肝纤维化中成纤维细胞的起源

摘要

正常组织中没有肌成纤维细胞。在正常的组织修复过程中，肌成纤维细胞的短暂激活通过形成机械疤痕有助于组织完整性的恢复，机械疤痕通常在组织修复时溶解。在此阶段，肌成纤维细胞通过凋亡或失活被清除。^(1,2)相反，持续的肌成纤维细胞活化会导致胶原细胞外基质（ECM）的积聚和收缩，这种情况称为“纤维化”从头开始应力纤维和收缩力的发展以及ECM蛋白的分泌形成纤维瘢痕。在研究和临床诊断中最广泛使用的肌纤维母细胞标记物是从头开始α-平滑肌肌动蛋白的表达。肌成纤维细胞的其他有用标记物是F-actin、vinculin和含有纤维连接蛋白的胞外区A。激活过程描述了新获得的细胞收缩、迁移、增殖、细胞因子产生、ECM分泌和ECM降解。⁽²⁾肌成纤维细胞是肾、肺和肝中纤维疤痕的来源。肌成纤维细胞是一种异质性细胞群。肌成纤维细胞的来源取决于受损组织和特定组织的损伤类型。肝纤维化中肌成纤维细胞的来源包括上皮细胞、间充质基质细胞（MSCs）、纤维细胞、间皮细胞、肝星状细胞（HSC）和门静脉成纤维细胞（PFs）。尽管先进的基因技术提供了强有力的证据，证明HSC是许多实验性肝损伤中肌成纤维细胞的主要来源，但仍存在一些争议。这些包括招募的纤维细胞对肌成纤维细胞群体的贡献，PFs/肌成纤维纤维细胞对早期胆汁淤积性肝损伤的贡献，以及间皮细胞在包膜或肝内肝纤维化中的可能作用（参见图1).

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图1

活化的HSC、静止的HSC、失活的HSC、活化的PFs、纤维细胞和间皮细胞的特异性标志物（解释见正文）。缩写：aHSC，激活HSC；aSMA，α-平滑肌肌动蛋白；趋化因子（C-C基序）受体；CD，分化簇；Col1a1，胶原蛋白1a1型；胶质纤维酸性蛋白；iHSC，失活HSC；MHC-II，主要组织相容性复合体II；过氧化物酶体增殖物激活受体；qHSC，静态HSC。

一般来说，有三种方法被用来追踪肝脏中肌成纤维细胞的来源。可能最有效的方法是使用诱导性遗传追踪研究，其中声称的前体细胞被诱导标记，例如使用细胞特异性诱导性环化重组（Cre；CreERT2）与漂浮报告基因（例如绿色荧光蛋白[GFP]）杂交然后在小鼠体内诱导典型肝损伤以诱导纤维化。如果由上述标记物鉴定出的肌成纤维细胞也表达前体细胞中表达的报告基因，那么合乎逻辑的结论是肌纤维细胞起源于前体细胞群体。然而，这种命运追踪方法仅适用于有限数量的细胞类型，例如胆管细胞。三苯氧胺是最广泛用于诱导CRE表达的药物，它可能通过改变肝细胞生理学而产生假阳性结果。另一种方法是使用已建立的肌成纤维细胞标记物或遗传报告基因（如1型胶原-GFP或α-平滑肌肌动蛋白-GFP）来识别肌成纤维纤维细胞^(三)然后分析异质性肌成纤维细胞群体，以确定与其前体来源相一致的标记。利用纤维化肝的免疫组织化学和肝细胞制剂的荧光激活细胞分类，已经确定了许多可能成为肌成纤维细胞的细胞群标记物(图1). 这种方法的局限性在于，基因标记可能在激活过程中获得或丢失，从而造成对起源细胞的错误印象。用于评估骨髓（BM）是否是肌成纤维细胞来源的第三种方法是最可靠的，概念上也是最简单的。通过这种方法，小鼠接受致命的辐射，然后用基因标记的细胞（如1型胶原–GFP）进行骨髓移植。BM嵌合体小鼠随后受到肝损伤（例如CCl₄灌胃、胆管结扎[BDL]）以使任何BM衍生的肌成纤维细胞易于鉴定。

上皮-间充质转化

上皮-间充质转化是实质细胞（上皮细胞）成为肌成纤维细胞的过程。支持这一概念的研究基于表达上皮细胞和肌成纤维细胞标记物（例如，表达细胞角蛋白19和1型胶原）和转化生长因子的细胞重叠β在培养中诱导薄壁细胞向成纤维细胞样细胞的转化。^(4–6)然而，永久标记胆管细胞（K19）、肝细胞（白蛋白）或上皮前体细胞（α-fetoprotein）的血统追踪实验清楚地表明，肝纤维化损伤模型中诱导的肌成纤维细胞并非来源于上皮细胞。然而，胆管细胞和肝细胞等上皮细胞在肝损伤过程中会改变其基因表达谱，并表达一些间充质标志物。这最清楚地体现在从头开始肝细胞在CCl中的表达₄-诱导肝纤维化。⁽⁷⁾由于纤维化肝脏的实质细胞并不表达所有肌成纤维细胞标记物或分泌ECM蛋白，因此部分上皮-间充质转化的概念可能归因于基因表达的这种变化。

骨髓衍生细胞

肌成纤维细胞有两种潜在的BM来源，即间充质干细胞和纤维细胞。MSCs（也称为“间充质干细胞”）存在于许多组织中，包括脂肪组织和BM。MSCs被认为是损伤组织中肌成纤维细胞的来源。最近使用MSC的研究表明，MSC在招募组织中的寿命实际上很短，当添加到损伤组织中时具有抗纤维化作用，并且可能实际上通过免疫抑制提供保护性微环境。⁽⁸⁾目前的临床试验正在评估骨髓间充质干细胞作为肝纤维化治疗药物的作用。

纤维细胞定义为CD34⁺1型胶原蛋白⁺细胞。它们是来源于骨髓的髓细胞，然后被招募到不同的损伤部位。在受损组织中，它们可能分化为巨噬细胞或肌成纤维细胞。肝脏研究报告，纤维细胞对肌成纤维细胞的贡献在3%到50%之间。^(9,10)然而，大多数研究并没有揭示纤维细胞在纤维化肝病中对肌成纤维细胞群体的重要作用。重要的是，许多使用遗传谱系追踪方法进行的研究几乎解释了所有肌成纤维细胞都来自骨髓以外的来源，因此它们对肌成纤维纤维细胞的数量贡献应该很小。^(11,12)

间皮细胞

使用间皮素、Msx2（msh-like 2）或Wilms肿瘤1同源物作为标记物的细胞命运定位实验提供了强有力的证据，证明上皮间皮细胞是胚胎发育期间PFs和HSC的起源。^(13,14)间皮细胞（腹膜和其他体腔的上皮细胞）是否是肝纤维化中肌成纤维细胞的来源尚不清楚。最近的一项研究使用荧光激活的细胞分选来纯化三种不同的细胞群。间皮细胞标记物GPM6鉴定的间皮细胞不表达1型胶原mRNA。因此，在BDL实验模型中，这些来自间皮细胞的细胞不是肌成纤维细胞的来源。⁽¹⁵⁾然而，间皮细胞可能导致肝包膜纤维化，⁽¹⁰⁾肝硬化和腹膜常见。对于HSC、PF和间皮细胞的相对贡献可能存在一些混淆，这可能是因为这三种细胞类型在发育过程中可能都起源于同一细胞，并且可能表达共同的标记物。

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利用血小板衍生生长因子受体α绘制遗传细胞命运图，⁽¹⁶⁾胶质纤维酸性蛋白，⁽¹⁷⁾和卵磷脂视黄醇酰基转移酶（LRAT）⁽¹¹⁾都提供了强有力的证据，证明大多数实验性肝病中肌成纤维细胞的主要来源细胞是HSC。虽然静止的HSC存在于未受损的肝脏中，作为Diss空间中含有维生素A脂滴的细胞，但激活的HSC保持其大多数静止标记物，并获得肌成纤维细胞表型。然而，由于这些静止标记物都不可诱导，因此无法进行脉冲相实验，也不符合细胞命运定位的经典实验设计。LratCre可能无法提供一种可诱导的命运追踪方法，并可能在纤维生成过程中标记额外的细胞。胆汁淤积性肝损伤后，肝脏中所有LratCre标记的细胞都含有维生素A，而LratCre阴性的PF样细胞不含有维生素A。这表明LratCre标记的是维生素A⁺HSC。⁽¹¹⁾然而，另一种独立的方法也表明，HSC是在对中毒性肝损伤的整个反应过程中成为肌成纤维细胞的主要细胞。PFs是胆汁淤积性损伤早期肌成纤维细胞的主要来源，但随着损伤的进展，HSC成为主要来源⁽¹²⁾（见下文）。

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PFs被认为是局部静止的成纤维细胞群。由于没有已知的单一标记物来区分成纤维细胞和其他间充质细胞，因此很难识别或纯化静止的PF。通过组织学、免疫组织化学、电子显微镜和免疫电子显微镜首次在临床和实验性胆汁淤积性肝病中描述了激活的PF^(18–20)这清楚地区分了两个细胞群体。进一步的描述确定了PFs阳性而HSC阴性的标记物，包括弹性蛋白、Thy1和Ntpase2⁽²¹⁾（请参见图1). 实验研究强调了PFs在胆汁淤积性损伤早期对纤维化的作用，这与后来使用基因标记细胞的研究一致。⁽¹²⁾然而，目前还没有建立使用诱导性细胞特异性标记物进行脉冲标记以建立PFs遗传谱系追踪的方法。尽管据报道PFs在正常肝脏中很少见，但它们在大鼠肝脏中得到了纯化。⁽²¹⁾据报道，一种标记物Ntpdase2用于静止激活的成纤维细胞，但不用于肌成纤维细胞。在胆汁淤积性损伤（BDL）中，两项研究使用相同的1型胶原-GFP报告小鼠产生了类似的结果。^(12,15)在每种情况下，与肌成纤维细胞一致的1型胶原mRNA阳性细胞的两个不同群体被鉴定为HSC和PFs。量化HSC和PFs的贡献的实验误差可能掩盖了其他细胞类型（如纤维细胞）对淤胆性肝损伤的微小贡献。PFs对BDL中肌成纤维细胞群的拟议贡献的差异可能反映了不同小鼠菌株、不同微生物群、，以及鼠舍环境中的其他差异，以及评估这种量化的不同类型方法的上述局限性。

结论

成纤维性肝肌成纤维细胞主要来源于肝旁HSC、活化PFs和间皮细胞。在中毒性肝损伤和晚期胆汁淤积性损伤中，活化的HSC是肌成纤维细胞的主要来源，而活化的PF则有助于早期胆汁淤滞性损伤。骨髓来源的纤维细胞在数量上对肝纤维化的贡献很小；它们迁移到纤维化的肝脏，以应对胆汁淤积和中毒性肝损伤。确定不同纤维化疾病中肌成纤维细胞的来源，将有助于更好地理解纤维化的病理生理学，为纤维化的消退提供新的见解，并导致更具针对性的纤维化治疗。

致谢

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脚注

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