药物与肝星状细胞的表型调控

摘要

近年来, 肝星状细胞在调节肝纤维化过程中的重要作用逐渐被人们所认识. 目前, 对其表型调控的研究成为众多学者的研究热点.本文对近年来众多能够调控肝星状细胞表型变化的药物及其作用机制做一简要的归纳.

关键词: N/A

N/A

N/A

Correspondence to: N/A

Received: September 24, 2004
Revised: October 1, 2004
Accepted: October 11, 2004
Published online: November 15, 2004

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

肝脏疾患是一类严重危害人们健康的疾病, 其中肝纤维化是这个过程的中间及关键环节, 肝星状细胞(Hepatic stellate cell, HSC)在肝纤维化过程中扮演着重要的角色, 他是激活整个事件的开端. HSC位于肝窦Disse间隙内, 在肝损伤过程中被激活经表型转化成为肌成纤维细胞, 表达各种细胞外信号传导通路, 产生大量以胶原为主的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)成分和细胞因子, 是肝纤维化形成的中心环节[1]. 目前, 对于能够影响HSC表型变化的药物研究成为当前研究的一个热点. 本文就对能够调控HSC的药物做一简要综述.

1 拮抗促纤维化细胞因子类药物

这类药物主要是通过拮抗促纤维化因子的活性, 从分子水平上干预纤维化的发生、发展, 其途径包括使用细胞因子抗体、细胞因子受体拮抗剂、信号传导阻断剂等. 包括苦参碱、奥曲肽、氨氯吡咪、细胞外调节蛋白激酶特异抑制剂PD98059和日本草药TJ-9等.

1.1 抗血小板衍生生长因子类药物

目前认为在众多的与肝组织炎症相关的多肽生长因子中, 血小板衍生生长因子(platelet erived growth factor, PDGF)被认为是对人鼠HSC最为有效的丝裂源. PDGF是Mr33 000的蛋白, 由A、B两条多肽链组成二聚体结构. 可能存在AA、BB和AB 3种形式. 其中PDGF BB促HSC增生作用最强. PDGF对HSC的促增生作用就是通过PDGF受体酪氨酸激酶介导的细胞信号传导作用而实现的[2]. 因此, 阻断细胞信号传导通路的药物可能成为拮抗促纤维化细胞因子类的药物. 细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)特异性抑制剂PD98059作用HSC, 可减少PDGF诱导的ERK活性, 同时完全抑制HSC分裂[3], 并且使HSC趋化性降低57%. 另外, PDGF可增加一种HSC细胞外的pH调节剂Na⁺/H⁺交换子(一种蛋白质)的活性[4], 促使HSC发生分裂. 氨氯吡咪(amiloride)一个Na⁺/H⁺交换子的抑制剂, 可减低由PDGF诱导的细胞分裂. 故认为Na+/H+在调节HSC分裂方面起重要的作用. 据资料表明[5], PDGF还可以导致粘着斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)磷酸化, 促进ERK活化, 引起细胞内Ca²⁺浓度增加, 加快HSC内DNA合成和有丝分裂, 促进细胞从G₁期向S期转化. 奥曲肽[6]是目前治疗肝硬化门脉高压症合并食管静脉曲张出血最理想的药物, 他能即刻明显降低HSC-T6内Ca²⁺浓度, 而Ca²⁺浓度与促HSC增生有直接的关系[7], 因此奥曲肽可能成为抑制HSC增生的潜在性药物. TJ-9[8](Sho-aiko-o)是日本的一种传统草药, 也可以抑制PDGF-B诱导的HSC增生及蛋白质合成.

1.2 抗转化生长因子类药物

转化生长因子β1(Transforming growth factor β1, TGFβ1)也是目前最强有力的促纤维化因子之一[9]. TGFβ1的促纤维化作用可能是通过以下途径实现的: ⑴随着细胞活化, 内源性的TGFβ1诱导PDGF受体增加, 使细胞对强烈促细胞分裂剂PDGF反应性增强; ⑵TGFβ1受体变化, 使介导细胞增生或胞外基质生成的信号通路被打乱, 促使细胞大量增生. 据报道[10], 氧化苦参碱作用于传代的HSC可减少HSC TGFβ1的分泌总量, 抑制TGFβ1的活化及mRNA的表达. 由此可见, 苦参碱抑制HSC TGFβ1分泌量的作用机制至少部分源自于抑制TGFβ1基因的逆转录作用. 根据新的研究发现, 前列腺E2 (Prostaglandin E2, PGE2 )可以抑制有TGFβ1引起的HSC活化[11]. 环氧合酶(cyclooxygenase, COX)是生物体内催化前列腺素合成的关键酶, 虽然以前曾经有过报道说, 在HSC中发现过COX的表达[12], 但是COX与由TGFβ引起的HSC活化之间的关系还不清楚. 用COX抑制剂NS398作用于HSC, 发现HSC大量表达I型胶原蛋白, 相反在HSC中加入外源性的PGE2, 观察到由TGFβ诱导的胶原生成被抑制.另外, 一种叫做坎利酮(canrenone)的兴奋剂也可以减少由TGFβ引起的HSC活化[13].

1.3 其他类细胞因子拮抗剂

维生素A是人类必须摄取的营养物质之一, 虽然在人体的各种细胞中都有他的存在, 但大部分维生素A储存在肝脏里, 特别是在HSC中. 体外的研究显示, 维生素A可以调节HSC的增生和胶原蛋白的过量分泌, 肝脏纤维化通常与肝脏中的维生素水平降低有关[14]. 但是我们对肝纤维化时, 是否HSC中的维生素水平也会下降仍不清楚. 最近有研究显示, HSC激活时细胞内视黄醇类如视黄酸(retinoic acid, RA)的含量下降, 同时细胞液视黄醇结合蛋白(cellular retinol binding protein, CRBP)、视黄醇类核内受体RAR(retinoic acid receptor)及RXR(retinoid X receptor)mRNA水平降低[15-16], 他们是参与维生素A新陈代谢的关键物质, 故可以推测维生素A在调节HSC增生的过程中起到了一定的作用. 虽然其中的机制还不清楚, 但核激素受体, 如过氧化物酶增生体活化受体(peroxisome proliferator activated receptor, PPARα, βand γ)可能起到了重要的作用[17]. 因此, 维生素A也是一种潜在的细胞信号阻断剂.

HSC还可以分泌一种叫做瘦体素(leptin)的细胞因子[14], 他可以通过ERK途径抑制HSC凋亡, 是一种强烈的HSC增生的促效因子. 因此, 寻找相应的leptin抑制剂, 为抗HSC活化增生开辟了一条新途径.

2 清除自由基型药物

当肝脏损伤时, 许多病理炎症细胞可以产生大量自由基, 其主要成分为活性氧(reactive oxygen species, ROS). 这些自由基可引起脂质过氧化, 导致了一些细胞外信号调节激酶信号通路的改变, 从而引发HSC的活化及增生, 由此可见这类自由基在整个HSC激活事件过程中扮演了一个"导火线"的角色. 这类清除自由基类型的药物包括丹参、木犀草素和雌激素等.

2.1 丹参

抑制脂质过氧化是丹参抗HSC活化的重要机制之一[15], 由丹参提取的单体IH764-3, 是他的有效成分之一, IH764-3作用于体外培养的HSC, 能下调FAK mRNA的表达. FAK为酪氨酸激酶家族中的一种, ROS作用于FAK, 导致FAK残基磷酸化, 并同胞质内某些信号蛋白中的SH-2区结合, 导致细胞发生磷酸化, 同时启动多种信号传导途径, 引起细胞的异常增生、分化和胶原大量生成. 研究显示[16], 不同剂量的IH764-3干预H₂O₂刺激的HSC, 通过³H-胸腺嘧啶(³H-TdR)、³H-脯氨酸(³H-pro)掺入法测定HSC增生及胶原合成能力, 应用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)方法检测FAK mRNA的表达. 不同剂量的IH764-3(10, 20, 30, 40 mg/L)作用于HSC 48 h及30 mg/L IH764-3作用于HSC不同时间(12, 24, 48 h), 与单纯的H₂O₂ 组相比, HSC增生明显被抑制(P<0.05), 胶原合成能力降低(P<0.05), FAK mRNA的表达下降. 丹参还可以减少TGFβ1的分泌总量和活性型TGFβ1的含量[17]. HSC激活后分泌的胶原上两条多肽链基因的启动子上均有TGFβ1的作用位点. 由此可见, TGFβ1与胶原蛋白的相互作用至少有一部分是发生在转录水平上的. 因此推测丹参抑制TGFβ1刺激的大鼠肝星状细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原基因的表达, 这种作用可能有一部分是通过抑制胶原蛋白的基因转录而实现的. 研究还发现, 经丹参作用后的HSC, Smad3蛋白减少了[18], Smad3是TGF-β信号通路的中介分子, 被SARA(Smad anchor for receptor activation)招募到TGF-β受体激酶上来进行磷酸化, 磷酸化诱导的Smad3寡聚化是TGF-β信号通路从Smad3与受体结合转向Smad3诱导基因表达的关键过程. 丹参减少了Smad3蛋白的表达, 打乱了TGFβ的信号通路, 进而抑制了TGFβ的表达、HSC的增生和Ⅰ型胶原蛋白的分泌. 另外, 丹参还可以诱导体外培养的HSC发生凋亡.

2.2 木犀草素

木犀草素是金银花、荆芥、菊花、白毛夏枯草等药物中主要的成分. 实验研究发现木犀草素可以抑制HSC增生及其胶原合成. 从Wistar大鼠肝脏分离培养HSC, 并用3H-TdR和3H-pro同位素掺入实验、基因探针原位杂交等技术研究了木犀草素对HSC增生、胶原基因表达的影响[19]. 研究表明当木犀草素的浓度分别达到10 μmol/L和20 μmol/L时可抑制HSC增生和胶原合成, 其作用呈剂量依赖关系; 25 μmol/L木犀草素使Ⅰ、Ⅲ型前胶原mRNA的表达降低, 其中Ⅰ型前胶原基因表达的降低具有统计学差异. 国内外研究表明木犀草素为很强的自由基清除剂, 具有抑制iNOS表达和NO合成的作用[20], 而肝纤维化过程中自由基和NO合成增加被认为是HSC活化和ECM合成增加的重要因素之一[21].

2.3 雌激素

雌二醇及其衍生物具有很强的内源性抗氧化作用, 可以降低肝脏中脂质过氧化水平[22]. 肝脏并非性激素作用的靶器官, 但肝脏中存在高亲和力、低容量的雌激素受体, 能对雌激素产生反应. 在CCl₄诱导的大鼠肝纤维化动物模型中, 将动物连续给予雌激素(苯甲酸雌二醇1 mg/kg), 观察结果与纤维化模型相比, 肝星状细胞对α-平滑肌肌动蛋白的表达明显被抑制. 同时, HSC活化时, 分泌的Ⅰ、Ⅲ型胶原也减少, 故推断雌激素这种抑制HSC活化促ECM降解的作用可能与雌二醇的清除自由基作用有关.

3 诱导HSC凋亡的药物

自1997年Saile et al通过HSC的体内和体外研究发现, 在HSC激活的过程中, 伴随有细胞凋亡的发生, 通过诱导HSC凋亡可以抑制HSC的增生, 减少活化的HSC数量, 从而达到逆转肝纤维化发生的作用[23]. 目前, 能够诱导HSC发生凋亡的药物有姜黄素、丹参、干扰素和整合素等.

3.1 姜黄素

姜黄素(curcumin)是热带植物姜黄的主要成分, 体外培养的肝星状细胞经20, 40, 60 μmol/L姜黄素作用24 h后, 流氏细胞仪检测到明显的亚G1峰, 各组的凋亡指数(%)分别为15.3±1.88, 26.7±2.79和37.6±4.38, 而对照组为1.9±0.64, 差异性显著; 透视电镜下观察到细胞皱缩, 核染色质浓缩沿核膜排列并出现凋亡小体; 琼脂糖凝胶电泳上见到明显的DNA梯度带[24]. 据国外的相关资料的报道[25]: 姜黄素诱导HSC凋亡可能是通过激活过氧化物酶增生体活化受体PPAR-γ的表达来实现的. 当HSC活化时, PPAR-γ的含量急剧减少. 相反, 用PPAR-γ促效药刺激其表达, 同样可以抑制HSC活化. 而实验表明, 姜黄素可以在活化的HSC中刺激PPAR-γ的表达并抑制TGFβ受体的基因表达, 打乱TGFβ的信号传导途径. 由此推断, 姜黄素对TGF-β的抑制作用是通过增加PPAR-γ活性来介导的. 虽然, 我们对这个过程的具体机制还不是十分清楚, 但是该结果至少为姜黄素诱导HSC凋亡的机制提供一种新的解释. 另外, 姜黄素无毒的特点使他成为抗纤维化的潜在药物.

3.2 丹参

丹参作用于体外培养的HSC, 48 h后在透视电镜和流氏细胞仪上均观察到了细胞凋亡. 丹参是一种成分复杂的药物, 他诱导HSC发生凋亡可能是通过多种途径来实现的. 有人发现丹参可以促进激活的HSC大量表达死亡因子FasL(又称CD95-L)[26]. 死亡因子FasL与靶细胞膜上的特异受体Fas结合, 启动凋亡程序导致细胞凋亡是机体内细胞凋亡的主要途径. 其次, 丹参干预整合素介导的HSC细胞信号转导也能促进HSC凋亡[27]. 整合素介导的HSC细胞信号转导并不是十分清楚, FAK可能起到了核心的作用.

3.3 整合素和干扰素

整合素是一类位于细胞表面的糖蛋白受体家族分子, 也是HSC上的主要黏附受体, 其配体为基质分子而非细胞因子, 能识别黏附基质分子如精氨酸-甘氨酸-天东氨酸(Arg-Gly-Asp, RGD)三肽序列. 用含有RGD的可溶性肽链序列阻断整合素与配体结合, 将信号转入细胞, 可诱导细胞凋亡. 用可溶性的四肽序列RGDS作用于HSC, 48 h后观察到凋亡调节蛋白p53表达增加, Bcl-2/Bax比率显著降低.

临床发现干扰素-α(interferon-α, INF-α)有特异性的抗肝纤维化作用, 但其作用机制尚不清楚. 有人用INF-α作用于体内和体外培养的HSC, 经TUNEL法检测后发现了细胞凋亡[28-29], 故推断诱导HSC凋亡是其抗纤维化的机制之一. 但也有人在体外培养的HSC中观察到了INF-α抑制HSC凋亡的作用[30-34]. 究竟干扰素对HSC凋亡起什么作用, 等待着进一步的探讨.

4 结语

综合目前的研究结果, HSC在逆转肝纤维化的过程中起到了关键性的作用. 随着细胞生物技术、基因工程技术等技术的发展, 各国学者着手于HSC表型变化的调控机制的研究已经取得了较大的突破. 相信在不久的将来, 一定会找到高效、无毒且针对HSC特异性表达的调控剂.

备注

编辑:N/A

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