引用本文: 劉凱敏, 陳剛, 高紅強, 王冬冬, 何玲華, 佟虹興. 不同細胞來源外泌體在肝星狀細胞中作用的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2021, 28(1): 120-124. doi: 10.7507/1007-9424.202005015 復制
肝纖維化是病毒性肝炎、酒精性肝炎、非酒精性脂肪肝、藥物性肝損傷、血吸蟲病[1]、自身免疫性肝病等多種慢性肝病所致的肝細胞慢性損傷后持續發展的共同病理過程,在此過程中,肝組織內的細胞外基質平衡被打破,反復的炎性反應及細胞外基質過度沉積導致慢性肝病向肝纖維化逐漸發展,最終導致肝硬化或肝癌。近年來,關于肝纖維化的研究層出不窮,從各個方面揭示了肝纖維化的形成機制,其中肝星狀細胞(hepatic stellate cells,HSCs)仍是目前該領域的研究熱點。1876 年,HSCs 被發現[2]并被命名為非 Kupffer 細胞,它是正常肝組織和肝纖維化肝組織細胞外基質的主要來源。在正常生理狀態下,HSCs 表現為不增殖的靜息狀態,當受到各種外界因素刺激時,多種炎性介質誘導多信號轉導通路,HSCs 由靜息狀態轉為活化狀態,HSCs 被激活、增殖,從而形成大量膠原和細胞外基質,此是導致肝纖維化、肝硬化形成的重要環節之一[3-4]。研究者們發現,除了許多慢性肝臟炎癥因子、細胞因子和活性氧可激活 HSCs 外,近年來還發現細胞外囊泡、微小 RNA(microRNA,miRNA 或 miR)、長鏈非編碼 RNA(long noncoding RNA,lncRNA)等也參與 HSCs 的活化過程,其中細胞外囊泡是近年來生命科學研究領域的一項突破發現。根據囊泡直徑大小及其產生的生理過程不同可分為外泌體、微泡和凋亡小體 3 種類型[5-7],其中的外泌體作為一種新的細胞間信號交流方式,通過定向傳遞多種生物活性物質參與介導多種病理、生理學過程。目前研究者普遍認為大多數哺乳動物細胞均能產生外泌體。不同細胞來源外泌體分泌進入細胞外環境后可經旁分泌途徑被受體細胞接收,也可經血液循環作用于全身系統;分泌的外泌體作為細胞間穿梭的載體,通過轉移其內容物包括活性蛋白質、mRNA、miRNA、脂質等成分在細胞間的通訊和相互作用中發揮重要作用,如調節受體細胞內的信號轉導、基因的轉錄和翻譯、關鍵酶促反應等過程,進而影響受體細胞的表型和功能[8-10];外泌體不僅參與正常的生理過程,而且在疾病進展中起著重要的作用。因此,及時更新與 HSCs 活化、增殖、凋亡有關的調節因子、信號轉導通路、信息傳遞新介質、表觀遺傳學等不同調控機制的研究進展,對緩解肝纖維化并開發有效的抗纖維化藥物有著非常重要的意義。肝臟作為一種多細胞種類的器官,本身具有十分復雜的信號調控網絡,理解不同細胞來源外泌體在肝纖維化發生和發展中的作用以及潛在的診療應用價值具有重要意義。現將不同細胞來源外泌體在 HSCs 生物學活性調控中的作用機制作一綜述,以期為肝纖維化的治療提供新的途徑。
1 干細胞來源外泌體
研究發現,有多種干細胞可以產生外泌體,如胚胎干細胞、造血干細胞、誘導性多能干細胞、間充質干細胞、心肌干細胞等,其中間充質干細胞因其具有體外擴增能力強、來源廣泛、低免疫原性、對缺血及受損組織具有“歸巢”等特性而受到研究者們的關注,它分泌一系列抗纖維化細胞因子,介導細胞保護,抗血管生成,可減輕纖維化。
人臍帶間充質干細胞來源的外泌體可抑制由轉化生長因子(TGF)-β1/Smad 信號通路介導的 HSCs 的活化,從而減少損傷肝臟 HSCs 的增殖,減少膠原蛋白的生成,減緩肝纖維化的進程[11];還可以有抗氧化和抑制上皮間質轉化作用,改善四氯化碳(CCl4)誘導的肝纖維化[12];還有研究[13]發現,人臍帶間充質干細胞來源的外泌體轉運 miR-373 可顯著下調 HSCs 和組織中膠原蛋白、TGF-BR2 和下游 p-smad2/3 的表達,改善肝纖維化;另外,其還可能通過轉移 Let-7b 抑制 TGF-βR1 表達及下調 TGF-β 信號通路,抑制 HSCs 活化和膠原沉積,從而緩解肝纖維化。另外,絨毛膜間充質干細胞通過分泌釋放富含有 miR-125b 的外泌體介導和靶細胞(如 HSCs)間的 miR-125b 轉運,抑制 Hedgehog 信號通路的激活,從而緩解CCl4誘導的肝纖維化[14]。脂肪間充質干細胞來源的外泌體經 miR-122 的修飾后進入到 HSCs,可調節 HSCs 內 miR-122 相關靶基因如胰島素樣生長因子受體、Cyclin G1 和羥化酶 α1 的表達,抑制膠原蛋白的沉積和 HSCs 的活化,具有抑制肝纖維化的作用[15]。另有研究者[16]發現,脂肪間充質干細胞來源的外泌體可抑制活化的 HSCs 增殖,其可能的機制為抑制活化巨噬細胞的增殖,減少膠原纖維、α-平滑肌動蛋白(α-SMA)及基質金屬蛋白酶組織抑制劑 1 的表達,并促進基質金屬蛋白酶 9 的表達,提示外泌體可治療 CCl4 誘導的肝纖維化。以上研究初步提示,間充質干細胞來源外泌體可以緩解肝纖維化。
干細胞來源外泌體作為“成品”藥物在生產、儲存、轉運、治療標準化等方面具有更顯著的優勢,它可以作為天然的“貨車”實現對細胞的靶向作用。因此,探索干細胞來源外泌體對 HSCs 的作用對緩解和治療肝纖維化有著非常重要的意義。
2 肝細胞來源外泌體
外泌體參與肝細胞損傷引起的 HSCs 活化。在肝纖維化早期,損傷的肝細胞或肝血竇內皮細胞會釋放外泌體,由鄰近的 HSCs 內化,誘導 HSCs 由靜息狀態向活化狀態的肌成纖維細胞轉分化,從而啟動和促進肝纖維化發生過程[17]。有研究[18]結果顯示,在非酒精性脂肪肝早期,由受到脂毒性損傷的肝細胞釋放外泌體,外泌體中 miR-128-3p 通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體-γ 的表達從而促進靜息期 HSCs 的活化。另有在 CCl4 介導的小鼠肝纖維化模型[19]中發現,肝細胞源性外泌體能夠活化 HSCs 的 Toll 樣受體 3,增加白細胞介素(IL)-17α 和趨化因子 CCL20 的產生,從而促進肝纖維化;Ma 等[20]研究發現,IL-17 誘導的 T 細胞可以調節 Kupffer 細胞中的 TGF-β1 的產生,從而激活 HSCs,促進Ⅰ型膠原的產生。Devhave 等[21]研究發現,丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)感染的肝細胞和慢性 HCV 導致的肝纖維化患者與健康志愿者和非 HCV 相關肝纖維化患者進行比較,前者的血清外泌體中 miR-19a 均呈高表達,HCV 感染的肝細胞會分泌攜帶 miRNA-19 的外泌體,被 HSCs 識別并接收,下調 STAT3 的抑制因子 SOCS3 表達并進一步激活 STAT3-TGFβ 通路,進而促進 HSCs 活化。Dai 等[22]研究發現,砷處理的人肝細胞(L-02)將 MALAT1 運輸到 HSCs,MALAT1 下調降低了砷處理的 L-02 細胞外泌體中 MALAT1 的水平,抑制了 LX-2 細胞的活化,從砷處理的 HSCs 細胞中提取的外泌體中 MALAT1 通過 miRNA-26b 調節 COL1A2 促進 HSCs 細胞的活化。還有研究[23]發現,人纖維化肝組織中應激蛋白 TRIB3 和選擇性自噬受體 SQSTM1/p62 表達水平高于非纖維化肝組織,且 TRIB3 和 SQSTM1 表達水平升高在纖維化肝組織中呈正相關;TRIB3 介導的自噬損傷不僅抑制了晚期核內體的自噬降解,還促進了肝細胞分泌 INHBA/激活素 a 豐富的外泌體,導致 HSCs 的遷移、增殖和活化。在以棕櫚酸誘導的脂毒性內質網應激模型中,用棕櫚酸處理肝細胞得到的外泌體與賦形劑處理的肝細胞相比,在與 HSCs 共培養后,可使前者纖維化發展相關基因的表達明顯增強,提示外泌體可能在調節肝細胞和 HSCs 間的通訊中起重要作用[24]。在肝纖維化中,由于脂質損傷而釋放的肝細胞源性外泌體可通過其腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體和 CD40 配體誘導炎性巨噬細胞,脂毒性脂肪酸損傷肝細胞分泌的外泌體富含 miR17-92 簇,這些外泌體被 HSCs 攝取,并可觸發纖維化激活[25-26]。
3 HSCs 來源外泌體
肝纖維化中肌成纖維細胞的主要來源是 HSCs[27],還有一些來自成纖維細胞的肝肌成纖維細胞。有研究[28]表明,上皮間質轉化的上皮細胞不是肝肌成纖維細胞的來源。
TGF-β 是一種有效的 HSCs 激活劑,促進α-SMA、結締組織生長因子、Ⅰ型膠原、血小板衍生生長因子和基質金屬蛋白酶抑制劑 1 的表達,進一步誘導肌成纖維細胞生成和細胞外基質沉積[29],在 TGF-β 下游合成 CCN2,CCN2 是活化的 HSCs 中纖維通路的重要纖維分子,其是調控肝纖維化發生和發展、維持 HSCs 活化表型的重要調控因子。近年來有研究[30]結果顯示,活化的 HSCs 產生的外泌體含有 CCN2 或 CCN2 mRNA;而 HSCs 可以通過外泌體將 miR-214 轉移到鄰近細胞,miR-214 可以通過直接與 CCN2 基因的 3′-UTR 位點結合來抑制 CCN2 的表達,從而導致靶向基因的下調[31],靜息 HSCs 通過向外分泌含有 miR-214 或 miR-199a-5p 的外泌體調控 CCN2 的表達及活性,miR-214 的表達受 Twist-1 的調控,Twist-1 也通過外泌體在 HSCs 之間轉運,提示 Twist1/miRNA-214/CCN2 纖維化信號軸是通過在 HSCs 間穿梭來調節的。后續 Chen 等[32]確定了 HSCs 源性外泌體在 HSC 上的受體是整合素和硫酸乙酰肝素蛋白多糖。以上研究結果表明,外泌體可以介導 HSCs 細胞間 miRNA 傳遞并調節肝纖維化的主要效應因子 CCN2 的表達和活性。
活化的 HSCs 分泌的外泌體可以參與靜息 HSCs 活化。在體內和體外實驗中均證明了活化的 HSCs 來源外泌體能夠介導靜息期 HSCs 活化,進而加速促進肝纖維化的發生與發展。
4 其他細胞來源外泌體
肝外細胞來源外泌體也參與 HSCs 活化。近年來,陸續有研究者發現,其他細胞來源外泌體對 HSCs 的增殖、活化也有影響。如 Chen 等[33]發現,來自脂多糖處理的 THP-1 巨噬細胞來源的外泌體促進了 HSCs 的增殖并誘導了纖維化基因表達增加,脂多糖可以改變由 THP-1 巨噬細胞分泌的外泌體中 miRNA 表達譜,如外泌體中 miR-103-3p 的改變可以通過靶向 Krüppel 樣因子 4 促進 HSCs 的增殖和活化,THP-1 巨噬細胞與HSCs 的相互作用在肝纖維化進程中發揮重要作用;此外,肝纖維化患者血清外泌體中的 miR-103-3p 可能是肝纖維化的生物標志物;同時有研究[34-35]發現,肝硬化患者血清外泌體中 lncRNA-H19 的水平較健康人群顯著增高并與疾病程度呈正相關,且進一步研究結果顯示,在慢性膽汁淤積性肝病中,HSCs 和肝成纖維細胞可優先攝取來自膽管細胞的外泌體,這些富含 lncRNA-H19 的外泌體在促進膽汁淤積性肝損傷中起關鍵作用并能激活肝成纖維細胞促進肝纖維化。另外有研究報道,疾病相關的循環外泌體能夠對目標組織或靶向細胞進行影響,如 Kim 等[36]報道,在系統性肥大細胞增生癥患者血清中外泌體具有肥大細胞的特征性標志 Kit、FceRI、tryptaSe、MRGX2,證明在繼發于其他疾病的肝纖維化中,外泌體可能也承擔著重要的信息傳導功能,因此,阻斷特異的循環外泌體作用于受體組織或細胞有可能成為許多系統性疾病新的治療方式。此外,內皮細胞也可產生外泌體,里面含有的 SK1 能夠促進外泌體膜上的纖維連接蛋白與 HSCs 膜上的整合素受體作用,外泌體通過 Dynamin 依賴性機制被 HSCs 識別并內化且能促進 HSCs 活化[8]。還有 Borges 等[37]研究顯示,受損的肝上皮細胞能夠釋放攜帶激活成纖維細胞和啟動纖維化信息的外泌體,當周圍的成纖維細胞接受這些攜帶信息的外泌體時,α-SMA 和Ⅰ型膠原的表達升高,從而驅動了肝纖維化的發展。此外,外泌體不僅能作為一種生物載體轉導信號,還能刺激各種炎癥細胞分泌細胞因子,間接促進肝纖維化的發展。
可見,肝臟中的 HSCs 與其他細胞可通過自分泌或旁分泌的方式分泌細胞外囊泡實現細胞間的通訊,進而發揮重要的調控作用,未來可以通過適當的途徑將細胞外囊泡作為藥物載體達到阻斷肝纖維化進展的目的。
5 小結與展望
不同細胞來源的外泌體及其內容物在肝纖維化的發生及發展中發揮著重要的調節作用。外泌體能夠定向傳遞生物活性物質到 HSCs,參與 HSCs 的活化、增殖、遷移及凋亡過程,其具體的調節機制由不同細胞類型來源的外泌體及其所處的生理與病理狀態所決定。在未來,外泌體有可能成為肝纖維化新的非侵入性無創診斷手段幫助其早期診斷,也可能作為一種生物活性載體實現其對目標組織和細胞的靶向治療。雖然越來越多的研究揭示了外泌體的潛在價值,但是距臨床應用還有一段距離,目前的研究對外泌體的生物發生、攝取和細胞的功能認知還不夠,仍有許多問題亟待解決,不過這些問題最終將通過技術和知識進步來解決,然后外泌體將更好地應用于纖維疾病的研究和治療。
重要聲明
利益沖突聲明:本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明,我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明:劉凱敏負責文章的撰寫;陳剛和高紅強負責文章內容的審閱及提出修改意見;王冬冬、何玲華、佟虹興負責文獻的補充查閱。
肝纖維化是病毒性肝炎、酒精性肝炎、非酒精性脂肪肝、藥物性肝損傷、血吸蟲病[1]、自身免疫性肝病等多種慢性肝病所致的肝細胞慢性損傷后持續發展的共同病理過程,在此過程中,肝組織內的細胞外基質平衡被打破,反復的炎性反應及細胞外基質過度沉積導致慢性肝病向肝纖維化逐漸發展,最終導致肝硬化或肝癌。近年來,關于肝纖維化的研究層出不窮,從各個方面揭示了肝纖維化的形成機制,其中肝星狀細胞(hepatic stellate cells,HSCs)仍是目前該領域的研究熱點。1876 年,HSCs 被發現[2]并被命名為非 Kupffer 細胞,它是正常肝組織和肝纖維化肝組織細胞外基質的主要來源。在正常生理狀態下,HSCs 表現為不增殖的靜息狀態,當受到各種外界因素刺激時,多種炎性介質誘導多信號轉導通路,HSCs 由靜息狀態轉為活化狀態,HSCs 被激活、增殖,從而形成大量膠原和細胞外基質,此是導致肝纖維化、肝硬化形成的重要環節之一[3-4]。研究者們發現,除了許多慢性肝臟炎癥因子、細胞因子和活性氧可激活 HSCs 外,近年來還發現細胞外囊泡、微小 RNA(microRNA,miRNA 或 miR)、長鏈非編碼 RNA(long noncoding RNA,lncRNA)等也參與 HSCs 的活化過程,其中細胞外囊泡是近年來生命科學研究領域的一項突破發現。根據囊泡直徑大小及其產生的生理過程不同可分為外泌體、微泡和凋亡小體 3 種類型[5-7],其中的外泌體作為一種新的細胞間信號交流方式,通過定向傳遞多種生物活性物質參與介導多種病理、生理學過程。目前研究者普遍認為大多數哺乳動物細胞均能產生外泌體。不同細胞來源外泌體分泌進入細胞外環境后可經旁分泌途徑被受體細胞接收,也可經血液循環作用于全身系統;分泌的外泌體作為細胞間穿梭的載體,通過轉移其內容物包括活性蛋白質、mRNA、miRNA、脂質等成分在細胞間的通訊和相互作用中發揮重要作用,如調節受體細胞內的信號轉導、基因的轉錄和翻譯、關鍵酶促反應等過程,進而影響受體細胞的表型和功能[8-10];外泌體不僅參與正常的生理過程,而且在疾病進展中起著重要的作用。因此,及時更新與 HSCs 活化、增殖、凋亡有關的調節因子、信號轉導通路、信息傳遞新介質、表觀遺傳學等不同調控機制的研究進展,對緩解肝纖維化并開發有效的抗纖維化藥物有著非常重要的意義。肝臟作為一種多細胞種類的器官,本身具有十分復雜的信號調控網絡,理解不同細胞來源外泌體在肝纖維化發生和發展中的作用以及潛在的診療應用價值具有重要意義。現將不同細胞來源外泌體在 HSCs 生物學活性調控中的作用機制作一綜述,以期為肝纖維化的治療提供新的途徑。
1 干細胞來源外泌體
研究發現,有多種干細胞可以產生外泌體,如胚胎干細胞、造血干細胞、誘導性多能干細胞、間充質干細胞、心肌干細胞等,其中間充質干細胞因其具有體外擴增能力強、來源廣泛、低免疫原性、對缺血及受損組織具有“歸巢”等特性而受到研究者們的關注,它分泌一系列抗纖維化細胞因子,介導細胞保護,抗血管生成,可減輕纖維化。
人臍帶間充質干細胞來源的外泌體可抑制由轉化生長因子(TGF)-β1/Smad 信號通路介導的 HSCs 的活化,從而減少損傷肝臟 HSCs 的增殖,減少膠原蛋白的生成,減緩肝纖維化的進程[11];還可以有抗氧化和抑制上皮間質轉化作用,改善四氯化碳(CCl4)誘導的肝纖維化[12];還有研究[13]發現,人臍帶間充質干細胞來源的外泌體轉運 miR-373 可顯著下調 HSCs 和組織中膠原蛋白、TGF-BR2 和下游 p-smad2/3 的表達,改善肝纖維化;另外,其還可能通過轉移 Let-7b 抑制 TGF-βR1 表達及下調 TGF-β 信號通路,抑制 HSCs 活化和膠原沉積,從而緩解肝纖維化。另外,絨毛膜間充質干細胞通過分泌釋放富含有 miR-125b 的外泌體介導和靶細胞(如 HSCs)間的 miR-125b 轉運,抑制 Hedgehog 信號通路的激活,從而緩解CCl4誘導的肝纖維化[14]。脂肪間充質干細胞來源的外泌體經 miR-122 的修飾后進入到 HSCs,可調節 HSCs 內 miR-122 相關靶基因如胰島素樣生長因子受體、Cyclin G1 和羥化酶 α1 的表達,抑制膠原蛋白的沉積和 HSCs 的活化,具有抑制肝纖維化的作用[15]。另有研究者[16]發現,脂肪間充質干細胞來源的外泌體可抑制活化的 HSCs 增殖,其可能的機制為抑制活化巨噬細胞的增殖,減少膠原纖維、α-平滑肌動蛋白(α-SMA)及基質金屬蛋白酶組織抑制劑 1 的表達,并促進基質金屬蛋白酶 9 的表達,提示外泌體可治療 CCl4 誘導的肝纖維化。以上研究初步提示,間充質干細胞來源外泌體可以緩解肝纖維化。
干細胞來源外泌體作為“成品”藥物在生產、儲存、轉運、治療標準化等方面具有更顯著的優勢,它可以作為天然的“貨車”實現對細胞的靶向作用。因此,探索干細胞來源外泌體對 HSCs 的作用對緩解和治療肝纖維化有著非常重要的意義。
2 肝細胞來源外泌體
外泌體參與肝細胞損傷引起的 HSCs 活化。在肝纖維化早期,損傷的肝細胞或肝血竇內皮細胞會釋放外泌體,由鄰近的 HSCs 內化,誘導 HSCs 由靜息狀態向活化狀態的肌成纖維細胞轉分化,從而啟動和促進肝纖維化發生過程[17]。有研究[18]結果顯示,在非酒精性脂肪肝早期,由受到脂毒性損傷的肝細胞釋放外泌體,外泌體中 miR-128-3p 通過抑制過氧化物酶體增殖物激活受體-γ 的表達從而促進靜息期 HSCs 的活化。另有在 CCl4 介導的小鼠肝纖維化模型[19]中發現,肝細胞源性外泌體能夠活化 HSCs 的 Toll 樣受體 3,增加白細胞介素(IL)-17α 和趨化因子 CCL20 的產生,從而促進肝纖維化;Ma 等[20]研究發現,IL-17 誘導的 T 細胞可以調節 Kupffer 細胞中的 TGF-β1 的產生,從而激活 HSCs,促進Ⅰ型膠原的產生。Devhave 等[21]研究發現,丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)感染的肝細胞和慢性 HCV 導致的肝纖維化患者與健康志愿者和非 HCV 相關肝纖維化患者進行比較,前者的血清外泌體中 miR-19a 均呈高表達,HCV 感染的肝細胞會分泌攜帶 miRNA-19 的外泌體,被 HSCs 識別并接收,下調 STAT3 的抑制因子 SOCS3 表達并進一步激活 STAT3-TGFβ 通路,進而促進 HSCs 活化。Dai 等[22]研究發現,砷處理的人肝細胞(L-02)將 MALAT1 運輸到 HSCs,MALAT1 下調降低了砷處理的 L-02 細胞外泌體中 MALAT1 的水平,抑制了 LX-2 細胞的活化,從砷處理的 HSCs 細胞中提取的外泌體中 MALAT1 通過 miRNA-26b 調節 COL1A2 促進 HSCs 細胞的活化。還有研究[23]發現,人纖維化肝組織中應激蛋白 TRIB3 和選擇性自噬受體 SQSTM1/p62 表達水平高于非纖維化肝組織,且 TRIB3 和 SQSTM1 表達水平升高在纖維化肝組織中呈正相關;TRIB3 介導的自噬損傷不僅抑制了晚期核內體的自噬降解,還促進了肝細胞分泌 INHBA/激活素 a 豐富的外泌體,導致 HSCs 的遷移、增殖和活化。在以棕櫚酸誘導的脂毒性內質網應激模型中,用棕櫚酸處理肝細胞得到的外泌體與賦形劑處理的肝細胞相比,在與 HSCs 共培養后,可使前者纖維化發展相關基因的表達明顯增強,提示外泌體可能在調節肝細胞和 HSCs 間的通訊中起重要作用[24]。在肝纖維化中,由于脂質損傷而釋放的肝細胞源性外泌體可通過其腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體和 CD40 配體誘導炎性巨噬細胞,脂毒性脂肪酸損傷肝細胞分泌的外泌體富含 miR17-92 簇,這些外泌體被 HSCs 攝取,并可觸發纖維化激活[25-26]。
3 HSCs 來源外泌體
肝纖維化中肌成纖維細胞的主要來源是 HSCs[27],還有一些來自成纖維細胞的肝肌成纖維細胞。有研究[28]表明,上皮間質轉化的上皮細胞不是肝肌成纖維細胞的來源。
TGF-β 是一種有效的 HSCs 激活劑,促進α-SMA、結締組織生長因子、Ⅰ型膠原、血小板衍生生長因子和基質金屬蛋白酶抑制劑 1 的表達,進一步誘導肌成纖維細胞生成和細胞外基質沉積[29],在 TGF-β 下游合成 CCN2,CCN2 是活化的 HSCs 中纖維通路的重要纖維分子,其是調控肝纖維化發生和發展、維持 HSCs 活化表型的重要調控因子。近年來有研究[30]結果顯示,活化的 HSCs 產生的外泌體含有 CCN2 或 CCN2 mRNA;而 HSCs 可以通過外泌體將 miR-214 轉移到鄰近細胞,miR-214 可以通過直接與 CCN2 基因的 3′-UTR 位點結合來抑制 CCN2 的表達,從而導致靶向基因的下調[31],靜息 HSCs 通過向外分泌含有 miR-214 或 miR-199a-5p 的外泌體調控 CCN2 的表達及活性,miR-214 的表達受 Twist-1 的調控,Twist-1 也通過外泌體在 HSCs 之間轉運,提示 Twist1/miRNA-214/CCN2 纖維化信號軸是通過在 HSCs 間穿梭來調節的。后續 Chen 等[32]確定了 HSCs 源性外泌體在 HSC 上的受體是整合素和硫酸乙酰肝素蛋白多糖。以上研究結果表明,外泌體可以介導 HSCs 細胞間 miRNA 傳遞并調節肝纖維化的主要效應因子 CCN2 的表達和活性。
活化的 HSCs 分泌的外泌體可以參與靜息 HSCs 活化。在體內和體外實驗中均證明了活化的 HSCs 來源外泌體能夠介導靜息期 HSCs 活化,進而加速促進肝纖維化的發生與發展。
4 其他細胞來源外泌體
肝外細胞來源外泌體也參與 HSCs 活化。近年來,陸續有研究者發現,其他細胞來源外泌體對 HSCs 的增殖、活化也有影響。如 Chen 等[33]發現,來自脂多糖處理的 THP-1 巨噬細胞來源的外泌體促進了 HSCs 的增殖并誘導了纖維化基因表達增加,脂多糖可以改變由 THP-1 巨噬細胞分泌的外泌體中 miRNA 表達譜,如外泌體中 miR-103-3p 的改變可以通過靶向 Krüppel 樣因子 4 促進 HSCs 的增殖和活化,THP-1 巨噬細胞與HSCs 的相互作用在肝纖維化進程中發揮重要作用;此外,肝纖維化患者血清外泌體中的 miR-103-3p 可能是肝纖維化的生物標志物;同時有研究[34-35]發現,肝硬化患者血清外泌體中 lncRNA-H19 的水平較健康人群顯著增高并與疾病程度呈正相關,且進一步研究結果顯示,在慢性膽汁淤積性肝病中,HSCs 和肝成纖維細胞可優先攝取來自膽管細胞的外泌體,這些富含 lncRNA-H19 的外泌體在促進膽汁淤積性肝損傷中起關鍵作用并能激活肝成纖維細胞促進肝纖維化。另外有研究報道,疾病相關的循環外泌體能夠對目標組織或靶向細胞進行影響,如 Kim 等[36]報道,在系統性肥大細胞增生癥患者血清中外泌體具有肥大細胞的特征性標志 Kit、FceRI、tryptaSe、MRGX2,證明在繼發于其他疾病的肝纖維化中,外泌體可能也承擔著重要的信息傳導功能,因此,阻斷特異的循環外泌體作用于受體組織或細胞有可能成為許多系統性疾病新的治療方式。此外,內皮細胞也可產生外泌體,里面含有的 SK1 能夠促進外泌體膜上的纖維連接蛋白與 HSCs 膜上的整合素受體作用,外泌體通過 Dynamin 依賴性機制被 HSCs 識別并內化且能促進 HSCs 活化[8]。還有 Borges 等[37]研究顯示,受損的肝上皮細胞能夠釋放攜帶激活成纖維細胞和啟動纖維化信息的外泌體,當周圍的成纖維細胞接受這些攜帶信息的外泌體時,α-SMA 和Ⅰ型膠原的表達升高,從而驅動了肝纖維化的發展。此外,外泌體不僅能作為一種生物載體轉導信號,還能刺激各種炎癥細胞分泌細胞因子,間接促進肝纖維化的發展。
可見,肝臟中的 HSCs 與其他細胞可通過自分泌或旁分泌的方式分泌細胞外囊泡實現細胞間的通訊,進而發揮重要的調控作用,未來可以通過適當的途徑將細胞外囊泡作為藥物載體達到阻斷肝纖維化進展的目的。
5 小結與展望
不同細胞來源的外泌體及其內容物在肝纖維化的發生及發展中發揮著重要的調節作用。外泌體能夠定向傳遞生物活性物質到 HSCs,參與 HSCs 的活化、增殖、遷移及凋亡過程,其具體的調節機制由不同細胞類型來源的外泌體及其所處的生理與病理狀態所決定。在未來,外泌體有可能成為肝纖維化新的非侵入性無創診斷手段幫助其早期診斷,也可能作為一種生物活性載體實現其對目標組織和細胞的靶向治療。雖然越來越多的研究揭示了外泌體的潛在價值,但是距臨床應用還有一段距離,目前的研究對外泌體的生物發生、攝取和細胞的功能認知還不夠,仍有許多問題亟待解決,不過這些問題最終將通過技術和知識進步來解決,然后外泌體將更好地應用于纖維疾病的研究和治療。
重要聲明
利益沖突聲明:本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明,我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明:劉凱敏負責文章的撰寫;陳剛和高紅強負責文章內容的審閱及提出修改意見;王冬冬、何玲華、佟虹興負責文獻的補充查閱。