| 首页 -> 基础研究 -> 缺氧与肝纤维化 缺氧与肝纤维化陈平圣 李静 【关键词】 缺氧； 肝硬化； 肝星状细胞； 缺氧诱导因子-1 Hypoxia and liver fibrosis CHEN Ping-sheng, LI Jing. 【Key words】Anoxia; Liver cirrhosis; Hepatic stellate cell; Hypoxia inducible factor 1 【First author’s address】Department of Pathology, School of Medicine, Southeast University, Nanjing 210009, China Email: chenps@ seu.edu.cn 肝纤维化发生和发展过程中，慢性炎症、细胞外基质（ECM）过度沉积和血管生成三种病理过程交织在一起，相互促进，最终演变为肝硬化。肝星状细胞 (HSC) 活化转变为肌纤维母细胞参与或主导上述三种病理过程，故HSC活化被公认为肝纤维化发生和发展的关键环节。此外，门管区纤维母细胞以及源自骨髓的CD45+的纤维细胞、肌纤维母细胞，甚至胆管上皮细胞、肝细胞亦能发生上皮间质转换，变为肌纤维母细胞参与病变发展[1-2]。尽管目前对肝纤维化机制有了更深入的了解，但是在无创诊断和治疗方面的进展仍然有限，尚无理想手段完全阻断该病的发展。缺氧是组织细胞最常见的源头损伤因子之一，也是常见的协同损伤因子。缺氧是否参与了肝纤维化乃至肝硬化的形成？研究缺氧与肝纤维化的关系能否给我们带来新的启示？回答是肯定的。 一、肝纤维化发生和发展过程中存在缺氧 氧是细胞赖以生存的重要营养物质，单纯缺氧即可导致肝纤维化，即便在其他因素使肝脏受损及继发炎症时，也均伴有缺氧现象。如肝病时出现的肝细胞肿胀、肝血管收缩、肝窦狭窄、毛细血管化、肝窦周隙纤维型胶原沉积，乃至肝细胞再生结节及纤维间隔形成，肝内血管网异常，以及由于肝功能损害，肠源性内毒素促使内皮素-1（endothelin-1，ET-1）产生增多等现象均可导致或加重肝内缺氧，亦即组织缺氧贯穿于肝纤维化发生和发展的始终[3]。 实验表明缺氧参与肝纤维化形成与发展。有研究表明体外培养的HSC在缺氧情况下胶原合成增多，与该细胞活化有关的基质金属蛋白酶（MMP）-2表达增加。高压氧结合自由基清除剂不仅能使CCl4引起的大鼠早期（实验2周末）肝损伤明显减轻，而且肝组织HSC表达MMP-2 mRNA和蛋白水平明显下降，血清MMP-2活性亦明显低于模型组[4]。苏全武等[5]的研究结果表明，具有活血化瘀功效的加味复元活血汤能有效地改善肝脏微循环，具有防治实验大鼠肝纤维化，保护肝细胞，恢复肝功能的作用。经过大量基础研究及临床试验验证的复方861、扶正化淤方、强肝软坚汤、复方鳖甲软肝片、强肝胶囊等抗肝纤维化中药复方中，无一不含活血化淤成分，亦即都能够改善肝脏血液供应[6]。此外，近年发现肾素-血管紧张素系统活性升高也是肝纤维化发展的重要原因。在肝内由活化的巨噬细胞和纤维母细胞产生的血管紧张素Ⅱ，除了能引起血管收缩、加重缺氧外，还能直接诱导还原型辅酶Ⅱ（NADPH）氧化酶活性，促进自由基产生；也能刺激转化生长因子（TGF）β1产生，促进HSC活化，合成ECM增多；还可通过提高Smad2水平而增强TGFβ1信号[7]。另有报道，在慢性肝损伤模型中，血管紧张素转化酶-2（angiotensin converting enzyme-2, ACE2）抑制剂、ACE2失活会加重肝纤维化的发展，ACE2重组药物治疗可以减轻胆汁淤积性和毒性损伤所致的小鼠肝纤维化[8]。 这些实验和治疗结果启示：肝脏受损及继发炎症时缺氧现象的确存在，纠正缺氧可以延缓肝纤维化的进展。而且随着肝纤维化的进一步发展，肝窦毛细血管化加重，又会使肝脏缺氧加重，二者不断相互促进，形成恶性循环。因此，弄清缺氧促进肝纤维化的机制对于防治该病具有重要意义。 二、缺氧促进肝纤维化的机制 缺氧可能通过介导慢性炎症、促进ECM过度沉积和血管生成三种病理过程而参与肝纤维化的发生和发展。其中两个氧敏感性转录因子的活化是缺氧发挥作用的关键。它们分别是核因子κB（NF-κB）和缺氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor 1，HIF-1），二者间还存在广泛而复杂的相互作用[9]。 在缺氧情况下，组织细胞可出现变性坏死，同时自由基产生增加，从而诱发炎症反应[10]。自由基及缺氧均可以直接激活细胞内转录因子NF-κB，或通过丝裂原激活蛋白激酶通路激活该转录因子，引起炎症相关因子白细胞介素（IL）-1β、IL-6、肿瘤坏死因子（TNF）α、细胞间黏附分子-1、MnSOD、P-selectin和趋化因子等的表达增加[11-12]。这些炎症介质不仅与肝脏慢性炎症关系密切，而且还能刺激静止的HSC活化。 HIF-1对肝纤维化的作用与其下游分子密切相关。该转录因子的靶基因已发现30余个，诸如红细胞生成素基因、糖酵解相关基因、血管生成相关基因、血管紧张性相关基因、基质代谢相关基因、细胞增殖相关基因等。其诱导糖酵解相关基因的表达，促进无氧代谢；诱导血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达以促进血管生成；诱导一氧化氮合酶、血红素氧化酶的表达，发挥扩张血管的作用；并能激活红细胞生成素基因的表达，使红细胞生成增加，提高携氧能力，从而使缺氧的组织细胞保持氧稳态及耐受低氧状态[13]。CCl4诱导的大鼠纤维化肝组织HIF-1α蛋白和mRNA表达水平均比对照组明显升高，且在肝纤维化早期升高显著；随着肝纤维化的发展，HIF-1α mRNA和蛋白表达能力均增强，且与肝纤维化程度呈正相关[14]。此后，国外学者也报道了类似结果[15]。 与纤维化关系密切的HIF-1靶基因主要有VEGF、MMP-2、ET-1、瘦素、胰岛素样生长因子（IGF）等。 肝内血管生成机制可能有两个，一是抗损伤修复反应，即受刺激的枯否细胞、活化的HSC以及内皮细胞合成并分泌VEGF，从而促进血管的生成；另一机制可能是在纤维化形成过程中，肝血窦的Disse间隙内过多ECM沉积，导致肝脏的正常血流与氧供受到影响，使肝脏组织缺氧，诱导HIF-1α产生，进而VEGF表达增加，诱导新生血管的形成[16]。新血管生成又加重肝窦毛细血管化，促进肝纤维化发展，二者之间的恶性循环最终形成了以肝窦毛细血管化为特征的肝硬化。涂传涛等[17]用选择性环氧合酶-2抑制剂罗非昔布在体内抑制VEGF的表达，结果显示肝纤维化过程受阻。有报道VEGF在体外能促进活化的HSC增殖，明显增加活化HSC的Ⅰ型前胶原mRNA表达，也促进了肝纤维化的发展。 MMP-2通过降解HSC周围Ⅳ型胶原，改变细胞生存环境而诱导其活化。体外研究结果表明，物理缺氧和化学缺氧均能使HSC MMP-2表达增加[18-19]。体内研究结果提示氧能通过调节HSC MMP-2表达及活性而影响肝纤维化的发展，在早期MMP-2表达少、活性低，HSC活化少，不利于肝纤维化的启动；在纤维化形成期，MMP-2活性高，有利于Ⅳ型胶原的降解[4]。MMP-2表达及活性的增高，降解Ⅳ型胶原增多，一方面破坏了肝脏正常的结构，另一方面改变了HSC周围富含Ⅳ型胶原的稳定微环境，使HSC活化，进一步加剧了肝纤维化的发展。另外肝窦局部MMP-2的活性不足，无力降解沉积的基质；以及MMP-2活化Disse间隙的HSC，二者共同导致了肝窦毛细血管化。有报道该酶还能诱导VEGF产生，参与肝内血管新生和改建[20]。 在缺氧情况下，HIF-1促进肝血管内皮细胞、HSC等产生ET-1、Leptin、IGF，其中ET-1具有强烈的缩血管作用，进一步加重缺氧，同时还能活化HSC；瘦素也能活化HSC；IGF主要刺激HSC增殖。而HSC一旦活化，将显著增加VEGF、MMP-2、ET-1、Leptin、TGFβ1、IGF、PDGF、血管紧张素Ⅱ、ECM以及组织金属蛋白酶抑制因子的表达，造成恶性循环[21]。 三、研究缺氧与肝纤维化关系的重要意义 如上所述，我们对缺氧与肝纤维化的关系已有所了解，但其涉及许多环节以及细胞间的相互作用，不明之处甚多，搞清楚缺氧与肝纤维化关系不仅有助于我们了解疾病的发生和发展机制，而且对本病的诊治亦有指导价值。 明确缺氧在肝纤维化发展过程中的作用，将使肝纤维化甚至肝硬化的治疗目的更加明确，改变被动的对症治疗。纠正肝脏缺氧状态有多种益处：一是HSC活化减少，纤维化延缓；其次肝细胞损伤减轻，肝功能改善，蛋白合成增加，腹水减少；第三是肝内血液循环改善，门静脉高压减轻，腹水减少，侧支循环等并发症缓解。 研究缺氧在肝纤维化发生和发展中的作用机制，有助于研发新的防治肝纤维化药物。除了目前正在试用的各种中药制剂以及肾素-血管紧张素系统抑制剂外，还可以针对其中关键环节加以干扰，发明新药。 四、存在的问题 缺氧在肝纤维化过程中有重要作用，如果在临床上能够进行肝缺氧监测，对于肝纤维化程度的诊断及药物治疗肝纤维化疗效的评价无疑具有重要作用，但是如何对肝脏缺氧进行检查则需要进一步探索。到目前为止，去除病因仍然是肝纤维化最有效的治疗手段，如何针对不同病因，把病因治疗和改善缺氧结合起来是摆在我们面前的现实问题。应用物理方法或者药物改善患者肝脏缺氧状况，都存在一个靶向性的问题，若靶向性不高，势必引起其他器官组织相对“高氧”状况，因此，靶向性改善肝脏缺氧对肝纤维化的治疗意义更大。高氧或扩血管治疗也是双刃剑，因为在氧供增加的同时，自由基产生增加，可诱发缺血再灌注损伤，联用自由基拮抗剂可能收到更好效果。改善肝内血液循环可能还要考虑时机和度的问题，至于如何把握，还需进行深入的治疗研究。 参 考 文 献 [1]T鰎鰇 NJ. Recent advances in the pathogenesis and diagnosis of liver fibrosis. J Gastroenterol, 2008, 43: 315-321. [2]Wynn TA. Cellular and molecular mechanisms of fibrosis. J Pathol, 2008, 214: 199-210. [3]Watanabe N, Takashimizu S, Nishizaki Y, et al. An endothelin A receptor antagonist induces dilatation of sinusoidal endothelial fenestrae: implications for endothelin-1 in hepatic microcirculation.J Gastroenterol, 2007, 42: 775-782. [4]Zhang AF, Chen PS, Zhang LD, et al. Effects of hyperbaric oxygen with free-radical antagonists on the expression and activity of matrix metalloproteinase-2 in rat livers. Zhonghua Ganzangbing Zazhi, 2005,13: 545-546. (in Chinese) 张爱凤,陈平圣,张丽达,等.高压氧联合自由基拮抗剂对大鼠肝纤维化基质金属蛋白酶-2表达及活性的影响.中华肝脏病杂志, 2005,13:545-546. [5]Su QW, Li DB, Zhu YM. Experimental study of modified Fuyuan Huoxue decoction(MFHD) in treatment of hepatic fibrosis in rats. Zhongguo Zhongxiyi Jiehe Xiaohua Zazhi, 2005, 13: 45-48. (in Chinese) 苏全武,李道本,朱佑明.加味复元活血汤防治大鼠肝纤维化研究.中国中西医结合消化杂志,2005，13:45-48. [6]Liu CH, Liu P, Hu YY, et al. Progress of clinical and basic research on liver fibrosis with traditional Chinese medicine. Shijie Kexue Jishu--Zhongyiyao Xiandaihua, 2007, 9: 112-119. (in Chinese) 刘成海,刘平,胡义扬,等.中医药抗肝纤维化临床与基础研究进展.世界科学技术——中医药现代化,2007,9:112-119. [7]Wynn TA. Cellular and molecular mechanisms of fibrosis. J Pathol,2008, 214: 199-210. [8]Osterreicher CH, Taura K, De Minicis S, et al. Angiotensin-converting-enzyme 2 inhibits liver fibrosis in mice. Hepatology, 2009, 50: 929-938. [9] [10]Semenza GL. Life with oxygen. Science, 2007, 318: 62-64. [11]Wang T, Zhang X, Li JJ. The role of NF-kappaB in the regulation of cell stress responses. Int Immunopharmacol, 2002, 2: 1509-1520. [12]Ridder DA, Schwaninger M. NF-kappaB signaling in cerebral ischemia. Neuroscience, 2009, 158: 995-1006. [13]Ke Q, Costa M. Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1).Mol Pharmacol,2006, 70: 1469-1480. [14]Chen PS, Feng Z, Zhang XM, et al. Expression of HIF-1α and its downstream molecules in rat liver fibrosis tissue. J Gastroenterol Hepatol, 2006, 21 Suppl 2: A144. [15]Bozova S, Elpek GO. Hypoxia-inducible factor-1alpha expression in experimental cirrhosis: correlation with vascular endothelial growth factor expression and angiogenesis. APMIS, 2007, 115: 795-801. [16]Corpechot C, Barbu V, Wendum D, et al.Hypoxia-induced VEGF and collagen I expressions are associated with angiogenesis and fibrogenesis in experimental cirrhosis. Hepatology, 2002, 35: 1010-1021. [17] 涂传涛,王吉耀,郭津生.选择性COX-2抑制剂、PGE1对肝硬化大鼠VEGF和CTGF表达的影响,胃肠病学和肝病学杂志, 2009,18:69-72. [18]Chen PS, Zhai WR, Zhang YE, et al. Effects of hypoxia on expression and activity of matrix metalloproteinase-2 in hepatic stellate cell. Zhonghua Ganzangbing Zazhi, 2000, 8: 276-278. (in Chinese) 陈平圣,翟为溶,张月娥,等.缺氧对肝星状细胞基质金属蛋白酶Ⅱ表达及活性调节的影响.中华肝脏病杂志,2000，8:276-278. [19]Fan RH, Chen PS, Zhao D, et al. Hypoxia induced by CoCl2 influencing the expression and the activity of matrix metalloproteinase-2 in rat hepatic stellate cells. Zhonghua Ganzangbing Zazhi, 2007, 15: 654-657. (in Chinese) 范任华,陈平圣,赵迪,等.化学缺氧对肝星状细胞基质金属蛋白酶-2表达及活性的影响.中华肝脏病杂志,2007,15:654-657. [20]Wynn TA. Common and unique mechanisms regulate fibrosis in various fibroproliferative diseases.J Clin Invest, 2007, 117: 524-529. [21]Saed GM, Diamond MP. Hypoxia-induced irreversible up-regulation of type I collagen and transforming growth factor-beta1 in human peritoneal fibroblasts. Fertil Steril, 2002 ,78: 144-147. （收稿日期：2010-06-08） （本文编辑：朱红梅） 中华医学会肝脏频道版权 |