TGFβ-ECM-整合素信号轴驱动肝脏疾病发生机理

撰文丨十一月

多囊肝（Polycystic liver disease，PCLD）的发生和形成是由于单基因突变或者多种疾病导致的，在此过程中位于肝脏和胆囊之间的胆管会发展形成充满液体的胆道囊肿。针对多囊肝患者非手术治疗手段非常有限，并且患者会遭受终身腹部肿胀、疼痛的折磨，并有囊肿破裂和感染风险。

为了对多囊肝形成和生长的机制进行解析并找到新的治疗途径，英国爱丁堡大学Luke Boulter研究组与Pleasantine Mill研究组合作在Science Translational Medicine发表文章题为A TGFβ-ECM-integrin signaling axis drives structural reconfiguration of the bile duct to promote polycystic liver disease，发现通过调节TGFβ-ECM（Extracellular matrix）-整合素信号轴来减少肝脏囊肿数量及大小，从而为多囊性肝脏患者提供新的治疗思路。

初级纤毛（Primary cilium，PC）是复杂的感觉细胞器，位于胆管上皮细胞（Biliary epithelial cells，BECs）的顶端。正所谓“肝胆相照”，初级纤毛在肝脏发育以及疾病中发挥着重要作用，初级纤毛中基因的遗传突变导致肝肾纤维囊性疾病，主要由PKD1、PKD2以及PKHD1等基因突变引起【1-3】。通过人类疾病遗传学的研究表明，初级纤毛功能障碍是肝囊肿发展的根本原因之一。初级纤毛基因比如WDR35发生异常会导致则会导致整个肝脏的囊肿，因此可以作为研究进行性肝脏囊肿病理机制研究的模型（图1）。

图1 Wdr35在胆管上皮细胞中选择性缺失会导致初级纤毛缺失以及肝脏多囊化

首先作者们在胆管上皮细胞中敲除Wdr35（Krt19-CreERT；Wdr35-/-），发现胆管出现多囊化，并且细胞增殖增加。在女性患者中肝脏多囊化的会更加严重，这一现象在雌性小鼠中也相似，雌性小鼠表现出具有更多囊肿。

进一步地，作者们想知道囊肿发发生的分子机制。为此，作者们使用10x单细胞RNAs-seq，对3060个正常细胞以及966个囊肿细胞进行基因表达的分析，基因本体论分析表明Wdr35-/-中与钙离子以及有丝分裂原激活蛋白激酶信号途径表达增加，这些途径都被发现有肾管或者肝脏那个囊肿相关。另外，作者们还发现TGF（Transforming growth factor-β）信号途径以及整合素途径也发生了显著的变化。这些基因表达变化说明细胞外基质可能会促进囊肿的发生。

经典的TGF信号通路促进SMAD3的磷酸化以及与SMAD4一起调节炎症因子和细胞外基质基因转录。在肝脏中TGF-SMAD信号通路驱动纤维化。在胆管上皮细胞中，Tgfb1以及Tgfb2配体均出了显著上调，另外Tgfbr2受体以及下游效应因子Smad3也发生了显著上调。通过免疫荧光染色以及生物化学实验，作者们证明了TGF信号是肝脏囊肿形成的普遍标记物。

在Wdr35-/-胆管上皮细胞中作者们发现包围的细胞外基质发生了显著的变化，比如Fn1、Lama5、Lamb3、Col4a1、Col4a2等明显上调，Col1a1与Col1a2则没有发生变化。作者们发现细胞外基质的主要驱动力是囊肿特异性整合素。在胆管上皮细胞中存在特定的2-整合素（Itga2），但是1整合素则在正常以及囊肿细胞中均存在（图2）。作者们在病人样本中也发现了特异性ITGA2表达的增加。通过体外培养病人来源的胆管细胞，并对整合素进行抑制，作者们发现囊肿的形成会被显著抑制。

图2 囊肿特异性整合素

总的来说，作者们在初级纤毛Wdr35-/-肝脏囊肿模型中，作者们发现TGF-ECM-Integrin信号通路轴的表达变化，说明TGF-ECM-Integrin信号通路轴在调节肝脏囊肿发生以及发展中的重要作用，体外培养多囊肝病人胆管细胞并抑制TGF-ECM-Integrin信号通路轴可以抑制囊肿的数量以及尺寸，这些结果为多囊肝的治疗提供了新的思路。

http://doi.org/10.1126/scitranslmed.abq5930

制版人：十一

参考文献

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