BMSCs作用于肝纤维化的分子机制研究

BMSCs作用于肝纤维化的分子机制研究摘要随着社会的发展，肝硬化病例在我国的发病率呈逐年增加的趋势。肝硬化的主要原因是各种慢性损伤，主要的病理学特点是肝脏的纤维化进程。目前，肝移植是用来解决肝纤维化有效的手段，但是，在世界范围来看，肝源的缺乏，使肝移植的成活率和可行性不高。随着医学对于肝纤维化的研究，发现这个过程是一个可逆的过程，并且发现了一种能够发挥很好作用的细胞移植方法骨髓间充质干细胞（bonemarrowmesenchymalstemcells，BMSCs）移植。这种方法有望成为肝纤维化的有效治疗方法。本文结合国内外研究，就BMSCs治疗肝纤维化的研究现状作一综述，旨在为研究BMSCs逆转肝纤维化的研究提供参考。关键词骨髓间充质干细胞；肝纤维化；肝星状细胞；信号通路中图分类号R575.2文献标识码A文章编号1673-7210（2013）02（a）-0020-03肝硬化的发生和发展是一个漫长的过程。很长时间以来，纤维化的过程一直是不可逆转的，特别是肝脏的纤维化，唯一有效的方法就是肝移植1，但是肝移植操作难度大，肝脏的来源非常紧张，肝脏移植的费用大，移植后的各种问题，而且肝脏移植后存活率问题，使肝移植很难有效地开展2。随着对纤维化研究的进展，逐渐发现纤维化的可逆的过程，很多实验表明骨髓间充质干细胞移植能够逆转肝脏的纤维化。但骨髓间充质干细胞抑制肝纤维化的具体分子机制尚不明确3-5。1肝纤维化发生的机制当肝脏长期受到反复慢性刺激时，肝纤维化的过程便会发生。肝纤维化的过程中，主要原因是细胞外基质（extracellularmatrix，ECM）合成过多，降解减少，堆积增加。就目前的研究现状来看，ECM主要来自肝星状细胞（hepaticstellatecells）6。当肝实质受到损伤时，肝星状细胞经过一些列转化，成为肌成纤维样细胞，表达-平滑肌动蛋白（-smoothmuscleactin，-SMA），同时获得新的表型：增殖性、收缩性、趋化性、纤维增生性和炎性表型7。细胞不断增殖，产生大量的ECM，最终导致了纤维化的发生。此外，现已证实，肝脏损伤可以激活肝星状细胞内多条分子信号通路，从基因水平上导致肝星状细胞分子生物学特点发生改变，诱导肝纤维化的发生，这是肝星状细胞在肝损伤条件下诱发肝纤维化的重要原因8-9。纤维化的可逆过程10是最近几年在动物实验和临床观察中发现的。ECM的堆积增加和降解减少造成了肝纤维化的发生，通过这个机制，不难推出：只要减少ECM合成和（或）增加ECM降解的方法都能取得逆转的效果。2骨髓间充质干细胞治疗肺纤维化的机制2.1骨髓间充质干细胞促进肝细胞再生研究证实，骨髓间充质干细胞在肝损伤的动物模型中能起到抗纤维化的作用11。安德伟等12利用经体外诱导（利用肝细胞生长因子）的骨髓间充质干细胞定向分化为肝细胞，在移植入纤维化病肝后出现更多表达白蛋白的细胞，说明骨髓间充质干细胞在肝纤维化的环境下可以有效地诱导肝细胞再生。Aziz等13纠通过将骨髓间充质干细胞由尾静脉注入肝纤维化模型鼠内亦可发现骨髓间充质干细胞具有向肝细胞方向的转化及减轻肝纤维化的功能。Parekkadan等14通过将活化的人肝星状细胞与人骨髓间充质干细胞间接共培养后，肝星状细胞的细胞增殖和胶原蛋白的合成均明显减少，细胞凋亡明显增加，这表明骨髓间充质干细胞可抑制肝星状细胞的激活，由此起到延缓肝脏纤维化进程的作用。2.2骨髓间充质干细胞通过信号通路发挥作用骨髓间充质干细胞通过抑制肝星状细胞活化而逆转肝纤维化已经成为了目前研究的热点。但目前关于骨髓间充质干细胞抑制肝星状细胞活化增殖的研究主要集中在细胞凋亡、细胞周期阻滞等方面15-16，而关于骨髓间充质干细胞通过抑制上游分子信号通路抑制肝星状细胞活化增殖的研究鲜见报道。Delta-like1（Dlk1）是一种表皮生长因子样膜结合蛋白，对脂肪细胞分化具有抑制作用，它可以抑制脂质聚集和不同脂肪细胞转录因子的表达17。处于休眠状态的肝星状细胞具有脂肪样细胞特征，而在肝损伤后，肝星状细胞通过失去脂肪细胞特征而激活，转化为成肌纤维样细胞。最近研究显示Dlk1是通过促进肝星状细胞激活而造成肝纤维化的关键靶点分子，在肝损伤发生后，肝星状细胞激活、Dlk-1表达上调，而骨髓间充质肝细胞可以通过下调Dlk-1蛋白表达而抑制肝纤维化的发生18。但骨髓间充质干细胞在下调Dlk-1后是通过哪条具体分子信号通路来抑制肝星状细胞增殖的至今还不明确。研究发现在肝纤维化老鼠模型中应用骨髓间充质干细胞移植后，骨髓间充质干细胞聚集于肝损伤区，降解胶原纤维，恢复肝脏功能。更重要的是采用荧光蛋白标记技术发现，在注射骨髓间充质干细胞初期，荧光标记的间充质干细胞和激活的肝星状细胞均主要聚集于肝纤维化区19-20。由此可见骨髓间充质干细胞与肝星状细胞之间的相互作用在降低肝纤维化过程中可能起到关键作用。而Notch介导的细胞内信号通路在调控多种细胞的生存、增殖和分化方面都起到关键作用21。最近研究发现骨髓间充质干细胞和肝星状细胞在体外共培养后，显著抑制了肝星状细胞的增殖，其内在分子机制是骨髓间充质干细胞通过诱导肝星状细胞Notch1表达水平显著增加，继而通过与PI3K/AKT信号通路对话下调AKT磷酸化而抑制肝星状细胞增殖22。而Dlk-1对Notch信号通路有直接抑制作用23。当骨髓间充质干细胞作用于肝星状细胞后，诱导肝星状细胞Dlk-1下调，而Dlk-1下调诱发Nothch1信号通路激活、表达增加，通过骨髓间充质干细胞与星状细胞之间的细胞与细胞间相互作用而抑制肝星状细胞的增殖，从而逆转肝纤维化的发生。即Dlk1/Notch信号通路可能是骨髓间充质肝细胞作用于肝星状细胞逆转肝纤维化的新机制。2.3骨髓间充质干细胞通过细胞融合参与组织修复当组织受到损伤的时候，干细胞会流入受伤的组织，并且增殖分化为该组织的细胞。可能的机制是干细胞分化过程中的细胞融合现象，即当干细胞与相应的组织发生接触时，就可以影响干细胞的分化24。部分学者认为，这种现象的发生可能不是分化的结果，有可能是干细胞与宿主细胞直接的融合现象25。Koymgi等26提出，这种细胞融合的形成有利于细胞之间的物质交流和信号连通。但也有学者认为在体细胞融合发生概率极低，属偶发现象，因此这一现象发生的生物学意义尚需进一步论证。3存在的问题与展望骨髓间充质干细胞能够分化为肝细胞，抑制和减轻肝纤维化，并且不发生同种异体移植排斥反应，在治疗肝硬化肝纤维化方面具有广阔的应用前景。但是直到目前为止，骨髓间充质干细胞广泛应用于临床还有许多问题亟待解决：骨髓间充质干细胞体内数量少，体外分离、纯化及扩增方法还不够完善；骨髓间充质干细胞特异性表面标志分子不确定；骨髓间充质干细胞逆转肝纤维化的分子机制尚不清楚；骨髓间充质干细胞移植后是否会产生无法控制的细胞分化增殖，是否具有致瘤性。相信随着这些难题的解决，骨髓间充质干细胞移植有望成为治疗肝纤维化的理想方法。参考文献1BonisPA，FriedmanSL，KaplanMM.Isliverfibrosisreversible？J.NEnglJMed，2001，344（6）：452-454.2MerionRM.CurrentstatusandfutureoflivertransplantationJ.SeminLiverDis，2010，30（4）：411-421.3ZhaoW，LiJJ，CaoDY，etal.IntravenousinjectionofmesenchymalstemcellsiseffectiveintreatingliverfibrosisJ.WorldJGastroenterol，2012，18（10）：1048-1058.4PengL，XieDY，LinBL，etal.AutologousbonemarrowmesenchymalstemcelltransplantationinliverfailurepatientscausedbyhepatitisB：short-termandlong-termoutcomesJ.Hepatology，2011，54（3）：820-828.5PiryaeiA，ValojerdiMR，ShahsavaniM，etal.Differentiationofbonemarrow-derivedmesenchymalstemcellsintohepatocyte-likecellsonnanofibersandtheirtransplantationintoacarbontetrachloride-inducedliverfibrosismodelJ.StemCellRev，2011，7（1）：103-118.6BatallerR，BrennerDA.LiverfibrosisJ.JClinInvest，2005，115（2）：209-218.7FriedmanSL.MechanismsofhepaticfibrogenesisJ.Gastroenterology，2008，134（6）：1655-1669.8ChenYX，WengZH，ZhangSL.Notch3regulatestheactivationofhepaticstellatecellsJ.WorldJGastroenterol，2012，18（12）：1397-1403.9SekiN，TohU，KawaguchiK，etal.TricininhibitsproliferationofhumanhepaticstellatecellsinvitrobyblockingtyrosinephosphorylationofPDGFreceptoranditssignalingpathwaysJ.JCellBiochem，2012Feb22.doi：10.1002/jcb.24107.10IsmailMH，PinzaniM.ReversalofliverfibrosisJ.SaudiJGastroenterol，2009，15：72-79.11AlisonMR，ChoongC，LimS.ApplicationofliverstemcellsforcelltherapyJ.SeminCellDevBiol，2007，18：819-826.12安德伟，胡祥，曹亮，等.骨髓间充质千细胞定向分化肝细胞及肝内移植研究J.中华试验外科杂志，2005，22（8）：917-919.13AzizMTA，AttaHM，MallfouzS，etal.Therapeuticpotentialofbonemarrow-derivedmesenehymalstemcellsonexperimentalliverfibrosisJ.ClinBiochem，2007，40（12）：893-899.14ParekkadanB，vanPollD，MegeedZ，etal.ImmunomodulationofactivatedhepaticstellatecellsbymesenchymalstemcellsJ.BiochemBiophysResCommun，2007，363：247-252.15梁梓宇，姜海行，覃山羽，等.大鼠骨髓间充质干细胞体外诱导肝星状细胞系凋亡J.基础医学与临床，2010，30（8）：836-842.16王东旭，姜海行，苏思标，等.体外共培养大鼠骨髓间充质干细胞对肝星状细胞增殖的影响：CyclinD1与P27表达调控J.中国组织工程研究与临床康复，2010，14（10）：1764-1768.17SulHS.Pref-1：roleinadipogenesisandmesenchymalcellfateJ.MolEndocrinol，2009，23（11）：1717-1725.18PanRL，WangP，XiangLX，etal.Delta-like1servesasanewtargetandcontributortoliverfibrosisdown-regulatedby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