凋亡与肝细胞损伤机制的研究进展

凋亡与肝细胞损伤机制的研究进展洪莉综述，蔡威审校（１，上海第二医科大学附属新华医院，上海２０００３１；２，上海儿童医学中心，上海２０００３１）［关键词］肝／肝细胞；肝损伤；脱噬作用［中图分类号］Ｒ５７５［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７１－６３５３（２００６）０１－０５４５－０５・综述・凋亡，即程序性细胞死亡，在维持肝脏正常代谢中有重要作用，许多肝脏疾病都与肝细胞凋亡有关。

本文就肝细胞凋亡的过程及调控因子，以及肠外营养及胆汁淤积与凋亡的研究进展作一综述，希望为胃肠外营养（ＰＮ）相关肝细胞损伤机制的研究及临床肝脏疾病防治提供参考。

关于细胞死亡过程的研究，近年来已成为生物学、医学研究的一个热点。

由于肝脏在消化系统中具有独特的代谢功能，常成为毒性物质的靶器官，包括各种药物、化学物、外来异物（包括细菌、病毒）以及氧化刺激等。

肝细胞死亡可分为凋亡和坏死［１，２］，二者在形态及发生机制上都有很大的差别。

凋亡既程序性细胞死亡，在维持肝脏正常代谢中有重要的作用，可避免由于肝细胞死亡引发的炎症反应。

近年来研究表明，肝细胞凋亡发生于炎症反应前，是肝细胞损伤的开始［３］。

凋亡属于细胞自主的生理性死亡，主要表现为细胞皱缩，胞核呈空泡状，染色质ＤＮＡ断裂成片段，但细胞膜仍保持完整。

凋亡常发生于生理环境，而坏死多由于肝细胞受各种致病因素作用所致，表现为细胞肿胀，细胞膜丧失完整性，进而形成酸性小体或者溶解。

凋亡过程有许多因子调控，包括Ｆａｓ／Ｆａｓ配体家族、ＴＮＦ－ａ、ＴＧＦ－等因子，以及抗凋亡蛋白Ｂｃｌ－２家族等。

肝脏凋亡细胞的清除是由Ｋｕｆｆｅｉ细胞、上皮细胞表面特定受体来紧密Ｂｃｌ－２家族等。

肝脏凋亡细胞的清除是由Ｋｕｆｆｅｉ细胞、上皮细胞表面特定受体来紧密调节的［４］。

在病毒性、自身免疫性肝炎，胆汁淤积症，肝脏代谢性疾病中，表现为肝细胞凋亡增强。

肝细胞凋亡减弱见于肝细胞肝癌。

滥用药物，包括酒精、化疗药物、醋氨酚等都可以促使肝细胞凋亡，导致肝损伤。

而移植相关肝损伤、缺血再灌注损伤等亦与凋亡相关［５］。

一些刺激启动后需要死亡受体（ｄｅａｔｈｒｅ－ｃｅｐｔｏｒｓ）及细胞内信号机制的参与，从而引发程序性细胞死亡；而另一些刺激则可能绕过死亡受体参与的级联反应或者直接嵌入级联反应的下游作用。

１肝细胞凋亡的过程细胞凋亡是一种级联反应。

ＴＮＦａ或者Ｆａｓｌ等配体可能引发凋亡，这些配体可与细胞表面的死亡受体结合，也可被细胞内的事件激活并插入级联反应。

肝脏中细胞的凋亡发生在各种细胞类型中，包括肝实质细胞、Ｋｕｆｆｅｉ细胞、内皮细胞和星状细胞等。

研究表明，多种类型的肝损伤，包括爆发性肝衰竭、病毒性肝炎、肝硬化、自身免疫性肝病以及肝脏肿瘤的发病机制等都和凋亡密切相关［２］，因此，研究肝细胞的凋亡对各级致病因素导致的肝脏损伤机制的研究及治疗有重要意义。

经典的凋亡级联反应从死亡受体（Ｄｅａｔｈｒｅｃｅｐ－ｔｏｒｓ）开始。

死亡受体包括一个位于胞质内的死亡结构域（Ｄｅａｔｈｄｏｍａｉｎｅ），死亡结构域可与适应蛋白（Ａｔｈｒｅｃｅｐｔｏｒｓ）结合形成骨架结构（Ａｄａｐｔｏｒｏｔｅｉｎ），并可使起始或效应胱冬肽酶自我活化。

当Ｆａｓｌ与Ｆａｓ结合或ＴＮＦａ与ＦＮＦＲ１结合后，单个的受体分子形成三聚体使死亡受体聚集成簇。

然后Ｆａｓ和Ｆａｓ相关的死亡受体蛋白（ＦＡＤＤ），ＴＮＦＲＬ与ＴＮＦ受体相关的死亡受体蛋白（ＦＡＤＤ）结合，然后与ＦＡＤＤ结合。

［作者简介］洪莉（１９７２年－）女，在读博士，主治医师。

ＦＡＤＤ与Ｐｒｏｃａｓｐａｓｅ８结合，使其活化。

ＴＲＡＤＤ也与受体相互作用蛋白（ＲＩＰ）和ＴＮＦ受体相关因子２（ＴＲＡＦ２）等蛋白质结合。

这种结合可活化激酶，继而活化ＮＦ－ＫＢ等转录因子，从而激活相关基因的转录，结果使肝细胞对抗ＴＮＦａ引起的凋亡。

在凋亡的级联反应中，一类重要的物质就是胱冬酞酶（Ｃａｓｐａｓｅ）。

这类蛋白水解酶的活性位点有还原型半胱氨酸（Ｃｙｓ），水解位点于底物的天冬氨酸（Ａｓｐ）残基后。

Ｃａｓｐａｓｅ在细胞内以无活性的酶原形式存在，它们可分为３组：（１）与细胞因子产生的ＩＣＥＬｉｋｅｃａｓｐａｓｅ（如ＣａｓｐａｓｅＬ，４，５，１３）；（２）死亡信号或者启动Ｃａｓｐａｓｅ，它传送死亡程序，而并无可遗水解质的功能（Ｃａｓｐａｓｅ２，８，８９，１０）；（３）死亡效应或者执行Ｃａｓｐａｓｅ（Ｃａｓｐａｓｅ３，６，７），它断裂所选择的底物，这样，当细胞本身的修复系统不能发挥作用时，它就可以断裂细胞骨架或细胞核。

在不同的细胞类型中，凋亡有两条不同的信号传播途径［６］：（１）死亡受体途径：当启动Ｃａｓｐａｓｅ被激活后，产生一强烈的信号反应，然后直接活化效应Ｃａｓｐａｓｅ；（２）线粒体途径：当启动Ｃａｓｐａｓｅ活化的程度不够充分时，它需要一个放大过程，这一过程通常有线粒体的参与。

当起初Ｃａｓｐａｓｅ作用于Ｂｃｌ－２家族中某些成员（如Ｂｉｄ）或者神经酰胺使之被修饰，然后该分子（如Ｂｉｄ或者神经酰胺）在线粒体内释放出来。

细包色素Ｃ与胞质骨架蛋白（如Ａｐｓｆ１）和Ｐｒｏ－ｃａｓｐａｓｅ９结合，这一复合物一般被称作凋亡小体（Ａｐｏｐｔｏｓｏｍｅ）。

在ＦＡＴＰ及其水解酶存在时，细胞色素Ｃ－ａｐａｆ１复合物寡聚化，使得Ｐｒｏｃａｐｓｐａｓｅ９（信号Ｃａｓｐａｓｅ）自身活化，然后Ｃａｓｐａｓｅ９激活Ａｐｓｐａｓｅ３（效应Ａｐｓｐａｓｅ）。

这样，来自ＤＩＳＣ（ＤｅａｔｈＩｎｄｕｃｉｎｇＳｉｇ－ｎａｌｉｎｇｉｎｇＣｏｍｐｌｅｘ）的较弱信号通过线粒体及凋亡小体后其信号加强，促进了细胞凋亡效应相互的作用。

２线粒体与肝脏损伤近年来关于线粒体的研究表明，线粒体在细胞死亡中起着关键的作用。

线粒体功能障碍已成为肝脏损伤的一个重要机制，它在细胞凋亡以及坏死过程都起着重要的作用［７］。

２．１细胞色素Ｃ的释放细胞色素Ｃ是线粒体释放的前凋亡（Ｐｒａｏａｐｏｔｏｔ－ｉｃ）因素。

在细胞质，细胞色素Ｃ与凋亡激活因子Ⅰ（ＡｐｏｐｔｏｔｉｃＡｃｔｉｖａｔｉｎｇＦａｃｔｏｒⅠ）结合，再与ＡＴＰ（或Ｄａｔｐ）结合，激活Ｃａｓｐａｓｅ９，然后激活Ｃａｓｐａｓｅ３，Ｃａｓ－ｐａｓｅ３刺激凋亡的效应途径，导致ＡＤＰ核糖聚合酶（ＰＡＲＰ）断裂，核小体间ＤＮＡ水解，细胞皱缩，染色体边缘化，核小叶形成。

Ｃａｓｐａｓｅ也参与线粒体释放细胞色素Ｃ的上游过程。

ＴＮＦａ和Ｆａｓｌ与其受体的结合激活Ｃａｓｐａｓｅ８。

Ｃａｓｐａｓｅ８断裂Ｂｉｄ，然后定位至线粒体，诱导细胞色素Ｃ的释放。

２．２线粒体瞬时通透性孔道（ＭＰＴ）线粒体的瞬时通透性（ＭＰＴ）孔道是线粒体内膜一种可由铜离子诱导的可逆性通道，它在跨膜线粒体蛋白释放至胞液的过程中起到重要作用。

ＭＰＴ使得线粒体内外膜连接处一种复杂的蛋白质大通道开放，该孔道具有非特异性以及高传导性，它允许分子量小于１５００ｕ的分子自由通过，以达到平衡。

该孔道的传导性非常之大以至于当只有几个，甚至只有１个孔道开放时就足以使线粒体去极化，氧化磷酸化解耦联，线粒体严重肿胀，因此对细胞来说，ＭＰＴ的开放可能导致致命的后果。

在许多凋亡模型中，ＭＰＴ与线粒体膜电位的严重破坏（Ｃｏｌｌａｐｓｅ）以及细胞色素Ｃ的释放同时发生，这提示这些事件有一定的关联［８－１０］。

ＭＰＴ不仅在程序性细胞死亡中起重要作用，而且也是坏死性死亡的关键步骤。

因此，线粒体在多种细胞死亡形式中起到关键的连接作用。

细胞若发生凋亡则需要未损伤的线粒体产生足够的ＡＴＰ方能维持，而ＭＰＴ的快速发生将影响多数的线粒体，最终使ＡＴＰ耗竭，氧化应激大量发生。

所有这些都将抑制细胞的凋亡，但对由于离子梯度及钙离子活化等功能的丧失造成的细胞肿胀以及溶解性坏死有促进作用。

因此，广泛的ＭＰＴ可使线粒体功能大量丧失，继而使细胞坏死。

２．３Ｂｃ１－２家族的作用与死亡程序相关的另一重要成分是Ｂｃ１－２家族［１１］。

这一家族的不同成员对凋亡或坏死可能具有促进或抑制两种不同的作用，其主要作用靶点是线粒体。

Ｂｃ１－２家族成员或存在于细胞之中，或以非活性态与膜结合。

其中主要的凋亡成分都是膜结合态的，有一些可与线粒体膜结合。

它们的重要功能之一就是调节ＭＰＴ。

Ｂｃ１－２家族成员能形成同源或异源二聚体，不同的二聚体可能对凋亡产生不同的作用（诱导或抑制）［１２］。

除了形成二聚体外，某些成分还具有离子通道的作用。

这对促进或抑制线粒体的肿胀具有重要作用。

这一家族之间的相互作用及其复杂性提示尚有很多方面值得我们研究。

３ＴＮＦ诱导的肝细胞损伤ＴＮＦａ是一种由巨噬细胞产生的细胞因子。

ＴＮＦａ对不同的细胞类型发挥各种不相同的作用，在许多重要的病理和生理过程下作为一重要的介质存在［１３］。

而且ＴＮＦａ还是凋亡的重要介质之一，ＴＮＦ的大多数生物学效应由ＴＮＦＲ１介导［１４，１５］。

ＴＮ－ＦＲ１胞内区含死亡结构域，其引起细胞凋亡或通过激活核转录因子ＮＦ－ＫＢ使某些细胞增殖、分化，也可触发信号传导级联而导致细胞凋亡。

４活性氧自由基在肝细胞损伤中的作用活性氧自由基（ＲｅａｃｔｉｖｅＯｘｙｇｅｎＭｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ，ＲＯＭ）与许多类型的肝脏疾病的发病机制相关。

如药物诱导的肝脏损伤通常是由于活性代谢物的生成所致，这些代谢物可能通过直接或免疫机制导致坏死或凋亡。

当肝细胞暴露于过量的ＲＯＭ时将发生氧化应激，影响细胞的多种功能。

它可通过活性转录因子（如ＮＦ－ＫＢ）而改变相关基因的表达［１６］，使得细胞因子、化学因子、粘附因子、Ｆａｓｌ、生存基因（ＳｕｒｖｉｃａｌＧｅｎｅｓ）等表达量改变，线粒体内产生的脂质过氧化物则能诱导线粒体ＰＴ开放，导致致命后果［１７］。

蛋白质的氧化（如Ｃ＝Ｏ羰基的生成）以及ＤＮＡ的氧化也是氧化应激的化学结果。

除此之外，氧化应激还与一些退行性疾病相关（如衰老）。

氧化应激造成的细胞死亡在ＲＯＭ较低浓度时可能发生，此时细胞主要发生凋亡，在凋亡过程中，氧化应激通常是线粒体中细胞色素Ｃ的耗竭，ＰＴ（解藕联作用）或ＧＳＨ的大量耗竭等的“中子炸弹”（ｎｅｕｒｏｎｂｏｍｂ）作用。

临床上氧化应激在肝脏疾病中的重要后果主要是改变了基因表达，继而触发炎症、纤维化或癌变，或启动或加强凋亡。

５细胞死亡和肝脏疾病凋亡在临床肝脏疾病中的作用主要通过组织病理学来研究的。

一般将康西尔曼体（Ｃｏｕｎｃｉｌｍａｎ－ｂｏｄｉｅｓ）的点状出现作为细胞凋亡的主要特征，事实上，当大量的带状凋亡发生时机体清除死亡细胞的能力不能满足需要，可能发生继发性的坏死，进而难以区分两种死亡形式。

实验室及临床主要集中在对肝实质细胞的研究中。

但是，我们也要看到非实质细胞的损伤和死亡在肝病发生中也起到重要作用，而且，它也可能是治疗的靶点。

例如，窦状内皮细胞的选择性损伤对Ｆａｓｌ诱导的爆发性肝损伤的发病有重要的作用。