膽固醇與肝再生關(guān)系及其在肝衰竭治療中的意義和潛在價值

林 鏞，顏耿杰，馮 逢，彭子明，龍富立,，韋艾凌，王明剛，姚 春

1 廣西中醫(yī)藥大學(xué) 研究生院，南寧 530200；2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 肝病二區(qū)， 南寧530023；3 廣西中醫(yī)藥大學(xué)，南寧 530000

肝衰竭是多種因素引起的嚴(yán)重肝臟損害，導(dǎo)致合成、解毒、代謝和生物轉(zhuǎn)化功能嚴(yán)重障礙或失代償[1]。隨著人工肝技術(shù)的不斷革新，綜合治療手段在改善機(jī)體內(nèi)環(huán)境方面已基本接近極限，但目前仍未發(fā)現(xiàn)特效藥物和干預(yù)手段[2]。近一個世紀(jì)以來，各國學(xué)者從免疫反應(yīng)、炎癥損傷和細(xì)胞因子等方面進(jìn)行了剖析，對該病發(fā)病機(jī)制已有了較為清晰的了解。但該病仍維持著較高的病死率，歸根結(jié)底是目前臨床上仍缺乏有效促進(jìn)肝細(xì)胞再生的藥物問世，多等待肝細(xì)胞的“自救”[3]。近年來，膽固醇的循環(huán)代謝在肝再生過程中發(fā)揮的作用引起了學(xué)者的極大興趣。其中涉及膽固醇平衡對肝細(xì)胞周期的影響、膽固醇-膽汁酸代謝通路、膽固醇相關(guān)代謝物等[4-8]。

1 肝再生反應(yīng)與肝衰竭

肝臟為了避免由有毒物引起的肝功能喪失以及由肝炎病毒引起的損傷，生物體已經(jīng)進(jìn)化出顯著的肝臟再生反應(yīng)以保證存活[9]。根據(jù)肝臟損傷程度及參與肝再生的響應(yīng)范圍，再生模式主要分為2種：(1)肝細(xì)胞自身分裂、增生，(2)肝臟干細(xì)胞增殖、分化。當(dāng)肝實質(zhì)喪失或肝功能受損后，肝細(xì)胞再生迅速開始，在2/3部分肝切除術(shù)小鼠模型中的實驗觀察確定了細(xì)胞肥大的初始階段，隨后是肝細(xì)胞增殖[10]。深入了解這種反應(yīng)的發(fā)生機(jī)制，可以有效地在急慢性肝損傷中發(fā)展保護(hù)和促進(jìn)肝再生的治療策略[11]。其中根據(jù)損傷程度肝源性干細(xì)胞(卵圓細(xì)胞)及非肝源性干細(xì)胞被激活或招募到肝臟更新分化為肝細(xì)胞，作為肝細(xì)胞再生的組成部分以代償肝臟功能[12]。當(dāng)肝功能和/或肝實質(zhì)的大小滿足機(jī)體代謝需要時，肝再生反應(yīng)即停止，這是一種固有特性[13]。在肝切除術(shù)大鼠模型中殘存肝細(xì)胞先進(jìn)入細(xì)胞周期，20～48 h步入DNA復(fù)制高峰，隨后復(fù)制率逐步下降并適時終止[14]。但此過程中涉及的反應(yīng)和機(jī)制尚不完全清楚。近一個世紀(jì)的研究，已經(jīng)確定了一些分子和反應(yīng)過程在控制肝再生的激活及終止中起著核心作用。這些分子可分為三類，包括細(xì)胞因子和先天免疫系統(tǒng)、生長因子和代謝產(chǎn)物[15-16](圖1)。肝臟再生的介質(zhì)可以起源于肝實質(zhì)內(nèi)，也可以源自其他組織并通過循環(huán)到達(dá)肝臟[17]。肝細(xì)胞再生潛能強(qiáng)大，按照常規(guī)理論發(fā)展，肝衰竭應(yīng)有更好的治愈預(yù)期。新近多數(shù)研究亦將促進(jìn)肝衰竭良好轉(zhuǎn)歸的生理基礎(chǔ)指向肝細(xì)胞的有效再生，肝再生對肝衰竭的重要性已不言而喻。

注：FGF，成纖維細(xì)胞生長因子；YAP、GPC-3為靶點蛋白；LtxB，P450單加氧酶。

2 膽固醇與肝再生的關(guān)系

肝臟具有強(qiáng)大的再生能力，可在受損或切除后迅速觸發(fā)。肝再生反應(yīng)在其起始和終止過程中進(jìn)行了本質(zhì)上的調(diào)節(jié)，這一特性稱為“hepatostat”[18]。如上所述，多種分子均以不同形式參與了肝再生，但現(xiàn)階段研究多集中于膽汁酸對肝再生的影響，其中包括法尼醇X受體(FXR)調(diào)控的一系列反應(yīng)[5]、FGF15/19的表達(dá)[6]、膽固醇7α-羥化酶(cholesterol 7-alpha hydroxy-lase,CYP7A1)轉(zhuǎn)錄[7]等，而忽視了膽固醇在整個過程的關(guān)鍵作用。例如膽汁酸的生物合成主要是通過其本身的反饋作用進(jìn)行調(diào)控，但其合成主要來源于內(nèi)源性膽固醇代謝；再者肝細(xì)胞通過依靠膽汁酸的乳化及形成混合微團(tuán)的作用運(yùn)輸膽固醇，而膽固醇的合成與循環(huán)均對膽汁酸的生成和分泌產(chǎn)生影響。

2.1 膽固醇循環(huán) 膽固醇合成過程復(fù)雜，有近30步酶促反應(yīng)，大致劃分為甲羥戊酸、鯊烯、膽固醇合成3個階段。其中在肝臟內(nèi)部的膽固醇循環(huán)主要與FXR-SHR信號、FGF家族及膽汁酸關(guān)系密切[19-20]。簡而言之，生命體攝入營養(yǎng)后，脂肪在小腸被分解為甘油和脂肪酸，然后由小腸黏膜細(xì)胞合成為甘油三脂，再與食物中吸收的膽固醇、載脂蛋白(Apo)B48組成乳糜微粒(chylomicron,CM)，CM進(jìn)入小腸附近的淋巴小管，通過淋巴系統(tǒng)總管道匯入血液循環(huán)[21]。在血液循環(huán)中，CM中的甘油三脂會被肌肉等各種組織吸收分解為甘油和脂肪酸，以供組織細(xì)胞作為能源或原料使用，余下的CM再通過ApoB48傳輸至肝臟，被肝細(xì)胞吸收分解為膽固醇、氨基酸、甘油三脂等；進(jìn)行分解后再與ApoB100蛋白組成極低密度脂蛋白(VLDL)進(jìn)入血液循環(huán)；在血液循環(huán)過程中，VLDL中的甘油三脂和膽固醇會被組織吸收利用一部分，而甘油三脂經(jīng)卸載后密度提高，VLDL變?yōu)榈兔芏戎鞍?LDL)。LDL在血液循環(huán)后進(jìn)入肝臟，ApoB100被肝細(xì)胞表面LDL受體識別，LDL被吸收分解成氨基酸、膽固醇、甘油三脂等[22]。同時，肝臟和小腸會合成高密度脂蛋白(HDL)，HDL通過血液循環(huán)收集游離的膽固醇并運(yùn)回肝臟，肝臟細(xì)胞經(jīng)CYP7A1合成膽汁酸排入膽囊和小腸中，用于消化脂肪，而小腸能夠重新將膽汁酸吸收以循環(huán)使用[23](圖2)。在整個過程中膽汁酸可調(diào)節(jié)肝代謝，也可促進(jìn)肝細(xì)胞增殖[24]。FXR-SHP信號在肝細(xì)胞和腸細(xì)胞中均可表達(dá)，其主要是通過信號反饋作用進(jìn)行膽汁酸調(diào)控，確保膽汁池的最佳大小。腸細(xì)胞中膽汁酸的質(zhì)與量會影響FXR-SHP信號刺激FGF的表達(dá)，并釋放到門靜脈血中進(jìn)一步調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸的合成及肝再生[25]。綜上，膽固醇正常合成與循環(huán)影響膽汁酸生成，而膽汁酸的質(zhì)和量與循環(huán)又影響著肝再生的整個過程。

注：SHP，小異二聚體伴侶；CYP8B1，膽固醇12α-羥化酶；BSEP，膽鹽輸出泵；ABCB4，膽汁酸合成基因；FGFR，成纖維細(xì)胞生長因子受體。

2.2 HMG-CoA還原酶(HMGCR) HMG-CoA是合成膽固醇及酮體的重要中間產(chǎn)物。HMG-CoA經(jīng)HMGCR還原后可生成甲羥戊酸，是膽固醇合成的關(guān)鍵階段。同時，HMGCR亦是甲烷酸通路中的限速酶，該反應(yīng)是合成膽固醇的限速反應(yīng)，而膽固醇主要是通過抑制HMGCR的合成反饋來抑制肝臟膽固醇的合成[26]，這也是他汀類藥物調(diào)節(jié)膽固醇水平的經(jīng)典作用機(jī)制。HMG-CoA與肝再生的正向關(guān)系在以往研究[27]中已有論述，該實驗發(fā)現(xiàn)在實施部分肝切除術(shù)的大鼠中，肝再生伴隨著HMG-CoA合成酶顯著增加；而新近研究[28]通過構(gòu)造新的基因模型發(fā)現(xiàn)，HMGCR基因缺失可導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡和補(bǔ)償性肝再生。此外，在生化水平上觀察到除膽固醇外，HMGCR的其他所需物質(zhì)水平下降和耗竭；進(jìn)一步實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)多萜醇耗竭后，可以出現(xiàn)有效的HMGCR抑制、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和肝細(xì)胞的再生。此外，他汀類藥物作為HMGCR抑制劑，同樣涉及對肝再生反應(yīng)的調(diào)節(jié)。在一項骨橋蛋白敲除小鼠的實驗[29]中發(fā)現(xiàn)，阿托伐他汀可增加脂質(zhì)攝取，提供再生所需的代謝前體進(jìn)而改善小鼠肝再生。辛伐他汀與間充質(zhì)干細(xì)胞聯(lián)合治療可降低硫代乙酰胺誘導(dǎo)的肝硬化大鼠肝膠原分布，增加肝細(xì)胞再生[30]。而氟伐他汀也被證明可通過抑制肝星狀細(xì)胞的激活和改善血管內(nèi)皮功能，促進(jìn)大面積肝切除大鼠模型的肝再生和微循環(huán)[31]。綜上，調(diào)控肝臟膽固醇HMGCR的合成和抑制與肝再生有著密切聯(lián)系。

2.3 膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1) CYP7A1是在肝臟內(nèi)膽固醇分解成膽汁酸的限速酶，占總膽汁酸合成的90%，是膽汁酸最重要的合成途徑。同時CYP7A1受到FGF15/19和FXR-SHP信號的抑制，被稱為膽汁酸的負(fù)反饋調(diào)節(jié)(圖2)，在促進(jìn)膽固醇-膽汁酸循環(huán)、肝再生和新陳代謝中發(fā)揮著重要作用[5-6]。已有研究[32]發(fā)現(xiàn)在70%的肝切除術(shù)中，肝臟特異性過度表達(dá)的外源性CYP7A1基因伴隨著肝細(xì)胞凋亡和肝損傷增加。新近發(fā)現(xiàn)CYP7A1過度表達(dá)會導(dǎo)致膽汁酸積累，影響肝臟的再生，而FGF15可降低CYP7A1及肝膽酸毒性水平，并促進(jìn)肝再生[7]。Ibrahim等[33]發(fā)現(xiàn)肝再生增強(qiáng)劑可降低CYP7A1 mRNA表達(dá)和膽汁酸水平，進(jìn)而降低膽汁酸累積引起的細(xì)胞凋亡，促進(jìn)肝再生。由此可見抑制膽固醇代謝物CYP7A1對肝再生的保護(hù)意義，一是促進(jìn)膽固醇的分解，二是減少膽汁酸的累積。

3 膽固醇在肝衰竭治療中的潛在價值

體內(nèi)70%～80%膽固醇由肝臟合成，是血漿膽固醇的主要來源，因而膽固醇的高低能夠直接反映肝臟的儲備功能[34]。血清膽固醇水平低的肝衰竭患者其病死率極高，即肝衰竭患者死亡伴隨膽固醇的消耗殆盡[35]。但作為肝細(xì)胞合成代謝指標(biāo)其與肝細(xì)胞再生的關(guān)系并未引起足夠的重視，未曾考慮膽固醇與肝再生可能存在交互關(guān)系。近年來研究[24]發(fā)現(xiàn)，肝衰竭時肝細(xì)胞膽固醇合成功能與肝細(xì)胞再生速率呈正相關(guān)，并且膽固醇可能通過脂質(zhì)水平、膽固醇硫酸化、核受體等途徑參與肝衰竭的發(fā)生。

3.2 膽固醇硫酸化 膽固醇硫酸化在許多生物事件的調(diào)節(jié)中起著基本作用，其產(chǎn)物25-羥基膽固醇(25HC)、3-硫酸-25-羥化膽固醇(25HC3S)和25-羥化膽固醇硫酸酯(25HCDS)被證明是脂質(zhì)代謝、炎癥反應(yīng)、肝細(xì)胞凋亡和肝細(xì)胞再生的有效調(diào)節(jié)劑[48]。25HC3S/25HCDS在體內(nèi)和體外可以抑制膽固醇及甘油三酸酯的生物合成，并通過膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol-regulatory element binding protein,SREBP)信號傳導(dǎo)減少肝臟組織中的脂質(zhì)蓄積和循環(huán)中的脂質(zhì)水平[8]；同時通過抑制肝X受體(LXR)信號通路促進(jìn)肝再生并制約部分肝切除術(shù)后的細(xì)胞凋亡[49]。有報道[50]顯示25HC3S和25HC協(xié)同調(diào)節(jié)核過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ易位，與25HC相比，25HC3S增加核PPARγ和胞質(zhì)IκBα表達(dá)，降低NF-κB核易位，并抑制TNFα和LPS誘導(dǎo)的促炎基因的釋放。PPARγ主要分為PPARγ1和PPARγ2，PPARγ2的主要作用是負(fù)責(zé)分化脂肪細(xì)胞[51]。Ning等[52]研究認(rèn)為PPARγ1/IκBα/NF-κB是25HC3S誘導(dǎo)的炎癥抑制的可能途徑，其原因是25HC3S/25HCDS抑制了肝臟促炎反應(yīng)和細(xì)胞凋亡以及誘導(dǎo)涉及細(xì)胞存活的基因表達(dá)。另一項報道[53]則是對Ⅰ型IFN、膽固醇25-羥化酶(CH25H)和25HC展開研究。Ⅰ型IFN具有強(qiáng)大的抗病毒活性和免疫抑制作用，該作用有助于預(yù)防不受控制的炎癥，對自身免疫性疾病具有重要作用。CH25H可在25位羥基酶化膽固醇以生成25HC[54]。該研究發(fā)現(xiàn)25HC可通過拮抗SREBP來減少IL-1β轉(zhuǎn)錄，該反應(yīng)主要是通過CH25H誘導(dǎo)IFN的關(guān)鍵基因來下調(diào)膽固醇生物合成，不依賴LXR機(jī)制；同時25HC又可在IFN信號下游通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)抑制IL-1家族細(xì)胞因子產(chǎn)生和炎癥小體的活性。CH25H主要是通過調(diào)節(jié)SREBP來調(diào)節(jié)IL-1β表達(dá)和炎癥水平。另外在LPS處理的CH25H缺陷骨髓源性巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)Casp-1、Nlrp3和Asc表達(dá)上調(diào)，包括炎癥因子IL-1β、IL-1α、IL-18和pro-IL-1β水平升高，但I(xiàn)L-6水平不受影響。并且經(jīng)LPS處理的CH25H缺陷小鼠較未用LPS處理的CH25H缺陷小鼠早約12 h死亡[55]。因此，膽固醇硫酸化產(chǎn)物25HC、25HC3S和25HCDS，包括CH25H及新興的Ⅰ型IFN皆具有抑制炎癥、調(diào)節(jié)自身免疫和抗病毒活性等作用，與肝衰竭的發(fā)病機(jī)制息息相關(guān)，可以為肝再生機(jī)制的研究提供幫助。

4 小結(jié)與展望

肝衰竭是臨床上常見且嚴(yán)重的臨床癥候群，其病情進(jìn)展迅速、預(yù)后差、病死率極高。膽固醇可能通過參與肝再生影響肝衰竭的發(fā)生發(fā)展，并決定肝衰竭的預(yù)后。膽固醇循環(huán)、合成及代謝與肝再生有著密切關(guān)聯(lián)，其中包括膽固醇-膽汁酸循環(huán)涉及的一系列調(diào)控，HMGCR在膽固醇合成過程的限速反應(yīng)，CYP7A1對膽固醇分解和膽汁酸累積之間的平衡影響等。此外，膽固醇的合成與循環(huán)對肝衰竭發(fā)生發(fā)展有著多方面的意義和價值，包括其本身及代謝物STARD1對JNK或JNK/P38MAPK信號通路調(diào)控肝衰竭肝細(xì)胞再生的影響；HDL水平影響肝衰竭肝再生、免疫反應(yīng)和炎癥過程；以及膽固醇硫酸化產(chǎn)物25HC、25HC3S和25HCDS等具有抑制炎癥、調(diào)節(jié)自身免疫和抗病毒活性等作用。

綜上，膽固醇循環(huán)過程及其代謝衍生物涉及肝再生的啟動與調(diào)控，與肝衰竭的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，有望成為肝衰竭和肝再生的下一步切入點。未來可以嘗試從膽固醇角度實施對肝衰竭疾病進(jìn)展的把控和新型藥物及治療靶點的研究，以提高該病臨床診療水平。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：林鏞負(fù)責(zé)課題設(shè)計，資料分析，撰寫論文；顏耿杰、馮逢、彭子明、韋艾凌、龍富立參與收集數(shù)據(jù)，修改論文；王明剛、姚春負(fù)責(zé)擬定寫作思路，指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。