肝纤维化(liver fibrosis)是继发于肝脏炎症或损伤后组织修复过程的代偿反应,表现为细胞外基质在肝内过量沉积[1]。肝星状细胞(又称贮脂细胞,Ito细胞或窦周细胞, hepatic stellate cells,HSC)激活并转化为肌成纤维样细胞和成纤维细胞是肝纤维化发生、发展的核心环节[2]。酪氨酸蛋白激酶在HSC激活过程中细胞内信号传递方面起了重要的作用。酪氨酸蛋白激酶抑制剂可能通过抑制细胞内信号传导而影响HSC激活。本文就酪氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶抑制剂与肝星状细胞的激活作一综述。
HSC位于肝细胞与肝窦内皮细胞之间的Disse间隙,形态不规则,胞体呈卵圆形,胞质富含类维生素A脂滴。正常时呈静息状态,其功能主要是储存和代谢维生素A,合成和分泌少量的ECM,并有一定的产生胶原酶的作用 [1]-[3] 。肝脏受损时HSC被激活[4],表现出特征性变化:类维生素A脂滴丢失,快速发生形态学改变;表达α-平滑肌肌动蛋白,具有收缩性;表达多种细胞因子及受体;细胞明显增殖,合成大量的ECM。很多因素对HSC激活起促进作用,包括ECM成分和结构的改变,多种生长因子、细胞因子、趋化因子、氧化应激产物和其他可溶性因子的分泌等,这些因素常同时作用于HSC,彼此相互影响,形成一种介质-靶点-ECM间相互作用的复杂网络。
1、 酪氨酸蛋白激酶介导的细胞内信号传导
TPK为一个大的结构多样的酶家族,分为受体型和非受体型两种。受体型TPK是细胞内段具有酪氨酸激酶活性的一类跨膜受体,如血小板衍生生长因子受体(PDGFR)、成纤维细胞生长因子受体(FGFR)、表皮细胞生长因子受体(EGFR)等。非受体型TPK 是细胞浆中具有酪氨酸激酶活性的蛋白质。目前认为TPK信号传导系统主要与细胞生长和增殖有关。
1、1受体型酪氨酸蛋白激酶
RTK信号传导通路是细胞外刺激信号传递到细胞核内最基本的途径之一。RTK的效应通过两条途径实现,即(1)一系列大分子相互作用引起级联反应,最基本的途径为RTK-Ras-MAPK途径,其传递的基本环节如下:RTK 衔接蛋白(adaptor,含有SH2,SH3结构的蛋白,如Grb2) 鸟嘌呤核苷酸释放因子(GRF,如Sos) Ras蛋白 - GAP酶激活蛋白 MAPKKK(Raf) MAPKK(MEK) - MAPK(ERK) 底物(转录因子) DNA合成或转录[5]。(2)通过酶的作用产生小分子第二信使,主要是产生磷酸肌醇信号传导系统的一些产物,如PLC、PLA2、PI3-K、PI4-K等。
在未受刺激的细胞中,衔接蛋白Grb2通过其C端的SH3区与Sos结合成复合物,游离于胞质中。当细胞膜上的受体被配体激活后,发生二聚化和酪氨酸自身磷酸化,从而为Grb2 N端的SH2结构域提供一个结合位点,吸引Grb2-Sos复合物向细胞膜靠近,引起膜质区Sos的增高,并间接导致Sos与其底物Ras靠近,通过Sos分子中的核苷酸转换酶的作用使Ras-GDP成为激活型的Ras-GTP[6]。
Raf-1是激活型Ras的靶分子。激活的Ras通过诱导Raf-1的质膜定位效应[7],使胞质内游离的Raf-1转移到质膜上,通过自身磷酸化或激酶催化而激活,然后启动MAP激酶级联反应。激活的Raf-1使MEK上的Ser残基发生磷酸化而被激活,后者再使下游的ERK激活。ERK易位进入核内,激活转录因子,进而调节基因的转录。
1、2 非受体型酪氨酸蛋白激酶
非受体型TPK是细胞浆中具有酪氨酸激酶活性的蛋白质,在其激活过程中,可引起胞质蛋白包括受体本身的Tyr残基磷酸化,目前发现的有Src家族、JAK家族、Syk/ZAP-70家族、Tec家族等。
近年来,多数学者将JAK-STAT通路归为非受体型TPK。JAK是与不具有内源性激酶活性受体相联系的Janus可溶性酪氨酸激酶(Janus kinases, JAK),其底物是细胞信号转录激活因子(STAT)。其作用途径为:细胞因子与其受体结合后引起受体分子的二聚化,这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的Tyr磷酸化作用而激活。激活的JAK激酶催化受体本身的Tyr残基磷酸化并形成相应的STAT分子与受体复合物结合的“停泊位点”(docking site),使STAT得以通过其SH2结构域与受体上的磷酸Tyr残基结合并在JAK激酶的作用下实现其C端Tyr残基的磷酸化。两个磷酸化的STAT分子利用SH2结构域的Arg与Tyr之间的作用形成同/异二聚体并离开受体进入细胞核,与目的基因的启动子区域结合,激活相应基因的转录和表达[8] 。
2、 肝星状细胞激活后细胞内信号传导的变化
HSC激活的分子生物学机制十分复杂,其中TPK起了非常重要的作用。正常HSC中既存在着TPK,又存在着去磷酸化酶,细胞磷酸化和去磷酸化反应,维持着一个动态平衡。肝脏受损后,HSC受多种生长因子、细胞因子和氧化应激产物以及ECM成分和结构的改变的影响,从静息状态转为激活状态,TPK活性增加。
2、1 RTK与HSC激活
现已发现HSC内MAPK信号传导途径主要有ERK和SAPK(应激激活蛋白激酶)途径。一些细胞因子如PDGF、EGF、NGF等作用于HSC表面的RTK,激活ERK传导途径,经以下途径转导信号:(1)通过磷酸化PLC-γ(磷脂酶C-γ)的Tyr残基而激活PLC-γ,引起肌醇磷脂代谢;(2)激活Ras-GAP;(3)磷酸化PI-3-K而使其激活;(4)通过SH3区与Grb2/sem5调节Ras的信号转导。Ras激活后再激活Ser/Thr激酶Raf,Raf激活MAPKK,MAPKK再磷酸化MAP激酶而使其激活,最后激活转录因子,调节基因转录,HSC表现出分化、增殖。紫外线、渗透压休克及有些细胞因子(如IL-1、TNF-α)等作用于HSC,激活SAPK传导途径(SAPKs包括c-jun、p38MAPK、N-端蛋白激酶(JNK)和一系列的蛋白激酶),导致转录因子如Zf9、SP1、NFκB、c-myb等的的激活,最终导致基因表达上调,HSC表型发生变化 [5][10]。
2、2 非受体型TPK与HSC激活
有的细胞因子与其受体结合后引起受体分子的二聚化或寡聚化,使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的Tyr磷酸化作用而激活,使JAK-STAT信号传导途径发生级联磷酸化。研究表明,STAT-1α在调节生长因子作用下HSC和其他间质细胞的激活方面起到重要作用。Kawada等[11]已证实STAT-1在调节生长因子引起的细胞激活中的作用,指出cAMP可通过影响STAT-1的激活而抑制DNA的合成。
粘着斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)为一种非受体型TPK,具有独特的结构和功能,在整合素介导的ECM向细胞内传递信号中扮演关键性的角色,通过ECM引起整合素在粘着斑处聚集,经整合素-踝蛋白(talin),talin-FAK间的相互作用,多个FAK分子聚集到粘着斑复合物处,通过自身磷酸化而激活,FAK激活后,可偶联于含SH2结构域的信号蛋白,包括Src激酶家族,PI-3-K,Grb2/Sos等;也可偶联于含SH3结构域的信号分子,包括踝蛋白,桩蛋白(paxillin),P130Cas及一种Rho蛋白(Ras蛋白的一个家族)的GTP酶激活蛋白(GAP)等。通过如此偶联,FAK将整合素介导的信号下传,参与HSC细胞功能和细胞骨架的调节[12][13]。
3、 酪氨酸蛋白激酶抑制剂对HSC 激活的抑制作用
由于激活的HSC是肝纤维化时ECM的主要来源细胞,因此,可以设想通过抑制HSC的激活达到抗纤维化的作用,而在HSC的激活过程中TPK起了非常重要的作用,推测TKI可能通过抑制细胞内信号传导而抑制HSC的激活,从而抑制肝纤维化。不少研究者在这方面做了大量的工作。
由于肽底物和变构调节位点最能反映蛋白激酶的生物学特性,有学者根据TKI作用位点的不同,将其作了简要分类。
3、1与ATP竞争的TKI
此类TKI与蛋白激酶竞争结合ATP结合位点。80年代发现黄酮类槲皮素(quercetin)能抑制TPK和丝/苏氨酸蛋白激酶。以后Ogawara等[9]从假单胞菌属中分离得到一种三羟基异黄酮它能抑制EGF受体TPK活性。目前TKI在肿瘤方面的研究较深入,在肝纤维化方面,许多学者也作了大量的研究。Elke等[14]研究表明黄酮类化合物水飞蓟宾及其类似物能减少体外培养的HSC和成纤维细胞增殖,降低ECM成分的基因表达,其机理可能为下调TGF-β1基因的表达。Kawada等[15]研究表明,白藜芦醇及槲皮素具有调节RTK的活性的作用,能抑制HSC的增殖和激活,降低α-SMA的表达,干扰PDGF的活性,降低周期蛋白D1的水平,抑制枯否细胞产生NO和TNF-α。Bonacchi等[16]通过体外实验证实趋化因子受体CXCR3与配体结合后激活RAS/ERK途径,促Src磷酸化,增加PI-3-K及其下游信号通路的活性,Genistein能抑制这种作用,而PI3-K特异性的抑制剂Wortmannin却无抑制作用,提示Src的激活可能是CXCR3激活RAS/ERK途径所必须的。其他黄酮类化合物如PD98059也可能通过抑制TPK信号传导通路而抑制HSC激活[17][18]。
3、2 与蛋白/肽底物竞争的TKI
此类TKI具有与底物蛋白磷酸化位点相同的序列,从而有抑制蛋白激酶的作用。主要包括癌基因抑活药(erbstatin)及其类似物如AG126、AG1128、ST1571等,其特异性较高。目前关于这类TKI对HSC激活的影响的研究也越来越多。Kinnman等[19]用免疫组化和RT-PCR的方法观察在胆汁淤积性肝病大鼠模型及体外培养的HSC中,PDGF-BB和ET-1能促进HSC趋化和增殖,而PDGF受体酪氨酸激酶抑制剂ST1571则可抑制这种作用。Iwamoto等[20]研究发现PDGF-BB刺激HSC导致p44MAPK/p42MAPK的增加,而PDGF受体酪氨酸激酶抑制剂AG1295则通过抑制PDGF-Rβ的自身磷酸化而抑制HSC的增殖。
3、3 以其他方式作用的TKI
这类TKI如除莠霉素(herbimycin A)可特异性地抑制TPK活性,有研究表明其作用位点在酶的巯基,通过与巯基相互作用而引起TPK不可逆的失活。然而其具体的作用机制还不太清楚,有待进一步研究。Sato等[21]通过间接免疫荧光技术观察到在胶原凝胶上培养的HSC,与对照组相比,细胞骨架蛋白如微管、纤维肌动蛋白等表达增加;通过免疫细胞化学法观察到TPK磷酸化作用增强。而TKI herbimycin A通过抑制整合素结合I型胶原纤维而抑制细胞骨架组合。Carloni等[22]探索了GGTI-298对人HSC中FAK的抑制作用。
4、 酪氨酸蛋白激酶抑制剂的应用前景
HSC的激活和增殖与TPK表达水平及活性有关。我们能否以TPK为靶子进行抑制HSC的激活?目前关于TKI对HSC激活的抑制作用尚处于实验阶段,但它在体外和完整细胞内的作用可能不同,其抑制常数可受细胞内多种因素的影响。另外,作为药理学工具的TKI,不仅要能直接与TPK结合,有较好的膜通透性,而且更重要的是对TPK要有严格的特异性,因为体内广泛存在TPK,TKI在抑制HSC内的TPK的同时,也会抑制其他细胞内的TPK。尤其是广谱的TKI,在起治疗作用的同时,也可能带来较大的副作用。虽然目前发现了许多非常有用的TKI,但其特异性距所期望的还相差很远。随着TKI的深入研究,它在肝纤维化中的应用也会逐步走向临床。
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