学文网摘 要:肝纤维化是对慢性肝损伤的一种修复反应,其实质是Ⅰ、Ⅲ型胶原为主的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)合成与降解失衡,在肝内过度沉积而形成的病理性疾病。而基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)及其抑制因子(tissue inhibitor ofmetalloproteinases,TIMPs)是调节ECM降解的主要酶系。TIMP-1是肝脏中仅有的两种基质金属蛋白酶组织抑制因子之一,被认为是肝纤维化发生过程中的重要因素。
关键词:肝纤维化;细胞外基质;基质金属蛋白酶;基质金属蛋白酶抑制因子
中***分类号:R256.4 文献标识码:A 文章编号:1673-7717(2010)04-0690-03
TIMP-1 in the Process of the Formation and Development of
Hepatic Fibrosis Influence
XIE Jingri,ZHU Zhenlin
(The First Medical Hospital of Heilongjiang University of Traditional Chinese Medicine,Harbin 150040, Heilongjiang,China)
Abstract:Fibrosis is a chronic liver damage repair response, its essence isⅠ,Ⅲ collagen type of extracellular matrix (ECM) extracellular matrix, synthesis and degradation of imbalance in the liver, sedimentary and formation of excessive sex disease. And matrix metalloproteinases matrix metalloproteinases MMPs, (the) and inhibitory factor (ofmetalloproteinases inhibitor, TIMPs) tissue is to adjust the main enzymes ECM degradation. TIMP - 1 is the only two kinds of liver matrix metalloproteinases organization inhibitory factor,is considered one of the process of hepatic fibrosis is an important factor.
Key words:hepatic fibrosis; extracellular matrix; matrix metalloproteinases; matrix metalloproteinase inhibitor
收稿日期:2009-11-19
作者简介:
谢晶日(1955-),男,黑龙江哈尔滨人,主任医师、教授,博士研究生导师,主要从事肝、胆、脾、胃疾病的中医药***和预防研究。
肝纤维化(HF)是继发于各种病因引起的肝脏炎症或损伤后组织修复过程中的代偿反应,它不是一个***的疾病,而是许多慢性肝病的共同病理过程,是各种慢性肝病向肝硬化发展过程中必经的中间环节。肝纤维化实质是以Ⅰ、Ⅲ型胶原为主的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)合成与降解失衡,在肝内过度沉积而形成的病理性疾病,这种过度沉积不仅是由于ECM合成增多,更大程度上是因为降解减少引起。肝脏ECM的代谢主要由基质金属蛋白酶(matrix metal protease,MMPs)及基质金属蛋白酶组织抑制因子(tissue inhibitor of metal protease,TIMPs)所调节,MMPs促进ECM的降解,而TIMPs则通过抑制MMPs阻止ECM的降解,从而形成或促进肝纤维化。实验及临床研究表明,肝脏中只有基质金属蛋白酶组织抑制因子-1、-2(TIMP-1、TIMP-2)存在,在对肝纤维化的诊断中,TIMP-1的特异性和敏感性均明显高于TIMP-2[1]。因此, TIMP-1被看作是肝纤维化发生过程中一个非常重要的因素。
1 TIMP-1简介
TIMP不仅是调节细胞外MMPs活性最重要的一类酶家族,而且是具有许多共同生化、生理特性的活性蛋白质,现发现其有4种成员(TIMP1-4)。其中TIMP-1可以抑制大部分MMPs,尤其是MMP-1的活性,被认为在肝纤维化进程中发挥了重要的作用。TIMP-1首先从兔的骨骼肌中分离出来,分子量为28。5kD,编码基因位于X染色体P11区,含有一个开放读码区,其蛋白分子中包含184个氨基酸, 3个环状结构由12个半胱氨酸残基形成6个二硫键而成。N端是TIMP-1对活性MMP-1进行抑制的必需区,经过切除的TIMP-1只要保持N末端区的完整性便能保持抑制活性,C端是TIMP-1与MMP-1作用的关键部位。刘双虎等通过检测中国人TIMP-1基因的克隆与表达,发现人种之间TIMP-1无明显差异,并且与鼠、羊等动物的TIMP-1基因相比较同源性为72.81%和80.86%,提示TIMP-1基因序列存在一定的种属差异性[2]。TIMP-1主要由激活的HSC、肝细胞、内皮细胞分泌,主要作用是抑制胶原酶的活性,同时抑制基质分解素和明胶B。研究表明TIMP-1基因在正常组织中也有表达,其中血管内皮细胞是正常肝组织TIMP-1的主要来源,在肝纤维化时表达明显的增加,其主要位于肝中央静脉、汇管区周围及肝窦壁的间质细胞。
2 TIMP-1的功能
研究表明细胞因子如TGF-β、TNF-α、IL-6等都对TIMP-1有促进作用,而糖皮质激素对其起抑制作用。TIMP-1主要通过基因转录来调节。HSC中TIMP-1启动子包含AP-1、Pea-3和SP-1转录因子结合位点。在细胞激活的早期(20h)由于缺乏叫做Etc的转录因子,此时没有TIMP-1蛋白的表达(Etc特异结合于Pea-3转录因子结合位点,从而促进AP-1介导的TIMP-1的基因表达)。研究发现,在激活的HSC中,TIMP-1的基因表达实际上是由转录因子Fra-2和Jun-D调控的。
TIMP-1可以结合除MMP-14、MMP-19以外的所有MMP,并使其活性减弱,主要是抑制MMP-1的活性,同时还能抑制基质分解素和明胶酶。TIMP-1可与MMP-1酶原非催化位点结合,抑制酶原的活化。同时TIMP-1可与活化的MMP-1,MMP-3形成1∶1化学复合物抑制二者的活性,还能以非共价键形式与明胶酶原结合,从而抑制明胶酶原的自活化,与明胶酶原结合的TIMP-1仍可抑制MMP-1的活性,提示TIMP-1可以与MMP-1和明胶酶原形成复合体。有人推测,TIMP-1可能通过其17-19位上的亮氨酸-缬氨酸-异亮氨酸与MMP-1的S1’--S2’--S3’区接合,使MMP-1第16位上天冬氨酸残基的羧基作用于其活性中心的Zn2+从而抑制其活性。同时TIMP-1具有促进细胞增殖的作用。实验发现TIMP-1可以促进成纤维细胞、上皮细胞、平滑肌细胞及淋巴细胞的生长[3]。Docherty等发现TIMP-1还具有促红细胞系增长活性,可以促进红细胞的增长[4]。此外,TIMP-1还可以促进角质细胞的增生。
3 TIMP-1与肝纤维化
TIMP-1可在原位抑制MMP-1活性,使ECM降解减少,促进肝纤维化的形成。相关分析显示:肝组织内TIMP-1水平与肝组织炎症和肝纤维化程度呈密切相关关系。黄宇琦等[5]通过免***印迹法检测肝纤维化组织TIMP-1的表达,发现在正常肝组织内TIMP-1亦有表达,且在肝纤维化发生、发展形成过程中TIMP-1蛋白表达水平逐渐增强,肝硬化阶段(13周)达到高峰。曾仲等[6]构建了反义TIMP-1真核细胞表达质粒,转染至体外培养的HSC,发现可以明显抑制HSC中TIMP-1 mRNA及蛋白的表达,细胞培养上清液中胶原蛋白明显减少,提示TIMP-1表达的下调,释放了培养上清液中MMPs的活性,促进了ECM的降解。认为TIMP-1表达活性的高低与肝纤维化的进展和消退有密切的关系。杨长青等[7]观察实验性肝纤维化时MMP-1、TIMP-1的表达与Ⅰ、Ⅲ型胶原含量变化之间的关系表明,肝纤维化发生时MMP-1的表达未见明显改变,而TIMP-1的表达显著增高,且与Ⅰ、Ⅲ型胶原含量的增高呈显著相关,这提示在肝纤维化的发生发展过程中,TIMP-1不断增高致胶原酶活性被逐渐抑制,因而当其表达量未发生明显变化时其降解胶原的作用却明显减弱,从而导致Ⅰ、Ⅲ型胶原的不断沉积。致病因素可以通过作用于TIMP-1,进一步作用于Ⅰ、Ⅲ型胶原代谢而促进纤维化的发生、发展。研究人员用TIMP-1作成转基因大鼠模型并使TIMP-1高表达,可使肝纤维化模型鼠的纤维化程度增加7倍,而对于非纤维化模型鼠,TIMP-1转基因使其过表达,却并不诱导肝纤维化的发生[8]。上述研究表明, TIMP-1在正常肝组织中即有表达,随着肝纤维化的发生和发展表达逐渐增强,而随着纤维的自然消散则迅速下降。TIMP-1在肝纤维化进程中起着重要作用,但前提是肝纤维化已经发生,其自身不能***地引发肝纤维化的发生。
4 中药抗肝纤维化的研究进展
临床研究发现从中药苦参提取出的苦参碱有抗肝纤维化作用。田雄英等[9]运用Annexin V-FITC/PI双染色流式细胞分析法来定量检测细胞凋亡,结果表明苦参碱能诱导HSC凋亡且作用呈剂量依赖性。姜黄提取出的姜黄素具有抑制氧自由基产生,诱导肿瘤细胞凋亡等作用。何雅***等[10]用TUNEL与肌源性特异性标志物结合蛋白(Desmin)免***组织化学双染法检测HSC凋亡,发现姜黄素可使活化HSC数量减少, HSC凋亡增加,表明姜黄素可以抑制HSC活化增殖,诱导HSC凋亡,可能是预防肝纤维化的作用机制之一。在中药复方抗肝纤维化研究中,吴亚云等[11]发现丹芍化纤胶囊药物血清能显著下调肝细胞内caspase-3mRNA的表达(丹芍化纤胶囊主要由汉防己甲素、丹参、赤芍、黄芪、银杏叶等组成)。蔡锐等[12]报道桃红四物汤加丹参(由桃仁、红花、川芎、白芍、当归、熟地、丹参组成),具有抗实验性肝纤维化的作用,并认为中药促进HSC凋亡是其抗肝纤维化的机制之一。
中药抗肝纤维化是目前中医药研究中的热点,大量的研究表明,中药在抗肝纤维化***中具有良好的疗效和较少的毒副作用,具有独到优势。并且具有多途径、多靶点的药理作用特点。经研究证实存在中药诱导肝星状细胞凋亡从而抗肝纤维化的药理作用机制。
5 研究展望
在临床上,肝组织活检这一诊断肝纤维化的最可靠方法由于种种原因不易被患者接受,且存在难以反复取材,不能动态观察肝纤维化的形成及其程度等问题。血清学诊断是近年来使用最广泛的肝纤维化诊断方法,但目前的血清学指标对于肝纤维化并不能起到确诊意义。测定Ⅲ型前胶原N-末端前肽(P-Ⅲ-NP)主要反映纤维化形成和炎症的活动性,并不能反映肝纤维化的程度。谢玉梅等[13]通过对肝硬化患者肝组织中TIMP-1、TIMP-2表达的观察,发现患者肝组织中TIMP-1和TIMP-2相关抗原表达的阳性率为100%,且TIMP-1强度高于TIMP-2,而正常肝组织中无1例表达阳性,同时血清中的TIMPs与肝组织的TIMPs有明显相关性,通过检测血清中的TIMPs可以反映出肝脏组织中相关抗原的表达状态,故可作为肝纤维化的诊断指标。综合国内外对TIMPs,尤其是TIMP-1的研究表明:TIMPs与MMPs特异性结合,从而造成ECM降解减少,随着肝纤维化的发展,TIMP-1表达进行性升高,到肝硬化阶段达到最高峰,TIMP-1的血清水平能反映纤维降解的减少,因此,TIMP-1作为肝纤维化患者诊断的血清学指标有着良好的应用前景。随着细胞生物学、基因工程技术及分子生物学的发展,对TIMP-1的生物学功能的深入研究将有助于HF发生、发展机制研究的进一步深入和突破,必将对抗HF***产生具有重要而深远的指导意义。逆转肝纤维化,治愈慢性肝病这一目标是可以达到的。
参考文献
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