肝纤维化的研究进展

中国现代医药杂志 2011 年 11 月第 13 卷第 11 期 MMJC, Nov 2011, Vol 13, No.11 肝硬化是我国常见肝脏疾病和主要死亡病因之一， 目前 无特效治疗方法。 肝硬化是不同病因慢性肝病导致的肝脏再 生结节、纤维组织增生及门腔静脉分流的最终病理改变。近年 来随着医学的不断发展，对肝硬化的研究进一步深入，对肝硬 化的预防和治疗也有很多新的发现。 1 肝硬化的发生 肝硬化是各种慢性肝脏疾病的终末阶段，其现特征为： 纤维间隔形成使再生的肝细胞结节化， 导致正常的肝脏结构 被弥漫性肝结节所取代。 失代偿性肝硬化表现为门静脉高压 和肝衰竭， 此外肝硬化是易于发展成肝细胞癌的一个重要疾 病。 单纯根据病原学或形态学对不同类型的肝硬化进行分类 均不能令人满意。不同的损害可引起同一类型的病理学表现， 而某一种损伤则可能导致不同的病理形态学改变。然而，绝大 多数的肝硬化可结合病原学和形态学诊断有效地进行如下分 类：①酒精性肝硬化；②隐原性及肝炎后肝硬化；③胆汁性肝 硬化；④心源性肝硬化；⑤代谢性、遗传性和药物相关性肝硬 化[1]。 从全球范围来看,肝纤维化和肝硬化仍然是主要的医疗 保健负担。 由于代偿性肝硬化患者并不表现出肝功能衰竭的 症状和体征，因此肝硬化的患病率并不清楚，但是肝硬化是西 方国家十大致死原因之一。 尸检发现 5%~10%病例存在肝硬 化，但是尸检材料并不能代表总体人群 [2]。 在英国，肝脏疾病 是第五大最常见的死亡病因，其发病率有上升的趋势。随着西 方国家饮酒模式的变化以及肥胖和糖尿病患者比率的增加， 死于肝硬化并发症的人数在未来十年将达到预期的 3 倍。 在 我国肝炎肝硬化在肝硬化分类中居首位 [3]。 目前，已确诊的肝 硬化唯一有效和确实的治疗手段就是肝移植。 目前肝硬化造 模的方法有：以 CCL4 为主诱导的肝硬化模型、以 CCL4、乙醇 复合高脂肪饮食为主诱导的肝硬化模型 、 二甲基亚硝胺 （DMNA）建立肝硬化模型、硫代乙酰胺（TAA）建立肝硬化模 型、酒精建立肝硬化模型、血清免疫法建立肝硬化模型、其他 方法如给猪喂食黄磷 [4]、喂食酒精建立猪的肝硬化模型 [6]、兔 的高胆固醇饮食建立肝纤维化 [6，7]、狗的胆管结扎建立的肝纤 维化模型 [8]。 总体上肝纤维化模型的要求是模型能与人的肝 纤维化有形态学、血液动力学、生化方面相似的特点，同时建 立模型时模型的成功比例要尽量高。 但到目前为止仍没有与 人肝纤维化完全相似的模型， 这可能与人和动物种属间的差 异有关， 但仍可依据不同的实验目的来选择相应的实验动物 模型。 2 肝硬化发病机制和可逆性研究 从正常肝脏结构最终转变为肝硬化取决于纤维组织的进 行性沉淀和血管改变，而不是各种潜在的病因。纤维化的形成 是由肝损伤所触发的一个动态的、 复杂的过程， 并有细胞坏 死、炎症、凋亡和各种细胞因子之间复杂的相互作用介导的。 转化生长因子-β 似乎是一个重要的纤维形成介质，该介质可 激活窦状隙周边的肝星状细胞（Ito 细胞）和汇管区成纤维细 胞（肌成纤维细胞），产生胶原和其他细胞外基质和降解产物 [9~12]。 近来的研究证实了来普汀的成纤维特性，它是在脂肪组 织中产生的一种厌食激素 [13]。在病理纤维形成过程中，金属蛋 白酶组织基质降解通常会伴有强力的组织金属蛋白酶抑制物 的释放，具有纤维生成作用的肝星状细胞的凋亡也受到抑制。 传统上认为，已被确诊的肝硬化是不可逆的。但是逐渐积 累的临床和实验资料表明， 肝纤维化和肝硬化的逆转或消退 是有可能的。 在患有不同的慢性肝病的患者中也有肝硬化减 轻的报道，如乙型肝炎（HBV）、酒精中毒、血色素沉着病、自身 免疫性肝炎和原发性胆管炎 [14，15]。 在用四氯化碳处理的小鼠 中也发现纤维化自发性消退现象。 肝脏纤维化的溶解的假设 机制包括通过凋亡、金属蛋白酶抑制物表达下降、金属蛋白酶 或胶原酶产生和活性增高导致激活的星状细胞缺失。但是，目 前还不清楚这些分子和细胞事件是如何发动和调节的。 在解 释肝纤维化的复杂程度方面有明显的进步， 主要是由于技术 的发展包括分离离散的肝细胞群技术， 使得在组织培养和体 内培养方面研究它们的活动更方便。最近，模仿慢性肝脏疾病 的动物模型已经建立。这些模型易于驾驭，并能应用于基因敲 除和转基因小鼠。目前，肝硬化是否真的可逆仍是一个有争论 的议。 即使瘢痕组织被吸收， 正常的肝脏结构能否完全恢 复？ 在那些存在可逆性现象的研究资料中是否有抽样误差或 解释误差呢？是否存在这样一种可能性：一些可逆性病例可能 正在经历由小结节到大结节的转变， 正如动物模型中发现的 一样， 而这种情况使细针穿刺的活检样本诊断肝硬化变得更 加困难。 无论如何，这种争议具有重要的临床意义。 许多肝脏 疾病过程隐匿，患者只有在进展期才求医，而此时治疗选择很 有限。如果肝硬化真的可逆，那么许多处于肝脏进展期的患者 可以从针对某处特定病因的治疗中受益， 尤其是发现有新的 药物治疗。肝脏移植资源有限，在其他器官并发疾病的存在和 在移植受者体内原始肝脏病理状态的重新发作， 意味着迫切 需求发展有效的抗纤维化治疗方法。 由于多重互补实验模型 系统的应用， 以及最近现代分子生物技术如基因排列和蛋白 肝纤维化的研究进展 金超 邓勇 樊海宁 王海久 作者单位：810001 青海大学附属医院肝胆胰外科 125· · 中国现代医药杂志 2011 年 11 月第 13 卷第 11 期 MMJC, Nov 2011, Vol 13, No.11 质组学的应用，使肝纤维化的研究更方便。 细胞培养模型，培 养的细胞主要来自正常或实验受损的肝脏， 实行分离培养和 体外实验，用于审核细胞活动和限定专门介质的作用。 然而， 这种方法不能反映出体内环境下涉及复杂的正常细胞和增殖 细胞在动态微环境下的相互作用。 另一种方法是通过活 组织切片、肝脏切除或外植块获取的肝脏组织。在动物和细胞 培养模型里应用人体组织研究对确切的观察结果是至关重要 的，但是由于伦理原因，多重研究肝穿刺是不可行的，意味着 现有数据反映的仅仅是自然历史的一个“快照”和在疾病的晚 期有代表性的特征。当然，没有动物模型能完全的模仿乙型肝 炎、丙型肝炎或非酒精性脂肪性肝炎（NASH）。 不过，转基因 鼠的开展是使描绘个体基因产品在肝纤维化发生过程中的作 用、允许谱系追踪细胞的表型及机体内的演化简单化。 2.1 细胞培养模型 当静止的肝星状细胞被置于表面含血浆 的裸露的细胞培养基中，它们将经历表型变化，这些变化是在 许多方面概括实验性肝损伤中活体内观察的反应。经过 5~10 天的时间 , 静止的肝星状细胞采用成纤维细胞样的表型，表 达中间丝状体 α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA），增殖并表达促纤 维化基因 [16]。 这种模型已经被证明肝脏组织中成纤维细胞创 伤愈合的功能属性已经被确定和应用。 肝星状细胞活化的细 胞培养模型使对可溶性调节因子（如细胞因子、生长因子）和 非可溶性调节因子（如基质蛋白、整合蛋白）的详细研究呈现 在纤维化的微生物环境下， 这样可以调节纤维化发生的开始 和延续，同时也促进自我恢复和修复过程。 2.2 动物模型 目前两个最常使用的纤维化实验模型，是肝毒 性诱导法，如四氯化碳(CCl4)和胆管结扎法(BDL)。 CCl4引发第 Ⅲ坏死区形成， 肝细胞凋亡和重复给药能够被用来生成桥接 肝纤维化（4 周内给药，每周 2 次），早期肝硬化（8 周内给药， 每周 2 次）和晚期小结节性肝硬化（12 周内给药，每周 2 次） [17，18]。 BDL 能刺激胆道上皮细胞的增生和椭圆形细胞（肝细胞 前体），导致胆管的增生和伴随的门静脉的炎症和纤维化。 随 着胆总管的重新吻合肝纤维化的逆转被观察到。 2.3 肝星状细胞-肌成纤维细胞在肝纤维化中的作用 活化 的肝星状细胞， 连同如来源于门管区和骨髓的其他成纤维样 细胞被认为是在肝损害中肌成纤维样细胞的主要来源。 细胞 外基质(ECM)的积聚起因于合成的增加和降解的降低。 通过 对人类和大鼠肝脏的研究表明能抵抗多种细胞外基质成分的 基质金属蛋白酶，甚至在肝硬化晚期仍然能表达。在正常的肝 脏中，静止的肝星状细胞定居在 Disse 间隙内，并在脂滴中储 存维生素 A。 静止的肝星状细胞表达过氧化物酶体增殖物激 活受体 γ 型，固醇调节元件结合蛋白-1c，瘦素，并分享一些 脂肪细胞的特征 [19]。 在出现肝损害时，肝星状细胞被激活，经 过典型的形态学和功能学的变化转变成肌成纤维样母细胞主 导纤维化反应。 受损的肝细胞、Kupffer 细胞和炎症细胞释放 的纤维化因子促进了这一活化过程。 肝星状细胞-肌成纤维 细胞中脂滴消失，表达成肌性标志物（α-平滑肌肌动蛋白、c- mub、肌细胞增强因子 2），产生过多的瘢痕蛋白（主要是 I 型 胶原蛋白），表达很强的收缩能力和免疫能力 [20，21]。 肝星状细 胞-肌成纤维细胞分泌炎性细胞因子， 正反馈调节整合蛋白 和其他粘附分子，促进淋巴细胞募集和活化，具有吞噬活性， 在受损肝脏中可能表达非专门的抗原提呈细胞。 2.4 机制介导肝纤维化的逆转 肝纤维化甚至肝硬化可以逆 转的论证提高了抗纤维化治疗方法研究的热情。 在动物模型 中已经证明肝纤维化可以逆转， 巩固了患者对治疗慢性病毒 性肝炎、代谢性、自身免疫性和胆汁淤积性肝病的信心。 通过 对 CCl4、BDL 诱导肝纤维化和在肝纤维化逆转过程的多时间 点取样的研究表明： 诱发肝纤维化的损伤消除后 TIMP-1 和 TIMP-2 的水平降低。由于这种降低，肝胶原酶活动增强，ECM 开始降解。随后的改变 TIMP-MMP 在原来位置的平衡的研究 已确认：肝纤维化的发展和溶解对 TIMP 和 MMP 比率强有力 的影响。同样的，肝纤维化的逆转以肌成纤维母细胞的减少为 特点， 肌成纤维母细胞的减少主要是由于细胞凋亡引起的肝 脏瘢痕的减少导致。 因此，刺激肝星状细胞-肌成纤维细胞的 凋亡成为一个可能的治疗靶点。 从动物模型和人类肝脏外植 体所得的数据表明随着晚期的纤维化溶解， 活性肝硬化的典 型微结节被重新改造并合成大的结节。 这些发现很好的和最 近的临床数据联系起来， 表明小叶间隔厚度增加和小结节尺 寸是贫乏的临床结果的预测因子。 肝脏巨噬细胞也是重塑基 质关键的调节因素 。 一个最近的研究用转基因鼠模型 (CD11b-DTR)，在肝损害和恢复的不同时期允许有选择的、定 时获取巨噬细胞，分析表明这些细胞有不同的作用 [22]。在肝纤 维化过程中，瘢痕相关巨噬细胞(SAMs)促进纤维化的发生，然 而在肝脏恢复过程中瘢痕相关巨噬细胞主要通过增加基质金 属蛋白酶-13 的产量加速细胞外基质的降解。 恢复期巨噬细 胞的具体表型和单核-巨噬细胞对肝脏瘢痕的信号调节尚不 明确。 2.5 肝纤维化进展和逆转的影响因素 肝纤维化的进展率可 以改变， 并且在特定的临床情况下（如 HCV 和 HIV 协调感 染，在肝移植中复发 HCV，先天性肝纤维化），肝纤维化的进 展特别快。额外的危险因素如饮酒、较高的体重指数或免疫抑 制治疗可能加速其进展 [23]。 遗传因素也可能影响肝纤维化的 重塑，另外候选基因的单核苷酸多态性开始出现，如 DDX5 单 核苷酸多态性 (Ala 408 Ser)可加速 HCV 患者纤维化进程 [24]。 研究还表明根据持续的肝纤维化、 基质部分的性质和瘢痕的 构形和细胞构成的不同，肝纤维化在逆转方面有差异。 此外， 胶原的不断积累和非胶原瘢痕部分随时间推移可能产生大量 的瘢痕，对降解酶来说难以降解。纤维化演变的模式和新生血 管的程度联系起来，这样对疾病进展到肝硬化、门静脉高压、 肝细胞肝癌速度有深远的影响， 代表了一个主要的决定因素 影响肝纤维化的逆转。 3 展望 对从细胞培养系统、 人体肝脏标本和实验动物模型得到 的补充数据做详细的分析显示： 肝纤维化是一个高度动态病 理过程，涉及肌成纤维细胞血统，表型和反应，多变的细胞外 基质修正，代谢回转，降解。 肝硬化根据可变的细胞外基质的 积聚、结节大小、门脉的压力、可逆转性和临床风险重新进一 步划分，在疾病严重程度分层、疾病预后和未来临床试验的设 计代表了一个关键。有效的、有目的的抗纤维化治疗的发 展已经成为现实，尽管关键问题仍未解决。这些关键问题包括 定义肝纤维化反应不可逆部分的特征， 设计研究方法有选择 的、有目的的治疗肝脏和识别敏感的、稳定的方法来肝纤 126· · 中国现代医药杂志 2011 年 11 月第 13 卷第 11 期 MMJC, Nov 2011, Vol 13, No.11 维化，无创的方法，最小化肝活检的要求评估疾病的进展和逆 转。 4 结论 肝硬化是各种慢性肝病发展的共同结局， 门脉高压和肝 衰竭的临床后果为肝病致残和死亡的重要原因， 对肝硬化并 发症的防治则有望提高患者生活质量，同时降低病死率。近年 来，肝硬化并发症的处理取得了巨大进展，显著提高了患者的 生存率。但是治疗肝硬化仍没有特效药物或方法，治疗肝硬化 的药物方法还待于进一步研究， 利用中西医结合的方法寻找 突破口是研究者们需要尝试的。对于肝硬化严重者，肝移植是 一种有效方法，至于肝脏的来源，可以从人类亲缘关系较近的 动物身上寻找解决方法。随着现代科学的不断发展，对肝硬化 的认识将不断深入，肝硬化的治疗方法一定会有所突破。 参 考 文 献 1 布郎沃德，主编.王德炳,主译 ．哈里森内科学[M].15 版 ．北京：人 民卫生出版社，2003，299：2155 2 Karsan HA.Primary prevention of cirrhosis:public health strategies that can make a difference.Postgard Med,2004,115:25-30 3 姚桢,主编.分子乙型肝炎病毒相关病学. 北京∶中国医药科技出 版社，1998 4 Peterson TC，Neumeister M．Effect of Pentoxifylline in rat and swine models of hepatic fibrosis：role of fibropro-liferation in its mechanism[J]．Lmmuno 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