肝細胞生長因子與肝再生的研究進展

李 璇,吳敏超,段偉娜,張海峰

(內蒙古醫科大學基礎醫學院生理學教研室，內蒙古 呼和浩特 010100)

肝臟是人體內部器官中少數能自然更新的組織。近年來，關于探索參與肝再生過程的細胞因子一直是人們研究的熱點。肝細胞生長因子，又稱作“散射因子”是一種小分子的多肽生長因子，其被發現是由于能刺激肝細胞的增殖，它也是當下已知最強的肝再生促進劑。肝細胞生長因子在肝細胞移植、重型肝炎的發病、肝再生和肝癌的發展中都發揮著重要的作用。目前發現相關因子的有肝細胞生長因子、腫瘤壞死因子、白細胞介素、表皮生長因子、轉化生長因子等。1984年Wang Haiyu等從部分肝臟切除后的大鼠血清中發現一種能促進肝細胞DNA合成與增殖的細胞因子，這個因子不僅能刺激原代培養中肝細胞的生長和合成，而且源于肝臟，所以將這個因子命名為肝細胞生長因子(Hepatocyte growth factor，HGF)[1]。目前發現它是一種可以調節多種細胞生長、運動和形態發生的多功能因子[2]。

1 HGF的生物學性狀

1.1HGF的基因及蛋白質結構：HGF是神經營養因子家族的一員，其基因定位于染色體7q21，含有20個外顯子，結構實質是含有728個氨基酸的肝素結合糖蛋白，它是由分子量為69 kDa的α鏈和34 kDa的β鏈通過一個二硫鍵連接成的異二聚體蛋白，是在間質細胞中合成的，其中α鏈有一個N端和四個Kringle結構域，Kringle結構域與纖溶酶原結構相似。β鏈有一個絲氨酸蛋白酶樣結構域[3]，1989年人類HGF基因的克隆表明，HGF的絲氨酸蛋白酶結構域與先前已知的成纖維細胞衍生的“散射因子”相同，都由同一基因編碼，能促進上皮細胞運動和上皮組織的形態發生，所以HGF的促細胞運動作用可能與這種結構的特異性有關[4]。

1.2HGF的組織定位及受體：HGF在多個器官都有表達，如肺臟、心臟、腎臟等。在肝內，HGF可由肝巨噬細胞、血竇內皮細胞和肝星狀細胞這種非實質細胞產生，以旁分泌或自分泌的方式促進肝細胞DNA合成及有絲分裂[5]。c-Met是HGF特異性受體，在不同類型的上皮細胞、內皮細胞和造血祖細胞中表達。HGF/c-Met信號通路參與了幾個生物學過程，如胚胎發生、器官發生、組織再生和癌變[6]。HGF及其與c-Met受體的特殊相互作用在過去幾十年中已被廣泛研究，并且仍然是眾多臨床試驗的重點。

1.3HGF的生理學特性：HGF基因表達在轉錄水平上受到激素和細胞因子的調節，如白細胞介素-1，白細胞介素-6和腫瘤壞死因子-α。在健康人身體中，HGF通常以無活性的單鏈蛋白形式流通，并儲存在細胞外基質中，它可以通過與凝血因子Ⅻ同源的絲氨酸蛋白酶結合，從而轉化為成熟的活性形式，同時由于HGF在結構上與纖溶酶原高度同源，HGF也可能被尿激酶型纖溶酶原激活劑激活。但是當肝受到損害或部分切除時，HGF則誘導尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)受體，從而激活纖溶反應，具體機制是uPA能夠將纖溶酶原轉成纖溶酶,緊接著纖溶酶通過直接或間接激活基質中的金屬蛋白酶，從而降解細胞外基質，釋放HGF的前體蛋白，然后uPA將原HGF裂解為活性HGF[7]。

2 HGF的促肝再生作用

2.1肝再生：肝再生是指肝臟在受到損傷后肝細胞進行增殖，從而恢復正常肝臟功能的過程。正常情況下，肝組織內僅有少量肝細胞進行有絲分裂，大多數細胞停留在細胞周期的G0期[8]，當肝臟部分切除或受到損害時，細胞可通過DNA復制及有絲分裂進行增殖，從而達到適應機體的大小。此時參加增殖的細胞同時進入G1期，有文獻表明肝細胞進入G1期末后還存在一個R點，這個點稱為限制點，是決定肝細胞能否分裂進入S期的關鍵時期，否則就會返回G0期，當細胞通過R點后就可以順利地進行周期循環，依次通過S期、G0期、G2期、M期，實現一個完整的DNA復制和細胞分裂。肝再生可分為三個階段：①啟動期：促炎性細胞因子，如腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-6從非實質細胞，如枯否細胞和肝竇上皮細胞分泌，刺激肝細胞從G0(靜止狀態)過渡到G1(啟動階段)。②增殖期：包括HGF和轉化生長因子-α在內的生長因子促進肝細胞從G1期過渡到S期，這些生長因子覆蓋細胞G1末期的限制點R點，使肝細胞能夠順利進入S期，然后進行細胞周期的循環，實現DNA復制和細胞分裂。③終止期：通過諸如轉化生長因子-β和激活素等因素的激活增殖而停止[9]。肝再生涉及了各種生長和代謝因子，它們協同作用于肝細胞并使其進入細胞周期、復制和增殖的特定信號通路，從而使肝臟質量擴張。

2.2HGF對肝再生的影響：HGF作為肝再生因子有著促進肝細胞再生的作用，肝再生是一個需要多種因子參與調節、精確、有序的多階段過程。通過不同的模型研究，大到動物整體小到細胞和基因以及通過實驗結果血清的改變或被切除的肝體積大小的改變都發現HGF對肝再生有著至關重要的作用。HGF表達的研究最初集中在肝臟，肝臟在受傷后HGFmRNA迅速上調[4]。肝部分切除后，HGF的含量較早達到峰值，高水平的HGF與剩余肝臟的增長相關[10]。研究發現HGF敲除的小鼠不能完成發育即胚胎期死亡，而且HGF剔除的小鼠胚胎肝臟與正常小鼠胚胎肝臟相比小得多，表明HGF在肝臟的發育過程中有非常重要的作用[11]。在部分肝切除手術[12]以及次肝切除手術[13]的肝再生結果中都可以用免疫學的方法檢測出血清中HGF水平有所提高,一般可達到正常的10～20倍，而且肝切除后，其他器官的間充質細胞中的HGF基因表達也表現出上調[14]。在劉俊等實驗中對肝纖維化大鼠進行不同處理并觀察肝再生情況，結果是血中AST和ALT含量沒有明顯變化，表明HGF對大鼠肝細胞有保護作用，可以提高細胞膜完整性[15]。在Periwal等研究得知肝再生中細胞周期的進程與肝切除體積大小無關，而與相關的細胞因子和生長因子濃度有關[16]，這個結論在實驗[17]中可以看出，用不同的HGF濃度作用于急性損傷的肝細胞，高濃度HGF作用后的肝臟比低濃度HGF作用后的肝臟的體積會增長的更大，從而可以得出HGF有促進肝細胞分裂的作用。有研究表明，通過門靜脈注射外源性給予肝部分切除的大鼠重組人肝細胞生長因子激活劑(rhHGF)發現其增殖細胞核抗原標記指數比對照組大鼠明顯更高，展現出rhHGF的應用前景，為臨床治療提供新思路[14]。最近人們研究發現HGF可以促進某些細胞向肝細胞分化，文獻中指出，HGF可以誘導骨髓間充質干細胞(BMSCs)分化為成熟的肝細胞，高表達HGF的BMSCs通過遷移到肝組織和進一步的肝源性分化來預防肝移植后的大鼠肝功能衰竭和降低死亡率,這個發現為臨床上的肝損傷提供可行的治療方法[18]。

3 HGF/c-Met信號傳導通路的可能機制

肝損傷后肝內微環境發生了改變，啟動了相關因子調控和多條信號通路，肝細胞周期的進展在很大程度上依賴于生長因子信號通路，尤其是HGF/c-Met通路。c-Met是由Met原癌基因編碼的蛋白產物,是一種酪氨酸激酶受體，屬于Met家族[19]。HGF/c-Met通過對受損死亡細胞的清除、對損傷較輕細胞的修復、以及通過促進活細胞的增殖來促進肝細胞的再生。

3.1c-Met的結構和生物學特性：1984年Cooper等通過用致癌物N-甲基-N'-硝基-N-亞硝基胍處理人成骨肉瘤Hos細胞系誘導的染色體重排后產生Tpr-Met，克隆出了一個具有轉化活性的片段,定名為c-Met[20-21]。c-Met基因位于染色體7q31，包含24個外顯子。結構有細胞外配體結合區、單程跨膜區和催化細胞質區域。胞外由50kDa α亞基和140kDa β亞基組成，其之間通過二硫鍵相連。β亞基具有一個大的胞外區、一個跨膜區、一個細胞內酪氨酸激酶結構域和一個C-末端尾部。由SEMA，一個富含網狀蛋白、信號素和整合素-半胱氨酸的結構域和四個Ig區重復結構域組成[22]。c-Met的激活具有多效性，因為其胞質結構域可以與多種細胞信號傳導途徑中的多種蛋白相互作用。正因為如此，c-Met被認為是與細胞增殖、侵襲、運動、血管生成和凋亡有關的蛋白受體[21]。

3.2HGF/c-Met信號通路在肝再生中的作用：作為肝再生過程中重要的信號通路,HGF和其受體c-Met結合后，c-Met自身的兩個酪氨酸殘基Tyr1234和Tyr1235磷酸化，繼續激活c-Met上的蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)，激活的PTK進一步引起c-Met羧基末端Tyr1349和Tyr1356的磷酸化，這個過程集聚了Gab1和Gab2兩種銜接蛋白，這些銜接蛋白又激活了細胞內不同的信號通路，如RAS/RAF/MEK/EKR信號通路、PI3K-AKT信號通路、核因子-κB和STAT3通路，引起細胞增殖、分化等一系列生物學效應[23-24]，其中Gab1蛋白在HGF和c-Met結合的生物學反應中起著重要的作用，它有c-Met結合位點的蛋白支架，可以和c-Met直接牢固的相互作用，導致響應HGF的Gab1磷酸化延長[21]，使其和c-Met結合時間變長。嚙齒動物研究數據表明，在胚胎發育過程中，MET促進滋養層細胞以及肝細胞的存活和增殖，所以當敲除MET時，不僅阻礙了肝臟的發育，甚至導致了動物的死亡，表現出MET在發育中的關鍵作用[25]。最近有研究發現c-Met的雙重抑制性，缺乏HGF受體和表皮生長因子受體導致肝再生的阻滯，小鼠在肝部分切除后2～3周死亡，這是因為缺乏基本肝功能引起的，限制了肝再生過程，突出了HGF和EGF信號傳導的重要性[26]。這些實驗表明HGF/c-Met系統在肝臟的再生和保護方面起到了促進作用。目前HGF與c-Met受體的特殊相互作用在過去幾十年中已被廣泛研究，并且現在仍然是眾多臨床試驗的重點。

4 展望

肝再生進程及其調控機制是一個復雜的過程，近期研究表明，肝再生的過程不僅僅是肝細胞數量的增多，還包括肝細胞體積的增大。臨床上，雖然肝移植被應用，但是高質量器官的短缺和對肝移植需求的增加，導致很多肝病患者死亡。近幾年發現轉染HGF的間充質干細胞可能對人類肝纖維化的治療做出貢獻，有最近實驗表明，人臍帶血來源的間質干細胞(hUCB-MSCs)可以改善肝功能和減少患者的腹水，其成果已經在肝纖維化大鼠的身上得到驗證，是潛在的治療細胞，同時發現轉染HGF的間充質干細胞對膠原纖維再生、肝細胞變性和炎性反應細胞方面具有治療作用[27]。目前HGF各種效應還在進一步探索，相信未來會有更多方法去治療臨床肝臟疾病。