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肝星状细胞活化的功能改变

来源:国外医学消化系疾病分册 作者:佚名 2004-9-29
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摘要: 80年代初,Knook等[1]用胶原酶、链酶蛋白酶原位循环灌注法首先成功地分离了大鼠肝星状细胞(旧称贮脂细胞),从此人们开始了肝星状细胞的体外研究。随着细胞学、分子生物学等基础医学科学的发展和应用,人们对肝星状细胞的研究和认识不断深入。目前认为,肝星状细胞是肝纤维化细胞外基质的主要来源细胞,肝星状细胞活化是......


  80年代初,Knook等[1]用胶原酶、链酶蛋白酶原位循环灌注法首先成功地分离了大鼠肝星状细胞(旧称贮脂细胞),从此人们开始了肝星状细胞的体外研究。随着细胞学、分子生物学等基础医学科学的发展和应用,人们对肝星状细胞的研究和认识不断深入。目前认为,肝星状细胞是肝纤维化细胞外基质的主要来源细胞,肝星状细胞活化是肝纤维化形成的关键[2,3],而肝星状细胞活化是一个形态、功能等改变的复杂过程。本文将近年来有关肝星状细胞活化的重要功能改变的研究进行综述。

  1肝星状细胞活化

  迄今,肝星状细胞活化尚无一个确切的定义。但它的主要特征是维生素A脂滴减少甚至消失,粗面内质网增加,细胞增大,向肌成纤维样细胞转化,表达平滑肌α-肌动蛋白,增殖明显,合成大量细胞外基质等[4]。肝纤维化时,四氯化碳(CC14)诱导肝损伤3周后[5]及从正常人或其他动物分离的原代培养7天后的肝星状细胞或传代的肝星状细胞基本具有上述特征,这些细胞被认为是活化的肝星状细胞。一般认为,肝星状细胞活化可分为两个步骤:(1)启动:对促增生和纤维化的细胞因子反应增强。(2)后续活化:对细胞外微环境变化反应加剧。由于炎症反应在肝星状细胞活化中起重要作用,因此,近年来有人将肝星状细胞活化分为炎症前期、炎症期、炎症后期[3]。很多因素参与肝星状细胞活化的调节,其中细胞因子起主要作用。

  2肝星状细胞活化的功能改变

  2.1 细胞增殖

  细胞增殖是肝星状细胞活化的重要特征之一。Davis等[6]观察了原代培养的肝星状细胞增殖情况,发现新分离的细胞培养7天后才开始分裂、增殖,同时伴有维生素A脂滴减少,并发现传代肝星状细胞增殖活跃。Shiratori等[7]分离了CC14诱导的实验性肝纤维化大鼠和正常大鼠的肝星状细胞,结果两者的细胞得率分别为(2.3±0.8)×106和(1.2±0.37)×106个/克肝组织,肝纤维化大鼠的肝星状细胞显著多于正常大鼠。肝星状细胞活化增殖的机制不明,一些具有促分裂作用的细胞因子可能起重要作用。据报道,内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、内皮素、胰岛素样生长因子、血小板源生长因子(PDGF)等能促进肝星状细胞增殖,其中PDGF是使肝星状细胞增殖最有效的细胞因子[8]。PDGF分为三个亚型,即PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BB,而以PDGF-BB对肝星状细胞增殖作用最强。其机制可能为,PDGF与相应受体结合后激活磷脂酶C,促进磷脂肌醇二磷酸生成二酰甘油和1,4,5-二磷酸肌醇,二酰甘油激活蛋白激酶C,后者活化Na+/H+离子流交换,细胞内pH值升高,细胞内的碱性化是某些RNA转录和蛋白质合成的必要条件之一。蛋白激酶C还可使许多蛋白质磷酸化,从而实现对细胞增殖的调节,而1,4,5-三磷酸肌醇可引起细胞内质网中Ca2+的释放,增加细胞内Ca2+浓度,加快细胞内DNA合成和有丝分裂,促进细胞从G1期向S期转化。

  2.2合成大量细胞外基质

  正常情况下,肝星状细胞合成一定量的细胞外基质,合成的胶原蛋白有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ型;粘性蛋白有板层素、纤维连接蛋白、内皮素、腱蛋白、波浪蛋白、分区蛋白;蛋白多糖有透明质酸等。其中胶原以Ⅲ、Ⅳ型为主,而Ⅰ型较少。肝纤维化时大量细胞外基质在Disse间隙沉积,而肝星状细胞是肝纤维化细胞外基质的主产细胞,提示肝星状细胞活化能合成大量细胞外基质。肝纤维化时Disse间隙的大量细胞外基质以胶原为主,尤以Ⅰ型胶原为主,因此对Ⅰ型胶原的研究较多。Shiratori等[7]以3H-脯氨酸掺入法测定肝星状细胞的胶原合成,结果从正常大鼠分离的肝星状细胞胶原合成为每天(2930±728)cpm/3×106个细胞,而CC14诱导的肝纤维化大鼠的肝星状细胞胶原合成为每天(18539±429)cpm/3×106个细胞。Ikeda等[9]发现肝纤维化模型大鼠肝星状细胞合成的胶原是正常大鼠的2.7倍。Weiner[10]测定了新分离及培养7天的肝星状细胞的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型mRNA,结果表明,培养7天的肝星状细胞的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型mRNA分别为新分离的肝星状细胞的17、3、2.6倍。有人发现人肝星状细胞活化时Ⅰ型胶原mRNA为静止时的60~70倍[11]。肝星状细胞活化合成大量细胞外基质的机制尚不明了。一方面可能与其增殖、细胞数量增加有关;另一方面也可能与单个肝星状细胞合成细胞外基质的能力增强有关。近年有人[12]认为,转化生长因子-β对刺激肝纤维化细胞外基质的产生起关键作用。

  2.3产生基质金属蛋白酶

  正常情况下,Disse间隙含有Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和蛋白多糖组成的基底膜。肝纤维化时大量细胞外基质在Disse间隙沉积,这不仅与细胞外基质合成增加有关,而且与细胞外基质降解异常也密切相关。与细胞外基质降解有关的酶系主要为金属基质蛋白酶,可分为四个亚型:(1)胶原酶;(2)明胶酶;(3)基质溶酶;(4)其他。Arthur等[13]研究了原代培养人肝星状细胞的明胶酶A(分子量为63kD)产生情况,结果发现,新分离的肝星状细胞几乎测不到明胶酶A mRNA表达,但随着肝星状细胞的活化,其明胶酶A mRNA表达明显增加。Vyas等[14]发现,原代培养活化的肝星状细胞释放基质溶酶(分子量为57kD)。Herbst等[15]发现,基质溶酶mRNA转录水平在正常肝脏较低,而在CC14诱导的肝损伤中明显增高。但肝星状细胞活化对间质胶原酶(一种胶原酶)产生似乎无明显影响。原位杂交研究表明,正常肝脏和纤维化肝脏的间质胶原酶mRNA表达均很低或缺乏[16]。

  2.4分泌趋化因子、细胞因子

  趋化因子可引起白细胞在损伤部位的聚集,而白细胞向肝小叶的聚集能加速肝纤维化的进程。肝星状细胞活化可分泌一些趋化因子。巨噬细胞炎症蛋白-2(MIP-2)是一种重要的趋化因子,Sprenger等[17]用肿瘤坏死因子(TNF)-α作为刺激因素用酶联免疫吸附法测定了培养的肝星状细胞上清液的MIP-2,结果显示,活化的肝星状细胞显著高于培养早期的肝星状细胞。单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)是一种诱发单核细胞趋化和活化的因子,Marra等[18]发现,慢性活动性肝炎患者的肝脏MCP-1明显高于正常人。肝星状细胞活化还能表达或分泌转化生长因子-β、TNF-α、肝细胞生长因子、成纤维细胞因子、白介素-6等细胞因子[3]。

  2.5细胞收缩

  (1)肝星状细胞位于肝窦内皮细胞与肝细胞之间的Disse间隙内,就解剖位置而言,类似组织的外膜细胞;(2)肝星状细胞表达肌细胞所具有的中间丝、结蛋白;(3)在某些情况下表达平滑肌α-肌动蛋白。这些因素决定了肝星状细胞的收缩功能。Bockey等[19]发现,肝星状细胞只有活化后才收缩,有关机制尚不明了。研究表明,肝星状细胞表达内皮素受体[20]。内皮素可引起活化的肝星状细胞收缩,可能机制为内皮素与其受体结合,引起细胞内Ca2+含量增加,增加的Ca2+与钙调蛋白结合,后者激活肌球轻链激酶,引起收缩蛋白如肌动蛋白、肌浆蛋白的收缩[21]。

  3肝星状细胞活化功能改变的意义

  肝星状细胞活化合成大量细胞外基质是肝纤维化形成的直接原因。肝星状细胞活化增殖、数量增加,从而增加细胞外基质的合成。肝星状细胞活化时其细胞外基质降解酶合成异常,一方面不能正常地降解细胞外基质,导致细胞外基质增加;另一方面基质的异常代谢可引起静止的肝星状细胞活化,活化的肝星状细胞产生的趋化因子、细胞因子可通过自分泌或旁分泌途径使静止的肝星状细胞活化,从而产生大量细胞外基质。细胞外基质增加、肝星状细胞数量增加以及肝星状细胞的收缩使窦腔狭窄限制肝窦血流,有助于门脉高压形成。


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