肝星狀細胞

肝臟星狀細胞占肝臟固有細胞總數的15%，占非實質細胞的30%左右。HSC存在於Disse腔中，呈梭形或多邊形，胞漿內有多個富含維生素A的脂滴，其細長的突起向外延伸環繞在血竇內皮細胞外面，是體內儲存視黃醛衍生物的首要部位。在正常肝臟中，星狀細胞處於靜止狀態，不表達α平滑肌肌動蛋白（α-SMA），增殖活性低，合成膠原能力低，其主要功能是貯存視黃醛類。

基本介紹

• 中文名：肝星狀細胞
• 外文名： hepatic stellate cell，HSC
• 科室：肝膽外科

簡介

肝星狀細胞是ECM的主要來源， HSC激活並轉化為肌成纖維細胞樣細胞(MFC)，各種致纖維化因素均把HSC作為最終靶細胞。肝星狀細胞激活並轉化為肌成纖維細胞樣細胞(MFC)，各種致纖維化因素均把HSC作為最終靶細胞，正常情況下肝星狀細胞處於靜止狀態。當肝臟受到炎症或機械刺激等損傷時，肝星狀細胞被激活，其表型由靜止型轉變為激活型。激活的肝星狀細胞一方面通過增生和分泌細胞外基質參與肝纖維化的形成和肝內結構的重建，另一方面通過細胞收縮使肝竇內壓升高。

背景

早在1876年，德國CarlvonKupffer在使用氯化金染色法研究肝臟的神經系統時無意中發現肝血竇周圍有呈星狀形態的細胞，將其命名為星狀細胞（sternzellen）。1898年，Kupffer用印度墨水對兔肝進行染色時，觀察到能吞噬墨水顆粒的肝巨噬細胞，也就是後來人們為紀念Kupffer而命名的Kupffer細胞。因為同樣為星狀形態，Kupffer誤把肝巨噬細胞和星狀細胞混為一談，認為星狀細胞就是肝巨噬細胞。這種觀點在當時得到了廣泛的認同。直到1951年，日本學者ToshioIto通過光學顯微鏡發現人的肝竇周圍有一種富含脂質小滴、並且有網狀纖維包繞的細胞，並將之命名為伊東細胞（ItoCel1s）或貯脂細胞（fat-storingcells）。1958年，Suzuki用銀染色法在Disse腔內觀察到這種星芒狀的細胞，發現其突起與肝臟內的自主神經末梢相連繫，他認為這種細胞能將來自肝內自主神經的衝動傳遞給肝實質細胞，並將其稱為“間質細胞”；1966年，Bronfenmajor證實了伊東細胞的發現，又給該細胞起新名叫脂細胞（1ipocytes）；1971年，KenjiroWake採用電鏡，結合氯化金染色法和蘇丹紅染色法發現Ito所描述的伊東細胞和Kupffer所發現的星狀細胞原來是同一類型的細胞，並指出上述細胞既不同於肝竇內皮細胞，也不是肝內的巨噬細胞。這種細胞富含VitaminA和脂質小滴,其中脂質小滴發出的自體螢光，以及這種細胞能被氯化金染色的特性都與VitaminA的存在有關。至此，人們才揭開了這種星芒狀細胞的真實面目，並開始了對其功能的研究，逐漸發現了它與肝纖維化的關係。1995年，國際上正式將其命名為HSC。

Carl von Kupffer

性質及功能

HSC位於Disse間隙內，緊貼著肝竇內皮細胞（sinusoidalendothelialcells,SEC）和肝細胞。其形態不規則，胞體呈圓形或不規則形，常伸出數個星狀胞突包繞著肝血竇。此外，HSC還伸出胞突與肝細胞、鄰近的星狀細胞相接觸。HSC胞質內有1～14個直徑約1.0～2.0μm的富含維生素A和甘油三酯的脂滴，胞漿中有豐富的游離核糖體、粗面內質網及發達的高爾基複合體。胞核形態不規則，由於脂滴的擠壓，常致細胞核有一個或多個凹陷，核內可見1～2個核仁。正常肝臟中HSC的數目很少，只占肝細胞總體數目的5%～8%及總體體積的1.4%，但HSC的立體分布和伸展足以覆蓋整個肝竇微循環。

正常情況下HSC表現為富含VitA脂滴的靜止型，其功能主要有：

（1）代謝和貯存VitA：肝臟儲存有體內80%左右的維生素A，對體內維生素A的代謝起著重要作用。視黃醛在小腸內酯化後被運輸到肝臟並與特異的視黃醛結合蛋白結合，然後轉運到鄰近的HSC儲存。

（2）儲存脂肪：正常HSC胞質內的脂滴含有大量的甘油三酯，為肝細胞提供能源。

（3）合成和分泌膠原及糖蛋白、蛋白多糖等基質成分：研究認為，HSC是正常及纖維化肝臟中細胞外基質（extracellularmatrix，ECM）的主要合成細胞。正常肝臟中HSC合成的膠原以Ⅰ型、Ⅲ和Ⅳ型為主，其合成量是肝細胞的10倍、內皮細胞的20倍以上。HSC還能合成纖維連線蛋白、層連蛋白和粗纖維調理素等糖蛋白成分，以及硫酸皮素、硫酸軟骨素和透明質酸等蛋白多糖。

肝星狀細胞

（4）合成基質金屬蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP）及其組織抑制劑（tissueinhibitorofmetalloproteinases，TIMP）:正常情況下，HSC能分泌多種膠原酶和基質降解蛋白酶如基質金屬蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP）-1、MMP-2等以降解各種細胞外基質,同時分泌組織金屬蛋白酶抑制劑（tissueinhibitorofmetalloproteinase，TIMP-1）防止膠原過度降解,使肝臟ECM的合成和分解處在一個動態平衡中。

（5）表達細胞因子及受體：正常情況下，HSC可以分泌肝細胞生長因子（HGF），參與肝細胞再生的調控。此外，HSC還能表達少量的轉化生長因子（transforminggrowthfactor-β，TGF-β）、血小板衍生的生長因子（Plateletderivedgrowthfactor，PDGF）和胰島素樣生長因子（IGF）等，同時HSC能表達TGF-β1的II、III型受體和PDGF受體的α亞單位等。

（6）參與肝竇血流調節：HSC伸出胞突包繞著肝竇，通過其纖長突起的收縮功能調節肝竇內微循環，從而影響著肝臟的血流分布和門靜脈壓力。

生物學特徵

正常情況下肝星狀細胞處於靜止狀態。當肝臟受到炎症或機械刺激等損傷時，肝星狀細胞被激活，其表型由靜止型轉變 為激活型。肝星狀細胞位於肝竇周Disse 腔內，約占肝臟所有細胞的13%。在規HE染色的肝組織切片中，不能顯示星狀細胞，但可用免疫組織化學將其定位，並可將其分離進行體外細胞培養。正常情況下肝星狀細胞呈靜止狀態，它在肝臟中的生理功能主要有參與維生素A 的代謝，儲存脂肪的功能，肝星狀細胞的胞漿中含有類視黃醇物質的脂滴，是維生素A 的主要儲存處，肝星狀細胞還有調節血管和肝竇血流的作用。在病理條件下如肝臟受到物理、化學及病毒感染生物因素的刺激時，肝星狀細胞增殖並激活，轉變為“肌成纖維細胞”，表達α-平滑肌動蛋白、合成ECM等。當肝臟有炎症時，肝星狀細胞發生激活， Gressner 等研究提出了肝星狀細胞激活的“三步級聯反應”。模式激活型的肝星狀細胞具有以下特徵：

肝星狀細胞

1、胞體增大，胞突伸展。胞質中脂滴消失，VitA含量減少。胞質內粗面內織網、高爾基體發達，具有旺盛的蛋白質合成能力；

2、細胞增生頻率增加， 並且向肝損傷部位遷徙；

3、表達α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、波形蛋白（vimentin）及結蛋白（desmin），成為肌纖維樣母細胞；

4、收縮性增強；

5、ECM分泌增加；

6、細胞因子、趨化因子及受體分泌增加；

7、TIMP合成及分泌增加，使ECM成分降解減少。其中α-SMA的表達為HSC激活的標誌。

活化

肝星狀細胞的持續激活是肝纖維化發生髮展過程中的關鍵環節。激活的肝星狀細胞一方面通過增生和分泌細胞外基質參與肝纖維化的形成和肝內結構的重建，另一方面通過細胞收縮使肝竇內壓升高，這兩類變化最終奠定了肝纖維化、門靜脈高壓症發病的病理學基礎。肝星狀細胞的激活過程十分複雜，包括兩個主要階段：啟動階段及持續階段。持續階段則是這些刺激因素維持肝星狀細胞的活化表型，結果引起肝纖維化的形成。啟動階段主要是依賴於旁分泌刺激因素。而持續階段則與旁分泌、自分泌刺激因素均有關。

活化的肝星狀細胞

啟動階段

啟動階段是指早期基因表達的改變及在細胞因子等刺激因素作用下產生的細胞表型改變。當肝實質細胞受到損傷時，鄰近的肝細胞、庫普弗細胞、竇內皮細胞和血小板等通過旁分泌作用可分泌多種細胞因子，如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、轉化生長因子β（TGF-β）、胰島素生長因子（IGF-1）、肝細胞生長因子（HGF）、血小板源性生長因子（PDGF）、內皮素（ET）-1等，作用於HSC並使之出現肌成纖維母細胞（myofibroblast，MFB）樣表型轉化，激活並導致細胞增殖、ECM合成增加等。激活後的肝星狀細胞可自分泌TGF、PDGF、ET等細胞因子使活化得以持續，此時即使除去原發因素纖維化仍會持續。

持續階段

持續階段指由於上述各種因子的作用而維持星狀細胞的激活狀態並有纖維形成。肝星狀細胞活化的持續階段有以下特徵性的變化，這些改變的直接或間接效應是增加ECM的沉積。此階段肝星狀細胞的活化受自分泌和旁分泌的雙重調節。

（1）細胞增殖：PDGF是肝星狀細胞的最強絲裂原，肝星狀細胞活化早期PDGF受體增強了肝星狀細胞對這種絲裂原的反應；

（2）細胞趨化聚集：肝星狀細胞能向化學趨化劑的部位移動，在一定程度上解釋了為什麼肝星狀細胞在肝內多分布在炎性間隔內；

（3）纖維形成：增加基質形成是肝星狀細胞活化導致肝纖維化的最直接途徑。一方面，ECM合成的量增加；另一方面，合成的ECM種類異常，在正常情況下，肝星狀細胞以合成型膠原為主。而活化後則以產生型膠原為主；

肝星狀細胞

（4）細胞的收縮作用：肝星狀細胞的收縮作用可能是引起肝纖維化後門靜脈阻力增加的重要因素。晚期肝硬化典型的纖維帶中充滿著大量肝星狀細胞，活化的肝星狀細胞通過收縮竇周和收縮硬化的肝臟阻礙門靜脈血流。引起肝星狀細胞收縮的主要刺激因子是內皮素-1（endothelin-1，ET-1），其受體在靜止或活化的HSC均有表達；

（5）基質降解：在肝纖維化過程中，伴隨著ECM重構，基質蛋白酶質和量的改變起重要作用。肝星狀細胞幾乎能表達基質降解所需要的所有關鍵成分，因此，活化的肝星狀細胞不僅在ECM生成過程中起作用，而且在ECM降解過程中也起重要作用。基質蛋白酶家族是一類鈣依賴蛋白酶，能夠特異性地降解膠原蛋白和一些非膠原蛋白成分。根據基質蛋白酶對底物的特異性將其5類：①間質性膠原酶；②明膠酶；③溶基質素；④膜型基質金屬蛋白酶；⑤金屬彈力蛋白酶；

（6）視黃醇類消失：隨著肝星狀細胞活化，細胞失去了其特徵性的核周視黃醇（維生素A）脂滴；

（7）白細胞趨化及釋放細胞因子：除了肝臟內多種細胞因子通過旁分泌發揮作用外，肝星狀細胞自分泌的細胞因子對其活化的持久延續也很重要。活化的肝星狀細胞自分泌TGF-B以及ET-1。分別導致肝星狀細胞產生大量ECM和具有收縮性。肝星狀細胞還能通過誘導單核巨噬細胞浸潤來擴大炎症效應。

凋亡

激活的肝星狀細胞有兩個去向：

（1）由激活態轉變回靜止態。研究認為IL-10是一種能夠調控這一反應的刺激因子，可以下調炎症反應並增加組織間隙膠原酶的活性；

（2）發生細胞凋亡而死亡。體外培養試驗表明，靜止的肝星狀細胞不發生凋亡，肝星狀細胞在活化的同時出現自發性凋亡。近年來，有關肝星狀細胞凋亡分子機制的研究進展較快，現已證明有多種基因產物參與肝星狀細胞凋亡過程。其中包括死亡受體家族如Fas與FasL系統、天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶即Caspase家族、bcl-2調節蛋白家族等。人們通過對這些蛋白家族成員生化特性、生物功能以及上游下游分子作用機理的深入研究，提出了肝星狀細胞凋亡主要的兩條信號轉導通路：細胞凋亡的線粒體依賴性途徑和死亡受體途徑。兩條通路的結果都是引發了Caspase家族的級聯反應，最終表現為凋亡的產生。

肝星狀細胞

調控

1、Fas/FasL系統Fas也稱Apo-1或CD95，屬於腫瘤壞死因子（tumornecrosisfactor，TNF）受體和神經生長因子（nervegrowthfactor，NGF）受體超家族。Fas是一個48kDa的I型跨膜蛋白分子，由319個胺基酸組成，定位於人10號染色體長臂。Fas主要分布於組織細胞中，少量以可溶性形式（sFas）存在於細胞質和血清中。Fas配體（FasLigand，FasL）是一個分子量約為40kDa，屬於TNF家族的Ⅱ型跨膜蛋白分子，其C端位於胞外，N端深入胞內，定位於人1號染色體。主要表達於活化的T淋巴細胞表面。FasL或Fas抗體與細胞表面的Fas結合可誘導細胞凋亡。

肝星狀細胞的調控

2、Caspases家族近年來，在機體內發現多種半胱天冬蛋白酶（cysteineaspartate-specificproteinase，caspase）家庭成員，它們是結構特徵相似的同源蛋白酶，這些蛋白酶都是特異性的在底物的天冬氨酸序列後切斷肽鍵。在哺乳動物細胞內至少發現了十三種，編號Caspase-1～13，其中包括兩個在人類還未找到相應對等物的小鼠Caspase-11、12。根據其序列同源性可將它們分為三個亞家族：ICE樣、ICH-1樣和CPP32樣蛋白酶。Caspase家族的過度表達均可引起一系列不可逆轉的蛋白質裂解，最終導致細胞死亡，可以說，Caspases蛋白的表達是各種細胞凋亡機制共同的最後通路。