整合素與肝纖維化

張榮 劉紹能

作者單位：100053 北京 中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院

整合素是細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間重要黏附受體家族成員，介導細胞與微環(huán)境之間的信號調(diào)節(jié)，在細胞存活、分化、生長、運動和凋亡等多種生理和病理過程中起重要作用。整合素在不同疾病的發(fā)生和發(fā)展中的重要性已被廣泛認識，越來越多的證據(jù)表明整合素在肝纖維化中發(fā)揮著重要作用。

肝纖維化是肝臟對各種慢性刺激進行損傷修復反應時，是以膠原為主的細胞外基質(zhì)(extracellularmatrix，ECM)在肝內(nèi)大量沉積的病理過程。肝星狀細胞(Hepatic stellate cells，HSC)是肝臟損傷后最主要的致纖維化細胞，在各種細胞因子的作用下，不斷地轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞，產(chǎn)生大量的ECM，最終導致肝纖維化的發(fā)生[1]。HSC增殖及細胞表型轉(zhuǎn)化、ECM合成增多并沉積同時伴新生血管、炎癥的形成是進展性肝纖維化修復重建中突出的病理表現(xiàn)，在這過程中整合素發(fā)揮著重要作用。本文對整合素的分子結(jié)構(gòu)和功能及其介導肝纖維化的發(fā)病機制作一綜述。

一、整合素的結(jié)構(gòu)

整合素是介導細胞黏附的主要跨膜受體，屬于免疫球蛋白基因超家族，在脊椎動物中，迄今為止共鑒定出由18條α和8條β鏈結(jié)合成的24種非共價結(jié)合的異質(zhì)二聚體[2]，分別包含大約1 000和750個氨基酸。整合素家族成員在結(jié)構(gòu)上都由一個較大的胞外區(qū)、短的跨膜片段、較短的胞內(nèi)區(qū)組成。α、β亞基的胞外區(qū)為氨基末端，與相應配體結(jié)合，其胞外部分是纖維連接蛋白(FN)、玻璃黏連蛋白(VN)、層黏連蛋白(LN)、骨橋蛋白(OPN)、纖維蛋白原、膠原蛋白等ECM受體。胞內(nèi)區(qū)為羧基末端，與細胞骨架蛋白相連。α、β亞基的不同組合決定著整合素與配體的結(jié)合特性及信號特征的專一性和多態(tài)性。不同亞基之間相互組合形成的整合素，其功能也不同，按β亞基可分為β1、β2、β3這三個亞家族，β1 亞家族又稱為 VLA (very late activation antigen)家族，有 VLA 1～66種整合素；含β1亞基的整合素主要介導細胞與細胞外基質(zhì)成分之間的黏附；β2亞家族主要表達于各種白細胞表面，主要介導細胞間的相互作用；β3亞家族稱為細胞黏附素，含人玻黏蛋白和血小板的 GPⅡb/Ⅲa 受體，主要介導血小板的聚集，參與血栓形成。整合素β3 通過對同種細胞間信息傳遞的調(diào)控，參與細胞的凋亡過程。幾乎所有動物均有整合素表達，目前發(fā)現(xiàn)參與肝纖維化的整合素亞型有α1β1、α2β1、β2、ανβ6、α6β4、α6β1、α7β1、ανβ1、ανβ3、ανβ5,ανβ6,ανβ8、α5β1、α8β1等[3-5]。

二、整合素的生物學功能

整合素介導細胞與其ECM之間相互作用，黏附主要基于ECM蛋白與細胞表面整合素配體中小肽序列或蛋白域的特異性。根據(jù)整合素識別配體的特異性，可以將整合素大致分為層黏連蛋白整合素、膠原蛋白連接整合素、白細胞整合素和精氨酶-甘氨酶-天冬氨酶肽(RGD)三肽序列整合素，這些組合在不同的細胞類型中表達各異。細胞間通過ECM整合素的黏附以及生長因子信號，控制細胞的生物功能。整合素在細胞中雙向傳遞信號以發(fā)揮其生物學功能:①整合素的胞外結(jié)合活性是由細胞內(nèi)部(由內(nèi)而外)調(diào)控的。②ECM的結(jié)合引發(fā)外界信號傳入細胞(由外而內(nèi))。在與ECM結(jié)合后，整合素聚集在膜平面上，通過與局灶性黏附激酶、Src激酶家族、踝蛋白、樁蛋白、α-輔肌動蛋白、張力蛋白、黏著斑蛋白等細胞骨架連接蛋白相連[6]。整合素同時參與Ca2+結(jié)合蛋白、RAS-Raf-MAPK激酶、黏著斑蛋白(FAK)、蛋白激酶C、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI-3K)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、細胞外信號激酶(ERK)、整合素連接激酶(ILK)等信號通路的傳導；另外也是表皮生長因子(EGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、結(jié)締組織生長因子(CCN2)、TGF-β等細胞因子的輔助受體，這取決于細胞表面整合素結(jié)合點的特異性[7-9]。細胞膜中整合素的表達水平不僅影響細胞的形態(tài)、增殖、分化、遷移和某些大分子合成，重要的是能保持組織和結(jié)構(gòu)的完整性。整合素已逐漸成為細胞生物學、生理學、遺傳學和病理學的研究熱點[10]。目前整合素多用于自身免疫性疾病、腫瘤、炎癥、血液病等疾病潛在治療靶點的研究[11]。

三、整合素與肝纖維化

(一)整合素與HSC HSC有靜止和活化兩種細胞表型，在肝損傷激活后，靜止的HSC變成活化的HSC，且活化HSC在肝纖維化進程中起重要作用。靜止HSC和活化HSC中整合素亞型的表達存在差異，HSC表面有特異的RGD三肽序列結(jié)合位點，只有激活狀態(tài)的HSC才能和RGD配基結(jié)合。整合素表達增加能夠激活HSC，促進肝纖維化的發(fā)生[12]。James R等研究證實[13]，整合素αν是玻連蛋白和纖連蛋白的黏附受體，通過與HSC中RGD三肽序列結(jié)合，維持HSC活化表型，激活TGF-β信號通路，促進纖維化發(fā)生。OPN、CCN2和CCN1是肝纖維化的促進因子，它們通過與HSC表面ανβ3整合素結(jié)合，調(diào)控其中整合素的表達，增加HSC黏附[14]。Chuan Y等[15]研究發(fā)現(xiàn)，HSC活化過程中整合素ανβ5明顯被上調(diào)，其拮抗劑可明顯抑制HSC黏附、增殖及膠原I的合成。可見，整合素在HSC活化中起重要作用，參與肝纖維化的發(fā)生和進展。

(二)整合素與ECM 活化的HSC分泌大量的ECM，在肝硬化中增加至多10倍[16]，其構(gòu)成肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)。ECM對HSCs的表型轉(zhuǎn)化、增生以及凋亡等生物學行為具有重要意義，兩者之間相互影響，相互制約。一方面，細胞內(nèi)骨架蛋白通過整合素的外向信號傳遞調(diào)節(jié)細胞黏附、遷移和增殖等活動，另一方面，ECM分子通過整合素的向內(nèi)信號傳遞調(diào)節(jié)細胞分化和分泌。整合素介導的ECM和細胞骨架之間的相互作用促進肌成纖維細胞分化，是維持細胞骨架的關(guān)鍵受體，整合素控制著HSC中的ECM產(chǎn)生和重塑[17]。ECM通過肌動蛋白細胞骨架重組以及Src激酶和ERK/JNK信號分子家族的激活來增加膠原的產(chǎn)生。ECM 的重要成分LN與整合素的相互作用使細胞在黏附過程中同時啟動了絲裂原活化蛋白激酶(MAKP)和PI3K兩條信號轉(zhuǎn)導通路，可影響細胞的黏附、遷移、侵襲、增殖和凋亡。可見，整合素介導HSC與ECM相互作用，在肝纖維化的發(fā)生、進展等方面起重要作用[18]。

(三)整合素與血管生成 血管新生是多種病因引起的肝纖維化的共同病理特征，決定纖維化的進展和預后。ECM分子可能通過結(jié)合內(nèi)皮細胞表面特異的整合素來控制毛細血管的形態(tài)，同時ECM分子(如纖維粘連蛋白)通過改變表面整合素Na+/H+抗轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的位點來調(diào)節(jié)毛細血管的生長。Ras-Raf-MAPK系統(tǒng)的激活是成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)誘導的血管生成所必需的，在缺乏整合素的情況下，激活FGF的通路減少，從而使FGF的表達下調(diào),血管生成減少。目前所知，至少有8種整合素(α1β1，α2β1，α3β1，α6β1，α6β4，α5β1，ανβ3，ανβ5)參與血管生成。在慢性病毒性肝炎、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝病、自身免疫性肝病等慢性肝損傷中都發(fā)現(xiàn)了血管新生的證據(jù)。在大鼠纖維化模型中發(fā)現(xiàn)整合素ανβ3表達與肝纖維化進展一致，隨肝纖維化的加重，α-SMA和CD31表達增加，提示肝纖維化進展中整合素ανβ3表達水平增加與HSC活化和血管新生有關(guān)，并與間質(zhì)重建程度平行。大鼠肝纖維化模型中給予整合素ανβ3、ανβ5特異性抑制劑西侖吉肽，能減少肝臟中血管生成[19]。正常肝組織有少量的新生血管，但幾乎檢測不到整合素ανβ3，而在慢性丙型肝炎患者肝組織中，整合素ανβ3的表達明顯增加，伴有明顯血管新生及VEGF、CD31的表達增加，且這種作用能被VEGF抗體所抑制[20]。可見，整合素與肝竇微血管生成相關(guān)，導致肝竇毛細血管化，促使了肝纖維化的進展。

(四)整合素與炎癥 免疫活性細胞對肝臟組織的侵襲是人類肝臟疾病和肝纖維化的發(fā)病機制之一。通過對PSC患者組織中膽管周圍單核浸潤物成分的研究，發(fā)現(xiàn)B淋巴細胞和T淋巴細胞浸潤后整合素α4β7呈陽性。α4β7整合素通過與黏膜蛋白細胞黏附分子(MAdCAM)相互作用，在胃腸道淋巴細胞的運輸中發(fā)揮著重要作用。腸道和肝臟MAdCAM表達升高與胃腸道疾病(克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎和丙肝)有關(guān)[21]。iNOS是一種在PSC患者中表達并與膽管增生和纖維化相關(guān)的促炎性巨噬細胞生物標志物，研究發(fā)現(xiàn)靶向整合素αMβ2結(jié)合區(qū)域，可抑制巨噬細胞iNOS的表達，減輕纖維化的發(fā)生[22]。在肝硬化外周血白細胞中整合素CD11a(αL)、CD11b(αM)、CD11c(αX)和CD49d(α4)表達升高，并隨著肝功能衰竭的進展而進一步升高，如果阻斷CD11b和CD44則降低單核細胞的附著[23]，同時在動物模型中如果CD39缺失，則可加重肝損傷和肝纖維化[24]。整合素參與肝損傷的炎癥反應過程，并與肝纖維化的產(chǎn)生密切相關(guān)。

四、展望

由于肝纖維化是繼發(fā)于感染、免疫、毒性和代謝原因?qū)е碌穆愿螕p傷，目前治療主要是消除致病誘因，雖然許多研究表明消除誘因可能會阻止纖維化進展甚至導致纖維化逆轉(zhuǎn)，但是并非所有患者都對病因治療有效，有些仍需要抗纖維化治療，故尋找有效的肝纖維化的防治方法有著積極的意義。整合素介導調(diào)節(jié)血管生成、HSC活化、ECM的降解，并參與肝損傷的炎癥反應過程，與肝纖維化密切相關(guān)，因此，以整合素為靶點開發(fā)新型抗肝纖維化藥物是防治肝纖維化的一條重要途徑。由于整合素受體在許多細胞類型上均有表達，不同細胞類型中的配體可能競爭相同的整合素受體，因此靶向干預整合素過程中，必須權(quán)衡利弊，以防止未知的臨床不良反應的發(fā)生，臨床中需要確定抗體-藥物偶聯(lián)物進行細胞特異性靶向拮抗整合素治療的精準醫(yī)學(包括 RGD模擬物、特異性整合素拮抗劑等)[25]，以阻止或逆轉(zhuǎn)肝纖維化，同時避免抑制生理性反應的發(fā)生。