NAT REV:炎症小体及hedgehog通路参与NASH肝纤维化的发病

2013-05-10 10:58 来源:丁香园 作者:陈郁婷
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《自然评论:胃肠病学与肝脏病学》(Nat Rev Gastroenterol Hepatol)杂志在2013年1月8日在线刊登了一篇关于非酒精性脂肪性肝炎(NASH)肝纤维化发病机制的年度综述,文章作者是来自纽约西奈山医学院的Scott L. Friedman。作者总结了当前NASH相关肝纤维化领域备受关注的重要研究进展,并指出了仍然存在的问题。

 
为进一步理解脂肪性肝病,人们将注意力集中于肠道微生物组经由位于肝细胞表面和胞质内的特异信号复合物对肝损伤和肝纤维化所造成的刺激上。结合hedgehog通路活性的增加和祖细胞的扩增,可阐明肝纤维化发病机制的新线索正逐步浮现。
 
2012年关键进展
 
-位于肝细胞内的蛋白复合物——炎症小体,通过转换源于肠道菌群的信号而参与NASH的发病4,5
 
-肠道菌群组成的改变可能会促进NASH的发病,加剧肝损伤和肝纤维化4,5
 
- NASH进展性肝纤维化与肝脏hedgehog信号活性的增强联合表达祖细胞标志细胞的出现相关7,9
 
与肥胖和代谢综合征相关的NAFLD(非酒精性脂肪性肝病)常常会导致NASH(非酒精性脂肪性肝炎),以肝脏炎症及晚期肝纤维化风险为特征。1在世界各地,NAFLD和NASH的发病率以惊人的速度增长,在未来10年,这二者将会超过病毒性肝炎(终末期肝病的原因之一)而成为肝移植的首选适应症。鉴于儿童肥胖比例的急剧上升,这一趋势尤其令人担忧。2随着这一健康危机的逼近,更加迫切需要阐明肝纤维化的根本原因。当前,对于NASH相关肝纤维化来说,至少有2条收敛性通路牵涉其中:炎症小体(inflammasome)的激活及其与微生物组的相互作用;以及与hedgehog信号水平增加相关的祖细胞扩增(图1)。2012年发表的几篇文章很好地阐释了上述理念。
 
图1 脂肪性肝病相关肝纤维化的新兴通路
 
炎症小体是由多种蛋白质组成的复合体,也是发生于免疫细胞或非免疫细胞胞浆内的先天性免疫应答的关键介质。3炎症小体的活化介导caspase-1(半胱天冬酶-1)的剪切,最终造成炎症细胞因子IL-1β和IL-18的分泌。根据炎症小体所含模式识别受体(PRRs)的类型可将其分类,不同类型的PRR可特异性响应不同的外部刺激,尤其是细菌或病毒刺激。因此,位于肝细胞内的炎症小体能够介导针对细菌碎片(来源于从肠腔经由门脉循环转移的肠道菌群)的细胞免疫应答。
 
越来越多的研究提示,炎症小体在NASH的发病中起到一定的作用,鉴于与NASH相关的炎症具有促纤维化作用,因此,炎症小体可能也与间接参与了肝纤维化的发病。由Henao-Mejia及其同事精心设计的一项小鼠研究,直接将肠道菌群的组成与特异的炎症小体PRR以及NASH的发展关联起来。4当喂养蛋氨酸-胆碱饮食时(诱导脂肪肝),在3个组成炎症小体成分中的任一个——Casp1Nlrp3(NOD样受体家族,含pyrin结构域蛋白3)或Asc(凋亡相关斑点样蛋白C末端含胱天蛋白酶募集域(CARD);也称为Pycard)——存在基因缺陷的小鼠所发生的肝脏炎症比野生型对照小鼠更加严重,而且血清丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶水平均增加。这些炎症小体成分的缺陷会改变结肠菌群的组成,当将基因缺陷的小鼠与健康的野生型小鼠养在同一个笼子时,前者的结肠菌群可转移至后者,从而造成高脂喂养的健康动物出现类似NASH的肝组织学特征。研究者进一步将这一微生物组的改变与肝脏内Toll样受体(TLRs)4和9的激活相关联起来,当喂养高脂饮食时,缺少这两个细胞表面受体(TLR4和TLR9)中任一个的小鼠肝损伤程度降低,而且位于这两个TLR下游的TNF信号减弱。
 
这些发现阐明了肠道和肝脏之间依赖于微生物群的组成而实现井然有序的编排,先前的报道提示炎症小体可能参与了肠肝间的相互作用,而这一研究则进一步证实了该观点。
 
基于这一研究,Miura及其同事5利用缺失Tlr2(与TLR4和TLR9类似,TLR2是向炎症小体传递信号的细胞表面受体)的实验小鼠模型,建立了炎症小体和肝纤维化间更加直接的关联。棕榈酸(palmitic acid)是一种大量存在与NAFLD患者体内的游离脂肪酸。在该研究中,研究人员证实了棕榈酸可激活由肝巨噬细胞(Kupffer细胞)介导的TLR2信号。当用可诱导脂肪肝的饲料喂养时,缺失Tlr2小鼠的炎症小体激活水平降低,同时肝脏炎症和肝纤维化程度较轻。
 
对于罹患NASH和肝纤维化的患者来说,这些新发现意味着什么呢?首先,它们开始牢固树立肠道菌群在NASH和肝纤维化发病机制中的作用;反过来,这也有助于解释为什么代谢综合征和脂肪肝的流行率能够在短时间内(在不到一代人的时间里)急剧增加。人们越来越认为,微生物组组成的大幅度改变——可能受饮食、环境、遗传或抗生素影响所致——导致了这一相对较新疾病的发生。6其次,这些新发现启示,或许可以利用类似益生菌或窄谱抗生素这样的新治疗方法,来改变微生物群,从而减轻与代谢综合征和脂肪肝相关的慢性炎症反应。人类结肠中存在数量惊人的细菌,值得注意的是,长期以来人们都忽视了它们对于人类健康和疾病的影响。
 
接下来,让我们把注意力从试验性NASH研究转向人类研究,有两项相关研究通过对肝活检样本行免疫组织化学染色,试图找出hedgehog信号通路和祖细胞活化这二者在NASH相关肝纤维化发病机制中的作用。第一项研究是由Guy及其同事7完成的,他们利用来自NIH(美国国立卫生研究院)NASH临床研究网络的大量活检样本,来评估hedgehog通路的相对活性。Hedgehog最初被认为是与发育相关的成形素,但现在认为它也与某些成人疾病相关,尤其是癌症。8在充分验证过的NASH组织学评分系统的基础上,对sonic hedgehog(脊椎动物3个主要hedgehog配体之一)染色后发现,其在门静脉细胞(尤其是胆管细胞)中表达增加,而且与肝纤维化程度和肝细胞膨大程度相关。同时,在那些表达K7(也称为CK7,被认为可标志上皮祖细胞亚群)的细胞中,GLI2(受hedgehog调控的靶基因之一)的表达增加。GLI2也表达于可表达vimentin的基质细胞中。这些发现提示,增强的hedgehog信号(来源于胆管细胞,并作用于祖细胞和基质细胞,包括活化的肝星形细胞)可通过某种方式促进肝纤维化,但尚未完全阐明其作用机制。
 
在另一项与之互补的研究中,Nobili及其同事9通过染CK7分子来检测30名NAFLD儿童患者肝脏祖细胞的应答。在这些儿童患者中,肝脏祖细胞的数量与肝纤维化的程度相关,9此外,祖细胞也表达脂肪激素脂联素、抵抗素和胰高血糖素样肽1。先前研究提示存在“胆管反应(ductular reaction)”,即认为祖细胞的扩增参与了肝纤维化过程,这些发现与之前的研究结果相似。
 
这两项描述性研究(Guy et al.7和Nobili et al.9)共同开始注意到祖细胞在NASH相关肝纤维化发病机制中的作用,但这些结果尚未形成一个连贯的机制,而且还有许多问题尚未解决。肝脏祖细胞来源于何种细胞以及它们与基质细胞之间的关系如何?祖细胞的出现是由于肝细胞复制的阻滞所致,还是其他信号所致?祖细胞是否会促进肝纤维化,如果是,那又是如何促进的呢?Hedgehog信号通路是否是祖细胞和/或纤维化应答的驱动因子,如果不是,那么其他与祖细胞扩增相关的促进肝纤维化信号又是什么呢?尽管目前仍不清楚祖细胞在NASH相关纤维化发病中的具体作用,但是,随着人类疾病的特征逐渐被阐明,未来的研究有望利用综合基因组分析的方法来研究这部分人群的组织样本,也可采用基因工程小鼠模型,从而得到更多有意思的结果。
 
总的来说,上述研究阐明了当前NAFLD和NASH相关肝纤维化领域备受关注的研究热点。除非出现新的疗法,否则这一临床问题无疑会引起发病率和死亡率的上升。
 
参考文献:
 
1. Paredes, A. H., Torres, D. M. & Harrison, S. A. Nonalcoholic fatty liver disease. Clin. Liver Dis. 16, 397-419 (2012).
 
2. Alisi, A., Feldstein, A. E., Villani, A., Raponi, M. & Nobili, V. Pediatric nonalcoholic fatty liver disease: a multidisciplinary approach. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 9, 152-161 (2012).
 
3. Schroder, K. & Tschopp, J. The inflammasomes. Cell 140, 821-832 (2010).
 
4. Henao-Mejia, J. et al. Inflammasome-mediated dysbiosis regulates progression of NAFLD and obesity. Nature 482, 179-185 (2012).
 
5. Miura, K. et al. TLR2 and palmitic acid cooperatively contribute to the development of nonalcoholic steatohepatitis through inflammasome activation. Hepatology http://dx.doi.org/10.1002/hep.26081.
 
6. Goodman, A. L. & Gordon, J. I. Our unindicted coconspirators: human metabolism from a microbial perspective. Cell Metab. 12, 111-116 (2010).
 
7. Guy, C. D. et al. Hedgehog pathway activation parallels histologic severity of injury and fibrosis in human nonalcoholic fatty liver disease. Hepatology 55, 1711-1721 (2012).
 
8. Li, Y. et al. Targeting the Hedgehog signaling pathway for cancer therapy. Expert Opin. Ther. Targets 16, 49-66 (2012).
 
9. Nobili, V. et al. Hepatic progenitor cells activation, fibrosis and adipokines production in pediatric nonalcoholic fatty liver disease. Hepatology 56, 2142-2153 (2012).

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编辑: chenyuting

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