管生成[19]。正常肝組織有少量的新生血管，但幾乎檢測不到整合素ανβ3，而在慢性丙型肝炎患者肝組織中，整合素ανβ3的表達(dá)明顯增加，伴有明顯血管新生及VEGF、CD31的表達(dá)增加，且這種作用能被VEGF抗體所抑制[20]?？梢?，整合素與肝竇微血管生成相關(guān)，導(dǎo)致肝竇毛細(xì)血管化，促使了肝纖維化的進(jìn)展。

(四)整合素與炎癥 免疫活性細(xì)胞對肝臟組織的侵襲是人類肝臟疾病和肝纖維化的發(fā)病機(jī)制之一。通過對PSC患者組織中膽管周圍單核浸潤物成分的研究，發(fā)現(xiàn)B淋巴細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞浸潤后整合素α4β7呈陽性。α4β7整合素通過與黏膜蛋白細(xì)胞黏附分子(MAdCAM)相互作用，在胃腸道淋巴細(xì)胞的運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用。腸道和肝臟MAdCAM表達(dá)升高與胃腸道疾病(克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎和丙肝)有關(guān)[21]。iNOS是一種在PSC患者中表達(dá)并與膽管增生和纖維化相關(guān)的促炎性巨噬細(xì)胞生物標(biāo)志物，研究發(fā)現(xiàn)靶向整合素αMβ2結(jié)合區(qū)域，可抑制巨噬細(xì)胞iNOS的表達(dá)，減輕纖維化的發(fā)生[22]。在肝硬化外周血白細(xì)胞中整合素CD11a(αL)、CD11b(αM)、CD11c(αX)和CD49d(α4)表達(dá)升高，并隨著肝功能衰竭的進(jìn)展而進(jìn)一步升高，如果阻斷CD11b和CD44則降低單核細(xì)胞的附著[23]，同時在動物模型中如果CD39缺失，則可加重肝損傷和肝纖維化[24]。整合素參與肝損傷的炎癥反應(yīng)過程，并與肝纖維化的產(chǎn)生密切相關(guān)。

四、展望

由于肝纖維化是繼發(fā)于感染、免疫、毒性和代謝原因?qū)е碌穆愿螕p傷，目前治療主要是消除致病誘因，雖然許多研究表明消除誘因可能會阻止纖維化進(jìn)展甚至導(dǎo)致纖維化逆轉(zhuǎn)，但是并非所有患者都對病因治療有效，有些仍需要抗纖維化治療，故尋找有效的肝纖維化的防治方法有著積極的意義。整合素介導(dǎo)調(diào)節(jié)血管生成、HSC活化、ECM的降解，并參與肝損傷的炎癥反應(yīng)過程，與肝纖維化密切相關(guān)，因此，以整合素為靶點(diǎn)開發(fā)新型抗肝纖維化藥物是防治肝纖維化的一條重要途徑。由于整合素受體在許多細(xì)胞類型上均有表達(dá)，不同細(xì)胞類型中的配體可能競爭相同的整合素受體，因此靶向干預(yù)整合素過程中，必須權(quán)衡利弊，以防止未知的臨床不良反應(yīng)的發(fā)生，臨床中需要確定抗體-藥物偶聯(lián)物進(jìn)行細(xì)胞特異性靶向拮抗整合素治療的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)(包括 RGD模擬物、特異性整合素拮抗劑等)[25]，以阻止或逆轉(zhuǎn)肝纖維化，同時避免抑制生理性反應(yīng)的發(fā)生。