干细胞在肝损伤中的机制研究

张媛??朱英

[摘要] 正常的肝细胞和胆管上皮细胞（胆管上皮细胞）处于静态状态。但是肝脏在面对大规模的实质细胞损失时是一个具有高度再生能力的器官。在肝损伤及肝功能受损时，成熟肝细胞分化增殖是恢复动态平衡的第一道防线。尽管肝脏功能较正常肝脏时降低，但肝移植的研究表明，移植的肝细胞有生存优势，在增殖中占主导地位。但是肝移植患者数目的增加，肝源匹配困难等问题的凸显迫使我们不得不采用新的治疗手段刺激肝脏再生，延长终末期肝病患者的生存期。最近研究证实，在终末期肝病患者和肝病模型中，干细胞在肝损伤修复中有重要作用，干细胞移植被看作为一个潜在的替代移植技术。然而，我们对肝脏干细胞、骨髓间充质干细胞的理解目前仍处于起步阶段。一方面，不断有文献证实肝脏干细胞可以成为肝星状细胞和肌成纤维细胞论证。另一方面，干细胞研究的不断深入，应用的更加谨慎也因为它可能显示出肝脏细胞癌的细胞特性。本篇综述将阐述在肝脏损伤后干细胞肝向分化的作用机制，重点阐述相关信号通路，以促进未来靶向治疗研究。

[关键词] 肝损伤；骨髓间充质干细胞；肝脏干细胞；信号通路

[中图分类号] R657.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2015）04-20-04

在肝损伤及肝功能受损时，成熟肝细胞分化增殖是恢复动态平衡的第一道防线。尽管肝脏功能较正常肝脏时降低，但肝移植的研究表明，移植的肝细胞有生存优势，在增殖中占主导地位[1]。但是肝移植患者数目的增加，肝源匹配困难等问题的凸显迫使我们不得不采用新的治疗手段刺激肝脏再生，延长终末期肝病患者的生存期。最近研究证实，在终末期肝病患者和肝病模型中，干细胞在肝损伤修复中有重要作用，干细胞移植被看作为一个潜在

的替代移植技术[2-3]。然而，我们对肝脏干细胞、骨髓间充质干细胞的理解目前仍处于起步阶段。一方面，不断有文献证实肝脏干细胞可以成为肝星状细胞和肌成纤维细胞论证。另一方面，干细胞研究的不断深入，应用的更加谨慎也因为它可能显示出肝脏细胞癌的细胞特性[4]。

干细胞是具有自我更新的多向分化潜能特性的细胞，按不同来源可分为两类：胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）和成体干细胞（adult/tissue specific stem cells，ASC）。ESCs由于在临床研究中证明有发生恶变致畸胎瘤的可能，面临着伦理问题，因此其研究及潜在的应用价值受到了限制。ASC是分布在特定组织中的分化的细胞，肝脏干细胞属于ASC。肝脏干细胞指能够参与肝细胞的再生和损伤修复，同时具有干细胞特质的细胞的总称。根据其起源分为肝源性肝干细胞和非肝源性肝干细胞。肝源性肝干细胞又称为内源性肝干细胞，主要包括肝卵圆细胞（HOC）、胆管上皮细胞等。非肝源性肝干细胞包括胚胎干细胞、骨髓干细胞等不同来源的干细胞[5]。骨髓干细胞具有强大的自我更新能力和多向分化潜能，主要包括造血干细胞（hemopoietic stem cells，HSCs）和间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs），是研究得最早、最深入的成体干细胞之一。1999年，Petersen等[6]首次报道大鼠骨髓中的某个细胞群具有转化为肝脏卵圆细胞，并进一步分化为肝细胞和胆管上皮细胞的潜能，从此便掀起了骨髓间充质干细胞移植修复肝损伤的研究热潮。大量研究证实骨髓间充质干细胞具有分化为肝细胞的功能，对肝纤维化、肝硬化等肝脏疾病有治疗效果。除了转分化为肝细胞，他们也可能抑制肝细胞凋亡和分泌多种生物活性分子，促进肝脏再生。最近研究证实，在慢性肝病患者和肝病模型中，肝脏干细胞和骨髓间充质干细胞在肝损伤修复中有重要作用。

1 骨髓间充质干细胞促进肝细胞再生相关机制

骨髓移植被认为是慢性肝脏治疗的最新手段，最近对肝损伤动物模型的研究证实SDF-1/CXCR4、Wnt/β-catenin、NF-κB、Notch通路参与骨髓间充质干细胞肝细胞样分化过程。

趋化因子SDF-1（stromal cell-derived factor-1）与其受体CXCR4（CXC chemokine receptor 4）分别属于CXC类趋化因子和CXCR类G蛋白偶联受体超家族。SDF-1/CXCR4信号通路参与细胞内信号转导，进而影响细胞的趋化、运动、黏附、分泌、血管生成、生长等生物学行为[7]。Jung等[8]将同种骨髓干细胞移植到CCl4诱导的小鼠肝损伤模型内，观察发现移植后模型鼠的肝脾肿大及肝坏死均得到改善，肝功酶学降低，移植骨髓干细胞特异地迁移到受损部位肝细胞，利用流式细胞仪及免疫组织化学法检测发现损伤肝组织内CXCR4和SDF-1表达增加。

Wnt通路通过复杂的信号控制胚胎早期的发育、卵裂、背腹形成，并对细胞分化、细胞增殖及生长起调节作用。其中经典Wnt/βcatenint通路研究最广泛。平键等[9]体外实验观察一贯煎诱导分离培养的大鼠骨髓间充质干细胞定向分化肝细胞的作用，Western-blot法检测细胞Wnt3α及β-catenin蛋白的表达情况，观察到BMCs细胞Wnt3α及β-catenin蛋白表达下调，一贯煎诱导大鼠骨髓间充质干细胞向肝细胞样细胞分化，其机制与Wnt/β-catenin下调信号通路有关。说明Wnt/β-catenin通路参与骨髓间充质干细胞迁移分化。

NF-κB已被证实其在炎症反应时对多种细胞因子在转录水平进行调控，所以探讨NF-KB与肝损伤的关系很重要。Pei-pei Wang等[10]骨髓间充质干细胞在体外研究中证实可通过抑制NF-κB信号通路，刺激分泌肝细胞生长因子（HGF）调节造血干细胞，对肝硬化大鼠起治疗作用。肝细胞生长因子是一种参与肝脏再生的有效的生长因子，最初是作为一种高效的肝细胞丝裂原多肽[11-12]。抑制HGF可产生严重肝脏疾病，肝细胞完整性受损，胆汁淤积[13]。然而抑制NF-κB通路刺激HGF分泌改善肝脏纤维化的具体机制仍未得到明确证实。

此外徐洪雨等[14]研究发现，骨髓间充质细胞在HGF诱导下强烈表达Notch-1蛋白，但随着MSCs向肝细胞分化，Notch-1蛋白的表达逐渐降低，Notch-1 mRNA也表现降低，加入Notch通路阻断剂DAPT后，细胞分化率明显增加。这些都表明，Notch通路的激活可以抑制MSC向肝细胞分化。但是，Notch信号通路通过调节哪些转录因子或者基因来控制MSC向肝细胞分化，目前尚不清楚。

2 肝脏干细胞和肝成纤维细胞活化时的共同信号通路

实验表明，肝脏纤维化和肝脏干细胞的活化有关。虽然联系肝脏干细胞和纤维化细胞的机制是未知的，但是目前研究发现信号通路在肝脏修复和再生分化过程中起作用。最近研究发现hedgehog、Wnt和Notch通路调节肝脏干细胞增殖、分化和肝纤维化形成中起作用[15-17]。

Philips等[16]建立肝损伤小鼠模型，应用hedgehog通路抑制剂GDC-0449发现小鼠肝脏肌成纤维细胞减少，肝纤维程度降低，可抑制肝细胞癌转移，降低死亡率。不成熟的胆管细胞和肝星状细胞（成纤维细胞前体），能够产生hedgehog的配体，这些配体的存在是骨髓间充质干细胞培养生存、增殖和迁移的关键。在增益功能实验中小鼠杂合的hedgehog激活hedgehog配体，hedgehog亚基受体复杂化，可自发的加强肝脏纤维化进程。

同时在动物实验肝脏干细胞自我更新和增殖实验中Wnt/β-catenin信号也发挥重要的作用。当肝细胞和胆管细胞中β-catenin信号受抑制时，肝脏干细胞增殖下降；促进β-catenin蛋白表达时，离体肝脏干细胞体外的自我更新能力增加，然而肝脏干细胞在异种移植模型中有肿瘤发生可能[17]。经典Wnt信号转导是肝星状细胞活化肝纤维化中的重大事件之一[18]。Wnt/β-catenin作为最重要纤维蛋白酶原之一，在肝脏干细研究中许多问题仍有待解决，包括上游活化因子、Wnt/β-catenin通路在肝损伤时的鉴定、干细胞增殖时自分泌和旁分泌信号、是否类Wnt激活因子能刺激干细胞和肝星状细胞的转化过程。理解Wnt信号通路及体内大量的Wnt通路相关因子在肝细胞中作用具有重大意义。

Notch通路在胆道的分化和发育过程形态发生和管道重塑期间具有重要作用[19-20]。最近从肝脏Alagille综合征相关遗传疾病患者的观察表明与Notch信号受损有关，这条通路可能也是胆道修复必不可少的[21-23]。Fabris等[21]证明：Notch信号参与新生婴儿肝修复过程中干细胞向成熟胆管细胞分化的调节。Alagille综合征的肝脏标记表明肝脏干细胞被阻止分化为胆道，肝细胞经历了胆管系统不完整的转化分化。Alagille综合征肝脏相比胆道闭锁患者的肝脏表现出肝纤维化显著减少，暗示肝纤维化依赖存在无功小胆管细胞。

3 移植干细胞促进肝脏肿瘤分化的相关机制

干细胞具有极强的可塑性，在其分化、增殖为肝细胞的同时具有分化成为肿瘤细胞的潜能，因此要对移植后干细胞的具体生物学行为建立一个有效的体内定位跟踪体系，以便更好地观察干细胞在体内的归巢和定位。越来越多证据表明，干细胞在参与肝损伤修复有肿瘤分化倾向往往有以下SDF-1/CXCR4、Wnt/βcatenin、TGF-β/Smad、IKK-依赖NF-κB、Notch信号通路发挥作用。

如前所述，SDF-1/CXCR4在骨髓间充质干细胞中参与肝损伤后肝细胞再生，同时有实验表明抑制趋化因子受体CXCR4 /CXCL12轴可能导致直接抑制肿瘤迁移、入侵和转移。这迫使干细胞移植面临着重大挑战，同时发展有效的趋化因子受体SDF-1/CXCR4抑制剂可应用于癌症治疗[24]。Wnt信号通路参与骨髓间充质干细胞及肝脏干细胞在肝向分化，然而在Wnt通路失调时同样也会引起肝细胞癌发生[25]。在肝脏移植后人类肝组织中肝脏干细胞表达TGF-β信号通路相关蛋白质，TGF-β/Smad信号通路参与干细胞的自我更新和分化，同时参与致癌作用[26]。同样经典IKK-依赖NF-κB信号通路也被证明能促进肝细胞的生长，在肝脏炎性应答中调节生长因子和细胞因子的表达中起着至关重要的作用。但是在肝脏急性反应最重要的细胞因子IL-6通过激活STAT3基因转录促进肝癌发展[27]。这表明TGF-β及IL-6信号通路在肝脏干细胞肿瘤分化中起重要作用。在小鼠动物实验中通过Notch1蛋白在肝细胞内异常定位发现Notch通路过表达能促使成熟肝脏细胞肿瘤方向分化[28-29]。在这些小鼠肿瘤模型中，Notch解除管制导致明显的幼稚表型的肝癌传播。这些癌症最常发生在慢性肝损伤和肝再生的背景下，研究这些信号通路的交叉点，可通过基因靶向治疗促进干细胞肝向分化，并且在肿瘤分化早期阻断，促进肝再生和抑制肝癌的形成。

4 存在问题及展望

虽然我们对干细胞的理解近年来取得了巨大进步，但对肝脏干细胞及骨髓间充质干细胞在肝损伤修复中作用机制的了解显然仍不完整，仍有很多新的挑战需要解决。恰当利用干细胞移植促进患者肝脏功能恢复，选择合适时机及方法抑制肝脏肿瘤发生，选择性提高或降低肝损伤过程中相关信号通路分子的表达，或许能减少终末期肝病患者死亡率，提高患者生存质量，同时抑制肝癌形成。

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（收稿日期：2015-01-06）