韓 冉 周俊英

(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院感染科,石家莊 050051)

肝細胞核因子4α與肝臟疾病

韓 冉 周俊英＊

(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院感染科,石家莊 050051)

肝細胞核因子4α(hepatic nuclear factor 4 alpha,HNF4α)屬于細胞核受體超家族成員,它在肝臟的發(fā)育、肝細胞分化成熟過程中起重要調控作用。HNF4α有阻斷肝纖維化、肝硬化、肝癌的疾病進程,改善肝臟功能的作用。另外,HNF4α在肝干細胞移植方面也發(fā)揮重要作用,提高肝細胞移植的成功率。本文就 HNF4α在肝細胞中的表達、作用及其相關疾病的研究進展做一綜述。

HNF4α; 肝纖維化; 肝癌; 肝干細胞移植

Hepatic nuclear factor 4 alpha; Hepatic fibrosis; Hepatocellular carcinoma;Liver stem cells transplantation

肝細胞核因子(HNF4α)屬于細胞核受體超家族2A亞家族(NR2A)成員[1],主要分布在肝臟,有參與維護肝細胞的蛋白合成、脂肪代謝、能量代謝、膽汁酸合成、解毒等重要功能,也是調控上皮細胞表型(如緊密連接、縫隙連接、橋粒以及細胞與細胞基質間黏附分子和細胞骨架蛋白等)表達的重要基因。HNF4α有阻斷肝纖維化、肝硬化、肝癌的疾病進程,改善肝臟功能的作用。另外,HNF4α在肝干細胞移植方面也發(fā)揮重要作用,提高肝細胞移植的成功率。本文就 HNF4α在肝細胞中的表達、作用及其相關疾病的研究進展做一綜述。

1.肝細胞核因子4α概述

肝細胞核因子(HNF)家族有6個成員,包括:HNF1、3、4、6,CCAAT/增強子結合蛋白和 D-結合蛋白。肝細胞核因子4(HNF4)是一種鋅指結構蛋白,在成體肝臟、消化道、胰腺和腎臟中均發(fā)現(xiàn)HNF4的表達。在脊椎動物中發(fā)現(xiàn)了 HNF4α、HNF4β、HNF4γ3 種亞型 ,其中 HNF4α是 HNF4的重要亞型,HNF4α與 HNF4γ有70%的同源性,二者DNA結合區(qū)的氨基酸序列幾乎完全相同,在以上各種組織中均有表達,并與肝臟的特異基因表達密切相關。

HNF4α是細胞核中一種組成性表達的轉錄因子,主要分布在肝臟,HNF4α以二聚體形式與順式作用元件結合,可通過乙酰化、磷酸化以及與smad3或4[2]結合調節(jié)自身活性,調節(jié)染色體的結構,使染色體解聚,激活靶基因的表達。HNF4α單體有?；o酶A(ACS)和游離脂肪酸(FAP)兩個?；Y合位點[3],兩者分別以不同模式協(xié)同調節(jié) HNF4α的轉錄活性。

2.HNF4α在肝細胞分化、基因表達及肝臟結構形成過程中的作用

肝細胞的分化是在大量轉錄因子的協(xié)同作用下,肝細胞特異基因(包括白蛋白、甲胎蛋白、α-antitrypsin等)有序表達的結果。Nagy等[4]發(fā)現(xiàn)在成年肝臟中,當卵圓細胞分化為肝細胞時 HNF4α開始表達,認為 HNF4α在卵圓細胞向肝細胞的增殖、分化過程中起作用。研究發(fā)現(xiàn),HNF4α在鼠肝中的表達始于胚胎第9天(E9),與肝憩室開始形成的時間一致,并且在此后肝的發(fā)育過程中一直有表達,出生后第1天(P1)仍有高表達。原位雜交顯示,從E9到P1鼠多數(shù)肝索細胞均呈 HNF4αmRNA陽性,而膽管板及膽管上皮細胞、血管內皮細胞、造血細胞等均呈陰性。結果提示 HNF4α與肝憩室的形成有關,在肝干細胞向肝細胞分化過程中發(fā)揮作用。Babeu等[5]的研究發(fā)現(xiàn),HNF4α可促進體外腸道上皮及小鼠腸道上皮的分化。Michele等[6]通過微點陣和分子分析發(fā)現(xiàn),HNF4α調節(jié)許多細胞連接結合蛋白以調控肝臟發(fā)育。此外,Li等[7]發(fā)現(xiàn) HNF4α敲除后,apoA Ⅰ、apoA Ⅱ、apoB、apoCⅡ、apoCⅢ、PAH、Epo等與成熟肝細胞功能相關的基因不表達,據此提出 HNF4α是肝細胞分化所必需的。Parviz等[8]應用基因重組的方法,培育出一種胚胎肝臟中不表達 HNF4α的小鼠模型,研究表明,胚胎的發(fā)育早期階段(E12)不表達 HNF4α,對于肝細胞的基因表達有阻斷作用,但是在該發(fā)育階段,并未發(fā)現(xiàn)細胞形態(tài)的變化,肝臟外形沒有顯著的變化。在胚胎期第E18時,HNF4α缺失的肝細胞體積小、胞質深度染色,與該時期正常肝細胞的形態(tài)差別很大,電鏡觀察也顯示突變的細胞胞質很少,幾乎不含糖原,畸形的細胞核中充滿了異染色質,更為重要的是,變異肝細胞無法表達出與細胞連接有關的蛋白分子,失去細胞連接的結構,致使細胞膜與鄰近細胞之間出現(xiàn)異常空隙,無法形成肝竇狀隙等結構。因此,HNF4α在肝細胞特異基因表達中是必不可少的。

3.HNF4α在抑制肝纖維化中的作用

肝纖維化是不同病因引起慢性肝臟損害后組織修復過程的一種代償性反應,以膠原為主的細胞外基質(ECM)在肝內過分沉積為病理特征。肝纖維化的發(fā)生主要是肝星狀細胞(hepatic stellate cell,HSC)激活并轉化成肌成纖維樣細胞(myofibroblasts,MFs),所以抑制 HSC的激活、增殖與遷移,誘導HSC的凋亡是肝纖維化治療的重要方法。近年研究發(fā)現(xiàn),除了 HSC外肌成纖維細胞也可來源于其他細胞,一系列研究相繼證實[9],在肝纖維化發(fā)展進程中,肝臟上皮細胞如膽管上皮細胞等均可通過上皮細胞間質轉型(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)轉化為MFs,參與 ECM合成與分泌,進一步促進肝纖維化的發(fā)生發(fā)展。

EMT主要是指具有極性的上皮細胞通過在細胞形態(tài)、細胞結構、細胞功能、細胞黏附以及遷移能力等方面的轉換形成具有活動能力、能夠在細胞基質間自由移動的間質細胞的過程。它以上皮細胞極性的喪失及間質特性的獲得為重要特征,具體包括:細胞黏附分子(E2鈣黏蛋白)表達減少,角蛋白為主的細胞骨架轉變?yōu)椴ㄐ蔚鞍诪橹鞯募毎羌?從而引起細胞形態(tài)的改變[10]。

對 HNF4α基因敲除的小鼠研究發(fā)現(xiàn),在不同發(fā)育階段肝細胞均出現(xiàn)大量功能基因表達下調,這些基因參與維護肝細胞脂肪代謝、白蛋白合成、藥物解毒、能量代謝、膽汁酸合成等重要功能。此外,HNF4α與肝纖維化EMT過程密切相關。在體外,多種細胞因子如轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、表皮生長因子 (epidermal growth factor,EGF)等可使肝細胞發(fā)生 EMT。在TGF-β誘導下,肝細胞可發(fā)生 EMT,獲得間質細胞的特性,伴隨肝細胞功能基因如 HNF4α等表達下調,間質細胞表型基因Snail表達增加,多項研究表明,Snail是參與 EMT過程的一個重要的轉錄因子[11]。將Snail基因直接導入小鼠肝細胞株,可誘導其發(fā)生 EMT,并伴有 HNF4a表達下降;當外源導入HNF4a基因后可阻斷Snail基因誘導的肝細胞 EMT[12]。Parviz等[8]將 HNF4α基因導入成纖維細胞NIH-3T3,NIH-3T3出現(xiàn)間質細胞上皮轉型(mesenchymal-to-epithelial transition,MET),表明HNF4α是維持上皮細胞表型的重要調節(jié)因子。所以,HNF4a既能抑制活化 HSC的間質細胞特性,又發(fā)揮其促進肝臟再生和肝干細胞分化的作用。從而為研究肝纖維化的發(fā)病機制和防治提供新的思路。

4.HNF4α的抗腫瘤作用

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)具有起病隱匿、惡性程度高、侵襲轉移快的特點,嚴重威脅人類的健康和生命安全。肝癌的病因和發(fā)病機制尚未完全確定,可能是多種因素共同作用的結果,其中最主要的是病毒性肝炎和肝硬化,肝細胞的惡變可能是在肝細胞再生過程中發(fā)生,即經肝細胞損害引起再生或不典型增生。因而探求肝癌的發(fā)病機制,尋求有效的治療方法是全球關注的熱點和醫(yī)務工作者不懈努力的方向。Lazarevich等[13]研究發(fā)現(xiàn),在 HCC發(fā)生過程中,HNF4α的表達下降,在HCC細胞中轉染外源性 HNF4α后,其侵襲性降低,增殖速度減緩,成熟肝細胞的結構、功能逐步恢復,細胞與胞外基質之間的聯(lián)系重建,說明 HNF4α的下調在 HCC的形成過程中具有重要作用,HNF4α發(fā)揮強有力的抗腫瘤作用。另外,利用表達HNF4α的重組復制缺陷型腺病毒(AdHNF4α)體外感染肝腫瘤細胞株,可明顯增強其肝細胞相關功能基因表達,抑制腫瘤細胞增殖并誘導其凋亡,降低腫瘤細胞成瘤性,抑制轉移瘤的形成。上述結果初步證實了上調 HNF4α,可抑制腫瘤細胞在體內外的增殖,表明上調 HNF4α表達可能成為 HCC有效的治療方法。Yin等[14]構建腺病毒介導的基因送遞系統(tǒng),將 HNF4α基因傳遞入人肝腫瘤細胞株 Hep3B和 Hep G2,使其高表達 HNF4α,結果顯示該兩種肝腫瘤細胞均出現(xiàn)明顯的細胞凋亡,和 Hep G2細胞周期停滯及細胞衰老,并且,全身注射AdHNF4α能抑制肝臟轉移腫瘤的生長,而裸鼠皮下種植瘤內局部注射AdHNF4α可使已形成的腫瘤退化縮小,同時免疫組化顯示伴有AFP、Ki67等蛋白表達下降。因此,HNF4α在肝臟腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及轉移瘤的形成過程中發(fā)揮重要抑制作用。

5.HNF4α在肝干細胞移植中的作用

目前原位肝移植是治療各種晚期肝臟疾病的有效措施,但由于合適供體肝臟的缺乏和長期使用免疫抑制藥物所導致的不良反應,大大限制了該技術的廣泛應用。肝細胞移植(hepatocyte transplantation,HCT)技術可以解決目前肝臟移植所面臨的部分問題。HCT的供體來源主要包括異體肝細胞、自體肝干細胞、胚胎肝細胞、胚胎肝干細胞。因此,有增殖和分化潛能的肝干細胞(liver stem cells,LSCs)成為細胞移植治療的重要的供體來源,利用基因調控手段上調肝干細胞分化基因表達,成為肝細胞移植領域的研究熱點。LSCs移植中的細胞按來源主要包括肝源性和非肝源性2大類:肝源性主要指肝卵圓細胞、成肝細胞、胚胎干細胞,非肝源性包括臍帶血干細胞、骨髓間充質干細胞、胰腺上皮祖細胞、心肌細胞、唾液腺祖細胞等[15]。LSCs屬于前體細胞,來源于肝臟 Herring間隙(匯管區(qū)和終末小膽管的連接部分)和肝內膽管,具有雙向分化潛能,可以分化為肝實質細胞和膽管上皮細胞。一般情況下,LSCs都處于靜止不分裂狀態(tài),只有在肝臟受到嚴重損傷且尚存的肝細胞不能代償時,LSCs才被激活、分化。LSCs分化為成熟肝細胞過程中,伴有多種細胞分化基因的表達,其中包括 HNF家族。研究發(fā)現(xiàn)在成年大鼠肝臟中,HNF4α的表達與肝干細胞向成熟肝細胞分化直接相關。另外,在小鼠胚胎發(fā)育的各個階段多數(shù)肝索細胞呈 HNF4α陽性反應,成年時仍有少數(shù) HNF4α陽性的肝索細胞,而膽管板及膽管上皮細胞、血管內皮細胞、造血細胞等均為陰性,故認為 HNF4α表達與肝憩室的形成有關,并參與肝干細胞向肝細胞的增殖、分化過程,其在正常成年肝中的表達可能與肝細胞正常形態(tài)的維持有關。Jochheim等[16]對胚胎、幼鼠和成年大鼠肝臟中分化調控基因的研究發(fā)現(xiàn),肧胎肝細胞發(fā)育過程中伴隨有多種分化基因表達的變化,其基因表達在細胞不同發(fā)育階段具有各自的特點。在發(fā)育7.5d時,HNF4α基因 mRNA檢側不出;胚胎發(fā)育9-11.5d 時,HNF4α基因 mRNA 表達增高;至13.5d表達逐漸下降;在成年大鼠肝臟中維持高水平。HNF4α缺乏的胚胎大鼠不能形成完整的原腸胚,故常因內臟內胚層功能不全而死亡。Li等[7]上調胚胎干細胞 HNF4α表達后,可誘導多種載脂蛋白、轉鐵蛋白及視黃醇結合蛋白等基因的表達增加。表明 HNF4α在肝細胞發(fā)育過程中的表達與肝干細胞的分化過程直接相關,可能是器官分化早期的使動因子。尤楠等[17]將胎肝干細胞植入肝損傷的大鼠體內,結果顯示對照組大鼠中央靜脈極度擴張,肝細胞壞死,大量炎癥細胞浸潤,而經移植胎肝干細胞的大鼠肝病理切片見肝臟損傷修復明顯。說明植入的胎肝干細胞可遷移至受損的細胞區(qū)域,并在微環(huán)境作用下分化修復壞死的肝組織,免疫組化和Western blot的結果顯示,對照組 HNF4α蛋白表達較高,而移植組隨著治療時間的延長、肝功能的逐漸恢復,HNF4α蛋白表達逐漸下降,肝細胞的修復與HNF4α的時序性變化表現(xiàn)出良好的相關性。這說明 HNF4α可能參與了肝干細胞向受損肝細胞定向分化的過程。因此,在肝干細胞移植過程中,外源性提供 HNF4α將有利于肝干細胞的成活與分化。

目前,肝干細胞作為 HCT技術的供體來源已經逐步應用于各種晚期肝臟疾病(例如Wilsons病、Crigler-Najjar綜合征等)的治療研究中,顯示出一定的療效。對于肝干細胞及其分化基因表達調控的研究,為 HCT提供新的、更優(yōu)越的細胞來源,不僅為肝干細胞誘導分化提供了新的方法,同時也將擴大HCT技術的臨床應用范圍和治療效果,為晚期慢性肝病移植治療和基因治療開辟新的思路和途徑。近期研究發(fā)現(xiàn):干細胞移植給造血系統(tǒng)惡性疾病的患者后,還可以產生肝實質細胞和其他類型的細胞。因此,干細胞移植作為患者等待肝移植期間的“橋梁治療”,最有可能成為第一步的臨床研究目標。

6.結論

HNF4α在正常分化成熟的肝細胞中高表達,在各種慢性肝病(肝纖維化、肝癌等)進程中 HNF4α表達下降,我們可以通過人為提高 HNF4α表達的方法,促進肝細胞分化,改善肝臟功能,達到治療肝病的目的。另外,肝干細胞移植中,我們也可以加入外源性 HNF4α,調控肝干細胞的分化,從而提高肝干細胞移植成功率。隨著人們對 HNF4α不斷深入研究,必將對各種肝病,特別是晚期慢性肝病的治療提供有益的幫助。

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R512.6

A

10.3870/zgzzhx.2011.02.018

2010-02-10

2011-02-01

韓冉,女(1984年),漢族,碩士研究生。

＊通訊作者(To whom correspondence should be addressed)