肝纖維化之回顧與研究

第一章文獻回顧

第一節肝纖維化之回顧與研究

第一章文獻回顧

第一節肝纖維化之回顧與研究

一、慢性肝炎與肝硬化

國人肝臟疾病罹患率甚高，當肝臟持續發炎將導致肝硬化甚至肝癌的產生。

根據行政院衛生署統計資料顯示，慢性肝病及肝硬化為國人十大死因之一，而在死因排名首位的癌症中，肝癌更位居第二位 (行政院衛生署，2013)，而肝病所誘發的併發症也造成極大的醫療支出，由此可見，慢性肝病的預防及治療可說是當務之急。

二、肝臟構造、功能及細胞組成

肝臟為人體內最大、最重的器官，成人肝臟重量約 1000-1500 g。肝臟同時也是身體裡最大的化學工廠，是人體賴以為生不可或缺的重要器官 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

(一) 肝臟之組織結構

肝臟功能非常複雜，在人體扮演多重的生理角色。目前還沒有人工器官或裝置能夠模擬肝臟所有功能。因此，與腹腔其他器官不同，肝臟有雙重血液供應，

並且血容量佔人體的 14%。進入肝臟的血管包括從心臟輸送含氧血的肝動脈 (hepatic artery) 以及從消化道運送代謝營養物質的肝門靜脈，前者和後者的供血量比例約為 1:3；反向的血管則為肝靜脈 (hepatic vein)。

肝臟的肝細胞排列成立體板狀稱肝板 (hepatic plate)，肝板排列成功能單位稱肝小葉 (liver lobules)。每一肝小葉的中央均有中央靜脈 (central vein)，在肝小葉之間的結締組織中有膽管 (bile duct)、肝門靜脈以及肝動脈，此三部分在肝細胞之間形成門三叉 (portal triad)，而動脈血與肝門靜脈血混合後，經由門三叉流入竇狀隙 (sinusoid)，再由肝小葉周圍進入中央靜脈，不同肝小葉的中央靜脈最後會合並流入肝靜脈 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

(二) 肝臟之功能 1. 血液解毒功能

外來或體內代謝所產生的有毒物質經由肝臟的分解、氧化、結合等方式，使之轉變為毒性較低或較有極性的物質，並隨尿液或膽汁排出體外 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

2. 物質代謝功能

肝臟參與醣類、蛋白質、脂肪、維生素、激素、卵磷脂及膽固醇之代謝 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

4 3. 膽汁分泌

肝臟製造的膽汁通過膽囊 (gallbladder) 的儲存及濃縮再流入十二指腸 (duodenum)，以促進脂肪的消化及脂溶性維生素的吸收；另外，亦可協助膽紅素等的排出 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

4. 血液循環之調節

肝臟本身具有雙重血液供應，且肝臟之竇狀隙內可有效儲存血液，因此，在失血時可供其他器官使用 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

5. 免疫防禦功能

肝臟之竇狀隙內含有大量庫氏細胞 (kupffer cells)，為一種單核巨噬細胞，

可吞噬肝門靜脈血液中之細菌 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

6. 凝血功能

肝臟是合成和產生多種凝血物質的場所，另外，也含有鐵、銅、葉酸等造血物質，因此還能間接地參與造血 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

(三) 肝臟之細胞組成

肝臟為人體內最大的器官，乃由實質細胞─肝細胞，及非實質細胞─星狀細胞、庫氏細胞，及內皮細胞等組成 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

1. 肝細胞 (hepatocyte)

肝細胞為肝臟中的實質細胞，為大型呈多邊形之細胞，佔肝臟總體積的 80%，

負責肝臟大部分的生化代謝工作，主要有：處理血液中有毒物質；血漿白蛋白、

球蛋白及凝血因子之合成；生成膽汁；以及將氨轉化形成尿素。由肝細胞排列形成之肝板，其旁含有肝門靜脈分支─竇狀隙，許多物質的交換在此空間進行 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

2. 竇狀隙內皮細胞 (sinusoidal endothelial cell)

竇狀隙內皮細胞形成肝臟微血管，稱為肝竇狀隙，由一層不連續的穿孔型內皮細胞 (endothelial cells) 所組成，內皮細胞具有高度的通透性，能讓血漿物質通過而到達肝細胞，其管腔比微血管還寬，管內的血液由肝動脈和肝門靜脈分支流入，並流入肝靜脈 (Junqueira and Carneiro, 2005)。

3. 庫氏細胞 (kupffer cell)

位於肝竇狀隙內且固定在竇狀隙內皮細胞表面。庫氏細胞具有許多功能，對於肝臟的體內平衡及先天免疫反應是不可或缺的。庫氏細胞在持續發炎過程中扮演重要角色，是具吞噬作用的單核巨噬細胞，負責清除細胞以及微生物在循環中

的碎片。當肝臟受損時，會促使庫氏細胞活化，並產生大量的發炎媒介物，包含細胞激素，如腫瘤壞死因子 (tumor necrosis factor-α ， TNF-α) 、介白素 -1 (interleukin-1，IL-1)、介白素-6 (interleukin-6，IL-6)、轉化生長因子-β1 (transforming growth factor-β1，TGF-β1)，化學激素 (chemokines)，一氧化氮 (nitric oxide，NO)，

過氧化物 (superoxide) (Decker and Obolenskaya, 1995; Koo et al., 2000)。

4. 肝臟星狀細胞 (hepatic stellate cells, HSCs) (perisinusoidal cells) (Aterman, 1986)，近年來，國際間將此類細胞命名為 HSCs (Ahern et al., 1996)。HSCs 約佔肝細胞總數的 15% (Friedman, 2000)。在正常肝中，HSCs 主要功能為儲存體內維生素 A 並維持其恆定 (Burt, 1999)、製造細胞外基質 (extracellular matrix, ECM) 與基質金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases;

MMPs) 以調節肝臟細胞間基質的恆定 (Poli, 2000)、藉由 angiotensin Ⅱ，

thromboxane，endothelin 或 prostaglandins 的分泌，調控竇狀隙管腔微循環之收縮與擴張 (Sato et al., 2003)、分泌表皮生長因子 (epidermal growth factor, EGF) (Friedman, 2003; Poynard et al., 1997)。

肝纖維化過去被認為是一種被動而不可逆的過程 (Schaffner and Klion, 1968)，直到 1970 年，Popper 和 Udenfriend 發現酵素在肝纖維化逆轉過程中的重要性 (Popper and Uenfriend, 1970)，Okazaki 等人發現肝臟中的膠原蛋白酶 (Okazaki and Maruyama, 1974)，Soyer 等學者根據臨床觀察更推測肝纖維化是一具有潛在可逆特性的過程 (Soyer et al., 1976) ，而後終於在 1979 年， Perez-Tamayo 在動物模型及人體當中證實了肝纖維化可逆性的的假說 (Perez-Tamayo, 1979)。1980 年代之後，HSCs 被發現在慢性肝病期間會被激活，

並且該狀態之細胞是肝臟中主要產生膠原纖維的來源 (Geerts, 2001)，肝纖維化方才逐漸受到關注。

肝細胞與靜脈竇間由迪氏腔分開，正常情形下，迪氏腔內的胞外基質提供細胞良好的支撐及物質運送環境。當肝臟受到持續性的慢性損傷，肝臟會不斷的進行傷口修復與癒合 (wound-healing)，而過程中最主要的特徵是 ECM 組成將改

變，且過量生成與堆積 (Benyon and Iredale, 2000)，當 ECM 的累積無法持續有效分解時，最終將使可逆的肝纖維化轉變成不可逆的肝硬化。

(一) 肝臟發炎反應與肝纖維化

肝細胞是大部分肝毒性因子的目標，例如肝炎病毒、酒精代謝和膽酸等 (Higuchi and Gores, 2003)。受損的肝細胞會釋放活性氧 (reactive oxygen species, ROS)、致纖維性的調控物並促使發炎細胞誘發白血球增加 (Faouzi et al., 2001;

Patel et al., 1998)。

庫氏細胞是存在肝臟的巨噬細胞，其為肝臟發炎反應中主要釋放活性氧自由基與細胞激素的細胞 (Naito et al., 2004; Thurman, 1998)。庫氏細胞會表現 TNF-α，

TRAIL (TNF related apoptosis inducing ligand) 與 Fas ligand 等這些死亡受體 (Canbay et al., 2003a; Kojima et al., 2003; Sun et al., 2003)，死亡受體的活化會進而調控肝臟內細胞凋亡的反應。當細胞凋亡發生時，細胞會形成許多膜狀包覆的凋亡小體 (apoptosis bodies) ，這些凋亡小體的膜表面會表現磷脂絲胺酸 (phosphatidylserine, PS)，吸引吞噬細胞前來清除 (Henson et al., 2001)。巨噬細胞或庫氏細胞吞噬細胞凋亡小體後更會促進死亡受體的表現 (Geske et al., 2002)，體螢光 (autofluorescence)、細胞骨架蛋白的結蛋白 (cytoskeletal proteins desmin)、

膠質原纖維酸性蛋白 (glial fibrillary acidic protein, GFAP) 及過氧化體增生劑活化受體 γ (peroxisome proliferator-activated receptor-γ, PPARγ) 的大量表現來進行辨別 (Friedman, 2008b)。當肝臟受到損傷時，HSCs 的活化起始於鄰近的肝細胞、肝竇內皮細胞、庫氏細胞、血小板及白血球所釋放的細胞激素刺激，造成 HSCs 由原本富含維生素 A 之靜止態轉變為不斷增生 (proliferating)、致纖維化

(fibrogenesis)、具收縮性 (contractility) 並釋出維生素 A 的似肌纖維母細胞 (myofibroblast-like) (Friedman, 2003; Wake, 1980) (圖 1-1)，另一方面，活化後的 HSCs 會開始大量表現平滑肌之 α-肌動蛋白 (α-smooth muscle actin, α-SMA)，因此 α-SMA 的表現可視為 HSCs 處於活化態 (activated form) 的指標 (Ramadori et al., 1990; Rockey et al., 1992)。目前的研究認為肝星狀細胞的活化分為兩個階段：

起始期 (initiation) 與永存期 (perpetuation) (圖 1-2) (Friedman, 2003)。氧化物 (reactive oxygen intermediate, ROI) 使肝細胞膜產生脂質過氧化，造成細胞膜通透性改變，導致肝細胞壞死 (necrosis) (Tsai et al., 1993)。 release) (Bataller and Brenner, 2005; Friedman, 2008a; Wynn, 2007)。上述 HSCs 活化後的表現為造成肝纖維化的主要原因 (圖 1-3)。

在永存期階段，活化的 HSCs 受到具有促進有絲分裂效果的細胞激素像是 PDGF、EGF、TGF-β1 及血管內皮生長因子 (vascular endothelial cell growth factor, VEGF) 刺激而大量增生 (Friedman, 2008a)，其中，PDGF 對 HSCs 增生為最具影響的細胞激素 (Pinzani, 2002)。細胞激素中的單核細胞趨化蛋白-1 (monocyte chemotactic protein-1, MCP-1) 為一種趨化因子，它能夠賦予 HSCs 趨化性，使

8 圖 1-1 肝纖維化之肝臟結構變化

Fig. 1-1 Changes in the hepatic architecture when liver fibrosis (Bataller and Brenner, 2005)

9 圖 1-2 星狀細胞之活化路徑

Fig. 1-2 Pathways of hepatic stellate cell activation (Friedman, 2008c)

10 圖 1-3 肝纖維化之細胞機制

Fig. 1-3 Cellular mechanisms of liver fibrosis (Bataller and Brenner, 2005)

活化的 HSCs 遷移到受傷部位 (Marra et al., 1999b)。這也部份說明 HSCs 為何能夠使纖維隔 (fiber septa) 和炎症浸潤 (inflammatory infiltration) 合併發生 (Marra, 2002)。另外，HSCs 不僅能夠增加本身的細胞數目，還能提高每個細胞所能產生的 ECM 含量進而導致肝纖維化的發生。而 HSCs 最能夠刺激纖維化發生的成分為來自旁分泌和自分泌的 TGF-β1 (Inagaki and Okazaki, 2007)。在整個肝纖維化期間，HSCs 的致收縮性將導致門靜脈阻力上升，其中內皮素-1 (endothelin-1, ET-1) 為造成此情況發生的因子之一 (Rockey and Chung, 1996)。而由於這些因子的影響，導致 α-SMA 表現量提高，大量表現後的 α-SMA 又會賦予細胞收縮的可能 (Ramadori et al., 1990; Rockey et al., 1992)。在肝損傷初期，

MMPs 會以疤痕基質取代正常肝臟基質，而 MMPs 家族中的 MMP-1 (Schaefer et al., 2003)、MMP-2 (Milani et al., 1994)、MMP-9 (Han, 2006; Han et al., 2007)、

MMP-13 (Schaefer et al., 2003)、MMP-3、MMP4 及 MMP-10 (Vyas et al., 1995) 之主要來源為 HSCs，其中 MMP-2 的過量表現為肝硬化之病理特徵 (Benyon et al., 1996)。除此之外，HSCs 於肝損傷期間還可產生功能性之基質金屬蛋白酶組織抑制因子 (tissue inhibitors of metalloproteinase, TIMPs)，其可抑制間質膠原酵素 (interstitial collagenases) 之活性，並減緩 ECM 的降解速度 (Arthur, 2000)。

整體而言，無論病因為何，HSCs 在肝纖維化過程中扮演舉足輕重的角色。

(三) 細胞激素與肝纖維化

無論體內還是體外，細胞激素皆調控著發炎反應使肝臟損傷並控制肝纖維化的發生 (Bonniaud et al., 2005; Marra, 2002)，舉例來說，肝細胞的損傷、肝竇細胞的功能改變、ECM 的聚積和降解抑或是正常肝組織和肝功能重建等過程，皆發炎反應 (Baud and Karin, 2001; Palanki, 2002)。

TNF-α 在肝臟損傷的初期即已經大量產生 (Bradham et al., 1998; Iimuro et al., 1997)，而過去研究指出，TNF-α 可活化 HSCs，促進大鼠體內肝纖維化發生 (Chong et al., 2006; Hsu et al., 2007)。TNF-α 與其受體在大多數慢性肝臟疾病中提

12 缺的角色 (Bursch et al., 1993; Cain and Freathy, 2001; Hellerbrand et al., 1999)。在整個肝纖維化過程中，TGF-β1 是由活化的 HSCs、庫氏細胞與肝竇內皮細胞所產生，其中又以活化的 HSCs 分泌最多 (Bataller and Brenner, 2005; Tsukada et al., 2006) 。對 HSCs 來說， TGF-β1 能夠促進其轉化為似肌纖維母細胞 (myofibroblast-like cells)，進而刺激 ECM 生成並抑制其降解 (Shek and Benyon, 2004)，另外，TGF-β1 還能藉由 trans-modulating PDGF receptor 來調控 HSCs 的增生 (Olaso and Friedman, 1998)。臨床研究指出，肝臟疾病患者血清中均含有大量之 TGF-β1 (Bataller and Brenner, 2005; Tsukada et al., 2006)。肝臟無論是處於發炎或者是纖維化的病理狀態下，TGF-β1 皆扮演著關鍵的角色，因此，TGF-β1 的蛋白多糖 (proteoglycan) (Franzen et al., 1993; Lin et al., 1992; Wang et al., 1991)。

在整個肝纖維化期間，游離之 TGF-β1 首先與 TGFβRⅡ 結合，接著磷酸化的

Nakao et al., 1999)。因此，TGF-β1/Smad 訊息傳遞路徑的探討對於研究纖維化及治療方式之開發是重要的。

圖 1-4 TGF-β1 引發 TAK1 之訊息傳遞及促纖維化反應

Fig. 1-4 TGF-β1-induced TAK1 signaling and profibrotic response (Choi et al., 2012)

14 3. MMPs 與 TIMPs

ECM 為維持肝臟內組織型態及細胞分化功能之重要結構。ECM 由許多大

在文檔中 Liver Fibrosis of Cordyceps militaris-Fermented Oats (頁 16-32)

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第一章文獻回顧

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