上皮-间质转化在肝纤维化中的作用

2018-03-26方未英刘毅徐兰顾婷玉

生物化工 2018年4期

方未英，刘毅，徐兰，顾婷玉

（中国科学院上海生命科学研究院中国科学院典型培养物保藏委员会细胞库和干细胞库，上海 200031）

细胞的上皮-间质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）是器官纤维化发生中一个重要的过程，了解EMT对肝纤维化发生的作用及其机制有助于更好地寻找治疗肝纤维化的手段。

肝纤维化是指肝细胞发生坏死及炎症刺激时，肝脏内细胞外基质（Extracellular matrixc，ECM）特别是胶原蛋白异常增生并堆积的病理过程[1]。在人体所有蛋白质中，胶原蛋白含量最丰富，广泛分布于所有器官中，是器官ECM的主要成分[2]。ECM的堆积构成纤维疤痕，破坏肝脏的结构，并发新生肝组织细胞的结节，导致肝脏功能和新陈代谢被破坏，最终出现肝硬化、肝癌等。

1 上皮-间质转化（EMT）概述

1.1 EMT的特征

EMT指上皮细胞向间质细胞的转化过程，即上皮细胞失去上皮细胞特性，包括细胞紧密排列、缺乏运动能力、具有基底极性等特性，转而获得间质细胞特性，包括细胞连接疏松，获得迁移能力，丧失细胞极性等特性的一种现象。上皮细胞的可塑性诱导了EMT的发生，有多条信号通路、生长因子和转录因子参与激活了EMT的发生。

1.2 EMT在肝纤维化中的作用

在各种致病因子及外界刺激下，肝脏内大量肝实质细胞及原本处于静息状态的肝星状细胞被激活，发生EMT现象，活化成为成纤维细胞或肌成纤维细胞，失去其原本紧密排列的上皮样形态和细胞极性，转而获得间质细胞特性，具有很强的迁移和侵袭的能力，大量分泌ECM和胶原，在肝血窦间隙聚集造成异常累积，导致肝脏结构发生异常病理变化。肝窦内皮细胞间隙性的排列顺序被破坏，肝星状细胞的紧张性收缩导致肝血窦内血流信号受阻，造成肝淤血，破坏肝功能，最终导致肝纤维化。同时还发现，EMT过程是可逆的，通过干预可使细胞发生MET重新恢复至上皮样细胞，延缓肝纤维化的发生进程。

1.3 上皮-间质转化（EMT）作用分子机制

上皮-间质转化在肝纤维化中的作用分子机制研究主要研究其通路和调控机制，其通路有TGF-β信号通路、Wnt/β-catenin信号通路、Hodgehog信号通路，此外一些生长因子（如EGF、HGF、FGF）及一些 EMT转录因子，如Snail、Slug、Scatter、Twist、Smad、ZEB、HNF-4α和小分子RNA都直接或间接促进了EMT的发生[3]。TGF-β信号通路几乎可以调控所有类型的肝脏细胞发生EMT，是EMT中最主要的正向调控机制之一。

2 EMT在肝纤维化中产生作用的细胞类型

2.1 肝星状细胞

肝星状细胞一直被认为是肝脏中成纤维细胞的主要来源。慢性肝损伤部位的肝星状细胞可以通过EMT转变为肌成纤维细胞，大量分泌ECM。通过对上皮细胞标志蛋白CK18和CK19的研究，发现肝星状细胞最初可能来源于上皮细胞，在体外长期培养后，CK18、CK19慢慢丢失，证明肝星状细胞在体外经历了激活过程后发生了EMT现象，失去上皮细胞特征，转而获得了间质细胞的特性[4]。在静息状态下的肝星状细胞在体内外均表达上皮细胞标志物E-cadherin，肝星状细胞被激活后E-cadherin表达量下降，转而表达间质细胞标志物N-cadherin，并分泌Ⅰ型胶原[4-5]。证明肝损伤时肝星状细胞发生了EMT，转变为成纤维细胞，参与肝纤维化的发生。

2.2 肝实质细胞

占肝脏细胞总数80%以上的肝实质细胞，原先一直被认为是肝纤维化发生过程中的“受害者”，但随着对EMT现象和机制的深入研究，发现肝实质细胞也能发生EMT现象，加速肝纤维化的进程。大量研究证实，原代小鼠肝实质细胞和肝实质细胞系在体外用转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）刺激后可以转化为间质细胞，上皮基因E-cadherin、ZO-1表达被抑制，间质细胞的标志物vimentin、fibronectin、α-SMA表达均上调[6]。采用线性追踪技术在双转基因小鼠体内也证实纤维化肝脏中成纤维细胞特异性蛋白（Fibroblast Specific Protein，FSP）表达阳性的成纤维细胞中45%是肝实质细胞经EMT而来，减少EMT诱导的成纤维细胞生成，有效改善肝纤维小鼠的纤维化进程，说明EMT诱导肝实质细胞生成的成纤维细胞是肝纤维化的重要成因，抑制EMT进程的发展是控制肝纤维化的一种潜在治疗手段。

2.3 胆管上皮细胞

在发生胆管损伤特别是胆管增生的部位，发现新合成的胆管上皮细胞形态会向间质细胞转变。胆总管结扎（Bile Duct Ligation，BDL）是一种可引起强烈胆管反应的肝纤维化模型实验，BDL大鼠胆管上皮细胞能够发生EMT、产生α-SMA并表达Ⅰ型胶原，参与肝纤维化发展[7]，在其原代胆管细胞中也检测到上皮及间质细胞标志物共同表达[8]。通过对原发性肝硬化和酒精肝疾病患者肝组织样本切片发现，在损伤的胆管周围分布有成纤维状细胞，胆管上皮细胞高表达TGF-β，细胞核内Smad2、Smad3的磷酸化水平升高，不再表达特异性的上皮标记物如E-cadherin，转而表达间质细胞特有的蛋白如FSP-1、MMP-2等[9]，这些研究都说明在肝纤维化等肝损伤疾病中，胆管细胞能够发生EMT现象。