转化生长因子-β在肝脏疾病进展中的作用

细胞损伤和死亡

CLD的特征是持续的肝细胞损伤和死亡，由化学毒性、代谢超载导致活性氧（ROS）水平升高或病毒/微生物活性导致代谢失调（Rombouts和Marra2010). 在非酒精性和酒精性脂肪性肝病中，细胞应激的最初迹象是肝细胞膨胀和脂滴储存。这一过程称为脂肪变性，它是（高度）可逆的，不一定会导致细胞损伤。在胆汁淤积介导的损伤中，胆管上皮细胞（BDEC）而非肝细胞是损伤的主要靶点，胆汁反流是这类损伤的主要诱导因素。受损肝脏中的细胞死亡有几种模式，包括凋亡和坏死。肝细胞死亡会触发一系列反应，这些反应是由特定的信使和信号分子主动发起的，或者仅仅是由细胞损伤所释放的分子发起的。该反应旨在限制损伤、移除或修复受损细胞、闭合伤口、防御进一步感染以及组织修复和再生。最近一项非常有趣的观察表明，肝损伤后，死亡的肝上皮细胞中的刺猬配体生成上调，以重新激活一条信号通路，该通路在发育过程中控制祖细胞命运和组织构建，从而诱导祖细胞扩张和肝再生（Omenetti等人。2011).

肝脏再生

肝脏具有巨大的再生能力。在实验性部分肝切除（PHx）模型中，大鼠或小鼠在三分之二PHx后5-6天内完全恢复肝脏质量。这是通过对剩余肝细胞进行一到两轮复制来实现的。控制肝细胞增殖的关键事件和信号通路已被广泛研究和总结（Michalopoulos2007; Bohm等人。2010). 然而，在某些情况下，有毒外源物质的效力或受损细胞的数量可能导致大量肝细胞和胆管细胞死亡。然后，具有双电位能力的肝祖细胞（HPCs），位于Hering的导管和管中，分化为肝细胞或胆管细胞，这取决于受损最严重的细胞区室（Michalopoulos2011). 如果基于成熟肝细胞/胆管细胞和HPC增殖的肝再生不能补充死亡肝细胞和肝结构，则会发生快速肝衰竭（Duncan等人。2009).

炎症

肝炎是疾病进展的中心机制，也是严重肝病的标志（Weber等人。2011). 它包括一系列信号分子诱导的复杂炎症反应，并由多种细胞执行。这一过程是由星状细胞和库普弗细胞的相互激活启动的，星状细胞和库普弗细胞共同提供细胞因子环境，引发单核细胞的大规模浸润，其中包括巨噬细胞、淋巴细胞、嗜酸性粒细胞和浆细胞。淋巴细胞通过与抗原接触而被动员和刺激，产生淋巴因子，进一步激活巨噬细胞。来自活化巨噬细胞的细胞因子和趋化因子反过来刺激淋巴细胞，从而为持续炎症反应奠定基础（韦恩2004; 海曼等人。2009).

越来越多的证据表明，包括Kupffer细胞在内的肝巨噬细胞的可塑性取决于周围的细胞因子环境：NF-κB-和AP1-驱动的促炎（M1）或Stat6以及过氧化物酶体增殖激活受体导向的抗炎（M2）表型产生，并相应地影响随后的细胞过程（Vats等人。2006).

纤维化

激活的（肌）成纤维细胞是负责任何CLD中伤口闭合和纤维化的细胞类型（反映慢性损伤导致的持续伤口愈合活动）。这种关键介质有几个潜在来源，包括骨髓来源的纤维细胞或循环间充质细胞，它们可以通过受伤的肝脏迁移，成为肌成纤维细胞（Friedman2008; 巴特勒和布伦纳2005). 常驻细胞，例如位于肝门管区的组织成纤维细胞或位于Diss间隙的静止肝星状细胞（HSC），也可能被激活成为肌成纤维细胞（Friedman2000). 在某些情况下，肝细胞、胆管细胞甚至内皮细胞是否转变为活化的成纤维细胞仍存在争议（波波夫和舒潘2010). 大多数证据仍然支持静止的HSC被细胞因子信号激活，变成肌成纤维细胞，然后产生CLD中的纤维瘢痕的中心作用。

肝硬化不仅仅是广泛的纤维化，其特征是结构破坏、肝细胞异常再生、结节形成和血管改变。肝硬化肝结构逆转为正常肝结构的可能性仍有争议，相应的数据也在讨论中，例如Iredale的研究(2007). 另一方面，毫无疑问，肝纤维化可以得到解决，例如，肝纤维化是由凋亡和衰老启动的，这是消除纤维化细胞的精心安排的生物过程（Friedman2010;2008).

根据大鼠或小鼠HSC和肝损伤动物模型的大量数据，可以得出几个关于肝纤维化的结论性陈述：（1）氧化应激诱导肝细胞损伤和HSC和Kupffer细胞激活，导致肝纤维化，（2）肝纤维化需要TGF-β，（3）TGF-β信号转导的减弱减少了纤维生成。

肝实质细胞

在培养细胞中首次研究了TGF-β对肝细胞的作用，表明TGF-？抵消了各种生长因子如肝细胞生长因子（HGF）、表皮生长因子（EGF）或胰岛素（Hayashi和Carr）对DNA合成的刺激作用1985; Nakamura等人。1985). TGF-β诱导的肝细胞生长停滞至少部分是通过Smad蛋白与Sp1转录因子的相互作用介导的，这些转录因子诱导细胞周期依赖性激酶（CDK）抑制剂p21（Moustakas和Kardasis）的表达1998). Fausto等人(1986)显示在PHx后再生肝的晚期TGF-βmRNA增加。他们进一步报告称，在正常肝脏的再生过程中，TGF-βmRNA存在于非实质细胞中，但不存在于肝细胞中，因此作者认为TGF-？是控制肝细胞复制的旁分泌调节环的组成部分（Fausto等人。1986). 随后，这种细胞抑制作用也可以在来自肝切除大鼠肝脏的培养肝细胞中显示（Strain等人。1987).

除了具有抗有丝分裂作用外，TGF-β（和激活素）还可以诱导肝细胞凋亡（Schwall等人。1993; Yasuda等人。1993; Oberhammer等人。1991). 在一项研究中，适配器蛋白Daxx与Fas受体相关，Fas受体介导JNK的激活和Fas诱导的程序性细胞死亡，该蛋白被建议提供TGF-β受体与凋亡机制之间的联系（Perlman等人。2001). 在另一项研究中，TGF-β诱导的凋亡被证明是通过Smad介导的死亡相关蛋白（DAP）激酶诱导介导的（Jang等人。2002). 此外，TGF-β已被证明通过增强促凋亡蛋白BIM的表达诱导肝细胞凋亡（Ramesh等人。2008).

已发现TGF-β与许多其他上皮细胞类型一样，在HCC中具有双相作用。最初，在原发性肿瘤中，TGF-β具有肿瘤抑制作用。与此观点一致，肝细胞中可溶性TβRII的异位表达降低了TGF-βII型受体（TβRI）的可用性（Kanzler等人。2001)或使用TβRII表达降低的杂合小鼠（Im等人。2001)结果增加了肝癌的易感性，证实了TGF-β信号通路的抑瘤功能。已发现突变Ha-Ras而非c-myc的异位表达可消除TGF-β对肝细胞的细胞抑制作用（Houck等人。1989). HCC细胞可能对TGF-β的细胞抑制作用产生选择性抗性（Braun等人。1990)并且不会失去对TGF-β的所有反应，例如上皮-间充质转化（EMT）。Grotzmann等人首次描述了肝癌发生的后一个过程(2002)在一项永生化鼠肝细胞的研究中。这些肝细胞在暴露于TGF-β后表现出高度分化，并在G1期发生细胞周期阻滞。尽管癌基因Ha-Ras表达，但它们仍维持上皮极化；然而，在TGF-β的刺激下，它们转化为具有纤维母细胞形态的迁移细胞类型，并且增殖不再受到TGF-α的抑制。如果没有致癌Ras，在癌前环境中，TGF-β可能激活表皮生长因子受体（EGFR）并诱导c-Src磷酸化，导致Akt活化和细胞存活。EGFR信号的阻断会增强对TGF-β的凋亡反应，而肝细胞中TGF-α介导的EMT则不受影响（Murillo等人。2005). 这表明EGFR的激活是削弱细胞抑制TGF-β活性所必需的，但对EMT过程来说是不必要的。

使用单层和三明治培养系统，我们已经证明肝细胞可以存在于分化和去分化状态中，这些状态是可逆的，并且可以通过操纵信号网络的关键因素进行切换。例如，局灶性粘附激酶介导的Akt和细胞外信号调节激酶1/2信号传导干扰TGF-β的细胞抑制作用，从而促进成纤维细胞转分化（EMT）。消除生存信号使肝细胞对TGF-β诱导的凋亡重新敏感（Godoy等人。2009; Dooley等人。2008; 翁等人。2007). 此外，当用TGF-β治疗永生化、高分化肝细胞时，其上皮形态保持不变，粘附发生显著变化，导致分离、再粘附和扩散。粘附行为的这些变化是由α5β1整合素及其配体纤维连接蛋白表达的顺序变化引起的（Biname等人。2008). CTGF由TGF-β有效诱导，这两种因子被认为在纤维生成和EMT中发挥重要作用并相互配合（Wang等人。2011; 格雷斯纳和格雷斯纳2008).

上一段和其他部分描述的结果（Kaimori等人。2007; Zeisberg等人。2007)显示TGF-β，例如通过转录抑制因子蜗牛的诱导，诱导成年小鼠肝细胞经历典型的EMT表型和功能改变。然而，肝细胞EMT是否在纤维化过程中发生在体内尚在讨论中。Zeisberg等人(2007)用AlbCre-R26RstoplacZ双转基因小鼠进行了谱系追踪实验，并证明经过EMT的肝细胞对四氯化碳中成纤维细胞特异性蛋白-1（FSP1）阳性成纤维细胞的群体有很大贡献₄)-诱导肝纤维化。此外，Rowe等人(2011)已证明肝细胞在组织重塑过程中上调体内蜗牛的表达。对蜗牛进行肝细胞特异性消融表明，该转录因子通过触发多方面的纤维化发生，包括生长因子表达、细胞外基质（ECM）合成和慢性炎症反应，在体内肝纤维化进展中发挥关键作用（Rowe等人。2011). 然而，相比之下，Taura等人的优雅研究(2010)强烈挑战了体内肝细胞通过EMT获得间充质表型以在肝纤维化中产生ECM的概念。当表达ROSA26的三转基因小鼠停止β-半乳糖苷酶、白蛋白Cre和胶原α1（I）绿色荧光蛋白（GFP），其中肝细胞源性细胞被β-半乳糖苷酶永久标记，I型胶原蛋白表达细胞被GFP标记时，通过重复CCl诱导肝纤维化₄注射后，未发现GFP和β-半乳糖苷酶双重阳性的细胞，尽管所有β-半乳糖苷酶阳性细胞均呈现丰富的细胞质和典型的肝细胞形态，且不表达α-SMA、FSP1、结蛋白和波形蛋白等间充质标志物。作者得出结论，I型胶原蛋白生成细胞并非来源于肝细胞，体内肝细胞既没有获得间充质标记物的表达，也没有表现出与正常肝细胞不同的形态学变化（Taura等人。2010). 在另一种类似的血统追踪方法中，Wells及其同事提出了更令人信服的结果，即在Alfp-Cre 3 Rosa26岁荧光蛋白（YFP）小鼠中，肝细胞和胆管细胞（或其双潜能祖细胞）均未显示YFP与间充质标记物S100A4、vimentin、，三种慢性肝病动物模型（胆管结扎，CCl）中的α-SMA或前胶原1α2₄和3,5-二乙氧羰基-1,4-二氢可待因（Chu等人。2011).

要想调和这些明显矛盾的发现，还需要进一步调查。然而，如果只在肝细胞中上调Smad7表达的转基因小鼠受到慢性CCl暴露的挑战₄与对照组相比，它们显示肝损伤和纤维化显著减轻（Dooley等人。2008)表明体内肝细胞中的TGF-β信号传导与HSC中一样，是纤维化进展所必需的。