肝再生的發(fā)生機(jī)制及血清標(biāo)志物的研究現(xiàn)狀

李嘉妮， 韓 川， 王孝平， 湯善宏， 曾維政

1 西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 消化內(nèi)科， 成都 610083； 2 西南交通大學(xué)， 成都 610083

肝再生系指各種肝臟細(xì)胞為使肝臟體積和功能恢復(fù)正常，在一系列因子共同調(diào)控下所進(jìn)行的增殖、遷移和分化過(guò)程，各種因子通過(guò)多種生物效應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)通路在肝再生過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。肝損傷后，除殘余成熟肝細(xì)胞進(jìn)行增殖外，肝臟內(nèi)還含有表達(dá)胎兒肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞標(biāo)志物的肝干細(xì)胞，此類細(xì)胞具有分化為肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞的能力，在肝細(xì)胞增殖能力明顯受限時(shí)活化并參與肝再生[1]。此外，本課題組前期臨床實(shí)踐及研究發(fā)現(xiàn)AFP為肝再生的重要血清標(biāo)志物及預(yù)后指標(biāo)。本文就肝再生基礎(chǔ)及臨床研究作一綜述。

1 肝再生過(guò)程

肝再生的主要過(guò)程是肝細(xì)胞的增殖，而肝干細(xì)胞在其中發(fā)揮主要作用。肝干細(xì)胞是與肝臟發(fā)育和再生有關(guān)的具有干細(xì)胞特性并能分化為功能性肝細(xì)胞的細(xì)胞，位于鄰近肝小葉的中央靜脈周圍。根據(jù)其來(lái)源可分為肝源性和非肝源性兩種，肝源性肝干細(xì)胞包括肝細(xì)胞、肝祖細(xì)胞和小肝細(xì)胞等；非肝源性肝干細(xì)胞主要包括胚胎干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、造血干細(xì)胞等[2]。急性損傷后肝細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的肝再生是由殘存的成熟肝細(xì)胞增殖，而在慢性肝損傷過(guò)程中，當(dāng)肝細(xì)胞增殖完全或部分受損時(shí)，肝再生便由肝祖細(xì)胞完成[3]。

1.1 肝細(xì)胞與肝再生 肝細(xì)胞作為維持肝臟功能和體積的主體，在肝再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用。在肝部分壞死情況下，多種因子促使靜息肝細(xì)胞開(kāi)始有絲分裂(起始)，同時(shí)誘導(dǎo)肝細(xì)胞增殖分化(增殖)，在肝臟達(dá)到適當(dāng)體積和質(zhì)量時(shí)終止細(xì)胞增殖(終止)，這是良性再生與惡性增殖最大的區(qū)別。

肝細(xì)胞增殖是一個(gè)有絲分裂的過(guò)程。第一階段是觸發(fā)階段，在此階段，源于腸道的脂多糖通過(guò)門靜脈血流到達(dá)肝臟，激活非實(shí)質(zhì)細(xì)胞(例如Kupffer細(xì)胞和星狀細(xì)胞)，并增加細(xì)胞因子的產(chǎn)生，啟動(dòng)肝再生。在第二階段也就是增殖階段，生長(zhǎng)因子和幾種代謝途徑的激活導(dǎo)致肝細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。最后是終止階段，肝臟恢復(fù)其原有大小后，TGFβ抑制肝細(xì)胞生長(zhǎng)以維持恒定的肝臟質(zhì)量。最新證據(jù)[4]表明，在人類肝硬化晚期和小鼠的慢性肝損傷中端粒縮短，可導(dǎo)致肝細(xì)胞復(fù)制活性減弱，達(dá)到“復(fù)制衰老”狀態(tài)。端粒長(zhǎng)度是影響肝細(xì)胞復(fù)制潛能的最重要因素，端粒酶缺陷會(huì)損害端粒并嚴(yán)重縮短細(xì)胞亞群中的DNA合成，從而縮短肝細(xì)胞壽命并導(dǎo)致肝再生受損。Malato等[5]發(fā)現(xiàn)在肝切除術(shù)后和CCl4所致急性肝損傷中，超過(guò)98%的肝細(xì)胞來(lái)源于殘存肝細(xì)胞的自我復(fù)制，表明殘存成熟肝細(xì)胞的增殖分裂仍然是最快速、最有效的肝再生方式。

1.2 肝祖細(xì)胞與肝再生 肝祖細(xì)胞系指人肝臟中可向肝細(xì)胞和膽道上皮細(xì)胞(biliary epithelial cells，BEC)分化的一類細(xì)胞，通常位于門靜脈區(qū)的膽小管和Hering管內(nèi)。當(dāng)肝細(xì)胞增殖能力明顯受限時(shí)，肝祖細(xì)胞可活化、增殖并向肝樣細(xì)胞分化，這一過(guò)程稱為“膽管反應(yīng)”或“卵圓細(xì)胞反應(yīng)”[6]。有研究[7]發(fā)現(xiàn)，患有急性肝衰竭的成年患者肝細(xì)胞丟失的嚴(yán)重程度與肝祖細(xì)胞數(shù)量呈正相關(guān)，肝損傷的嚴(yán)重程度也與受損肝中的肝祖細(xì)胞數(shù)量密切相關(guān)。逆轉(zhuǎn)急性肝衰竭可能需要持續(xù)激活大量的肝祖細(xì)胞直到成熟肝細(xì)胞充分再生。Hedgehog、Wnt、Notch通路在肝祖細(xì)胞向肝樣細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Tirnitz-Parker等[3]發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子樣凋亡的弱誘導(dǎo)劑僅在肝損傷和修復(fù)期間表達(dá)其受體FN14，可直接促進(jìn)卵圓細(xì)胞有絲分裂。

Deng等[8]通過(guò)追蹤研究BEC的譜系，發(fā)現(xiàn)在晚期肝病中由非實(shí)質(zhì)細(xì)胞分化而來(lái)的肝細(xì)胞可補(bǔ)充多達(dá)55.7%的肝實(shí)質(zhì)。該研究不僅證明了BEC是慢性肝損傷后新生肝細(xì)胞的來(lái)源，還在孔周圍區(qū)域和纖維化隔中獲得Hnf4a+和CK19+雙表型細(xì)胞。這些雙表型細(xì)胞常出現(xiàn)在人類肝硬化標(biāo)本中，提示此類細(xì)胞可能是促進(jìn)人類肝細(xì)胞再生的新靶標(biāo)，亦可能成為誘導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)換并生成用于移植治療的細(xì)胞的關(guān)鍵。

1.3 非肝源性干細(xì)胞與肝再生 胚胎干細(xì)胞具有無(wú)限增殖的特性及發(fā)育為各種功能細(xì)胞的全能性，能夠分化為內(nèi)胚層，進(jìn)而分化為肝細(xì)胞[9]。某些肝臟移植研究[10]表明，骨髓干細(xì)胞也可能具有分化為肝細(xì)胞的能力，目前已證實(shí)骨髓來(lái)源的肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞是肝切除術(shù)后肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatic growth factor，HGF)的主要內(nèi)皮細(xì)胞來(lái)源。Tsolaki等[11]發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)的增加可促進(jìn)骨髓造血干細(xì)胞分化為肝細(xì)胞并改善肝纖維化。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)和體外均能分化為肝細(xì)胞，并有研究[12]表明臍血間充質(zhì)干細(xì)胞在植入發(fā)生肝硬化的大鼠肝臟以后也能分化為肝細(xì)胞。Elchaninov等[13]發(fā)現(xiàn)，臍帶來(lái)源的多能基質(zhì)細(xì)胞對(duì)肝臟再生也有正性作用。

2 肝再生的調(diào)控

各種因子通過(guò)多種生物效應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)通路在肝再生的調(diào)控中起關(guān)鍵作用。

2.1 起始階段 炎癥參與肝臟損傷的全過(guò)程，并促進(jìn)損傷肝臟的再生。炎癥誘導(dǎo)的再生主要是由炎癥細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子觸發(fā)，最廣泛研究的促炎細(xì)胞因子是TNFα和IL-6[14]。

雖然IL-6在某些條件下促進(jìn)炎性反應(yīng)，但它在肝臟病理中卻具有正性效應(yīng)：IL-6促進(jìn)血管生成、細(xì)胞增殖和代謝，并抑制細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激。骨髓移植研究[15]表明，大部分IL-6由肝臟中的Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生，而肝再生期間則主要被巨噬細(xì)胞分泌。IL-6缺陷小鼠肝切除術(shù)后，其肝再生功能受損，表現(xiàn)為肝衰竭或肝壞死、肝細(xì)胞DNA合成減慢及G1期異常[14]。肝細(xì)胞增殖是由TNF啟動(dòng)的，它誘導(dǎo)NF-κB的核易位，觸發(fā)IL-6的產(chǎn)生并隨后激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription3， STAT3)[16]。通常，IL-6與IL-6受體(IL-6R)結(jié)合，并且IL-6/IL-6R復(fù)合物啟動(dòng)共受體糖蛋白(gp)130，導(dǎo)致信號(hào)通路JAK/STAT、MAPK和PI3K/AKT的激活[15]。Kim等[17]最近發(fā)現(xiàn)，肝損傷后IL6-JAK-STAT3軸被含有PDZ結(jié)合模序轉(zhuǎn)錄共激活因子(Transcriptional coactivator with PDZ-binding motif, TAZ)激活，缺失TAZ的肝臟可通過(guò)減少巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)及肝再生的活化來(lái)降低IL-6的分泌，表明TAZ刺激肝再生是通過(guò)IL-6介導(dǎo)的促進(jìn)肝細(xì)胞增殖和抑制肝損傷后細(xì)胞凋亡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

最新研究[18]發(fā)現(xiàn)，gp130還啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄共激活因子Yes相關(guān)蛋白酶(Yes-associated protein，YAP)和Notch信號(hào)通路的激活，在黏膜損傷后促進(jìn)了腸上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)和再生。在肝再生中，Notch信號(hào)分子的基因表達(dá)可以誘導(dǎo)肝祖細(xì)胞分化為膽管細(xì)胞，并促進(jìn)膽汁再生，從而在多種途徑上調(diào)控肝再生的生理活性[19]。值得注意的是，Li等[20]在此處有新的研究突破，他們發(fā)現(xiàn)Arid1a基因控制與肝祖細(xì)胞樣細(xì)胞(liver progenitor cell-like cells，LPLC)有關(guān)的肝再生和基因表達(dá)。LPLC由肝損傷誘導(dǎo)產(chǎn)生，Arid1a促進(jìn)了關(guān)鍵的再生信號(hào)通路YAP與富含LPLC的基因的結(jié)合，而Arid1a的缺失會(huì)阻止肝臟在損傷后與YAP相關(guān)的肝再生路徑。此外，天然產(chǎn)物薯蕷皂苷作為一種新型高效的γ-分泌酶激活劑、Notch1細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域核易位啟動(dòng)子和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)劑，可通過(guò)激活Notch1/Jagged1信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)肝細(xì)胞增殖[21]。此項(xiàng)研究提供了對(duì)薯蕷皂苷的新見(jiàn)解，為肝切除術(shù)后的肝再生提供了一種新的臨床思路。

2.2 增殖階段 增殖階段細(xì)胞將從G1期轉(zhuǎn)化為有絲分裂，參與此階段的分子主要被分成兩組，即完全有絲分裂原和輔助有絲分裂原[22]。在體內(nèi)，HGF和表皮生長(zhǎng)因子受體的配體作為肝細(xì)胞的主要完整有絲分裂原，主要通過(guò)激活RAS-MAPK和PI3K/AKT信號(hào)通路誘導(dǎo)肝細(xì)胞增殖[23]。

HGF通過(guò)MAPK家族成員P38來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)，是肝細(xì)胞G1-S期轉(zhuǎn)換的主要刺激物[24]。迄今為止，已知4種不同的蛋白酶在體外激活活化單鏈前體HGF，分別是uPA、tPA、血液凝固因子Ⅻa、HGF激活劑。uPA可能是肝再生早期主要的前體HGF激活劑，并且在早期產(chǎn)生HGF促進(jìn)再生，在晚期產(chǎn)生TGF終止再生。因此，uPA/纖溶酶系統(tǒng)對(duì)肝再生早期肝細(xì)胞的生長(zhǎng)及晚期細(xì)胞外基質(zhì)的降解產(chǎn)生雙相作用[25]。

最新來(lái)自哈佛醫(yī)學(xué)院的研究[26]發(fā)現(xiàn)，雌二醇通過(guò)其G蛋白偶聯(lián)的雌激素受體1作用于肝硬化和肝癌。G蛋白偶聯(lián)的雌激素受體1在肝臟發(fā)育和修復(fù)過(guò)程中通過(guò)反饋雌二醇來(lái)調(diào)節(jié)PI3K/mTOR信號(hào)通路的活性及細(xì)胞增殖，因此它是肝癌防治的重要靶點(diǎn)。而其與肝損傷后肝再生的關(guān)系，尚有進(jìn)一步研究的空間。

Wnt配體是一種糖蛋白，主要由肝非實(shí)質(zhì)細(xì)胞分泌，為肝再生的必需物質(zhì)。Wnt蛋白可以激活主要的下游效應(yīng)因子β-catenin，啟動(dòng)經(jīng)典的WNT/β-catenin信號(hào)級(jí)聯(lián)，最終表達(dá)目標(biāo)基因(如c-myc和cyclinD1)來(lái)促進(jìn)肝細(xì)胞增殖[27]。

2.3 終止階段 TGFβ阻礙了肝臟的再生，并作為細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)劑活躍于細(xì)胞周期的G1期[28]。細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子1(suppressor of cytokine signaling 1，SOCS1)通過(guò)編碼肝細(xì)胞中的HGF信號(hào)來(lái)控制肝再生，是細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)的重要負(fù)調(diào)節(jié)劑，可導(dǎo)致gp30信號(hào)下調(diào)，而STAT3能上調(diào)SOCS的表達(dá)[29-30]。SOCS過(guò)表達(dá)會(huì)減弱HGF所誘導(dǎo)的c-Met信號(hào)、Gab1和ERK1/2的磷酸化，并降低他們的增殖和遷移[31]。

3 血清標(biāo)志物AFP在肝再生中的意義

3.1 AFP的來(lái)源與特征 AFP由卵黃囊和胎兒的肝細(xì)胞產(chǎn)生，胎兒中的血清AFP一直很高，在出生后數(shù)周內(nèi)突然下降(逐漸被血清白蛋白替代)并始終保持較低水平活性[32]。

AFP水平和PT/INR分別被認(rèn)為是肝祖細(xì)胞和成熟肝細(xì)胞增殖的生物標(biāo)志物[7]。Frank等[33]發(fā)現(xiàn)，在肝損傷后第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對(duì)肝損傷患者的預(yù)后價(jià)值做了深入研究，已知AFP值與生存率獨(dú)立相關(guān)，持續(xù)性的AFP偏低提示著肝再生失敗。

3.2 AFP與肝再生的聯(lián)系 肝損傷后，肝細(xì)胞的再生使血清AFP水平升高，可能是由于未成熟的肝祖細(xì)胞具有類似于胎兒肝細(xì)胞的特征[35]。成年患者在急性肝衰竭和活動(dòng)性肝硬化的恢復(fù)階段AFP水平升高，可能表明肝祖細(xì)胞的動(dòng)員和增殖，其肝損傷的嚴(yán)重程度也與受損肝中的AFP水平有關(guān)[7]。

慢加急性肝衰竭(acute on chronic liver failure，ACLF)的肝功能與肝組織的修復(fù)和肝細(xì)胞再生緊密相關(guān)，人工肝支持療法是ACLF有效治療方法，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的肝功能衰竭時(shí)若不能及時(shí)進(jìn)行肝移植，可采用人工肝系統(tǒng)暫時(shí)輔助或替代肝臟的主要功能，為肝再生提供良好環(huán)境[36]。本研究小組針對(duì)HBV相關(guān)性ACLF患者的AFP水平進(jìn)行了長(zhǎng)期的臨床觀察和隨訪，旨在評(píng)估AFP對(duì)其預(yù)后的預(yù)測(cè)價(jià)值。經(jīng)過(guò)一系列的隨訪研究與生存分析，發(fā)現(xiàn)AFP可作為預(yù)測(cè)ACLF尤其是慢性HBV感染導(dǎo)致的急性肝功能衰竭預(yù)后的有用標(biāo)志，高AFP水平往往提示更好的預(yù)后。因此，認(rèn)為AFP水平是在排除癌癥之后，與急性肝損傷的肝再生能力呈正相關(guān)的[37]。近年來(lái)，各種預(yù)測(cè)模型被陸續(xù)提出，這些模型主要聚焦于肝儲(chǔ)備功能評(píng)估，未考慮對(duì)于患者預(yù)后更為關(guān)鍵的再生能力的評(píng)估。由此筆者研究團(tuán)隊(duì)[38]將103例診斷為HBV-ACLF并接受人工肝血漿置換術(shù)治療的患者納入了為期3個(gè)月的隨訪研究，搭建了包括血清AFP水平在內(nèi)的改良MELD模型，發(fā)現(xiàn)對(duì)于預(yù)測(cè)人工肝血漿置換術(shù)的預(yù)后，結(jié)合這兩個(gè)獨(dú)立因素的新模型比單獨(dú)使用效果更佳。AFP作為臨床上易獲得的生化參數(shù)，受臨床治療措施的干擾較小，MELD-AFP評(píng)分模型準(zhǔn)確率更高且易于操作，可用作臨床上指導(dǎo)治療的有效方案。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

在過(guò)去幾年里，肝再生一直是肝臟疾病研究治療的熱點(diǎn)與重點(diǎn)，了解人類肝再生的分子基礎(chǔ)、探尋肝細(xì)胞再生的來(lái)源與增殖過(guò)程，不僅有助于確定肝臟受損患者的病理狀況，還能為其提供新的臨床治療方案。與其他標(biāo)志物相比，目前AFP作為肝再生標(biāo)記物這一新角色正處于發(fā)展階段，相應(yīng)研究尚未深入與完善，筆者研究小組將致力于更多肝再生血清標(biāo)記物和細(xì)胞信號(hào)通路的探索，相信隨著各項(xiàng)研究的深入及人工肝設(shè)備的進(jìn)步，肝再生及人工肝療法將在臨床診療中被更多應(yīng)用。