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肝窦内皮细胞在肝病中的病理学相关研究
2009-06-16 09:57   发布范围:公开

 航医系四队 杨永祥

摘  要肝窦内皮细胞(SEC) 是一组有别于血管内皮细胞的有高度异质性的群体。SEC 除了在正常肝组织具有重要的生物学功能外,在急慢性肝损伤及肝纤维化发展中亦起一定作用,特别是在近年来肿瘤血管形成的发生机制中备受重视,并取得了不少成绩。有研究显示,SEC 参与肝癌中窦壁毛细血管化的形成,并出现CD34 表型的改变。本文通过参阅相关文献对SEC 在肝病中的研究及进展作一简要综述。

关键词肝窦内皮细胞;慢性肝病;肝细胞癌;免疫表型;窦壁毛细血管化


0 引言

内皮细胞是一组有高度异质性的群体,其结构和生化特征与特异的器官和器官内结构有关。肝窦内皮细胞(sinusoidlining endothelium cell , SEC)参与了正常肝细胞的物质交换及肝纤维化的发生发展。在肝癌的研究领域中,窦壁毛细血管化近年来已引起愈来愈多的关注。本文就SEC在肝病中的病理学研究作简要综述。

1 肝窦内皮细胞(SEC)

正常SEC在肝中的分布、形态特征及功能肝组织的血管系统包括肝动脉、门管区小动脉、门管区静脉、血窦和小叶中央静脉。研究发现,内衬于血管的内皮细胞(vessellining endothelium cell,VEC)和内衬于肝窦的SEC在结构、生化、代谢及免疫学特征方面都有明显的差异[1,2]

VEC 具有一般血管内皮细胞的特征,细胞呈扁平状,细胞膜连续,具完整的基膜,细胞质中可见Weibel2Palade(W2P)小体,并表达荆豆植物凝血素(ulex europaeus lectin2I ,UEL2I)结合部位和FⅧ相关抗原。SEC位于肝窦,将肝窦腔与窦周间隙(或称Disse间隙)分隔开来,SEC细胞边界清楚,沿窦壁呈扁平状,细胞膜不连续,具有窗孔化结构,细胞体向窦腔内轻度突起,细胞质内有丰富的大小、形状不一的小泡,可见线粒体、扁平状的粗面内质网和发达的高尔基复合体,远腔面还可见微管,无W2P小体。SEC具有重要的功能,它参与造血干细胞在肝小叶1区的选择性种植;在体外可吞噬大量内源性和外源性的物质;在正常状态下可清除直径<230nm的胞体物质,并且这种吞噬功能不随年龄而变化;SEC对修饰的低密度脂蛋白(LDL)、乙酰化LDL及许多脂蛋白E有高度亲和性。此外,SEC具有脂酶受体,能分解循环内脂蛋白,控制胆固醇及其他成分的释放等。

2 SEC在慢性肝病的形态和功能

慢性肝炎时,SEC的超微结构观察显示[3],炎性反应区域内皮细胞呈轻度活跃增生状态,表现为SEC体积略增大,细胞核外观呈卵圆形,常脱离窦壁而突入血窦中,细胞器较丰富,主要为扩张的内质网,其池内常滞留不定型物质,线粒体常肿胀,微囊泡及颗粒物质增多,高尔基复合体扩大。肝细胞明显受损区的内皮细胞大多表现为极度活跃状态;SEC形态有明显改变,细胞核异形性增加,细胞质疏松、水肿,易见致密状包涵体,其形态为类圆形,数十至十余个不等,由单层膜包绕,大小约1~2μm,致密小体间可见微囊泡结构,部分囊泡似与致密小体有融合趋势。内皮细胞朝向窦周间隙处纤维状物质增多,并有少量基膜状物质形成。肝硬化时,肝窦内皮出现毛细血管化,以门管区及纤维间隔附近的窦壁为明显,具体表现为SEC窗孔数量的减少或消失,同时可有延续基膜的出现,内皮不规则增厚,并出现表型的改变,此时SEC常出现活跃的增生状态,表现为细胞体肿胀,伸入窦腔,细胞变厚,滑面内质网和高尔基复合体等细胞器数量增多,吞噬空泡数目增加,体积增大,出现致密小体和溶酶体等,细胞核增大[1]。主要基膜成分Ⅳ型胶原(typeⅣcollagen,Co Ⅳ)和层粘连蛋白(laminin,LM)的表达增加,同时血小板内皮细胞粘附分子(platelet endothelium cell adhesion molecule21,PECAM21)产生,并诱导LM受体α6β1和α2β1的产生。这些变化使内皮细胞的细胞质和肝细胞之间产生屏障[4]。体内研究显示,人肝Co Ⅳ产生的细胞主要为内皮细胞,其他肌纤维母细胞和胆管上皮细胞亦可参与少量的Co Ⅳ合成[5]。在实验性大鼠肝纤维化模型的不同阶段,SEC均可见较强的α1(Ⅳ)前胶原mRNA杂交信号[6]。体外培养显示,转录生长因子2β1(transforming growth factor2β1,TGF2β1)可刺激大鼠SEC产生Co Ⅳ和LM[7]。表明SEC在窦壁毛细血管化的发生中起积极的参与作用。Yamasaki等[8]通过结扎大鼠门静脉支,使肝局部动脉化供血。结果发现,在结扎后12~21周,肝组织内有轻度窦周纤维化,SEC表达FⅧ因子,其窗孔数量减少,但仍缺乏基膜,其吞饮功能仍然保持,表明局部动脉化血供可以诱导SEC表型的转换。

3 窦壁毛细血管化与肝癌

1945年,Algire提出肿瘤血管生成(tumor angiogenesis)的概。从20世纪70年代,Folkman 等[10]对部分人体和实验动物肿瘤中血管生成进行研究开始,血管生成逐渐成为肿瘤研究中的一个热点。越来越多的证据表明,血管生成在肿瘤的发生、发展、浸润、转移和复发中发挥着重要作用。实验模型提示,诱导血管生成的能力在肿瘤发生的早期即表现出来,是肿瘤的一种固有的生物学属性[9]。原发性肿瘤和转移灶,必须经过从血管前期到血管期的转变才具备浸润性。血管前期,肿瘤的体积很小,直径通常<2mm,极少发生转移。当肿瘤的直径>2mm时,血管生成就不可避免,肿瘤即进入血管期,这些新生的血管网络系统为肿瘤的生长提供充足的氧和养料,保证了肿瘤细胞的快速增殖能力,肿瘤发生浸润和转移的机会都会大大增加[10]。从直径>5cm的肝癌切除标本中,肝细胞肝癌(hepato cellular carcinoma, HCC) 瘤细胞可被血流灌注洗脱,提示在此阶段瘤细胞可进入血液循环以及发挥转移潜能[4]。肿瘤的生成需要血管形成,原因在于肿瘤细胞的无限制性增殖,代谢率增加,使其对氧、营养成分及排泄代谢废物的需求增加。这种缺氧、乏糖和低pH值的微环境,刺激血管生成因子,启动血管生成,促进肿瘤加速生长[11,12]。而肿瘤的加速生长需要更多的微血管支持,同时产生更多的血管生成因子,导致更多的新生血管形成。因此,肿瘤生成与血管生长相互作用,构成一个相互促进的恶性循环。已知新生血管是以某些可溶性因子为中介诱导产生的。在肝癌中,酸性和碱性成纤维细胞生长因子(acidic and basicfibroblast growth factors, aFGF,bFGF) 是肝癌窦壁毛细血管化中一种重要的细胞因子[13]。Terayama等[14]的研究发现,在邻近转移性肝癌的肝组织中bFGF 较远隔部位明显增强,其表达亦强于瘤细胞的表达,表明bFGF 在肝转移癌邻近的肝窦壁毛细血管化中起重要作用。血管内皮生长因(vascular endothelial growth factor, VEGF)近年来被认为是肿瘤血管形成中最重要的一种细胞因子,它是血管内皮细胞的特异性有丝分裂原,主要由肿瘤细胞产生[15,16],亦有见于肝窦星状细胞(stellate cell) [15]及VEC[16]的报道。VEGF 是一种外分泌蛋白,可分为VEGF206、VEGF189、VEGF165和VEGF121四种分泌类型。HCC中主要的分泌类型为VEGF165和VEGF121[15,17]。VEGF通过其受体发挥作用。目前研究最多的也是最重要的VEGF受体是Flt21和KDR/Flk21,它们同属酪氨酸激酶受体,仅存在于血管内皮细胞中。这两种受体均能与VEGF发生特异性高亲和力结合,但作用不同,KDR有化学趋化和促分裂作用。此受体缺乏的小鼠主要表现为内皮细胞成熟障碍,并有造血干细胞的严重减少[18]。Flt21受体缺乏的主要表现为VEC损害,但其分化正常[19]。在鼠的人结肠癌肝转移模型中,癌细胞都有丰富的VEGF表达,KDR及Flt21mRNA表达仅限于肿瘤内皮细胞。用VEGF单抗治疗,转移灶明显缩小,且既无血管生成,又无KDR表达。因此,认为VEGF是一种重要的血管生长因子,受体由VEGF诱导而表达[20]。Yamamoto等[21]用22乙酰氨基芴(22acetylaminoflurene)诱导大鼠肝癌的发生,连续动态观察了增生性结节(hyper plastic nodules, HPN)、不典型增生结节(atypical hyperplasticnodules,AHPN)和HCC 中窦壁毛细血管化的程度和变化,结果显示动脉化结节在HPN、AHPN和HCC的比率分别为47%、57%和100% ,FⅧ相关抗原阳性结节在三者的比率分别为25%、40%和100 % ,表明窦壁毛细血管化起始于HPN阶段。Cui等[22]认为HCC形成的最初阶段并无窦周毛细血管化,随着肿瘤的增大,出现了窦周毛细血管化,窦周毛细血管化从HCC中央部位开始,在这一时期中CD34的表达差异最大,可呈阴性、局灶或弥漫性分布。进入血管期HCC显示弥漫、均匀的毛细血管化[4,23,24]。曾有人猜测肿瘤毛细血管 形成仅仅是肝硬化血管改变的扩散和蔓延,病理生理研究表明,活动期的肿瘤血管生成和肿瘤的间质特征与肝硬化时有所不同,0.5~2 cm HCC中可见毛细血管化,2~3cm HCC中可见异常的肿瘤性动脉,肿瘤细胞的血供以动脉为主,>3cm肿瘤主要依靠动脉供血,肿瘤组织高度血管化,并达到一个血脉系统的动态平衡,使其处于暂时的相对的休眠状态,同时可抑制小的其他孤立肿瘤的发生。可以认为肿瘤之间通过相互作用、相互影响,并相互抑制以加快自身血供,从而加速瘤体形成。肿瘤的生长可能由于血管形成受抑制而影响HCC的形成、增殖和扩散[4]

4 SEC表型转换的生物学意义

正常SEC可表达Fc、IgG受体(CD16、CDw32)、CD14分子和氨基肽酶N,而这些在VEC无表达,VEC则特征性地表达一些分子,如CD62、CD31、CD34和FⅧ相关抗原等。正常肝窦内皮几乎没有CD34和FⅧ相关抗原的表达,缺乏UEL2I结合部位[1]。急性肝损伤时, SEC表达细胞间粘附分子(intercellularadhesion molecule21,ICAM21)增高,认为ICAM21与表达于淋巴细胞表面的相关抗原(lymphocyte functionassociated antigen21,LFA)分子相互作用,能促进免疫介导的肝病中炎细胞的自身循环,在乙型肝炎和丙型肝炎的免疫发病机制中起着重要作用[25]。正常情况下,SEC不表达内皮白细胞粘附分子21(endothelial leukocyte adhesion molecule21,ELAM21)及血管粘附分子21(vascular adhesion molecular21,VAM21),在急性病毒性肝炎时有ELAM21的表达,慢性肝炎的碎屑样坏死区有VAM21 的表达[1]。在慢性肝病的发展过程中,SEC细胞质窗孔的减少或消失,细胞质中出现W2P小体,出现UEL2I结合部位,表达CD34和FⅧ相关抗原等,这些所谓的窦壁毛细血管化阻碍了血窦内成分与窦周间隙之间的营养交换,进一步导致肝的损伤。有研究显示,慢性肝炎的肝窦组织内未见CD34阳性表达,部分肝硬化的肝组织中除门管区和纤维间隔中有CD34阳性表达的小血管外,伴有明显炎细胞浸润的纤维间隔周边的肝窦内可见少量散在的CD34弱阳性表达[23,24]。局灶性毛细血管化可出现在一些良性病变,如局灶性结节性增生和肝细胞腺瘤,但在腺瘤和瘤样病变组织中,增生的SEC表型大部分正常[4]。HCC时,瘤组织出现弥漫性窦隙状的CD34强阳性表达,UEL2I及FⅧ相关抗原虽在HCC有阳性表达,但它们不能区分良性和恶性病变,而CD34作为一种新近运用的肿瘤血管标记,认为可作为鉴别HCC与非癌性肝组织的较特异的标志物[23,24]。对HCC中的肿瘤微血管密度(microvesseldensity,MVD)的研究显示,MVD在小HCC(直径≤2cm)要比中HCC(直径2~5cm)明显降低,大HCC的MVD密度较中HCC相对低[26],临床病理资料分析显示,MVD 与瘤组织发生门静脉癌栓[24]、肝内复发及预后密切相关[26]。HCC中弥漫性CD34强阳性表达的同时,其基膜中Co Ⅳ和LM的表达明显增加[27,28]。免疫电镜显示,肝癌细胞可自分泌途径产生Co Ⅳ和LM,以促使其自身瘤细胞的粘附、增殖和迁移[29]

5 问题与展望

如前所述,SEC作为肝中一种具有诸多功能的间质细胞,在急、慢性肝损伤及肝癌的发生、发展中起着非常重要的作用,特别是近年来在肿瘤血管生成的发生机制中备受重视,对其研究至今虽然取得了不少成绩,但许多工作如对CD34超微结构的精确定位、CD34分子生物学的研究、窦壁毛细血管化的确切机制及肿瘤血管的基因治疗等,还有待进一步深入的研究。

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