常鑫钺，王震侠，赵建国

(内蒙古医科大学附属医院肝胆外科，内蒙古 呼和浩特 010000)

0 引言

肝细胞核因子4α(HNF4α)是一种高度保守的孤核受体超家族成员，作为一种配体结合转录因子表达在肝脏和胃肠道器官(胰腺、胃和肠)[1]。HNF4α 最先于大鼠成熟肝脏中发现，一度被认为是肝细胞特异性因子，之后被发现与人MODY1 型糖尿病发病密切相关[2]。目前研究表明，根据转录启动子P1、P2 的不同，HNF4α 的亚型共分为两大类，其中P1 介导的于肝脏表达，p2 介导的于胰腺表达[3]。HNF4α 广泛参与肝细胞的正常生物学功能及代谢调节，如胆汁酸合成，脂质稳态，糖异生，尿素生成，细胞粘附，增殖和凋亡，药物代谢[4]，同时也是调控干细胞向成熟肝细胞分化的关键[5]。

1 HNF4a 的结构

HNF4α 是一种高度保守的核受体超家族成员，富集与肝脏。于肝脏、肾脏，肝脏，胰腺β 细胞及胃肠消化道细胞中均有表达，与MODY1 型糖尿病的发生密切相关。HNF4α 保守的表达模式可以在没有外源性配体的情况下激活基因转录，在器官发育、器官生成和维持器官功能方面发挥着重要作用[6]。人HNF4α 基因定位于20 号染色体长臂(20q13，12)，包含11 个内含子和12 外显子。根据其转录启动子P1、P2的调控，共分为12 种亚型，其中P1 驱动的HNF4α(1-6) 亚型，而P2 驱动的HNF4α(7-12)亚型[7]。HNF4α 由结构上来说是一种锌指结构蛋白，共包含6 个结构域(5 个功能域，1 个铰链区)的模块蛋白。其中A、B 区域为反式激活结构域，包含n-末端反激活域(AD-1)，与启动子序列密切相关；C 区是一个高度保守的DNA 锌指结合域(DBD)，D 区为柔性铰链，E区包含第二个反激活域的多功能配体结合域(AD-2)，F 区为抑制区[8]，为HNF4α 特有，两个反激活域对HNF4α 驱动的基因转录有重要影响[9]。

2 HNF4α 的主要功能

HNF4α 的人类全基因组定位分析表明，HNF4α 在肝细胞的物质代谢及分化再生等多条途径中处于中心环节。HNF4α 与人肝细胞中12%的基因相结合，高于其他肝细胞核因子，其中RNA 聚合酶II 所占的活性转录基因中有42%与HNF4α 相结合[10]。HNF4α 自身通过甲基化、乙酰化、磷酸化等的调节方式改变自身生物学活性，通过同源二聚体形式与顺式作用原件结合，激活目标基因，介导不同的生理反应[11]；通过控制肝细胞内其他转录因子以及功能必需基因，调控肝细胞的正常发育[12]。研究表明，HNF4α 在调控肝细胞分化[13]，稳定肝细胞表型[14]，调节肝细胞增殖[15]，过程中起重要作用。同时还参与调节代谢废物和药物的解毒[16]，血清蛋白、载脂蛋白的合成[17]等多条物质代谢途径。由此可见HNF4α 对于肝脏正常形态结构的发生与维持及肝细胞内物质代谢至关重要。HNF4α 的缺乏或表达量异常会导致严重的后果。胚胎期小鼠缺失HNF4α(由HNF4 编码)因无法形成正常内胚层而早期死亡[18]，Parviz 等通过Hnf4loxP/loxPAlfp.cre 嵌合体的研究也表明，HNF4α 缺失导致小鼠肝脏体积增大，肝实质内肝血窦发育异常，Gys2、Pck1、G6pc 糖原合成关键因子缺失，相邻肝细胞缺乏正常细胞间连接，肝细胞缺乏正常生理功能[19]，最终导致死亡。由此可见，HNF4α 在肝细胞中参与多种生物学功能，缺失HNF4α 会对肝细胞及生物体产生致死性影响。

3 HNF4α 与肝细胞分化

肝细胞来源于内胚层，由肝祖细胞分化而成肝细胞，在肝组织中占绝大多数[20]。肝祖细胞是肝脏的成体干细胞，有分化为肝细胞、胆管细胞的双向潜能。在肝祖细胞形态和功能上向肝细胞分化并形成胞内嗜碱性深染区时，首先可以检测到HNF4α 的表达[21]，直至肝细胞发育成熟后维持相对稳定。HNF4α 可诱导多种细胞向肝细胞方向分化，产生类肝细胞和人工肝组织，在肝祖细胞，胚胎干细胞，人诱导多能干细胞等的研究中均有报道。

3.1 HNF4α 促进肝祖细胞向肝细胞分化

肝祖细胞是肝脏的成体干细胞，有分化为肝细胞、胆管细胞的双向潜能。Ancey 等人在体外对肝祖细胞(HPCs)的研究表明，HNF4α 在肝祖细胞由5hmc 激活，经FOXA2/TET1/P1途径，使HNF4α 远端启动子去甲基化表达HNF4αP1 亚型，指导肝祖细胞的向肝细胞定向分化[22]。而HNF4α 缺乏会阻碍肝祖细胞向肝细胞的正常分化及发育，对生物体产生致死性影响。Li 等对HNF4α 阴性(HNF4α-/-)小鼠的研究表明，HNF4α-/-胚胎由于内脏内胚层功能的缺陷于原肠胚期死亡；虽然通过与野生型四倍体胚胎互补可避免早期死亡，分化形成肝祖细胞。但缺乏HNF4α 会使肝祖细胞分化异常，新生肝细胞中apoA1、apoAII、apoB、apoCIII、apoCII、转铁蛋白(TFN)、视黄醇结合蛋白(RBP)和促红细胞生成素(Epo)的表达明显降低[23]，肝细胞的形态和功能分化、肝糖原的积累和肝上皮的生成均出现明显异常[19]。笔者认为，HNF4α 通过影响肝细胞的必要代谢途径，影响肝细胞表达正常生理功能蛋白，最终导致肝细胞分化受阻，阻碍肝细胞分化成熟。

3.2 HNF4α 促进胚胎干细胞向肝谱系分化

胚胎干细胞(Embryonic stem cell，ESC)具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性，是一类亚全能干细胞。无论在体外还是体内环境中，该细胞都能被诱导分化为内、中、外三个胚层几乎所有的细胞类型。DeLaForest 等通过对ESC 的研究表明，HNF4α 表达的开始与ESC 向肝细胞谱系分化的确立密切相关。通过动态检测第0 天(胚胎干细胞)、第5 天(最终内胚层细胞)和第10 天(肝祖细胞)的HNF4α的表达水平，在第0 天至第5 天，HNF4α 与其mRNA 均未检测到表达；在第10 天，即出现肝祖细胞分化时，HNF4α 与其mRNA 又可检测到表达，而HNF4α 的表达缺失会导致ESC肝谱系分化停滞[24]。Liu 等通过对外源性导入Foxa2/ Hnf4a的鼠ESC 与正常鼠ESC 肝谱系分化对比发现，两组ESC 均可向肝谱系分化生成肝样细胞，但实验组向肝谱系的分化程度显著增加[25]。犬骨髓干细胞(cBMSCs)的研究表明，转染了Foxa1 和Hnf4a 的犬骨髓干细胞可以诱导分化为肝样细胞[20]。。以上研究均表明，HNF4α 在调控ESC 向肝谱系分化过程中具有重要作用，HNF4α 是调控ESC 向肝谱系分化的始动因子，其过表达可以显著增强ESC 向肝谱系的分化。

3.3 HNF4α 促进人诱导多能干细胞的向肝谱系分化

人诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells，iPSCs)是一类具有多向分化潜能的细胞，它们具有体外自我更新和长期分化为人体内所有细胞类型的能力，可通过内胚层细胞向类肝细胞分化[26]，是一种研究肝细胞分化的重要研究对象。HNF4α 表达的开始与iPSCs 的肝谱系的生成明确相关，在胚胎期8.5 天及在肝脏中肝芽到成年过程中HNF4α 呈高表达，而敲低HNF4α 则会抑制人iPSCs 向最终内胚层分化，降低最终内胚层(GSC，SOX17 和Lefty1)的基因表达水平，阻碍其进一步向肝谱系分化，这些结果提示HNF4α 是肝祖细胞和肝细胞分化的必要条件[27]。DeLaForest 等通过体外培养iPSCs 研究表明，HNF4α 与iPSCs 向内胚层分化、肝祖细胞形成及肝基因表达的始动环节均密切相关，HNF4α 的缺失最终会阻碍内胚层细胞向肝祖细胞的转化[28]。

以上研究均表明，HNF4a 在指导多种干细胞及肝祖细胞向肝谱系方向分化中具有重要作用。HNF4α 通过调控下游靶基因的表达，控制其向肝谱系表达，进而分化成为肝细胞；而HNF4α 的缺失会使分化停滞甚至产生致死性影响。

4 HNF4α 与肝再生的关系

肝脏是具有再生潜力的器官，生理情况下，肝细胞处于静息状态，无明显再生。在肝切除及病理性损伤的情况下，肝脏产生多种细胞因子，经白细胞介素(IL)-6/Jak 激酶(Jak)/信号转导因子和转录-3(STAT3)激活因子以及磷酸肌醇肽3-激酶(PI3-K)/磷酸肌醇肽依赖蛋白激酶1(PDK1)/Akt 等通路协同调控[29]，激活肝细胞、肝祖细胞及其它来源的干细胞进入细胞周期，增殖分化产生肝细胞，完成肝脏的修复再生[30]。Huck 等的研究发现，在肝部分切除术后早期，肝再生开始时HNF4α 表达明显下降，而在肝再生终止阶段，HNF4α 表达恢复正常[31]，而在敲除HNF4α 的情况下，肝细胞处于高增殖状态，新生细胞出现去分化、促癌表型[32]。以上均表明HNF4α在肝再生过程中参与调控了肝细胞增殖和分化，在肝再生中具有重要作用。

4.1 HNF4α 参与调节细胞增殖

HNF4α 参与调节细胞增殖，这是由于观察到原本正常表达HNF4α 在多种肿瘤细胞中表达下调。肾细胞癌(RCC)中HNF4a 的mRNA 及蛋白表达较正常肾组织均下调；对肾细胞株HEK293 转导HNF4α 基因，通过上调HNF4α 的表达可抑制肿瘤细胞增殖[33]。去分化肝癌细胞中HNF4α 的表达水平较低或不存在[34]；而在去分化肝癌细胞株中上调HNF4α表达，可以有效抑制肝癌细胞株快速增殖[35]，上调HNF4a 的表达会导致肝癌细胞向更类似于肝细胞表型的方向重新分化[36]。以上研究表明，HNF4α 参与调控细胞增殖，HNF4α 在细胞中可能作为抑癌基因抑制细胞过度增殖。

4.2 HNF4α 参与调节肝细胞增殖

前述已知HNF4α 参与细胞增殖的调节。在肝再生的研究表明，HNF4α 在肝再生的起始与终止阶段均有重要作用，尤其是肝细胞。在小鼠急性肝切除6h 即检测到肝细胞中HNF4α 的表达明显下降，12h 达最低，直至7 天后肝再生终止阶段HNF4α 表达恢复正常[37]；而在HNF4α 敲除小鼠行相同处理，小鼠肝细胞可检测到PCNA、Ki67 等的持续高表达，肝细胞增殖活跃[38]。HNF4α 的缺失不仅上调增殖抗原的表达，还促使肝细胞更快进入细胞周期。HNF4α 的表达下调诱导CyclinD1 的高表达[39]，而CyclinD1 抑制HNF4α 与特定基因的结合[40]，影响肝细胞其他代谢途径的进行，使肝细胞快速进入复制周期，完成肝细胞的增殖。

4.3 HNF4α 调节肝再生的可能机制

HNF4α 作为控制肝细胞代谢的核心因子，控制肝细胞的多种基础代谢。以往的研究认为HNF4α 对肝再生的影响，由于肝脏中存在大量HNF4α 靶点而影响了肝脏中多种信号通路[41]，进而影响肝再生的进行。HNF4α 通过竞争与c-Myc结合来上调p21[41]，通过p21 抑制增殖；Sladek 等人提出肝脏中可能存在c-Myc/ Cyclin D1/HNF4α 循环[40]，进一步研究表明，HNF4α/Cyclin D1 之间相互抑制协同控制了肝脏的细胞周期机制和代谢[39]。HNF4α 在控制增殖的过程中可能通过协调肝脏能量代谢与细胞增殖，调动细胞内物质主要作用于肝细胞增殖，为肝细胞增殖提供合适的细胞环境，以此促进肝细胞的再生。

5 结语

HNF4α 作为富集于成熟肝细胞的细胞因子，在调控肝细胞物质代谢、抑制增殖、促进分化、调控增殖等方面具有重要作用。HNF4α 在促进干细胞向肝样细胞分化的作用已然明确，但其详细机制仍不明确，明确HNF4α 对干细胞向肝样细胞分化的调控机制有利于体外肝细胞的再生，有助于推动体外干细胞移植治疗的发展，结合新兴的细胞支架技术，有可能使人工肝脏成为可能，对重度肝损伤及肝癌的治疗具有重要的临床意义。HNF4α 在肝再生的研究表明HNF4α 在肝再生过程中对激活和终止两阶段均起到重要调节作用，在肝再生过程中起到了双向调节作用，在肝再生的起始与终止阶段均有重要作用，同时HNF4α 对肝再生的调节作用还可能通过改变细胞内在环境，为肝再生提供适当的细胞环境来调节肝再生，外源性调控HNF4α 的表达可能影响肝细胞代谢，促进肝细胞内物质向特定代谢途径进展，对临床急慢性肝病促进肝再生及术后肝功能的快速恢复具有重要意义。