肝小葉由肝細胞、膽管細胞以及非實質細胞組成。形態與功能學分析表明，肝臟約80%由肝細胞組成，發揮著肝臟的主要功能。非實質性肝細胞，雖然僅占肝臟體積的6.5%，卻占肝細胞總數的40%左右，主要位于器官的血竇部位。肝血竇壁至少由3種不同的細胞組成，包括肝竇內皮細胞（liver sinusoidal endothelial cell，LSEC），庫普弗細胞（Kupfer cell，KC）和肝星狀細胞（hepatic stellate cell，HSC，以前被稱為貯脂細胞、伊藤細胞、脂肪細胞、竇周細胞或富維生素A細胞）。另外，肝內淋巴細胞常常出現在竇腔內，包括所謂的隱窩細胞，即現在的肝臟特異性自然殺傷細胞。在正常以及病理生理條件下，肝細胞的很多功能受到周圍非實質細胞分泌的因子的調節。由于篇幅有限，本章節中僅討論正常或急慢性肝臟損傷情況下發揮功能的肝細胞群。有興趣的讀者可以參考更多詳盡的專業文獻。

實質性肝臟細胞（如肝細胞）為多邊形/多面體的細胞，有時為雙核，直徑為20～30μm，占肝臟總重量的80%左右，通常具有3個主要的表面結合位點：

1.基底膜或肝竇上的結合位點，具有微絨毛，參與肝竇內的血液循環。

2.側面的結合位點，以鄰近肝細胞的聯絡復合物為特征。

3.膽小管結合位點。

肝細胞是關鍵的肝臟效應器細胞，不僅發揮主要的肝功能，同時也是肝臟特異性代謝對象如肝炎病毒及許多有毒復合物，包括乙醇的攻擊對象，并最終導致急慢性肝損傷。肝細胞也可以由于自身免疫、代謝紊亂或基因突變而發生損傷。

本節內容中，除了簡單回顧實質細胞的主要生理功能之外，我們將討論2個主題：

1.作為急慢性肝損傷動力的肝細胞凋亡。

2.肝細胞是巨噬細胞穿過上皮-間質的細胞源動力。

1.通過糖原合成、糖原分解、糖異生作用調節血液中的葡萄糖水平；

2.脂質代謝，可以合成脂蛋白或通過線粒體的β氧化、過氧化物酶氧化分解細胞內的外源性或內源性脂類；

3.通過第一階段（氧化還原）或第二階段（結合、水解）反應來代謝/失活外源性（藥物、乙醇、毒素、環境污染物、致癌物）和內源性（類固醇激素、膽紅素）復合物；

4.合成血漿蛋白質，包括白蛋白、急性期蛋白，補體成分和凝血酶原，纖維蛋白原等；

5.通過尿素循環代謝氨；

6.代謝維生素A及其他的維生素；

7.維持體內鐵、銅、鋅水平；

8.分泌膽汁。

從新陳代謝角度來說，肝臟實質細胞分布位置不同，稱為成帶現象或分布異質性。舉個例子，門靜脈周圍肝細胞（Rappaport腺泡1帶肝細胞），富含氧氣和基質，主導葡萄糖異生作用，而靜脈周圍的肝細胞（Rappaport腺泡2帶肝細胞），其血液中葡萄糖、氧氣和基質已經部分消耗掉，主導糖酵解作用。對氧化物、氨基酸、外源化學物與氨進行代謝的肝細胞也呈帶狀分布。

肝損傷以肝細胞壞死或凋亡或者更多情況下是兩者同時存在為特征。實際上，相同的外界刺激常常能同時誘導這兩種不可逆性細胞死亡的發生。Malhi和Gores曾指出，就細胞水平而言，壞死可能僅為過度凋亡或者凋亡失調的結果。舉例來說，通過凋亡信號級聯反應導致線粒體功能失調進一步惡化也是壞死的一種。由于檢測血清中M30（由caspase 3水解肝細胞角蛋白18所產生的抗原表位）開始廣泛應用于臨床實踐，當前研究證實任何一種肝損傷中都存在凋亡，并且凋亡常為主導地位。

多種細胞內外信號和刺激都能觸發肝細胞凋亡。其中，線粒體功能失調在此過程中起非常重要的作用。實際上，許多情形都能觸發凋亡的發生，如死亡受體激活的信號級聯反應（TNF、TRAIL和FasL）、內質網應激、JNKs激活、溶酶體透化作用等。這些因素通過激活Bax和Bak或者通過改變線粒體通透性而使線粒體外膜的透化作用發生改變。在絕大多數急慢性肝病中都已經證實凋亡的存在，下面我們就舉幾個典型的例子。

對乙酰氨基酚過量是最常見的急性肝衰竭（acute liver failure，ALF）模型。現已證實，JNK1和2亞型的激活和Bax向線粒體移位可觸發凋亡的發生。同時，上述過程還伴隨TNF、Fas和FasL的表達增加。不僅如此，NK細胞也參與了上述過程的發生發展。

在非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH）患者中，凋亡與炎癥和纖維化有關。脂肪變性的肝細胞對FasL和TRAIL介導的凋亡比較敏感。在此情況下，凋亡作用也可認為是游離脂肪酸誘導的和JNK介導的脂性凋亡以及內質網應激的結果。

在酒精性脂肪性肝炎（alcoholic steatohepatitis，ASH）前炎性細胞因子所形成的微環境中，凋亡又一次被證實起主要作用。激活的庫普弗細胞釋放能介導凋亡和炎癥的TNF，同時血液中TNF、Fas、FasL和TNFR1水平也顯著增加。ASH發生凋亡可能與ROS大量產生有關，同時與由ROS或乙醛（乙醇的主要代謝產物）誘發的內質網應激也存在一定關系。

由于丙肝病毒感染的肝細胞Fas表達增強以及表達FasL的T淋巴細胞活性增強，Fas介導的細胞凋亡與炎癥反應的嚴重程度相關。人慢性病毒性肝炎以及非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）中，配體與 TRAIL1、2受體相結合，引發TRAIL介導的細胞凋亡。此外，丙型肝炎病毒核心或包膜蛋白可使肝細胞對TRAIL、TNF或FasL介導的細胞凋亡敏感。乙肝病毒感染引起的急慢性損傷幾乎具備所有上述的肝細胞凋亡。

肝細胞凋亡是體內、外實驗中膽汁淤積型肝損傷的一個突出特征。甘氨鵝脫氧膽酸（glycine chenodeoxycholic acid，GCDCA）可以通過依賴FasL或非依賴FasL機制誘發細胞凋亡；后者的作用機制即是在肝細胞質膜進行自發性低聚化和磷酸化。GCDCA也可以上調TRAIL-R2的表達，然后致敏肝細胞進行TRAIL誘發的細胞凋亡。

除此之外，以下幾點必須引起重視。肝損害中的細胞凋亡，不論病原學如何（三酰甘油累積、甘氨鵝脫氧膽酸或病毒蛋白的活動等），可能主要發生在本身有損害的、“脆弱的”或受壓的肝細胞，同時也認為該條件下可以致敏細胞對死亡配體如TNF、TRAIL、或者FasL等的結合。而且，肝細胞凋亡可以通過至少兩種機制引起纖維化進展：

（1）庫普弗細胞貪婪地吞噬了凋亡小體，導致庫普弗細胞激活和致纖維、致炎細胞因子如趨化因子、ROS以及其他介質引起的炎癥反應持續存在，并影響HSC的活動。

（2）凋亡小體可以被HSC吞噬，并導致HSC的激活，以α-SMA、前膠原蛋白Ⅰ、TGF-β1表達增加為標志。

目前的研究采用TRAIL受體抗體或總凋亡蛋白質酶抑制劑，提出將細胞凋亡阻斷機制應用于急慢性肝病的治療。此外，研究表明熊脫氧膽酸治療膽汁淤積疾病方面的部分功能可能與抑制的肝細胞凋亡相關。

上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transformation，EMT）是一個細胞可塑性的整合過程，它使上皮細胞失去它們的極化性和特有的組織結構，進行細胞骨架重組，獲得間充質細胞的形態和功能特征。最初在胚胎發育中提出EMT的概念。在胚胎發育中，細胞遷移和組織重塑在多細胞機體中對于調節細胞生物形態形成有重要作用。近來研究表明EMT是一種一般的生物過程，它在一些病理生理條件下包括癌癥進展以及腎臟、肺纖維化中調節肌成纖維細胞樣原始纖維細胞形成過程中均有作用。EMT在慢性肝病中起一定作用，體外典型的EMT首次報道于培養的大鼠新生肝細胞、培養的鼠原代肝細胞，以及暴露于若干生長因子和細胞因子下不同的非腫瘤細胞系肝細胞株中。特別是TGF-β1通過Smad2/3信號系統引起所有經典的EMT變化（激活SNAI1、下調E-cadherin和肝細胞轉錄因子HNF4，及上調間質化和侵入性標記因子）。其中一項研究中指出雖然少于10%的成纖維細胞特異性蛋白1（f i broblast special protein-1，FSP-1，EMT標志物）陽性細胞共同表達巨噬細胞標志物，但受損肝臟中具有侵入性表現的肝細胞表達FSP-1。 AlbCre.R26R、 toplacZ雙轉基因小鼠上的追蹤實驗表明，肝纖維化嚴重時有15%左右的肝細胞FSP-1陽性，另外大約5%的肝細胞同時表達FSP-1或白蛋白，提示EMT在其中也發揮一定的作用。此外，BMP-7顯著抑制纖維化加重并催化TGF-β1信號系統通過EMT轉化形成纖維細胞。利用肝細胞中過度表達的Smad7抑制CCl ₄誘導的纖維化轉基因小鼠模型的研究也得出類似的結果。

然而，目前我們仍然缺乏設計完善的臨床研究來確定EMT在人慢性肝病纖維化進展中的作用，但對于HSC/肌成纖維細胞（myof i broblasts，MFs）的作用已有深入研究。

庫普弗細胞（Kupffer cell，KC）是根據病理學家Carl von Kupffer來命名的，他首先提出KC是常駐于肝臟的巨噬細胞。網狀內皮系統中80%的組織巨噬細胞以及15%左右的肝細胞均為KC。KC主要集中于肝小葉的門靜脈周圍區域，可以沿著血竇壁游移。KC來源于循環中的單核細胞并具有自我更新能力。在肝移植后，捐贈者KC在1年內會被受體KC所取代。

KC是抵御腸道來源的細菌、內毒素（脂多糖）和抗原的第一道防線，并起著抗原呈遞細胞的作用。KC連同NK細胞、樹突狀細胞、可溶性因子是自身免疫的關鍵組成部分。此外，它們參與清除衰老紅細胞和血紅蛋白-結合珠蛋白復合物。該活動與氧化損傷和微循環相關。亞鐵血紅素組中的血紅蛋白被血紅素加氧酶-1降解，進而產生抗氧化劑膽綠素、一氧化碳，以保護肝臟微循環。

我們可以分離KC并放在培養基中進行研究。激活KC的最有效因子是補體C3a和C5a，以及微生物的產品如LPS。一旦被激活，KC將分泌幾種介質，在宿主防御和組織損傷中起重要作用。激活NADPH氧化酶將產生超氧陰離子，幫助摧毀被吞噬的生物體，但同時對周圍細胞也造成一定危害。KC同時表達組織型和誘導型的環氧合酶，促進前列腺素、血栓素合成。前列腺素可調控KC中腫瘤壞死因子的合成，血栓素A ₂促使肝星狀細胞收縮，從而促進門靜脈高壓。

與其他肝細胞一樣，KC在生理和病理中的作用證據主要來自于動物模型的研究結果而非人體實驗。KC在天然免疫中起重要的作用。它們有助于消除微生物、死亡細胞和LPS，并在一定程度上清除有毒物質包括乙醇等。特別要注意的是，動物實驗表明，KC有助于減少肝損傷，能夠抵抗CCl ₄、LPS、氨基半乳糖和對乙酰氨基酚；另外，KC能夠產生促炎細胞因子（包括TNF和IL-6）和高水平的氧化應激產物、蛋白水解酶和類花生酸類物質。KC釋放的ROS可以殺死細菌和其他微生物，同時可造成組織損傷。此外，KC可以產生一氧化氮（nitric oxide，NO），NO在肝臟病理生理學中的作用仍存在爭議。在某些情況下，NO已被證明能保護肝臟不受損傷，如被四氯化碳麻醉的嚙齒動物。然而，在動物受到肝缺血/再灌注損傷時，NO可能結合氧化應激產物形成有毒的過氧硝酸鹽。在膽汁淤積模型中，KC中IL-6的表達已被證明會降低損傷和減少炎癥的發生。更具體地說，KC在以下肝損傷中發揮重要作用：

內毒素介導的KC活化是導致肝損傷的一個主要機制。事實上，門靜脈血流中內毒素濃度的增加是某些條件下包括酒精性肝病的一個共同特點。在CC1 ₄處理的大鼠中，使用內毒素將會加重肝損傷。在一些模型中，蛋白水解酶的產生是導致肝臟損傷的一種機制。

肝星狀細胞（HSC）是肝纖維化過程中的重要組成部分。然而，KC在HSC活化和纖維化狀態的維持中均有作用。尤其是KC表達的TGF-β1已經被證明有助于激活過程。此外，KC環境下的介質上調PDGF受體，這是激活過程中的一個標志物，增加PDGF介導的增生。激活的KC分泌促炎因子引起趨化因子的產生，如HSC分泌的單核細胞趨化因子，能夠加重炎癥過程。例如，KC同時產生明膠酶如MMP-2，能夠降解細胞外基質，并活化HSC。

細菌的快速清除取決于KC和中性粒細胞的密切相互作用。KC與細菌結合，然后被中性粒細胞吞噬并殺死。KC同時參與清除中性粒細胞，是炎癥發生的一個關鍵環節。KC在肝臟膿毒癥中亦有作用，如果經LPS預處理后，血液中KC數量增加，預后改善。相比之下，KC功能受損人群更易于受到感染。在一個李斯特菌病模型中，KC的失活將引起抗感染能力的下降。KC的抗感染能力與促炎細胞因子、趨化因子以及炎癥細胞相關。有趣的是，在擴散到肝臟其余部位之前，KC已經被巨細胞病毒和利什曼原蟲所感染。與此相關，肝衰竭的患者之所以易受感染，在一定程度上可能與其體內缺失KC清除腸道移位的細菌相關。另外，與此機制相關的臨床因素就是后期肝臟疾病患者內毒素的存在。最后，在病毒感染或者其他與肝損傷相關條件下，如移植排斥時，KC可以通過CD95直接參與肝細胞凋亡的過程。

酒精誘發的損害中，KC釋放的細胞因子、促炎癥介質、活性氧在疾病的發病機制中起一定作用。NF-κB介導表達的細胞因子包括TNF、IL-6以及炎癥趨化因子，如IL-8，發揮主要作用。 TNFR1基因敲除的小鼠中酒精性肝損害減少也表明了疾病與TNF之間相關。KC有一個激活的表型，在慢性酒精攝入的人群中數量有增加。值得注意的是，內毒素受體CD14在酒精性肝損害時表達增加，增強因為消化酒精引起的慢性內毒素血癥。此外，內毒素與乙醇協同作用來增加NF-κB的激活和細胞因子的表達。

非酒精性脂肪肝的模型中描述了KC活化，而KC活化至少部分是由促炎介質（如TNF）介導的。最近，Kodama等報道，在酒精性肝病嵌合小鼠模型中，KC中JNK1的激活是炎癥和纖維化的關鍵因子。此外，NASH患者KC中殼多糖酶表達增加，與HSC的激活和纖維形成相關。KC同時也調節肝細胞內胰島素抵抗與脂類代謝，說明KC與其他細胞之間存在相互作用。在模擬脂肪性肝炎實驗中，由KC釋放的內生大麻素類似物也被證明加重肝損害。

在酒精和非酒精性脂肪肝中，內毒素激活toll樣受體，刺激促炎性細胞因子和ROS的產生，而先天性TLR-4失活有助于保護機體免受以上造成的損害。TLR-4下游途徑包括激活MyD88和TRIF，但只有刪除TRIF才有助于改善酒精帶來的傷害。缺失p47 ^phox帶來的保護作用和酒精誘發的損害表明NADPH氧化酶的激活是另一條途徑，它有助于增加LPS刺激時引起的TNF的表達。另一個有趣的方面就是脂聯素的作用，它是脂肪衍生的細胞因子，可以抑制酒精和非酒精性脂肪肝的形成。脂聯素參與代謝和抗炎活動，包括抑制活化KC釋放TNF。同樣，細胞內產生的環腺苷酸能夠降低炎性細胞因子的表達。

目前認為細胞內谷胱甘肽的消耗和反應性氧核素的產生是至關重要的。雖然一些數據表明，KC的失活可以降低對乙酰氨基酚毒性，但最近也有證據表明在此條件下KC可能是有利的。事實上，使用氯膦酸二鈉脂質體清除KC后，使抗炎分子產生減少，反而可能加重肝損傷。在這個模型中，KC產生的NO和誘發肝細胞增殖的ELR-CXC趨化因子起一定程度的保護作用。此外，KC分泌的IL-10和IL-18，有助于減少對乙酰氨基酚引起的損傷。

對于肝切除和肝移植患者來說，缺血再灌注損傷是非常關鍵的，而其中KC的活化在介導損傷過程中起重要作用。NADPH氧化酶的激活產生反應性氧核素，導致NF-κB的激活，引起TNF、黏附分子和趨化因子表達增加。灌注谷胱甘肽的抗氧化劑有助于減少氧化應激損傷和促使KC產生ROS，達到減少肝臟損傷的目的。由此可見，KC或者其他細胞產生的NO可能具有保護作用，因為它可以導致少量過氧亞硝酸鹽的形成。

KC可以作為抗原呈遞細胞并且表達MHCII抗原，由此KC可能在肝移植后的膽道損傷具有重要作用。此外，KC產生的ROS和細胞因子與KC活化在缺血/再灌注損傷中可能引起并調節肝損害程度。KC也可能與免疫耐受的產生有關，它可以導致免疫反應性T細胞的凋亡。

7.肝細胞再生 肝臟手術或劈離式肝移植術后肝臟的再生能力是至關重要的。活化的KC釋放能夠促進肝細胞再生過程中NF-κB和STAT-3有絲分裂的TNF以及IL-6，對肝細胞再生來說是至關重要的。白細胞與補體的激活亦參與KC的激活。

8.門靜脈高壓 當受到促炎因子的刺激或內皮素-1灌注時，KC反應性地產生花生四烯酸，產生血管收縮代謝物，血栓素A2，并使門靜脈高壓加重。

9.肝癌 肝臟中充滿腫瘤細胞之前，如果KC耗竭將會加快腫瘤發展。KC已被證實可吞噬腫瘤細胞，可能會通過產生IL-12誘導NK細胞介導的細胞毒性，進而影響癌癥的發展。此外，KC產生的NO的產量可能會導致針對腫瘤細胞的細胞毒性，而受到IFN-γ的刺激，將增強KC對轉移性腫瘤細胞的毒性。相比之下，一旦發生轉移，KC分泌的蛋白酶和血管生成因子可能會導致腫瘤惡化。

Von Kupffer最早提到肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSC），他觀察到竇周間隙星形細胞，并認為屬于周圍血管神經網絡來源。在20世紀70年代早期，Kenjiro Wake提出Kupffer。描述的星形巨噬細胞與Ito描述的貯脂細胞相同，而且其中主要由含有類視黃醇物質的脂滴組成。過去20多年，我們認識到HSC在肝纖維化與肝臟修復中的作用，才提出真正意義上的HSC的生理和病理生理特征。HSC被稱為脂肪細胞、貯脂細胞，或竇周間隙星形細胞，直到1996年，國際研究小組建議命名其為肝星狀細胞。

肝星狀細胞位于與肝細胞、肝竇內皮細胞緊密接觸的Disse間隙。雖然HSC總數僅占肝細胞總數的一小部分（5%～8%），但其立體分布和伸展足以覆蓋整個肝竇微循環。HSC具有在內皮下游走的功能，以確保其與竇周上皮精密結合，它的超微結構以及維生素A含量也可以因它們在肝小葉內分布的位置不同而發生變化。細胞質中富含維生素A的脂肪滴為成人正常肝臟HSC最主要的超微結構特征，與HSC的主要生理功能相關，也提示HSC是肝臟貯存類視黃醇物質的主要細胞。HSC具有豐富的微管和微絲，使其能夠發揮樹突狀吞噬功能，同時也在脂質的合成、運輸中起作用。HSC擁有肌動蛋白樣細絲，表明它們可能有助于加強內皮細胞排列和/或竇周間隙毛細血管收縮。

從人類或嚙齒動物肝臟中分離、培養HSC技術的發展是該領域的一個巨大進步，這是研究HSC生物學特征的合適模型。分離手段包括第一步獲得非實質性肝細胞的混懸液，其次是由于這些細胞脂肪含量大，密度低，需對其進一步進行提純。然而，脂肪滴的存在是肝小葉中部分HSC的關鍵特征。因此，各方研究旨在尋找HSC上的細胞骨架或表面標志物，能夠將它與其他非實質性肝細胞分辨。在這方面，α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）異形體是活化HSC的一個可靠的標志物，因為在HSC剛被分離出來時，它并不表達α-SMA，只有經過一段時間培養或在體內纖維化后才表達。因此，α-SMA通常被認為是HSC活化的一個標志物。

HSC的胚胎起源仍是爭論的焦點，由于它們的形態與間質細胞相似，并且細胞中結蛋白、α-SMA、波形蛋白表達陽性，所以曾經一度被認為是間質細胞。然而，由于HSC含有神經標志物，因此推測HSC可能是神經外胚層來源。其他的研究已經表明，肝細胞和HSC可能來源于一個共同的內胚層前體。最近的人類和動物模型研究結果表明是來源于骨髓前體。

在哺乳動物中，正常情況下50%～80%的類視黃醇儲存在肝臟，HSC在維生素A的儲存和代謝中發揮關鍵作用。富于視黃酯的乳糜微粒被肝細胞攝取并與特異性視黃醇結合蛋白質相結合，之后將這些化合物轉運到周邊的HSC中。周邊HSC細胞內視黃醇結合蛋白對維生素A的吸收、貯存和動員進行調節。視黃酯和三酰甘油是HSC的重要組成部分。生理情況下，如HSC細胞需要增加維生素A時，就會動員HSC中的此類化合物，同時也動員HSC中的視黃醇受體包括視黃酸受體（retinoic acid receptors，RARs），α、β和γ型，和類視黃醇X受體（retinol X receptors，RXRs），α和β兩種，但沒有γ類型。

在正常的肝組織中，ECM占肝臟總重量0.5%左右，由數量少的幾個非膠原成分組成，如纖連蛋白、層粘連蛋白、巢蛋白、肌腱蛋白、波動蛋白、蛋白多糖和透明質酸。HSC所在的Disse間隙，是由Ⅳ型膠原蛋白與非膠原成分組成的ECM網狀系統，提供肝細胞和血液之的最佳擴散場所。肝纖維化過程中，HSC是生產ECM的主要細胞，生成大部分的膠原蛋白。正常ECM代謝也包含著合成與代謝降解，在正常肝臟中，HSC通過產生金屬蛋白酶-2（明膠酶或Ⅳ型膠原蛋白）維持ECM的塑形和Disse間隙形成，在這個過程中，也有可能有其他竇周細胞的參與。

HSC之所以可能作為周細胞與其解剖位置、超微結構特點以及與自主神經系統之間的緊密聯系相關。值得一提的是，培養中的HSC在受到外界幾個血管收縮因子刺激時，它們激活的表型可能與過渡細胞或肌纖維樣細胞而非靜止的HSC相似，表明HSC的收縮是肝纖維化的一個特征。HSC在正常肝組織是否具有收縮性仍然是一個爭論的焦點，有些學者提出HSC并不參與血竇血流的調節，有些研究通過活體顯微鏡技術評估肝臟微循環后指出HSC可能參與調節彈性。

肝纖維化是多細胞、綜合的過程，需要肝細胞與非實質性細胞包括炎癥浸潤細胞（如KC、HSC、LSEC）間的相互作用形成。所有類型肝纖維化均來源于組織損傷，此時肝細胞和非實質性細胞發出刺激HSC和其他MF纖維化的信號，引起ECM積累。激活的HSC是損傷肝組織中MF的主要來源。除了HSC細胞，最近確認幾種產生ECM的細胞，包括門管區的成纖維細胞和肌纖維細胞，血管壁的平滑肌細胞，位于小葉中心靜脈的MF。越來越多的證據表明，不同類型的纖維化有不同類型細胞的參與。也有證據表明，來源于骨髓的間充質干細胞和表達CD45的纖維細胞對于纖維化形成均有作用。具體是由哪些細胞參與則與病因以及纖維化類型相關。

纖維化的病理生理學上一個非常重要的概念是“激活”，通過這樣的途徑，HSC獲得MF樣的表型并具備成纖維的能力。HSC活化需要周邊細胞釋放的氧應激產物以及可溶性因子刺激的基因轉錄。一旦HSC和/或其他細胞獲得MF樣表型，將會維持纖維化過程并通過一系列的生物學行為進行放大，以執行有效的傷口愈合功能。這是通過表達和分泌膠原類型Ⅰ和Ⅲ連同分泌其他基質成分如纖連蛋白與蛋白多糖來實現的。TGF-β1代表這一過程中關鍵性的細胞因子，通過激活Smad家族細胞內分子來進行。

激活HSC在受到某些因子，其中最有力的是血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）刺激時，其增殖活性，生存和遷移擴散能力增強。HSC的定向遷移也受趨化因子的調節。細胞遷移的過程是伴隨著肌動蛋白細胞骨架的完全改變，當細胞暴露于PDGF時，這種改變特別明顯。

ECM的累積量不僅與其沉積量增多、而且與降解減少有關，主要取決于MMPs的活性。活化的HSC高表達TIMP-1和TIMP-2，它們與失活的MMPs結合，從而導致網狀結構纖維化。此外，TIMP-1已被證明是星狀細胞的一種生存因子，在纖維化的肝臟中將會加重纖維化。因此，目前認為抑制TIMP是一種很有前景的抗纖維化途徑。同樣的，HSC也表達參與調控基質降解的血纖維蛋白溶酶的幾種組成成分。

由血管活性因子如內皮素-1、血管緊張素Ⅱ或凝血酶誘發的收縮，與門靜脈高壓的發病機制有重要的關聯，導致了“可逆性”成分的增加，流向肝臟內。值得留意的是，HSC收縮過程中可能由NO或一氧化碳進行反調節，引起HSC舒張，減少門靜脈壓力。

活化的HSC分泌放大炎癥過程和募集炎癥細胞的細胞因子和趨化因子。MCP-1和IL-8是這些細胞表達的主要趨化因子。受到促炎細胞因子包括IL-1或TNF刺激時，機體首要炎癥轉錄因子NF-κB的激活是上調趨化因子的表達的主要分子機制。

纖維化與血管生成是緊密聯系在一起的，血管生成即從既存的血管分支形成新生血管。在實驗及人體慢性肝損傷中已證實存在血管生成現象，此外，活化的HSC可通過分泌血管內皮生長因子或血管生成素-1等參與血管生成過程。這些細胞因子在低氧反應以及受到PDGF或瘦素等因子刺激時表達。

最近研究表明HSC能夠維持干細胞巢，其中具有雙向潛能的肝臟祖細胞可以向肝細胞或膽管細胞轉化。肝臟損傷情況下，HSC巢被破壞，引起干細胞的成熟與分化，最終導致HSC激活。

肝竇內皮細胞（liver sinusoidal endothelial cell，LSEC）是具有高度特異性的薄層細胞，沿肝血竇排列，隔開來源于門靜脈與實質細胞的肝竇血流。在1972年，Eddie Wisse提出LSEC是一種特異性細胞類型，此后人類開始研究這些細胞的動態和多重性功能。在本章節中，我們將回顧LSEC的重要生理和病理生理作用。

LSEC窗孔，占細胞表面的5%～10%，為直徑50～150nm的孔；若干種窗孔成特異性的簇集狀分布（如肝篩板）；LSEC缺乏基底膜或隔膜。位于門靜脈周圍血竇的窗孔較大，而中心靜脈周圍的血竇則具備更大的窗孔，可以允許血漿和一系列相關的基質進入Disse間隙，只有細胞和大的脂蛋白，主要是較大的乳糜微粒，因為窗孔大小而被滯留。事實上，LSEC是一種非常有效的凈化內皮細胞層，它利用網格蛋白介導的內吞作用來清除來源于血竇的內源性以及外源分子，包括病毒顆粒等。LSEC從全身循環中清除的廢棄大分子包括：

（1）甘露糖或巨噬細胞受體介導內吞作用，對象為結締組織代謝產生的大分子物質包括α-鏈，前膠原C或N-端肽（如PICP、PINP和PIIINP）、透明質酸、硫酸軟骨素。

（2）巨噬細胞受體具有介導內吞氧化以及乙酰化的低密度脂蛋白，晚期糖基化終末產物（advanced glycation end products，AGEs）的作用。

（3）Fc-γ受體Ⅱb2具有介導清除免疫復合物以及微生物CpG序列形成的作用。

血竇內皮結構的任何顯著變化與LSEC的損害將明顯影響肝細胞與血竇血流的雙向基質傳送，也對LSEC的內吞功能產生影響。特別是，血竇的損害可能使LSEC通過一個稱為肝竇毛細血管化的過程而失去多孔性與清除功能。

缺血/再灌注損傷，早期血竇堵塞綜合征或早期對乙酰氨基酚中毒都可能使肝血竇內皮細胞受到損害，甚至導致細胞間的分離。此外，血竇可能在纖維化后引起堵塞，特別是在酒精性與非酒精脂肪肝（ASH與NASH）中發現的周圍血竇纖維化后。有趣的是，在這些大多數微血管損傷中，血竇的改變可能是導致肝細胞缺氧、肝功能障礙與門靜脈循環中斷的主要事件。

在最近的15年里，越來越多的證據表明LSEC在急性或者慢性肝臟損害時被激活或受到損害，可能通過合成、釋放生長因子、細胞因子、趨化因子及其他的調節因子來參與機體的病理生理過程。以下再次列出LSEC分析的生物活性調節因子來加深印象。

（1）多肽細胞因子如血小板源性生長因子BB（platelet-derived growth factor-BB，PDGFBB）、轉化生長因子 β1（transforming growth factor β1，TGF-β1）、堿性成纖維生長因子（basic fi broblast growth factor，bFGF）、胰島素樣生長因子 1（insulin-like growth factor，IGF-1）參與傷口愈合與纖維化過程，并且都可能參與調節HSC的反應。

（2）促炎因子與相關的調節因子，主要包括IL-1等。

（3）血管活性肽與調節因子包括NO、內皮素、前列腺素，在一些病理條件下特別是慢性肝損傷中有相應作用。

（4）目前的研究表明LSEC有助于活性氧的生成，但作用程度較肝細胞與其他的非實質性細胞輕。

這幾個病理條件下，組織缺氧非常普遍，將影響肝實質細胞功能，在肝移植的肝臟保存環節中，LSEC是缺血/再灌注損傷的主要作用對象。

雖然肝臟血竇（大約5%）正常氧分壓比大氣氧分壓低，但是如果暴露缺氧條件或在可能導致缺氧的環境中（如血液中酒精水平高），機體將通過缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factors，HIFs）引發基因重組。

LSEC在病理性血管生成中有重要作用，且缺氧的肝細胞與HSC分泌生長因子、趨化因子，主要是VEGF-A，它可刺激內皮細胞擺脫它們在血竇中原有穩定的位置，促進發芽、分叉及形成新的管腔網絡工作，一個缺氧誘導的進程以恢復正常的血液和氧氣供應，而其中內皮細胞之相互作用，特別是頂端與中間部分的EC，將通過缺口Notch途徑扮演重要作用。

在所有實驗以及臨床慢性肝臟疾病中，已經有證據表明匯管區存在較多的內皮細胞以及特征性的新生微血管結構，而事實上不論病因如何，新生血管在肝硬化的血管變化進程中都具有重要作用。

LSEC、白細胞以及癌細胞之間的相互作用：目前已知白細胞或癌細胞與LSEC之間的相互作用與肝損傷的發病機制密切相關。在這些細胞-細胞相互作用中，大量的黏附分子扮演著重要角色，而它們的表達主要受炎性細胞因子如IL-1、TNF-α、IFN-γ的調控。在正常肝臟組織中的LSEC主要表達細胞黏附分子-1、細胞黏附分子-2、白細胞功能相關抗原-3、極晚期抗原-5與CD44。在急性或慢性肝病患者中，炎癥肝臟組織中細胞黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1的表達顯著增強，正常情況下，機體不存在選擇素，但是應用LPS誘導后可產生選擇素。

在結直腸腫瘤的轉移中，有文獻提出單個腫瘤細胞進入肝血竇時，因其直徑超過血竇的直徑而被卡住；在管腔被堵塞后，它們的黏附分子與LSEC的表面分子相互作用，促使它們向外滲透并進入肝實質，這是肝轉移早期階段非常重要的一步。

LSEC可以通過Fc-γ受體與模式識別受體（如甘露糖與巨噬細胞受體），因此我們應該將其視為LSEC參加天然免疫反應。根據某些研究表明，LSEC可能通過MHCⅠ、Ⅱ抗原以及共刺激分子例如CD40、CD80和CD86的表達促進抗原呈遞，但至今為止，對此學術上還是存在爭議的。的確，不同于其他的傳統上的抗原呈遞細胞，LSEC不能誘導新生的CD4 ⁺ T細胞分化成為Thl亞型，一個與LESC中產生的負免疫調節細胞因子量相關的特征——致敏的T細胞的再激發有助于肝獨特的免疫耐受功能。

肝臟是一個具有復雜結構的器官，組織中所有不同類型細胞在不同的生理條件下特別是疾病條件下發揮相應作用。更好地了解每種細胞類型的功能，以及它們之間的相互作用，尤其是在疾病的條件下的作用，能夠為肝病的診斷和治療提供新的方向。

2003年，人類基因組測序也稱為人類基因組計劃（human genome project，HGP）的完成，是全世界共同努力的結果。人類基因組計劃的完成為我們提供許多新知識的同時，也使基因組學這一新興學科不斷發展。同時，基因組學也為基礎研究和轉化研究的發展奠定了基礎，并且有利于更好地理解肝臟疾病的病因學以及改善疾病的治療和預后。由于肝病專家精通于對肝臟相關表型和特征進行評估和分類，因此他們將會直接或間接影響肝臟疾病基因組學的發展以及應用。

在接下來的章節里，我們將討論以下幾個問題：

1.單基因遺傳疾病和多因素疾病的區別；

2.人類基因組的結構和變異；

3.遺傳變異對疾病表型的影響。

總的來說，家族遺傳性疾病包括以下3種：染色體病、單基因遺傳病（即符合孟德爾法則的疾病）以及復雜疾病（即多因子疾病）。染色體病是整個染色體或者染色體片段的缺失或增加。很多染色體病是由于異常染色體片段或者整個染色體的缺失或增加，這將會導致自然流產。在臨床工作中，大多數肝病專家都沒有遇到過染色體病的患者。單基因遺傳病（即符合孟德爾法則的疾病）表現為家族遺傳模式（即常染色體顯性遺傳、常染色體隱性遺傳以及X連鎖遺傳），疾病的表型是基于單基因的罕見突變。單基因遺傳病在人群中并不常見，最常見的單基因遺傳病為遺傳性血色病，發病率大約為1/300。由于孟德爾病特定的基因型與特定的表型直接對應，因此其遺傳基礎十分簡單。通常認為酒精性肝病、非酒精性脂肪肝炎以及原發性膽汁性肝硬化等復雜疾病是受多因素影響的。這些疾病是由多個基因的交互作用或者基因與環境的交互作用引起的，這可能會對疾病表型的遺傳效應給予一定的解釋，也可以解釋復雜疾病為何存在病因的異質性以及表型的變異性（即疾病的臨床表現、疾病進展以及對治療的反應）。因此，單基因遺傳病中一個基因型對應一個疾病表型的規則并不適用于復雜疾病。盡管復雜疾病表現為家族聚集性（即先證者親屬患病風險高于一般人群的），但這種遺傳效應卻不像單基因疾病那樣能夠預測。肝病專家在臨床工作中遇到的大多數疾病都是復雜疾病，這類疾病與基因組研究密切相關。

基于人類基因組計劃，我們現在已經知道：

1.人類基因組中基因的數目約為30 000個。

2.基因不均勻的分布在23對染色體上。

3.只有少于2%的基因組DNA編碼蛋白質。

4.超過50%的基因組DNA由重復序列組成，但其功能尚不清楚。

5.大多數的人類基因都會進行選擇性剪切——產生具有不同功能蛋白質異構體的分子機制。

6.自從人鼠分離開始，編碼蛋白質基因組區域中少于50%的DNA已經存在7 000萬年。這表明基因組的非編碼區域受到了進化選擇。

由于人類相對年輕（10萬～12.5萬年），遺傳物質從我們的祖先傳遞下來只經過了約5 000代，因此人類的遺傳多樣性相對有限（例如變異或多態性）。遺傳變異影響健康和疾病，因此，更好地了解遺傳多態性以及基因的生物功能將會使我們獲得對人類生物學的空前認識。除了同卵雙生子（即完全一致的）之外，任何兩個人都擁有99.9%的共同基因序列。然而，這0.1%的差異所導致大約300萬個遺傳變異，個體的環境暴露（即家庭因素、生活方式、生活習慣等）將與之共同決定健康（例如體重）或疾病（例如酒精性肝病、膽結石、原發性硬化性膽管炎）。人類基因組計劃的目的之一是建立一個具有數以萬計現存人類遺傳變異的綜合目錄。最常見的遺傳變異就是單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）。事實上，人類基因組序列中每500～1 000個堿基對就存在一個候補基因可以出現的SNP。例如一個單核苷酸多態性如C/T（即胞嘧啶和胸腺嘧啶的縮寫）是包含2個等位基因之一的核苷酸基因座（C或者T）。一個SNP中基因頻率比較高的基因稱為主要等位基因，而另一個就叫做次要等位基因。基因組中SNP的位置將會決定它們的功能。位于基因內或者鄰近基因的SNP很可能對基因功能造成影響，特別是當它們插入終止密碼子或者改變蛋白質的氨基酸基團的時候。通常認為，位于基因間隔區的SNP對基因的功能沒有影響，但它們可以作為疾病映射研究以及群體遺傳學的有用的遺傳標志物。其他較少見的基因組變異包括微隨體的插入或缺失。

SNP由于其高頻率而成為人類基因組最重要的遺傳變異。這些很容易通過自動化高通量的方法進行檢測和評價。SNP主要是代表生物多樣性的遺傳標記。在某些情況下，它們可以成為健康或疾病特征的原因。作為可遺傳的變異標記，SNP可能十分接近于能夠引起疾病的遺傳因子。當將染色體上的SNP與引起疾病的等位基因進行重新整合后，發現這樣的SNP與真實的遺傳因子出現了連鎖不平衡并且形成一個單體型。國際合作已經確定了基于SNP的單體型（即在相同染色體片段的鄰近基因位點上發現的SNP等位基因的組合，這些組合表現為共同代代相傳）。這些染色體區域（稱為單體域）在人類基因組中占據了25 000～35 000個堿基對。更重要的是，盡管很多SNP存在于單體域中，但是僅僅一些SNP（稱為標記型SNP）對于定義這個單體域以及它的單體型是不可或缺的。SNP和基于SNP的單體型方法是確定復雜疾病的遺傳基礎的強有力的方法，這些復雜疾病包括肝臟疾病。

常見變異假說是建立在目前60億的人口規模代表了相對較小數量的人群的全球擴張的基礎上得到的。這些人位于撒哈拉以南的非洲，而這次擴張發生在約10萬年前。因此，目前的人類共享了來自于這一群體的一些基因。這個假說認為，等位基因在全球擴張之前就已經存在，而人類變異對于常見復雜疾病易感個體（即易感基因）的出現作出了巨大的貢獻。這些等位基因使常見疾病處于中度發病風險，而且目前人群中基因頻率較高人群更易患病（≥1%）。等位基因的高頻率表明在大樣本人群隊列中的關聯研究將可能確定常見復雜疾病的易感基因。人類基因組中單體域的存在以及目前大部分常見的單體域的數量都是有限的，都表明代表性SNP的關聯研究（即標記型SNP）將能夠尋找到常見復雜疾病的常見單體型與易感人群的關系。這一假說的科學性對于全基因組人類單體型圖譜的發展十分重要，全基因組人類單體型圖譜描述了所有主要的單體型以及特定的SNP（標記型SNP）并且對它們進行定義。

持反對觀點的人認為大多數的復雜疾病是由于罕見基因而不是常見基因引起的。該假說預言復雜疾病基因位點上的廣泛的等位基因和基因位點異質性（即相同基因位點上的不同等位基因以及同一等位基因位于不同的基因位點都可能獨立地導致相同的疾病表型）。另外，在全球擴張以及人口分散之后，超過99%的變異將會誘發復雜疾病。如果此假說成立，通過在存在異質性的人群中開展全基因組關聯分析將對尋找常見復雜疾病的易感基因是徒勞的。類似的是，目前對于單體型圖譜的構建也是基于常見等位基因的（即人類單體型圖譜），因此其對于確定常見復雜疾病的變異也并非十分有利的。

由于連鎖策略對于檢測復雜疾病致病基因面臨巨大挑戰，一些替代方法如關聯研究等，逐漸興起。關聯分析基于病例對照設計，尋找特定遺傳變異與疾病或者疾病特征之間的關系。對于檢測對疾病表型影響較小的基因，大型關聯研究要比連鎖方法具有更好的統計效能。遺傳變異（SNP）可以位于基因（候選基因）內部或者分布在整個基因組范圍內。

評價生物學中可能候選基因的遺傳變異的關聯研究需要遵循以下一般程序：

1.假定基因是疾病病因的一部分。

2.功能基因變異位于或者十分接近于編碼區，57和37非翻譯區以及候選基因的內含子/外顯子交界處。

3.研究對象是確定的，包括對病例中疾病表型的定義，所有個體都必須是匹配良好且相互獨立、不會互相影響。

4.病例和對照的基因型。

5.待檢測遺傳變異和疾病表型之間的關聯需要經過統計學分析確定。

由于人群選擇偏倚以及可重復性的存在，候選基因方法也有一定的局限性。結果無法重復的原因可能是之前的研究是基于小樣本的（不多于200名患者），研究設計的不同或者疾病基因位點的異質性（涉及個體在不同的基因位點存在不同的變異）。

另一種基于關聯策略的研究方法為全基因組關聯。在這些研究中，將會分析所有患者（病例）和無關正常人（對照）的全基因組范圍內成千上萬的特定SNPs。連鎖不平衡分析方法用于對識別易感基因或者變異的基因組區域進行繪制。這種方法由于考慮到特定的基因或者基因組區域而不存在偏倚。然而，可能由于人群選擇的不同而存在偏倚。自從2005年起，全基因組關聯分析（genome-wide association study，GWAS）已經闡明了肝臟疾病（例如脂肪肝、原發性膽汁性肝硬化）和臨床特征（例如慢性丙型肝炎對治療的反應性）與候選致病SNPs之間的關系。已經出版的GWAS目錄可以在國家人類基因組研究所的網站上獲得。這些發現為檢測疾病病因提供依據，可以預測個體易感性并制訂疾病個性化的治療措施。然而，這些基因組方面的發現由于某些問題的存在無法很好地應用于臨床。例如，對于攜帶危險等位基因的個體，每個與疾病相關的基因位點的變異對疾病的貢獻是很小的（比值為1.5或者更小）。另外，即使強關聯也不能保證疾病和健康之間能夠完全區分。此外，已報道的GWAS研究中與疾病關聯的基因也可能不是致病基因。也許GWAS最主要的貢獻就在于識別全基因組的區域和/或導致人類疾病的通路。GWAS不能發現能夠引起疾病的罕見變異。要發現這些不常見的多態性，需要對人類基因組進行重新測序。最終，醫療服務的提供者由于其有限的知識不能對這些測試結果進行很好地解釋，不能對他們的患者的利益和健康教育提供幫助。

人類單體型圖譜闡明了人類基因組的所有序列。盡管這是一個里程碑，但是巨大的挑戰仍然擺在我們面前。如何將這些序列數據轉化為能夠鑒別健康和疾病的基因或者遺傳變異呢？無論對于科學家、醫生還是其他衛生工作者來說，在未來的幾年中這都還是一個巨大的挑戰。

遺傳變異，例如SNPs，會導致一個人的表型變化以及使某人易患某種疾病。位于同一染色體上的一組SNPs會成組遺傳。人類基因組中約存在20萬～40萬個區域。盡管每一區域都有幾千個SNPs，但只有一小部分的標記型SNPs能夠用于區分基因組中的區域以及辨別區域內的單體型。目前，HapMap中都包含有這些數據。HapMap是單體域的先鋒，其特定的SNPs將會識別每個區域內的不同單體型。在進行全基因組關聯分析的過程中，這種方法限制了SNPs的數量。由于單體型在不同人群間存在差異，HapMap數據包含了4個種族的常見SNPs及單體型，這4個種族人數比較多（200～400人）且地理位置不同，他們分別是日本人、中國漢族人群、尼日利亞以及來自于北歐和西歐的美國居民。

醫生有責任保護患者的醫療記錄并且有責任在醫療過程中給予安全的給藥方式：首要原則為不傷害。然而，遺傳信息與其他信息（人口統計學信息、社會信息、醫療信息）不同，因為它包含某人以及他（她）的親屬的患病風險。因此，在基因檢測之前，需要對相關的生物倫理價值進行審核，包括行善原則、尊重自主、隱私權、保密性以及公平性。這些原則決定了醫生與患者以及他們的親屬應該怎樣管理和處理這些遺傳信息。遺傳傾向性測試的法律和社會影響是多方面，并且是相互影響的。遺傳信息應該被視為機密。遺傳檢測的結果只能發送給患者，醫療專業人員必須采取一切預防措施保證信息不會被泄露給第三方。通常情況下，要求醫生告知患者基因檢測的好處和風險，并且保持遺傳信息的保密性并告知患者其本人以及家人所存在的遺傳風險。

發現人類遺傳易感性所面臨的倫理、法律和社會問題是社會多方面的共同任務。醫生和醫療服務提供者必須接受相應的培訓，以知曉如何與患者及其家屬解釋和交流遺傳信息，如何幫助他們對自己的健康作出更明智的決定。公共衛生機構則需側重于如何確定遺傳信息和遺傳測試在常規臨床應用中的價值。社會應該制定相應的法律并且對醫務工作者的行為進行監督，以防止對遺傳信息的不合理利用。

在接下來的幾年里，基因可能會影響醫療工作。最終的目的似乎能夠預測一個人罹患復雜疾病的風險，進而采取預防措施，如果需要的話也可以進行相應治療。為了達到這個目標，以下3個步驟是必不可少的。首先，我們必須更好地理解人類基因組的結構（變異）和功能。其次，需要開展遺傳流行病學研究來確定遺傳易感性變異以及環境因素在疾病發生過程中所起的作用。最后，為了將這些科學發現轉化為臨床檢測方法并且為有效治療疾病藥理指標的發展提供幫助，需要確定相關變異的功能。