基质金属蛋白酶和白细胞介素-10因子在抗肝纤维化中的作用机制

傅向阳 喻 勤 罗伟生

1.桂林医学院附属医院消化科，广西桂林 541004；2.广西中医药大学，广西南宁 530001

基质金属蛋白酶和白细胞介素-10因子在抗肝纤维化中的作用机制

傅向阳1喻 勤1罗伟生2▲

1.桂林医学院附属医院消化科，广西桂林 541004；2.广西中医药大学，广西南宁 530001

肝纤维化是临床上常见的病理生理改变，其发生发展是个动态的过程，现已明确肝纤维化有可逆性。随着循证医学和现代生物技术的不断发展，对抗肝纤维化相关细胞因子的作用机制也得到逐步的阐明。现已明确，肝星状细胞（HSC）的活化和细胞外基质的不断生成和降解决定了肝纤维化的转归，在抗纤维化的众多细胞因子中，基质金属蛋白酶家族对细胞外基质的降解起着至关重要的作用。白细胞介素-10不仅可以使TGF-β1、EGF等细胞因子的表达下调，从而减少HSC细胞的活化与增殖，而且可以刺激基质金属蛋白酶的合成，进而增加细胞外基质的降解。本文将对基质金属蛋白酶和白细胞介素-10的特征及其在抗肝纤维化中的作用展开综述。

肝纤维化；基质金属蛋白酶；白细胞介素-10

肝纤维化是临床上常见的病理生理改变，近年来对肝纤维化的研究逐渐成为热点。现已明确，肝纤维化是以肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）的活化为中心，细胞外基质（ECM）异常沉积为特征，是机体对损伤的一种修复机制[1]。但这种修复却导致细胞外基质的异常且过量的沉积，肝窦内皮下出现基底膜，内皮细胞窗孔消失，肝窦呈毛细血管样改变，导致肝内血管的阻塞、混乱分隔的形成等组织形态学变化，形成门静脉高压，并进一步形成肝硬化。HSC在受到细胞因子的刺激后表现为较强的分化能力，可以表达神经蛋白和神经生长因子及其受体，并可分化成脂肪细胞，而这种分化与星状细胞内贮存的维生素A有密切关系[2]。在肝纤维化的形成过程中，Kupffer细胞在起始活化中起重要作用，而肝细胞、血窦内皮细胞、肝星状细胞等都参与纤维化的形成。众多的细胞因子参与，形成细胞网络状作用，如肿瘤坏死因子（TNF）及血小板衍生生长因子（PDGF）等。已经活化的HSC可以分泌转化生长因子-β（TGF-β）、表皮生长因子（EGF）等以维持自身的活化，同时又可以通过旁分泌的形式刺激未活化的HSC，从而使HSC活化持续并不断放大，分泌胶原、非胶原蛋白、蛋白多糖等细胞外基质。即使此时去除病因，肝纤维化的发生也将持续下去。在抗纤维化的众多因子中，以基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和白细胞介素-10（IL-10）的作用较为突出，对两者的研究也相对较多。本文将对这两种细胞因子的功能和其在抗肝纤维化中的积极作用展开综述。

1 基质金属蛋白酶

1.1 基质金属蛋白酶的生化特征

在参与降解ECM的众多酶中，MMPs家族起着突出的作用[3]。目前发现，MMPs家族有25个成员，相互之间有相同或相似的分子结构，这些蛋白酶最初的分泌形式都是酶原，可以在Zn2+和Ca2+的作用下激活，前肽结构域中高度保守序列的Cys残基与催化结构域的保守序列HEXHXGH内的锌离子配对，抑制酶的活化。根据作用底物的不同，目前将该家族成员分为5个功能亚型，即胶原酶类、明胶酶类、基质分解素、膜型MMPs、弹力蛋白酶。MMPs的合成受多种细胞因子和激素的调节。原癌基因c-jun和c-fos在MMPs的活化中起重要作用，白介素-1α和白介素-1β均可以诱导MMP-1/13的合成，转化因子和视黄素可以使MMP的表达增加。MMPs是以酶原的形式分泌的，只有活化后才具有降解ECM的功能，前体分子的激活有两种途径，分别是蛋白酶裂解催化激活形式和非蛋白酶裂解激活形式，后者如SDS、汞制剂、含巯基制剂等。含汞化合物对MMPs的激活机制称为“半胱氨酸开关”模型[4]。MMP-1、MMP-3和MMP-8主要以级联放大方式被纤溶酶活化，而MMP-2和MMP-9的活化均发生于细胞表面。活化后MMPs表现其生物活性，并受酶抑制剂（IMPs）的调节。IMPs共分4个种类，基本功能相似，通过抑制基质蛋白酶的活性调整基质的沉积和降解。目前多项研究显示，基质蛋白酶的降解产物对基质蛋白酶的激活可能具有正反馈作用。

1.2 基质金属蛋白酶在抗肝纤维化中的作用

MMPs可降解正常肝脏组织中的基质成分和间质胶原，因此在肝纤维化中起重要作用。随着细胞分离方法的改进和分子生物技术的不断发展，MMPs分子领域的作用被不断揭示。在肝纤维化、肺纤维化、肾纤维化等脏器病变中，MMPs均表现出强大的基质降解作用[5]。窦周间隙中含有由Ⅳ型胶原、LN和蛋白质多糖所组成的基质，当肝星状细胞受到刺激转化为成纤维细胞时，72kDⅣ型胶原酶/明胶酶表达增加，使增生的基质降解。Kupffer细胞也可以分泌MMPs，动物实验证明，大鼠肝脏内活化的Kupffer细胞可以分泌92kDⅣ型胶原酶/明胶酶，增加细胞间基质的降解。研究表明，来源于大鼠Kupffer细胞的Ⅳ型胶原酶/明胶酶具有可以降解Ⅳ型胶原、Ⅴ型胶原和明胶的活性。

随着肝纤维化程度的不断进展，基质胶原的沉积数量不断增加，其原因可能有两个方面：一是基质的生成速度增加；二是基质降解的速度降低。胶原的合成量可控制环节有mRNA形成水平、翻译水平、翻译后的修饰水平[4]。大量研究表明，纤维化形成早期，Ⅰ型和Ⅲ型胶原基因表达明显升高，胶原生成量增加。关于基质胶原酶活性升高程度和肝纤维化程度的相关性，有多种报道，结果不一。部分学者认为，肝脏内基质在Disse腔中被MMPs降解，从而改变肝细胞和HSC的功能。虽然间质胶原酶活性降低的生化基础还不十分清楚，但目前更倾向于认为随着肝纤维化的发展，胶原酶活性逐渐降低，至肝硬化阶段时，胶原酶活性近一步降低。在肝纤维化逆转的过程中，胶原酶活性则逐渐增强，胶原酶酶活性与间质胶原的量成反比。胶原酶活性降低的原因可能有生物合成减少、抑制物增多、酶原活化障碍等。

2 白细胞介素-10

2.1 白细胞介素-10的生化特征

IL-10是1989年由美国DNAX研究所Fiorentino发现的，最初称为细胞因子合成抑制因子，后命名为IL-10。该因子由Th2细胞、CD8+T细胞、单核巨噬细胞、Kupffer细胞、肝细胞、角化细胞等产生，但主要由Th2细胞产生，为分泌性蛋白。白介素必须与靶细胞上的两个受体亚单位结合，才能激活信号转导和转录激活蛋白转位，从而发挥间接发挥抗纤维化功能。人IL-10基因定位于第1号染色体，其基因包括5个外显子和4个内含子。人与鼠IL-10的DNA有较大的同源性。IL-10是一种单链蛋白，含178个氨基酸残基，内含18个氨基酸信号肽序列，分子量为35～40 kD，在酸性溶液中呈非共价连接的同源二聚体。IL-10通过IL-10R参与各种各样效应，包括调节T细胞增殖或者依赖人类白细胞抗原（HLA）的抗原提呈作用等。人类白介素-10受体（hIL-10R）由578个氨基酸组成，分子量为 90～110 kD，其结构与γ干扰素（IFN-γ）受体结构相似，由 2条 α链（IL-10R1）和 2条 β链（IL-10R2）组成，hIL-10R1存在于 11 号染色体[6]，hIL-10R2存在于21号染色体。人类21号染色体包含了IL-10R2与IFNR基因有关系的基因群，该基因群包括IFNα/β受体（IFNαR1和IFNαR2）、IFNγR2和 IL-10R2[7]。 IL-10 可以抑制 IFN-γ 的合成，从而拮抗IFN-γ激活抗原提呈细胞的作用。Th0细胞主要是在IL-12等细胞因子作用下分化而成Th1细胞，后者为CD4 阳性细胞，主要分泌白细胞介素-2（IL-2）、IFN-γ、TNF等，功能为参与调节细胞免疫、辅助细胞毒性T细胞分化、介导细胞免疫应答、参与迟发型超敏反应等。IL-10可以抑制Th1细胞的增殖，从而抑制Th1型免疫应答[8]。

2.2 细胞介素-10在抗肝纤维化中的作用

IL-10可以刺激MMPs的合成。各种MMP间具有一定的底物特异性，但不是绝对的。同一种MMP可降解多种细胞外基质成份，而某一种细胞外基质成分又可被多种MMP降解，但不同酶的降解效率可不同。MMPs几乎能降解ECM中的各种蛋白成分，从而在调节基底膜成分中发挥重要作用。研究显示，在四氯化碳 （CCl4）诱导的肝纤维化鼠中，MMP-2 mRNA的表达比与正常肝脏中增加许多倍，这种变化一方面减少了HSC细胞的激活，另一方面促进了肝基底膜的降解。MMPs对细胞外基质的降解受TIMP-1和 TIMP-2的抑制，这个抑制过程便可以调节细胞外基质的沉积和降解的平衡，而IL-10能下调MMP-2和TIMP-1的表达[9-10]。

内源性IL-10可影响HSC外的微环境并通过下调炎症细胞免疫反应及其介质，减轻肝脏炎症反应，抑制 HSCs的激活，从而减轻肝纤维化程度。王小众等[11]报道，敲除小鼠的IL-10基因，以CCl4注射造模7周，小鼠肝中央坏死区中性粒细胞渗出持续增加，肝纤维化程度和单核细胞较对照组显著增加，说明IL-10缺乏对肝纤维化的发生有明显的促进作用。IL-10基因治疗可降低小鼠TGF-β1、TNF-α和TIMPs的表达，也显著抑制α-平滑肌肌动蛋白和环氧化酶的活化。黄月红等[12]通过建立大鼠肝纤维化模型并行IL-10干预，结果发现，肝纤维化时胰岛素样生长因子（IGF-1）及其受体高表达，IL-10对IGF-1具有反馈抑制作用，IL-10低表达，则对IGF-1的抑制减少，从而使IGF-1增加，这种作用可以使肝细胞在损伤时增殖增加，减少纤维化对肝脏的损害。

IL-10还可通过抑制Kupffer细胞表达TNF-α而抑制HSC的增殖和活化。研究发现，外源性IL-10基因导入后HSC表达大量IL-10蛋白，可能更有效地抑制TNF-α的表达[13]。

血小板衍生生长因子（PDGF）是由血小板和巨核细胞分泌，对成纤维细胞和平滑肌细胞等许多细胞具有较强的分裂增殖作用。在PDGF的3种异构体中，PDGF-bb对肝星状细胞的促分裂作用最强，这种作用可以被PDGF抗体所阻断。IL-10可以阻断PDGF因子的蛋白表达途径，减少该蛋白的表达，从而减少肝星状细胞激活，进而减少细胞外基质的生成[14]。

总之， 肝纤维化时，PDGF、TGF-β1、TNF-α、EGF 等细胞因子表达增高，促进了HSCs活化，使细胞外基质生成增多，且生成大于降解，造成基质沉积。目前研究发现，IL-10可以使TGF-β1、EGF等细胞因子的表达下调，从而减少HSCs的活化与增殖[15]。目前，IL-10的相关药物已实验性应用于临床治疗慢性肝炎和肝纤维化，取得了较好的疗效。

3 结语

目前对于MMPs白介素在肝纤维化发展中作用的认识还不够全面，对于多细胞因子作用网络的内在机制还不清楚。众多的实验研究是以动物为模型，而动物与人类存在种属差异，所以许多实验药物的疗效结果只是近似或推测[16]。因此，应深入研究肝纤维化的病理生理机制，提出正确的理论，并在此基础上开发出有效的药物来治疗肝纤维化，广大医务工作者和科研人员还有很长的路要走。

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M echanism of MMPs and IL-10 factor in the resistance of liver fibrosis

FU Xiangyang1 YU Qin1 LUOWeisheng2▲
1.Department of Digestive,the Affiliated Hospital of Guilin Medical University,Guangxi Zhuang Autonomous Region,Guilin 541004,China;2.Guangxi University of Chinese Medicine,Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning 530001,China

Hepatic fibrosis is a common pathophysiological change in clinic,its genesis and development is a dynamic process,now the reversibility of liver fibrosis is clear.With the continuous development of evidence-based medicine and modern biotechnology,themechanism of cytokines that against the process of liver fibrosis has also been gradually clarified.Now it is clear that the activation of hepatic stellate cells (HSC)and the continuous generations and degradations of the extracellularmatrix determine the outcome of liver fibrosis.Among the anti-fibrotic cytokines,matrixmetalloproteinase family plays a vital role in the extracellularmatrix degradation.Interleukin-10 can not only down-regulate the expression of TGF-β1and EGF cytokines,thereby reducing the HSC cell activation and proliferation,but also stimulate the synthesis ofmatrixmetalloproteinases that leads to increase the extracellularmatrix degradations.This article summarizes the characteristics ofmatrixmetalloproteinases and interleukin-10,and their role in the process of anti-fibrotic.

Hepatic fibrosis;Matrixmetalloproteinases;Interleukins-10

R392.1

A

1673-7210（2012）12（a）-0033-03

广西壮族自治区卫生厅医疗卫生重点科研课题 （课题编号：10-046-04-K12）。

▲通讯作者

2012-08-31 本文编辑：程 铭）