整合素及其相關miRNA在肝纖維化中作用的研究進展

梁家杰 馬 嵐 吳江鋒

（三峽大學醫學院，宜昌 443002）

肝纖維化是慢性肝病進行性發展為肝硬化的必經病理過程，其基本的病理特征是細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的過度沉積[1]。這種ECM的過度沉積是ECM的分泌增多和降解減少所形成的，其原因是促肝纖維化因子的作用增強和/或抑制肝纖維化因子的作用減弱導致[2-3]。促肝纖維化因子包括轉化生長因子β（transformation growth factor-β，TGF-β）、整合素（integrin，ITG）、金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMP）和賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）家族成員。抑制肝纖維化因子包括骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）和基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）[3-4]。近期，在纖維化疾病的機制探討和治療研究中，促肝纖維化因子整合素及微小RNA（microRNA，miRNA）對整合素的下調研究方面，發表了大量有價值的文獻，因此，現將它們與纖維化，特別是肝纖維化的研究進展進行綜述。

1 肝纖維化的主要形成機制

肝纖維化是在慢性肝病發生發展過程中，多種炎癥因子和細胞因子刺激Diss間隙的靜止肝星狀細胞（hepatic stellate cell，HSC）活化，進而轉分化為具有增殖、遷移和收縮特性的肌成纖維細胞（myofibroblasts，MFB）。在活化的HSC和MFB中，促肝纖維化因子的表達上調，抑制肝纖維化因子的表達下調，以Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白為主的ECM過度分泌，因此，HSC的活化是肝纖維化發生發展的關鍵環節[5]。活化的HSC分泌的促肝纖維化因子，如TIMP，它能顯著地抑制MMP的活性，進而減少ECM的降解[6]；活化的HSC還分泌LOX，后者催化ECM中的膠原蛋白或彈性蛋白的賴氨酸殘基縮合，并產生共價交聯，從而形成不溶性的膠原纖維和彈性纖維，使ECM很難被MMP等蛋白酶降解[7-8]。在肝纖維化的發生發展過程中，無論是在HSC活化的啟動過程中，還是在ECM分泌增強和降解減弱導致的HSC外環境的變化中，整合素均起著重要作用。

2 整合素的組成和功能

整合素家族是一類擁有細胞黏附和信號通路受體功能的跨膜二聚體蛋白，屬于Ⅰ型跨膜黏附受體超家族成員。最初研究發現，橫跨細胞膜的整合素將ECM與細胞骨架連接在一起，故而被命名為“整合素或整聯蛋白”[9]。大多數整合素是由α和β亞基組成的異源二聚體。整合素的α和β亞基被表達后，先在內質網異源二聚化，再被遞送到胞膜，以沿膜擴散的方式分布。現已知的α亞基有18種，即α1～11、αⅡb、αD、αE、αL、αM、αV、αX；β亞 基 有β1～8等8種。這些α和β亞基構成了至少24種不同類型的整合素：αV亞基分別與β1、β3、β5、β6和β8亞基組成5種整合素；β1又與α1～11組成11種整合素；β2分別與αD、αL、αM和αX組成4種整合素；此外，還有αEβ7、α4β7、α6β4和αⅡbβ3等4種整合素[10]。由于整合素類型多樣，使其具有廣泛結合或黏附細胞外配體的能力，如結合免疫球蛋白超家族細胞表面受體，結合膠原蛋白等分泌性ECM等。整合素的α和β亞基由3部分組成：長的多功能域的胞外區、單程的跨膜區以及短的胞內尾部區。其中，胞外區擁有廣泛的配體結合位點，具有多種構象，它可以通過構象變化去迎合不同配體，進而增加彼此間的親和力；胞內尾部通過與胞內蛋白結合，并傳導信號，它是整合素與胞內信號交流的關鍵部分；跨膜區在整合素的構象改變及信號傳遞中也起到了重要的作用[10-11]。

整合素主要有以下功能：①細胞黏附功能。聚集的或者激活的整合素能有效地結合ECM，形成局灶性黏附復合物，從而實現對ECM的黏附作用。②信號通路傳導樞紐功能。作為細胞內外信號雙向傳導的樞紐，整合素既可以與細胞外配體結合，導致自身胞內尾部結構改變，從而結合胞內效應蛋白，引起下游信號傳導，整合素又可以與胞內的銜接蛋白結合，引發自身胞外區的結構重塑，從而調節與胞外配體之間的親和力。③機械力信號傳感功能。在胞內外，整合素分別與肌動銜接蛋白和ECM結合，構建為“ECM—整合素—銜接蛋白—肌動蛋白”的動力傳導系統。因此，當細胞內的肌動蛋白自主收縮時，通過銜接蛋白和整合素牽拉ECM，細胞可以根據ECM的韌度所產生的反彈力，間接感知ECM的韌度。由于整合素對生化信號及機械力信號敏感，具有細胞黏附的功能，也在信號通路中扮演著受體的功能，因此，整合素也被視為細胞微環境的傳感器。這種傳感器增強了細胞對生理狀態、腫瘤和纖維化等不同的微環境做出適當的反應的能力，進而影響它們的發生、發展。

3 整合素促進肝纖維化

肝纖維化是由多種病因導致的肝慢性損傷后的過激修復引起的。肝內不同類型的細胞也都或多或少地參與并影響著肝纖維化的進程，其中HSC被公認為肝纖維化發展中的關鍵細胞[12]，而其他肝內細胞如肝細胞、膽管內皮細胞等也在肝纖維化的進程中發揮著相當重要的作用。整合素廣泛分布于多種類型的肝內細胞中，并且通過多種途徑作用于不同的肝內細胞，從而影響著肝纖維化的發生發展。

3.1 含有αⅤ亞基的整合素具有促進肝纖維化的潛能

在纖維化形成中，含有αⅤ亞基的整合素受到了廣泛地關注。αⅤ亞基形成的五種異源二聚體αvβ1、αvβ3、αvβ5、αvβ6和αvβ8，可以分別結合TGF-β的潛伏關聯肽（latency Associated peptide，LAP），進而協助弗林蛋白酶切開精氨酸和丙氨酸（如TGF-β1的R278-A279）之間的肽鍵，釋放活性TGF-β，從而促進HSC活化[13]。研究表明，細胞膜上的整合素αvβ3與配體結合后，激活PI3K/pAkt /NFκB信號通路，促進I型膠原蛋白的分泌，促肝纖維化[14]。當運用整合素αvβ3和αvβ5的小分子抑制劑干預時，HSC的增殖減弱，血管生成受到抑制，進而肝纖維化也減輕了[15]。

在正常肝組織中，整合素αvβ6的表達量極低，但是，在小鼠的肝硬化模型以及乙型肝炎所致肝硬化患者的肝活檢組織中，αvβ6的表達明顯升高，并且肝硬化的嚴重程度與αvβ6的表達量也呈正相關[16]。進一步研究顯示，白細胞介素-32γ可以通過激活核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）誘導整合素αvβ6的表達，后者與配體結合后，能促進HSC的活化和增殖[17]。除HSC外，肝內的其他類型的細胞也表達整合素αvβ6。例如，整合素αvβ6在活化的肝祖細胞中表達，并能調節該細胞的功能。體外培養的αvβ6+肝祖細胞具有分化為膽管細胞和肝細胞的能力。在體外和體內實驗中，失活的整合素αvβ6能有效地抑制祖細胞的功能。在小鼠膽管疾病模型中，也進一步證實失活的整合素αvβ6抑制了肝纖維化[18]。實際上，在探索整合素αvβ6和纖維化的相關性研究中，也存在不同的學術觀點。例如，有學者認為，HSC轉分化為肌成纖維細胞后，會分泌層黏連蛋白，并形成富含層黏連蛋白的細胞外基質；而周圍成熟肝細胞膜上的整合素αvβ6會與層黏連蛋白結合，導致成熟的肝細胞向膽管上皮細胞轉化。這類轉化的膽管上皮細胞可以促進肝再生，最終結果是制衡了肝纖維化的發生[19]。因此，αvβ6與纖維化的相關性，尚需進一步研究。

3.2 含β1亞基的整合素促進肝纖維化

整合素β1亞基分別與α1-11及αV等12個α亞基結合成12個不同的異源二聚體。整合素β1在肝的多種細胞中廣泛表達。Volpes等[20]報道，在病毒和酒精中毒導致的肝纖維化組織中，含β1亞基的整合素的表達明顯上調，如α1β1、α5β1、α2β1、α3β1、α6β1。有研究表明，整合素α5β1與ECM結合后，激活粘著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）信號通路，進而促進HSC的活化及增殖。血小板衍生生長因子相關的Spock 1蛋白也可以通過激活整合素α5β1/ PI3K/Akt信號通路，促進HSC的活化，增殖和遷移，從而促進肝纖維化[21]。此外，活化的整合素α11β1可以進一步激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蛋白（也稱為P21激活激酶（PAK）和機械敏感因子Yes相關蛋白1（YAP-1）信號通路，從而促進肌成纖維細胞分泌ECM，促進肝纖維化[22]。也有研究顯示，凝血酶裂解的骨橋蛋白OPN（Thr-OPN）會暴露出整合素結合序列，與整合素α9β1和α4β1相互作用，進而激活MAPK及NF-κB信號通路，促進HSC的活化和增殖[23]。

4 多個miRNA通過下調整合素的表達抑制纖維化

miRNA是一類長度有19～23個核苷酸的內源性非編碼 RNA，它通過互補的方式與靶基因 mRNA的3'非編碼區結合，誘導靶基因 mRNA的降解或干擾其翻譯[24]。越來越多的研究發現，miRNAs與肝纖維化密切相關，可以參與肝臟代謝控制、調節脂質代謝、肝星狀細胞活化等過程從而影響肝纖維化。例如，微小RNA-155（microRNA-155，miR-155）既可以通過靶向調節肝臟X受體α，導致脂肪堆積，促進肝纖維化；也可以通過促進TGF-β信號通路，引起細胞外基質沉積；還可以負調控促纖維化的上皮間質轉化過程和細胞外調節蛋白激酶1（extracellular regulated protein kinases 1，ERK1）途徑，導致肝纖維化[25]。另外，miR-155也與整合素相關聯，有研究發現，在肺炎克雷伯菌侵入肺上皮細胞時，miR-155可以通過靶向下調整合素的轉錄抑制劑高遷移率族蛋白N2和核因子-1這種間接的方式，來促進整合素a5β1的表達，進而提升上皮細胞的粘附力，促使細菌侵入[26]，miR-155與整合素在肝纖維化中的相關性有待進一步證實。到目前為止，某些miRNA已被證實可以通過直接靶向下調整合素或者相關蛋白的表達，進而抑制肝纖維化及其他器官的纖維化。有研究表明，整合素α8β1通過激活Ras同源基因家族成員A（RhoA）信號通路，促進非酒精性脂肪肝病引起的肝纖維化，而miR-125b可以通過靶向整合素α8亞基的mRNA，下調α8亞基的表達，從而抑制肝纖維化的進程[27]。另外，在肝星狀細胞中，miR-29b被發現可以通過靶向沉默整合素β1及膠原蛋白1等基因，從而抑制肝星狀細胞的活化[28]。而Liu等[29]研究顯示，在SS大鼠（鹽敏感型高血壓及腎損傷大鼠模型）的腎損傷模型中，miR-29b可以靶向下調大鼠腎髓質上皮細胞中的整合素β1亞基和一些膠原蛋白分子的表達，從而保護SS大鼠的腎髓質損傷，減輕腎髓質的纖維化。

其他器官的纖維化中也涉及到整合素及相關miRNA的調控。miR-152能夠降低人真皮中成纖維細胞的細胞黏附和ECM重塑功能，機制研究顯示，miR-152靶向下調整合素α5β1中α5亞基的表達是其中的原因之一。在解決系統硬化癥患者整合素過表達的問題時，發現miR-150可以靶向下調整合素αvβ3和αⅡbβ3中β3亞基的表達；當miR-150的表達減少時，皮膚成纖維細胞中的整合素β3亞基過表達，進而激活TGF-β，增加膠原蛋白的分泌，導致皮膚纖維化[30]。miR-378a也可以通過靶向下調整合素β3蛋白以及波形蛋白的表達，抑制成纖維細胞的遷移和分化，影響皮膚的傷口愈合[31]。

除此之外，在纖維化疾病的發生和發展中，部分整合素、miRNA與纖維化之間的相關性，尚需進一步研究。例如，在心肌的成纖維細胞中，miR-327可以靶向下調整合素β3蛋白的表達，但此時，心纖維化卻發生了，因此，miR-327靶向下調整合素β3蛋白的表達，是否與miR-327促進心纖維化有關，目前尚不清楚[32]。Chen等[33]觀察到，HSC衍生的外泌體與其他HSC結合時，HSC表面的整合素αⅤβ3或α5β1起到了關鍵作用。進一步觀察可見，當包含miR-214的外泌體運送到活化的HSC附近時，該外泌體通過與整合素αVβ3或α5β1結合后，miR-214被攝入到活化HSC的細胞內，靶向下調結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表達，進而抑制CTGF的促纖維化功能。

綜上，肝纖維化過程中，整合素作為細胞內外結構聯通和信息交流的關鍵蛋白，部分成員促進了肝纖維化、肝硬化的形成，可能成為肝纖維化治療的靶點。尤其含有αV亞基和β1亞基的整合素促進了肝纖維化或具有促進肝纖維化的潛能，值得進一步研究。在抑制肝纖維化的研究中，多個miRNA能有效地靶向下調部分整合素的表達，但是，在抑制肝纖維化的探索中，尚未發現某一miRNA或者miRNA基因簇，能有效地同時靶向下調αV亞基和β1亞基的表達。據miR-29b在減輕腎髓質的纖維化的作用機制，推測在肝纖維化中探討miR-29b對αV亞基和β1亞基的表達調控的研究，是值得進一步嘗試的。