在肝星状细胞（hepatic stellate cells, HSCs）中，由整合素β-1介导的信号传导如何促进病理性细胞活化，导致细胞外基质（ECM）的分泌增加，从而引起肝脏瘢痕形成和器官衰竭。肝纤维化是多种慢性肝病的共同病理过程，其全球患病率约为2%，且在不断增加。尽管肝纤维化在早期可能可逆，但持续的损伤和瘢痕形成最终会导致肝硬化，需要进行肝移植。目前，尚无药物被批准用于治疗肝纤维化，因此，研究整合素β-1及其下游信号通路对于开发新的抗纤维化疗法具有重要意义。
研究简介
本研究的结果显示，整合素β-1在肝纤维化中扮演着关键角色，其表达在促纤维化的HSCs中上调，并在体外对纤维性ECM成分的产生、HSCs的增殖、迁移和收缩至关重要。研究还发现，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（P21-activated kinase, PAK）和机械敏感因子Yes-associated protein 1 (YAP-1)是整合素β-1信号传导中的核心介质，YAP-1能够维持整合素β-1的表达。通过药理学抑制这些途径可以减轻体内肝纤维化。特别是，PAK蛋白抑制显著降低了促纤维化HSCs的活性，限制了不同肝脏损伤后的瘢痕形成，并代表了一个新的治疗肝纤维化的可行靶点。
研究中，通过转录组和实验分析整合素β-1缺失和野生型肌成纤维细胞，发现机械感应途径涉及PAK-1和YAP-1作为促纤维化整合素信号的核心介质。药理学抑制这些途径在体外减轻了促纤维化肌成纤维细胞表型，并在体内减轻了肝纤维化。这些数据表明，PAK蛋白抑制剂特别适用于从癌症临床试验中重新定位为新的抗纤维化剂，避免了需要靶向整合素-ECM相互作用，这些相互作用在健康和疾病组织中普遍存在。
在实验中，研究人员发现整合素β-1的缺失导致YAP-1和MYL9的表达显著降低，而YAP-1和MYL9的激活形式在整合素β-1缺失时也显著减少。此外，YAP-1的功能被抑制后，可以减少Col1A1、Myl9和Ctgf的表达，这些都是YAP-1在成纤维细胞和癌细胞系中的目标基因，也是HSCs激活的指标。这些数据表明，整合素β-1可能与ITGA11合作，通过YAP-TEAD信号通路调节激活的肝肌成纤维细胞中的肌收缩因子MYL9。
研究还探讨了PAK蛋白在肝纤维化中的作用。PAK蛋白家族有三个成员，PAK-1、PAK-2和PAK-3。研究发现，与PAK-2相比，PAK-1和PAK-3在肌成纤维细胞激活时表达增加，但在整合素β-1缺失时这种诱导显著减少。通过siRNA敲除PAK-1或PAK-3可以减少SOX9和COL1的表达，并且PAK-1的敲除还减少了MYL9的磷酸化形式。PAK蛋白的催化活性可以通过1,1'-二硫代二萘酚（IPA3）进行异构抑制。用IPA3处理激活的大鼠和人类肝肌成纤维细胞可以显著降低COL1和SOX9的水平，并阻断肌动蛋白丝的形成，导致细胞形态变为圆形，类似于整合素β-1缺失的HSCs。
在体内实验中，研究人员使用IPA3处理小鼠，发现IPA3显著减少了肝脏中的纤维性胶原沉积，而肝脏重量未受影响。此外，在胆管结扎（BDL）诱导的肝纤维化模型中，IPA3显著改善了对照动物中的围胆管胶原沉积。在两种模型中，IPA3还减少了肝脏中α-SMA的染色量，这意味着肌成纤维细胞的激活减少，与HSCs失活的标记物表达增加一致。
讨论部分指出，肝纤维化最终导致肝硬化，给许多慢性肝病的治疗带来了复杂性，并迫切需要新的治疗实体。尽管整合素β-1先前被认为在HSCs功能中很重要，但由于缺乏特异性的整合素β-1激活，直接研究其在肝纤维化中的作用仍然具有挑战性。本研究提供了体外证据，表明ITGA11-整合素β-1异二聚体在肝肌成纤维细胞中发挥作用，其中任一异二聚体的缺失都会导致HSCs表型失活，与最近关于纤维化解决的数据非常相似。与整合素β-1的遗传失活相比，依赖于体外瞬时敲低阻止了对ITGA11在细胞收缩或迁移中的研究。未来的ITGA11遗传失活将促进这些调查以及体内分析。研究数据还不排斥整合素β-1与其他ITGA亚单位之间的重要相互作用。尽管在激活的肌成纤维细胞中ITGA3增加，但研究没有检测到与整合素β-1的相互作用。尽管关于ITGA11B1的功能知之甚少，但其他谱系的成纤维细胞的研究支持数据，通过机械应力调节ITGA11B1的功能。
通过靶向整合素β-1，研究人员能够识别涉及YAP-1和PAK蛋白的下游细胞内途径。在肝脏中，YAP-1被确定为器官大小和再生的重要调节因子。最近的研究显示，YAP-1在体外是HSCs激活所必需的，而在体内，YAP-1抑制剂的单剂量可以改善小鼠4周CCl4诱导的纤维化。尽管本研究的数据与后者的研究大致一致，但由于VP的短效性，需要每周多次剂量来改善啮齿动物的纤维化；单次注射没有效果。在分子水平上，尽管存在显著的重叠，研究没有发现PAK蛋白和YAP-1之间的层次关系。值得注意的是，YAP-1信号传导保留了整合素β-1和ITGA11的表达，类似于YAP-1在癌症相关成纤维细胞中的功能，其中MYL9是ECM和肿瘤侵袭的关键调节因子。PAK-1和PAK-2在乳腺癌模型中似乎发挥相反的作用。PAK-2的失活增强了MYL的磷酸化和细胞侵袭性，而PAK-1的失活则相反。这些数据与研究人员对静止（PAK-2+/PAK-1-和MYL9-）与激活HSCs（PAK-2-/PAK-1+和MYL9+）的观察相似。与这些相反的作用一致，研究表明PAK-2负向调节PAK-1的活性。由于CCl4注射后小鼠自发恢复的倾向，很难区分能够逆转肝纤维化而非抑制或减轻其发展的代理。这里的体外数据都支持将已建立的促纤维化肌成纤维细胞恢复到更失活的状态。虽然可能还有其他信号通路影响HSCs中的PAK-1和YAP-1，但在体内，整合素β-1和PAK-1（和YAP-1）在纤维化肝脏的HSCs中共同增加，PAK蛋白抑制明显减轻了两种不同肝损伤模型中的纤维化。虽然IPA3不适合临床开发，但其他I组PAK抑制剂已经在各种癌症的临床试验中。此外，当前临床使用的药物表现出PAK抑制活性，可能适合治疗重新定位。总之，这些数据报告了涉及I组PAK蛋白和YAP-1的肝纤维化新机制，作为整合素依赖性信号在肝肌成纤维细胞中的重要效应子，并突出了PAK抑制剂作为潜在的新药物，用于针对患者的肝纤维化。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/ncomms12502
免责声明：「原创」仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读或作者简历如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系后台，我们会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！
