肝卵圆细胞被认为是肝脏的成体干细胞,只有在一定的条件下才能被激活、增殖、分化成多种成体细胞(肝细胞、胆管细胞等)。它可能为肝脏疾病提供一种新的治疗方法,具有极其诱人的临床应用前景。目前,国内外关于肝卵圆细胞的研究主要集中在肝卵圆细胞激活、增殖和分化过程中的调控系统。研究显示,许多细胞内外因素参与这个调控系统。Wnt/β—catenin信号通路是wnt信号通路的一个分支,亦称为经典wnt信号通路。该信号通路是细胞内较活跃的信号通路,参与各种干细胞的增殖和分化,主要包括肝卵圆细胞、造血干细胞、皮肤干细胞和神经干细胞等。国内外学者对Wnt/β—catenin信号通路进行了较为详细的研究,但它在肝卵圆细胞激活、增殖和分化过程中的作用机制尚不完全清楚。本文就肝卵圆细胞激活和增殖过程中Wnt/βcatenin信号通路的作用综述如下。 一、肝卵圆细胞激活和增殖过程 1.肝卵圆细胞的概述:1956年,Farber等在研究大鼠肝细胞癌变机制时首先发现了一种非实质细胞。由于其形态学特点为体积小、卵圆形、核浆比例大、胞浆嗜碱性且浅染,因而将其命名为卵圆细胞(hepaticoval cell,HOC)。肝卵圆细胞作为肝脏的成体干细胞,具有自我更新能力,并能分化成肝细胞、胆管细胞、神经干细胞、胰腺细胞和肠型上皮细胞等。肝卵圆细胞与许多细胞有共同的标志物。与肝细胞相同的标志物有CK8、CKl8、HNF4、HBD.1、c—Met等,与胆管上皮细胞相同的标志物有CKl9、CK7、CKl4、γGT、GST—P、MPK、OV-6(识别CKl4和CKl9)、OVl、A6、CD24、MUCl、DMBTl等,与造血干细胞相同的标志物有c-kit、CXCR4、CD34、Sca-1等,与胚胎肝细胞相同的标志物有aFP、dlk、c-Met、CD24、CD44等。肝卵圆细胞的来源有肝源性和非肝源性两种:肝源性观点认为肝卵圆细胞来源于肝脏,是由于肝受损并且肝细胞增殖受阻,才导致它被激活、增殖而出现在肝小叶的外周区域。目前普遍认为肝卵圆细胞来源于Hering管(介于肝实质细胞与终末胆管上皮之间的过渡区域)。非肝源性观点主要认为肝卵圆细胞来自于骨髓造血干细胞的转化。 2.肝卵圆细胞的激活和增殖:肝细胞具有极强的修复肝损伤的能力。即使在肝脏被切除2/3的情况下,肝细胞的增殖也可使肝脏在数周之内恢复到正常水平。一般情况下,肝细胞的再生和受损是平衡的。只有当肝脏受到严重损伤并造成肝细胞的增殖不能有效修复肝损伤或者当肝细胞的增殖需求被抑制,肝脏不得不动员成体干细胞来修复肝损伤时,才导致肝卵圆细胞的激活和增殖。肝卵圆细胞激活和增殖的调控大致可分为细胞外调控和细胞内调控。细胞外调控主要有生长因子、细胞因子、神经递质等的参与;细胞内调控主要有转录因子、生物钟和信号通路等的参与。经典wnt信号通路对肝卵圆细胞的激活、增殖有重要影响,但目前国内外关于这类研究的报道较少。 二、Wnt/β—catenin信号通路 1.Wnt/B—catenin信号通路概述:Sharma(1973)在果蝇中发现无翅基因(wingless),Nusse等(1982)发现小鼠乳腺癌病毒癌基因为整合基因(int),由于该基因的激活依赖MMTV的插入,因此被命名为Int21。随后的研究证明果蝇的Int样基因就是wingless,现已将有关的二类基因统一命名为Wnt基因族。目前已发现了19种人类Wnt基因。Wnt信号通路分可为两种信号途径:(1)经典Wnt信号途径:即Wnt/β—catenin信号途径。(2)非经典信号途径:包括wnt/Ca2+信号途径和Planer细胞极性(PCP)信号途径。最近,Chen等发现了第4条分支:蛋白激酶A通路,该通路参与肌形成。Wnt信号通路与肿瘤发生、胚胎干细胞增殖和分化以及肝脏的发育等有关。同时它也参与一些成体干细胞的分化,比如造血干细胞、皮肤干细胞、神经干细胞、肝卵圆细胞等。目前研究最多的是Wnt/β-catenin信号途径。它的传导过程是通过wnt蛋白与卷曲蛋白(Friz—zled,Frz,一类七次跨膜蛋白)及辅助受体LRP5/6结合后,激活的Frz受体通过一保守模序(KTXXXW)与蓬乱蛋白(Dishevelled,Dsh或DVl)结合,促使一种摧毁复合体(由GsK3、Axin和APC组成)中的GSK3β失活,从而使β-catenin蛋白避免了磷酸化而降解,导致β-catenin蛋白在胞质中积累。当β-catenin在胞质中积累到一定程度时可以向细胞核内转移,在胞核中与转录因子家族TCF/LEF相互作用,刺激靶基因(c—myc、cycD和c—jun等)的转录,进而调控细胞的生长。 2.Wnt/β-catenin通路与成体干细胞:Wnt/β-catenin对许多成体干细胞的生长起重要作用,包括造血干细胞、毛囊干细胞和神经干细胞等。Wnt蛋白不仅是干细胞生长因子,而且也控制干细胞的分化。纯化的Wnt蛋白和有活性的β-catenin能增强鼠类造血干细胞在体外的自我更新和在体内的造血重建能力。在长期无血清培养条件下,活化的β-catenin或Wntl的过量表达能促进造血干细胞的增殖和抑制造血干细胞的分化。Wnt信号也能调控毛囊隆突区的多能干细胞的分化。在静止期时毛囊隆突区干细胞可表达大量的Wnt信号的阻抑物。而当Wnt信号被大量激活时,可加速毛囊循环和促进新生毛囊生长,但也可能诱发皮肤肿瘤。激活经典Wnt信号通路的Wnt蛋白能促进神经干细胞向神经元分化。Yu等对成年大鼠室管膜下区来源的神经干细胞的研究发现,在转染Wnt3a和WntSa后,大部分的神经干细胞向着神经元方向分化,其中Wnt3a的作用更为明显。 3.Wnt/β-catenin通路与肝细胞:Wnt/β-cateninn通路在器官发育和胚胎轴分化过程中发挥着重要作用。近年来在胚胎发生早期的中胚层发现了Wnt2b信号通路的激活。这也是首次发现Wnt信号通路在肝脏发育中起着重要作用。Zeng等首次报道了在小鼠肝脏发育过程中B—catenin的时向性表达。研究发现小鼠胚肝发育到第10~12天(E10~E12d)β-catenin在胚肝细胞胞核具有较强的表达。并且随着时间的推移β-catenin逐渐从胞核中移出,至出生后β-catenin几乎都在肝细胞的胞膜中表达。随后有研究显示Wnt/β-catenin通路不仅参与肝脏发育而且还参与肝细胞的再生。文献表明,在小鼠肝切除的早期,肝细胞中的β-catenin蛋白在胞质中聚集,提示β-catenin参与肝再生。而β-catenin基因敲除的小鼠中,肝重明显下降,提示肝细胞增殖受到明显抑制。推测β-catenin可能是通过影响肝细胞G1一S期的转换来促进肝细胞的增殖。尽管经典Wnt途径与肝细胞的增殖存在着联系,但具体机制尚不明确。 三、肝卵圆细胞激活和增殖过程中的Wnt/β-catenin通路 Wnt/β-catenin信号通路影响着多种成体干细胞的分化和增殖以及肝细胞的再生,那么是否也对肝脏的成体干细胞(肝卵圆细胞)的激活和增殖有影响呢?研究表明,β-catenin基因敲除的小鼠肝再生明显受抑制,而肝细胞β-catenin特异性敲除的小鼠肝再生仍可以进行。这提示后者有另一再生机制(卵圆细胞分化?)的参与,并且这种肝再生过程同样受β-catenin的影响。故此,Hu等推测Wnt/β-catenin信号通路可以影响肝卵圆细胞的分化。他在二乙基二硫代氨基甲酸酯(DDC)诱导的肝卵圆细胞激活的动物模型中发现,肝卵圆细胞的胞质和胞核中有β-catenin集聚,并由此首先提出了Wnt/β-catenin信号通路促进肝卵圆细胞激活和增殖的观点。以下从三个方面总结肝卵圆细胞激活和增殖过程中的Wnt/β-catenin通路的作用: 1.肝卵圆细胞和Wnt蛋白:Wnt蛋白是通过与Frz受体结合激活Wnt/β-catenin信号通路来影响肝卵圆细胞激活和增殖的。它们包括:Wntl、Wnt2、Wnt2b、Wnt3、Wnt3a、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8a、Wnt8b和Wnt10a等。参与肝卵圆细胞激活和增殖的Wnt蛋白有旁分泌和自分泌两种分泌方式。研究显示Wntl通过旁分泌影响肝卵圆细胞的分化。Williams等发现在2-AAF/PH动物模型中,肝细胞高度表达Wntl蛋白,而肝卵圆细胞高度表达Fzd2受体,而且用shRNA干扰肝细胞表达Wntl可影响肝卵圆细胞向肝细胞分化;同时他们也发现Wntl蛋白可以影响肝卵圆细胞的增殖。免疫印迹实验显示Wntl蛋白的表达水平与肝卵圆细胞的增殖水平有关,但其数据显示Wntl表达高峰要稍晚于卵圆细胞的增殖高峰,提示还有其他的wnt蛋白的参与。同时,也有学者在研究其他Wnt蛋白对肝卵圆细胞的作用过程中发现,在DDC诱导肝卵圆细胞的动物模型中,Wnt2b的表达有显著的下降,Wnt3、Wnt3a未发现表达,而Wnt7a、Wnt7b和Wntl0a的表达却有显著增强。Zhang等用不同剂量的Wnt3a刺激WB-F344细胞株(一种卵圆细胞株),发现160ng/ml的Wnt3a刺激WBF344细胞株时其增殖最明显,并且通过观察WB-F344细胞株的表面标志,发现Wnt3a激活Wnt/β—catenin信号通路进而影响WB-F344细胞株向肝细胞和胆管细胞分化。 2.肝卵圆细胞与β-catenin蛋白:β-catenin是连环蛋白家族的一种。连环蛋白是一组具有相似结构的胞内糖蛋白家族,它们的氨基酸组成中都具有数个相同序列的结构域。目前将该家族分为四大类:a一(102000)、β-(88 000)、γ-(82 000)和pl20ctn(120000),其中β—catenin尤为重要。β—catenin就其功能来说是一种多功能适配蛋白,由人类CTNNBl基因编码。定位于染色体3p21,存在于细胞膜、细胞质和细胞核中。在细胞膜上的β—catenin主要参与E—cadherin介导的细胞与细胞间的黏附作用;在细胞质和细胞核中的β—catenin作为经典Wnt信号通路的重要组成部分,介导信号从胞膜到胞质再进入细胞核。肝卵圆细胞激活和增殖过程中,β—catenin主要在胞质和胞核中积累。Hu等在DDC诱导肝卯圆细胞的动物模型中,用抗A6(卵圆细胞标志物)和β—catenin双免疫荧光发现β—catenin在肝卵圆细胞的胞质和胞核中积累。Apte等在2-AAF/PH动物模型中发现β—catenin参与肝卵圆细胞的激活和增殖,并且发现肝卵圆细胞胞质和胞核中β—catenin的增加不是β—catenin基因表达增加的结果,而是Wnt-1、WIF-1、Fz-2和GSK3β共同作用的结果。也有研究者通过研究肝卵圆细胞激活和增殖中β—catenin的作用,发现Wnt/β—catenin信号通路可能为肝细胞癌提供一种新的靶向治疗的方法。他们发现肝癌干细胞与肝卵圆细胞有着密切的联系。肝癌细胞中表达OV6(卵圆细胞标志物)的癌细胞受β—catenin影响,激活Wnt/β—catenin信号通路会。促进这种亚细胞群的自我增殖。 3.肝卵圆细胞与Wnt/β—catenin信号通路的靶基因:Wnt/β—catenin信号通路的靶基因主要包括:c-myc、cyclinDl、EpCAM、Axin2、N—myc和Wispl等。cyclinDl是一种细胞周期蛋白,在细胞周期G-S期转换中发挥重要作用。王磊等发现在2-AAF/PH动物模型中,cyclinDl只表达于肝卵圆细胞,而肝细胞未见表达,且cyclinDl主要定位于细胞核。EpCAM既是Wnt/β—catenin信号通路的靶基因,也是肝卵圆细胞的表面标志物。Itoh等发现在DDC动物模型的肝卵圆细胞中,EpCAM、Axin2、N—myc和Wispl的表达伴随着Wnt/β—catenin信号通路的激活有明显增强。 四、前景和展望 肝卵圆细胞作为一种肝脏的成体干细胞,具有自我更新、多向分化和损伤后的修复能力。在目前供体肝严重缺乏的形势下,肝卵圆细胞的研究可能为许多肝脏疾病的治疗提供一个新的契机,同时也可能阐明一些肝脏疾病的发生机理。肝卵圆细胞研究首先需要解决的问题就是弄清其激活和增殖过程中的调控系统。Wnt/β—catenin信号通路在肝卵圆细胞激活和增殖过程起重要作用。研究肝卵圆细胞中该通路的作用对肝卵圆细胞用于人工肝、细胞移植以及各种肝脏疾病的治疗有重要作用。同时,研究Wnt/β—catenin信号通路中各个成分的调节与其他信号通路的交错联系有助于发现新的信号通路及调控基因,从而进一步阐明肝卵圆细胞激活、增殖和分化的调控机制。 |