转化生长因子-α及β与肝再生关系研究进展

【关键词】 转化生长因子-α； 转化生长因子-β； 肝再生

肝脏具有强大的再生能力，其调控机制复杂。肝切除术对肝脏既有机械性损伤，又有缺血再灌注损伤，其再生过程是一个复杂的病理生理过程［1］。非实质细胞在肝部分切除术后肝再生的应答过程中，起着重要的调节作用,调节着肝细胞的代谢和生长,而细胞与细胞之间相互作用的桥梁主要来自于细胞因子,细胞因子在肝再生过程中又起着非常重要的作用［2］。其中转化生长因子α（TGF-α）和β（TGF-β）的调节作用越来越受到重视。

1 生物学特征

1.1 TGF-α一般生物学征 TGF-α（transforming growth factor-alpha）是一种50个氨基酸残基组成的单链多肽类因子，属于表皮生长因子（EGF）家族成员，位于第2号染色体，含有6个外显子和5个内含子，长约70～100 kD，编码TGF-α的mRNA长约4.5～4.8 kD，分子量在5～20 kD之间，能够与EGF竞争性结合EGFR，发挥生物学作用。TGF-α是分子量为25 kD的二聚体，由2条相同的含有112个氨基酸亚单位的肽链通过二硫键连结［3］。转化生长因子-α（TGF-α）在人的多种肿瘤组织、癌细胞及转化细胞中高表达,部分正常组织也含有很少量的TGF-α。和多数细胞因子一样，TGF-a至少可以通过三种方式作用于靶细胞而发挥作用:（1）自分泌。靶细胞为分泌TGF-α的细胞，通过增加TGF-α的分泌及其细胞膜上EGF-R数目来实现其调节作用。（2）旁分泌。即短暂性的向局部环境释放TGF-α，使单个细胞调节邻近细胞对各种外界刺激的反应。（3）邻分泌。通过结合和活化邻近细胞膜上EGF-R起调节作用。这种多作用方式提示，当有合适的激活物出现时，TGF-α在调节局部细胞生长、分化及肿瘤形成过程中起重要作用。

1.2 TGF-β一般生物学特征 TGF-β单体是由含390个氨基酸残基的非活性前体经酶解而成，人和哺乳动物的TGF-β主要有β1、β2、β3三型亚单位［4］，体内血小板、内库普弗细胞（KC）、窦内皮细胞及淋巴细胞均能分泌TGF-β,活化的肝星状细胞是其主要来源［5］。TGF-β是由二硫键相连形成的一种同源二聚体多肽分子，分子量为25 kD，它是广泛存在于组织和细胞中的多肽生长因子，对细胞的生长、分化、组织修复和免疫功能等均具有重要的调节作用［6］。TGF-β和其受体（TβR）结合才能发挥生物学效应。TGF-β能调节免疫系统许多细胞的生成、分化及其功能,能抑制T、B淋巴细胞的增生和活性,抑制巨噬细胞的吞噬能力。在肝纤维化时它能刺激细胞Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、XVⅢ型等大多数胶原基因mRNA水平的提高或蛋白产物的增加。

2 与肝再生的关系

2.1 TGF-α与肝再生 TGF-α是70年代末在一些逆转录病毒转化的成纤维细胞的培养基中被发现的。它是一种参与调节正常细胞和肿瘤细胞增殖、分化的细胞因子，是肝细胞增殖分化过程中必不可少的有丝分裂原，能够促进局部肝细胞的分化、生长、再生及肿瘤形成时的细胞增殖［7～10］。

在肝部分切除术后,残余肝细胞几乎同时立刻进入G1期,约1周就基本恢复到原有的肝脏重量和功能［11］。肝再生包括三个关键性阶段:启动阶段（G0～G1）、增殖阶段（G1～S）和终止阶段（G1～G0）。TGF-α主要作用于肝再生的增殖阶段,使肝细胞不可逆的进入S期继而增殖。研究表明，TGF-α、EGF、肝细胞生长因子（HGF）参与肝细胞增殖调控的生长因子。这些因子可促进肝细胞DNA合成及分裂增殖作用,使处于感受态的肝细胞进入进展态,完成从G1期到S期的过程［12］。如果缺少这些特定生长因子，肝细胞将不能进行增殖而返回G0期或进入细胞程序性死亡［13］。活体动物实验表明,TGF-α能有效地促进已获得增殖活性肝细胞进行增殖分裂,实现细胞周期循环，体外细胞培养实验显示,TGF-α可直接刺激肝细胞DNA复制和细胞增殖。TGF-α是肝细胞的促细胞分裂素［14］,也可以防止肝细胞凋亡。如果TGF-α的作用被压制，那么肝细胞的增殖也会被削弱，研究表明，TGF-α可以促进肝再生。TGF-α是强有力的有丝分裂原,能够通过提高Ras/MAPK的活性和上调细胞周期素Dl表达对促进肝细胞再生产生相加效应［15］。

TGF-α是促进肝细胞DNA合成的细胞因子之一。肝细胞生长因子（HGF）是目前已知对成熟肝细胞作用最强烈的增殖刺激因子和促有丝分裂原［16］，但Tomiya等的研究表明［17］,肝内与血中的TGF-α水平和肝细胞增殖的相关性强于HGF,认为TGF-α在肝再生过程中起关键作用。TGF-α mRNA就已开始表达，达到高峰是在12～24 h内，而肝部分切除后24 h肝细胞DNA的合成达到高峰［18］。研究发现,将TGF-α直接注入肝脏能引起正常大鼠肝细胞DNA合成［19］。TGF-α的过度表达能引起肝细胞过度增殖和小鼠肝癌,说明TGF-α是肝切除后评价肝再生的一个重要参数。

2.2 TGF-β与肝再生 TGF-β是强有力的肝再生、增生及癌变肝细胞的负性调节剂。TGF-β可抑制肝再生时的DNA合成,它能拮抗TGF-α诱导的肝生长。当TGF-β与TGF-α同时或在TGF-α后24 h再加入到培养基中,肝细胞DNA合成可被抑制70%。实验提示将TGF-β给肝部分切除的大鼠注射,可阻断肝细胞DNA的合成。体外即使在培养基中加入很低浓度的TGF-β,也可抑制肝细胞的DNA合成。TGF-β对肝细胞的抑制是可逆的,说明它并不是非特异性细胞毒作用。对很多上皮细胞来说,TGF具有有丝分裂抑制效应,并在大多数组织由间充质细胞产生。动物实验研究表明,在肝部分切除术（PHx）后,TGF-β基因的激活几乎与肝再生同步启动,其mRNA在PH后4 h即表达增加,18～20 h内均保持很低水平,以后很快升高,72 h达到高峰,肝细胞内DNA的合成也在此时停止［20］。因此,有理由认为TGF-β抑制肝细胞的增殖。

近来研究还发现TGF-β可能通过调节细胞周期蛋白E（Cyclin E）、细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）的表达来阻断生长因子信号传导,进而抑制细胞DNA合成［21］。基础研究表明,TGF-β通过多种机制使细胞停滞在G1期:（1）通过下调细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK4）的合成并因此产生相当丰富的P27而抑制细胞生长。（2）通过降低CyclinA、CyclinE有关激酶的浓度而抑制G1期到S期的转变。（3）改变原癌基因c-myc的表达。c-myc可调节CyclinA、E、D1的表达,而TGF-β能通过抑制c-myc而间接改变Cyclins及Cyclin依赖的激酶的组成,后者是细胞周期进展所必需。（4）TGF-β也可直接使视网膜神经胶质瘤基因产物（pRb）保留在去磷酸化状态而防止E2F的释放和细胞周期进展。

细胞自主的有序性的死亡,在维持器官正常重量和功能方面起重要作用,同时也参与肝脏再生调控。Fas（CD95）是介导凋亡的重要膜受体,属于TNF受体家族的Ⅰ型膜蛋白,可通过结合Fas配体（Fasligand,FasL）形成致死信号传导复合物而激活。有研究表明,Fas/FasL在再生终止阶段启动细胞凋亡,终止肝再生［22］。外源性的TGF-β可诱导培养的肝细胞发生凋亡,慢性病毒性肝炎及酒精性肝病患者的肝脏TGF-β持续增加。研究发现,肝再生的终末一小部分肝细胞发生凋亡。TGF-β可促进线粒体释放细胞色素C,还能影响凋亡基因Bc1-xL、p53及Bax等表达［23,24］,从而促进肝细胞的凋亡。肝细胞受到损伤时,TGF-β受体的表达发生上调,表明TGF-β及其受体途径在肝细胞凋亡中发挥重要作用。

最近的研究表明TGF-β能够调节肝脏的干细胞及表型［25］，干细胞在组织的更新与修复的过程中起着至关重要的作用，因此，从干细胞的概念诞生伊始，便与组织与器官再生的研究紧密联系在一起。在肝受到损害时HSC的结构和功能均发生很大的变化：胞浆内脂滴消失，细胞增殖，分泌细胞因子，同时产生细胞外基质（ECM）。这一系列的变化被称之为HSC的活化［26］。活化的HSC不断分裂增殖，还能分泌多种细胞因子如TGF-β，能调节肝再生。

3 讨论

肝脏再生过程是一个涉及多种信号如周期素、细胞因子、抑制剂、刺激因子、原癌基因、细胞与细胞、细胞与基质间相互作用的精确而有序的调节复杂过程［27］，细胞因子在肝再生过程中具有不同的生物学作用,肝脏再生的启动与终止均有细胞因子的参与,一些正向调控细胞因子TGF-α和负向调控细胞因子TGF-β相互作用及其与其它调控因素共同完成。

综上所述，两者共同作用于肝细胞的再生。TGF-α主要作用于肝再生的增殖阶段，而TGF-β主要作用于肝再生终止阶段，前者促进肝再生，后者抑制肝再生，两者在肝再生中达到平衡。肝再生过程复杂,许多详细机制需进一步阐明,进一步研究细胞因子及其与其它调控素相互作用机制,阐明肝细胞增殖与终止的调控机制,对于阐明肝脏许多疾病（如肝炎、肝功能衰竭、肝硬化、肝纤维化和肝脏肿瘤）的病因及其发病机制、临床治疗，尤其是基因治疗,将具有极其重要的意义。

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（收稿日期：2011-06-24）