自噬在肝纖維化中作用的研究進展

劉國菊，彭雷

(1山東醫學高等專科學校，濟南250002;2山東大學第二醫院)

肝硬化是由各種因素導致慢性肝損害的一類晚期肝纖維化疾病。據統計，全世界每年約31萬人死于肝硬化，近年還有上升趨勢[1]。肝纖維化是各種慢性肝病進展至肝硬化的必經過程，其實質是各種慢性肝損傷后的瘢痕修復反應，其最主要的病理特征是細胞外基質(ECM)在肝臟彌漫性過度沉積。肝星狀細胞(HSC)是肝臟合成ECM的主要細胞群。在正常肝組織中，HSC處于靜息狀態。但當肝臟受到物理、化學或微生物感染等病理因素刺激時，處于靜息狀態的HSC被激活，轉化為肌成纖維樣細胞，并向組織受損部位遷移、積累，還能分泌多種促炎因子和促纖維化因子，繼而合成大量ECM，造成肝臟內ECM過度積聚，逐漸形成肝纖維化[2]。因此，HSC的活化是肝纖維化發生、發展的核心環節。自噬是真核生物中一種由溶酶體介導的、高度保守的降解過程。越來越多研究證實，自噬通過降解脂質為HSC的活化提供能量，進而介導HSC的活化，并在肝纖維化發生、發展過程中發揮重要作用。本文結合文獻就自噬在肝纖維化中作用的研究進展作一綜述。

1 自噬概述

自噬是真核生物中一種由溶酶體介導的、高度保守的降解過程。上世紀60年代，有學者研究發現，細胞會把胞內成分包裹在膜中形成囊狀結構，并運輸到溶酶體內降解這些成分，從而提出了自噬這一概念[3]。但對自噬的機制知之甚少。直到上世紀90年代，日本學者大隅良典利用面包酵母定位了自噬的關鍵基因，之后進一步研究闡釋了酵母自噬的機制，并證實人類細胞也遵循類似的過程。根據胞內底物轉運到溶酶體的途徑不同，可將自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬，這三種類型需要不同的自噬相關基因和細胞化合物[4]。巨自噬依賴于細胞質中隨機出現的球形囊泡，即自噬體，而自噬體能夠沿著微管向溶酶體聚集的區域流動。微自噬是一種更為多樣化的自噬類型，細胞質化合物或自發形成的囊泡可被溶酶體直接吞噬，與細胞的氨基酸饑餓密切相關[5]。分子伴侶介導的自噬具有更高的選擇性，且與膜結構的重組無關[6]。通常所說的自噬是指巨自噬，是目前研究最深入、最經典的自噬形式。一般認為，自噬過程分為自噬誘導、自噬體形成與轉運、自噬體降解與再循環3個階段，其主要功能是將細胞質中的大分子物質(如蛋白質、RNA等)和一些細胞內源性底物(如生理或病理原因引起的衰老、破損細胞器)在單位膜包裹的囊泡中大量降解，從而維持細胞自身的穩定。正常的自噬過程對細胞內環境的穩定和細胞生命活動的順利進行十分重要。自噬活性改變則可導致纖維化疾病、代謝綜合癥、腫瘤等疾病的發生。

2 HSC活化與肝纖維化的關系

肝纖維化是指各種致病因子所致的肝內結締組織異常增生，導致肝內彌漫性ECM過度沉積的病理過程，是各種慢性肝病進展至肝硬化的中間過程和必經階段。肝纖維化最重要的特征是含有豐富Ⅰ型膠原蛋白的ECM合成增多、降解減少，從而導致肝內ECM過度沉積。

HSC的激活是肝纖維化發生、發展的核心環節。HSC存在于Disse腔中，呈梭形或多邊形，是體內儲存視黃醛衍生物的首要部位，約占肝臟固有細胞總數的5%～8%[7]。正常情況下，HSC處于靜息狀態，形態小且胞質內富含脂質顆粒。當肝臟受到炎癥或機械刺激等損傷時，HSC被激活，轉化為肌成纖維樣細胞，形態變得大而扁平，失去儲存脂質顆粒的能力，轉而向組織受損部位遷移并積累，分泌多種促炎因子、促纖維化因子，并通過旁分泌和自分泌作用，進一步刺激未激活轉化的HSC轉變為肌成纖維細胞。因此，活化的HSC是肝纖維化過程中ECM的主要來源。HSC的活化過程至少分為兩個階段，即啟動階段和維持階段[8]。在HSC活化啟動階段，靜息狀態的HSC在各種原因引起的肝損傷刺激下，肝細胞、肝竇內皮細胞、庫普弗細胞等HSC的鄰近細胞可分泌多種細胞因子，并作用于HSC，促使HSC基因表達和表型改變，從而轉變成肌成纖維細胞，此時靜息狀態的HSC即轉變成活化的HSC[9]。HSC活化后，由于其功能和表型改變，儲存的脂質和維生素A明顯減少或消失，ECM分泌明顯增加，并分泌大量的細胞因子及趨化因子，從而促使HSC的活化進入維持階段[10]。HSC持續活化導致細胞增殖能力增強，并分泌大量的ECM，從而使ECM在肝臟內逐漸沉積，進而導致肝纖維化。

3 自噬與HSC活化的關系

研究發現，在四氯化碳誘導4周的小鼠肝纖維化模型中，自噬相關基因LC3B在肝組織中表達明顯增加[11]，表明自噬活性在肝纖維化中明顯增強，而且這一現象在原代培養的、活化的HSC中得到驗證。有研究從乙肝患者纖維化肝組織中分離出的HSC發現，自噬活性亦明顯增強[12]，表明自噬活性在不同原因導致的肝纖維化中均具有重要作用。

HSC的活化依賴于自噬，是由于自噬介導的脂質降解可為HSC活化提供能量[13]。據報道，自噬通過脂滴的動員、游離脂肪酸的釋放和線粒體β氧化為HSC的活化提供能量。另有研究表明，氧化應激介導的內質網應激有助于激活HSC中的未折疊蛋白反應，導致HSC的活化。在發生內質網應激時，HSC同樣可誘導相關自噬和纖維化基因的表達[14]。肌醇的激活需要酶1-X-盒轉錄因子路徑觸發自噬激活，在該過程中，它可通過自噬誘導肝纖維化反應。這些新發現提示細胞內脂質動員與消耗、氧化應激、內質網應激在觸發自噬進而激活HSC和啟動肝纖維化中具有內在聯系。在慢性肝損傷模型中，小鼠HSC特異性ATG7表達缺失可減輕肝纖維化[15]。而抑制自噬可降低小鼠原代HSC的增殖和激活。因此，阻斷自噬被認為是控制或預防纖維化進展的治療策略之一。

自噬能夠通過促進HSC活化，繼而導致肝纖維化形成。但在肝巨噬細胞中，自噬卻發揮抗纖維化作用[12]。在小鼠肝纖維化模型中，巨噬細胞ATG5表達缺失會抑制纖維化，其機制可能是能抑制炎癥因子從巨噬細胞釋放，從而抑制了HSC的活化[16]。另有研究表明，缺乏自噬的肝巨噬細胞可通過增強線粒體ROS-NF-κB-IL-1α/β途徑促進肝臟炎癥和肝纖維化的發生[17]。肝巨噬細胞中的自噬作用還能被單酰甘油脂肪酶抵消，該酶將2-花生酰甘油酯代謝為花生四烯酸，從而激活炎癥性巨噬細胞。肝竇內皮細胞是肝竇內一種高度分化的細胞類型，在肝纖維化的發生、發展中具有重要作用。內皮細胞可維持血管張力，使HSC保持在靜息狀態。有研究證實，自噬對維持內皮細胞的穩態極其重要。在纖維化誘導模型中，內皮細胞自噬的選擇性喪失可通過降低肝內NO含量及損傷氧化應激的處理能力而加重纖維化，表明自噬對慢性肝損傷的內皮細胞功能至關重要[18]。因此，自噬活性在HSC、巨噬細胞、內皮細胞等中的作用不同，尚需進一步研究其內在的作用機制，以更好地為自噬調控劑在肝纖維化治療中的應用。

4 自噬調控在肝纖維化治療中的應用

自噬是細胞組分降解和再循環的一個高度保守過程，許多藥物直接或間接靶向這一過程，包括自噬誘導劑卡馬西平、雷帕霉素、白藜蘆醇、二甲雙胍、氨甲喋呤或西酞普蘭，以及自噬抑制劑如氯喹或羥基氯喹[19]。自噬在肝纖維化中既有正面作用，也有負面作用，使得將自噬作為肝纖維化的一種治療方法極具挑戰性。

研究表明，使用3-甲基腺嘌呤或小干擾RNA降低自噬相關基因5表達，可明顯促進HSC凋亡[20]。尼洛替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑，現已證實其能誘導細胞凋亡和HSC自噬性死亡[21]。因此，抑制自噬活性能延緩肝纖維化進展。在體內實驗中，二甲基α酮戊二酸通過抑制HSC的自噬活性來減少四氯化碳誘導的肝纖維化[22]。3-甲基腺嘌呤等自噬抑制劑的治療可導致α-SMA、Ⅰ型膠原表達顯著下調，并導致細胞周期停滯于G2期，從而抑制HSC的增殖和活化[23]。自噬抑制劑巴普洛霉素或抑制自噬相關基因7的表達，亦可抑制HSC中Ⅰ型膠原蛋白的積累[24]。此外，有研究表明，肝竇內皮細胞和巨噬細胞的自噬活性增強有利于減輕肝纖維化，特別是在疾病早期。值得注意的是，自噬的抗肝纖維化作用與自噬的抗炎和保肝作用有關。研究證實，自噬的抗肝纖維化作用主要通過抑制肝細胞凋亡和誘導庫普弗細胞產生抗炎作用兩方面實現。此外，自噬還可通過調節T細胞的分化而減少IL-17分泌，間接發揮抗纖維化作用。因此，自噬不僅能促進HSC激活發揮促肝纖維化作用，還能調節非實質細胞的作用發揮抗肝纖維化作用。目前，已有多種自噬相關藥物用于肝纖維化的治療[25]，但由于肝纖維化期間自噬的復雜性和細胞特異性，目前尚無任何一種藥物可直接作用于自噬。

綜上所述，自噬在肝纖維化過程中具有雙重作用，一方面通過氧化應激、內質網應激激活HSC，從而導致肝纖維化的發生、發展；另一方面，自噬還可通過調節內皮細胞、巨噬細胞等作用，發揮抗纖維化作用。這或許能部分解釋自噬在不同類型肝細胞和肝纖維化不同階段其作用不同。隨著對自噬機制研究的深入，通過開發特異性抑制HSC自噬的藥物，從而抑制HSC活化，繼而延緩或逆轉肝纖維化，為肝纖維化治療提供新的治療策略。