肝臟作為人體的重要器官,具有合成、解毒、代謝、分泌、生物轉化以及免疫防御等功能。當肝臟受到各種因素\\(如病毒、酒精、藥物等\\)作用引起嚴重損害后,會造成肝細胞大量壞死,導致上述功能發生嚴重障礙而出現肝衰竭\\(liverfailure\\),其原因在亞洲國家以病毒\\(尤其是HBV\\)感染多見,而在歐美國家則以藥物和毒性物質中毒為主。肝衰竭的形成機制有細胞代謝紊亂學說、免疫反應學說、內毒素二次打擊學說、微循環障礙學說等等,部分解釋了肝功能衰竭的發病機理,但無論是哪一種學說,在肝衰竭的治療過程中,如何促進肝細胞再生是挽救肝功能的關鍵。肝細胞生長因子\\(hepatocytegrowthfactor,HGF\\)為一種小分子多肽物質,具有促進肝細胞再生和抑制肝細胞凋亡的功能,作用機制是通過與其受體c-Met形成信號通路,影響著肝細胞再生的微環境\\(microenvironment\\)形成。肝細胞受損時,HGF的合成和分泌會增加,血清HGF的升高,可作為肝臟受損的檢測指標之一。肝再生\\(liverre-generation,LR\\)是一個受精密調控、非常復雜的多重細胞進程,部分肝切除\\(partialhepatectomy,PH\\)或肝損傷后,肝細胞數量急劇減少,各種反饋信號刺激處于G0期的肝細胞進行增殖,殘肝細胞通過細胞增殖由基本不生長狀態轉變為快速生長狀態,以補償丟失、損傷的肝組織和恢復肝臟的生理功能。但肝再生并非是切除的肝臟重新生出,而是由剩余的肝葉代償性的增大直至恢復原有肝的質量和體積,恢復后肝細胞的再生根據肝臟的重量與個體體重比例來決定再生是否停止。因此肝再生被分為啟動、增殖和終止三階段,各個階段參與調控的細胞因子均不同,其再生的啟動是由于肝損傷后肝微環境發生了改變,啟動了再生的分子調控機制和多條信號通路,包括HGF與其受體c-Met形成的信號HGF/c-Met,參與調控對死亡受損細胞的清除和對損傷較輕細胞的修復以及通過存活細胞的增殖來實現肝的再生。因此,促進肝再生的細胞內、外信號的研究,對于如何將已損害的肝微環境轉變成有利于其再生的微環境,從而能夠促進肝再生,減少對肝移植的需求來挽救更多的功能嚴重受損和衰竭的肝臟,是目前肝再生的研究趨勢和熱點。
1、HGF及受體c-Met的分子結構和生物學特性
1.1HGF的結構和生物學特性
HGF由位于人類第7號染色體長臂\\(7q21.1\\)的hgf基因編碼,其結構實質是含728個氨基酸的肝素結合糖蛋白。
HGF包含了6個結構域:氨基末端結構域、4個Kringle結構\\(扣環結構\\)域、類絲氨酸蛋白酶結構域\\(SPH\\)。HGF在體內以單鏈前體被合成,在蛋白水解酶作用下水解成有活性的雙鏈分子,成熟的HGF\\(活性形式\\)在非還原狀態下由30kD的α鏈和60kD的β鏈經一對二硫鍵連接而成的異二聚體,具有活化c-Met的功能。其中,4個Kringle結構域與纖溶酶原結構相似;而類絲氨酸蛋白酶結構域\\(SPH\\)與擴散因子\\(ScatterFactor,SF\\)有同源性,由同一基因編碼,這種結構的特異性可能與HGF的促細胞運動作用有關。
HGF最早是1984年由Nakamura等人發現從肝臟70%切除后的小鼠模型血漿中提取出來的一種能促進肝細胞DNA合成與增殖的細胞因子,因其能刺激原代培養中肝細胞的生長和合成,故將其命名為HGF。多種器官組織如肝、肺、腎等都可以產生HGF,但主要由間質細胞產生。在肝內,HGF可由Kupffer細胞、血竇內皮細胞和肝星狀細胞產生,而肝實質細胞不產生HGF。HGF能刺激肝細胞的DNA合成,且在肝再生過程中起重要作用,它是目前已知的最強的肝再生促進劑\\(Promoterofliverregeneration\\),具有促進細胞增殖和細胞保護作用。
1.2c-Met受體的結構和生物學特性
c-Met位于人類7號染色體長臂\\(7q31\\)。c-Met胞外域具有1個SEMA域和1個花柄樣結構,前者由β螺旋組成,后者由4個Ig區構成,二者被一個小的富含胱氨酸的區域\\(CR\\)分離。此外,c-Met還有一個富含半胱氨酸的模體\\(motif\\)和1個羧基末端的序列構成,稱為c-Met相關序列\\(MRS\\),組成了該傳導信號的下游。
c-Met受體是其編碼的跨膜蛋白,由50kD的α鏈和145kD的β鏈經二硫鍵相連形成的異二聚體蛋白,α鏈位于細胞外,β鏈跨膜存在,并有酪氨酸激酶位點,屬Ⅱ型酪氨酸激酸酶受體,通過酪氨酸磷酸化誘發信息傳導。1984年,Cooper等在研究人骨肉瘤Hos細胞系時,克隆出了一個具有轉化活性的片段,定名為c-Met。1987年,Park等報道了c-Met的cDNA序列,并確定c-Met屬于酪氨酸激酶家族。1991年,Bottaro等研究證實了HGF和c-Met的關系:受體c-Met為HGF特異性膜表面受體,介導HGF所有的生物學作用,具有酪氨酸激酶活性,參與細胞信息傳導、細胞骨架重排的調控,是細胞增殖、分化、形態發生和侵襲運動的重要因素。Huh等通過敲除c-Met基因小鼠研究發現,c-Met基因在肝臟缺失會嚴重影響肝細胞的存活和肝組織的修復。
2、HGF及受體c-Met信號通路在肝再生中的作用機制
作為肝再生重要的信號調控,HGF的生物學作用不是直接發揮的,而是通過原癌基因c-Met編碼的跨膜酪氨酸激酶受體的磷酸化實現的。HGF與c-Met受體結合引起c-Met胞質內酪氨酸殘基的自身磷酸化,酪氨酸殘基\\(Tyr1234,Tyr235\\)的磷酸化激活了c-Met胞質內蛋白激酶結構域中酪氨酸激酶\\(PTK\\),激活的PTK可引起c-Met羧基末端Tyr349和Tyr356的自身磷酸化,隨后,使胞漿信使蛋白質磷酸化,從而啟動包括Ras/MAPK和PI32K/PKB在內的多條信號傳導通路的激活,將增殖信號傳至細胞核內,通過調節特定基因的表達而促進肝細胞的再生。
c-Met信號途徑的激活誘導大量肝細胞出現有絲分裂、形態學改變和抗凋亡活性,從而在肝臟再生中發揮重要作用。其次,HGF通過與其受體c-Met的結合后引起酪氨酸磷酸化來提高肝細胞內游離鈣離子濃度,進而影響肝細胞游走、生長及表型變化,促進肝細胞的生長。
D'ErricotA等研究認為,肝細胞再生取決于肝細胞表面細胞膜上c-Met的激活,而不是單純HGF分泌的增加。研究發現,HGF及其受體c-Met在肝衰竭和肝大部切除兩種動物模型肝組織中存在著表達差異。肝大部切除大鼠模型血清中HGF水平和肝細胞表面c-Met表達都升高,而肝衰竭大鼠模型僅有血清HGF水平的升高,其肝細胞c-Met表達無顯著性變化,表明肝細胞再生需要c-Met的激活。HGF分泌或c-Met蛋白表達的減少都不利于肝細胞的再生,肝衰竭患者體內HGF水平持續升高,而殘存肝細胞c-Met蛋白表達的“失代償”為肝細胞再生障礙的主要原因之一。
3、HGF及受體c-Met信號在肝再生中的調控機制及作用
HGF是一種具有多重功能的細胞生長因子,與其受體c-Met結合后可激發多種生物學反應,從而調節肝細胞的增殖、分化、形態發生和侵襲運動等。目前已經證實,HGF在肝再生中的調控作用包括:啟動肝再生。肝再生是一個相當復雜的過程,大量的細胞因子參與了肝再生的調節,許多研究結果證明,HGF/c-Met信號參與了肝再生的啟動并在肝細胞增殖過程中起重要調控作用;促進肝細胞分裂。在對HGF生物活性測定的觀察中發現,HGF對肝細胞DNA的合成具有刺激作用,HGF在原代肝細胞無血清培養中可刺激肝細胞DNA合成,從而促進肝細胞分裂。
HGF通過門靜脈注射,可在體內刺激肝細胞DNA合成;促肝細胞運動作用。HGF與SF結構具有同源性,因此,HGF具有類似SF的“擴散”功能。研究發現,在一些上皮細胞和內皮細胞培養體系中加入不同濃度的HGF均可促進細胞擴散和遷移。一般而言,HGF對一種細胞若有促分裂作用則無促運動作用,但肝細胞例外,HGF既可促進肝細胞分裂又可促進肝細胞運動。HGF的這種不同作用可能是通過不同受體而實現的,這方面的資料還有待進一步探索研究。
4、HGF與受體c-Met信號調控肝再生作用的臨床應用
4.1部分肝切除\\(partialhepatectomy,PH\\)術后
PH仍是目前治療肝癌的有效方法之一。因殘余肝組織的功能和生理活性明顯降低,術后患者往往較難恢復,因此如何促進肝組織再生對肝癌切除后的臨床治療有較高價值。HGF是一種有效的肝細胞有絲分裂原\\(Livercellmitogen\\),已成為當今PH術后肝組織再生和功能恢復研究的熱點。
PH能有效誘導殘余肝組織HGF基因表達和細胞源性HGF含量增加,其作用膜受體c-Met\\(靶位\\)的激活參與HGF誘導的肝再生調控,介導細胞內下游信號級聯反應\\(Intracellularsignalingcascade\\),啟動殘余肝組織DNA合成和再生調控,從而促進PH術后肝再生。
4.2肝移植
活體肝移植的臨床應用及技術上的日趨成熟在一定程度上緩解了供肝匱乏的矛盾。但是臨床資料表明,成人間活體肝移植的生存率遠低于兒童。供肝與受體比例的不匹配,是導致成人間活體肝移植后移植肝功能損害的關鍵原因。研究發現,建立大鼠小體積肝移植模型,輸注表達人肝細胞生長因子\\(humanhepatocytegrowthfactor,hHGF\\)的骨髓間充質干細胞\\(mesenchymalstemcells,MSCs\\),HGF/MSCs在移植早期對小移植肝具有促再生作用,其促肝再生作用包括:改善小體積肝移植大鼠的肝功能,促進小體積肝移植肝再生;改善肝功能經由產生hHGF和上調其受體c-Met途徑;促進肝細胞的增殖,抑制其凋亡,從而提高小體積肝移植大鼠的生存率。
4.3肝硬化\\(livercirrhosis\\)等各種慢性肝病
肝硬化是臨床上常見的慢性進行性肝病,由一種或多種病因長期或反復作用形成的彌漫性肝損害。在我國大多數肝硬化患者為肝炎后肝硬化,少部分為酒精性肝硬化和血吸蟲性肝硬化。肝纖維化是多種慢性肝病發展至肝硬化的共同病理基礎,在藥物、病毒、酒精、自身免疫等各種致病因素作用下所致的持續或反復的肝實質炎癥、壞死,同時引起間質細胞及細胞間質增多,尤其是細胞外基質蛋白合成增加,而其降解活性相對或絕對不足,導致肝纖維結締組織大量增生,形成肝纖維化\\(Liverfibro-sis\\)。肝纖維化是可逆性病變,但一旦發展到肝硬化階段,將是一個不可逆過程,目前臨床上缺乏有效的臨床治療藥物。研究已經證明,HGF可以促進肝細胞增殖,抑制肝纖維化的形成。目前對肝纖維化的研究已從細胞水平進入到了分子水平。研究結果證實,肝損傷發生后,肝臟間質細胞分泌HGF并激活原癌基因c-Met的表達,通過增加HGF/c-Met系統的表達水平,可以拮抗肝纖維化、誘導新生血管形成、促進肝組織細胞的再生。因此,肝硬化時血清中HGF/c-Met的水平明顯高于正常水平。外源性的給予重組的HGF或促進HGF的基因表達可以促進肝硬化肝功能恢復,同時HGF還可改善肝硬化的血小板減少,因此HGF是治療肝硬化具有較好應用前景的重要細胞因子。
5、展望
HGF/c-Met信號傳導通路廣泛存在于各種細胞中,HGF在促進肝細胞再生的同時還參與正常組織的損傷后修復、細胞的運動以及腫瘤的形成、浸潤和轉移、分化及腫瘤血管形成中都發揮重要的作用。因HGF能促進新生血管形成,其對創傷愈合等與血管生成的其他疾病也存在著很好的治療作用。近年來的實驗研究已經發現,HGF除了用于肝臟疾病治療外,還可應用于腎、肺、心血管、中樞神經系統、消化系統等方面的疾病治療?？傊?HGF是一個對多種系統器官疾病進行細胞生物學治療有著很大潛能的細胞因子,但在這方面的研究深度和廣度還有待進一步深入,尤其是HGF的分子調控機制可能存在著通過與不同受體結合而存在有不同的通路,目前仍然不清楚。隨著對HGF/c-Met信號研究的進一步深入,HGF在臨床治療的應用將會越來越廣。
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