中國(guó)是肝病大國(guó)，每年約有40萬(wàn)人死于肝癌，在致死癌癥排行榜里位列第二，且占到了世界肝癌死亡人數(shù)的一半。而在肝病的發(fā)展過(guò)程中，肝纖維化是必經(jīng)階段。此前已有研究發(fā)現(xiàn)，肝血竇血管化和肝纖維化之間有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系，醫(yī)療界也試圖用控制血管化來(lái)對(duì)抗肝纖維化。但這層關(guān)系始終模糊，療效也充滿爭(zhēng)議。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院副教授杜亞楠團(tuán)隊(duì)最近的一項(xiàng)研究首次明確闡釋了上述爭(zhēng)議背后的原因，同時(shí)創(chuàng)新性地提出基于膠原纖維機(jī)械力學(xué)介導(dǎo)的肝纖維化發(fā)病機(jī)制。該項(xiàng)研究為肝纖維化提供了精準(zhǔn)干預(yù)策略，相關(guān)成果于11月14日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）子刊《自然?材料學(xué)》（Nature Materials）。

杜亞楠在接受澎湃新聞（www.kxwhcb.com）采訪時(shí)表示，“目前肝纖維化、肝硬化都沒(méi)有特效藥，很多大藥廠都在集中開(kāi)發(fā)這類藥物。目前臨床上只能用現(xiàn)已有的相對(duì)比較廣普的藥物去嘗試，尤其是晚期階段，大量病人無(wú)藥可治。而且最終很容易導(dǎo)致肝癌，發(fā)病率和死亡率都非常高。”

杜亞楠認(rèn)為，該項(xiàng)研究首次從膠原纖維生物力學(xué)的角度提出了一種新的肝纖維化發(fā)病機(jī)制，可以為肝纖維化治療提供新的靶向。

打開(kāi)探索之路的一個(gè)分階段特征

這項(xiàng)研究始于5年之前。最終點(diǎn)亮探索之路的是杜亞楠團(tuán)隊(duì)和臨床醫(yī)生的一項(xiàng)觀察結(jié)果：早期肝纖維化確實(shí)存在大量肝血竇血管化，而晚期肝纖維化反而是血管化非常少。

通俗來(lái)講，肝血竇就是肝臟里面的布滿的血管網(wǎng)。杜亞楠介紹，“我們服用的藥物、吃的食物都要進(jìn)入血液，首先經(jīng)過(guò)肝臟的解毒、代謝，再進(jìn)入身體循環(huán)系統(tǒng)的其他部分。”然而，肝臟里的血管和其他組織中的血管并不一樣。“其他組織的血管是有基底膜的，就是血管外面包裹著一層其他物質(zhì)。而肝臟里的血管在正常的狀態(tài)下是非常通透的，沒(méi)有基底膜，它要過(guò)濾大量的血。”

但沒(méi)有基底膜的通透肝血竇面臨很多威脅。飲酒、亂服藥物、乙肝丙肝等肝炎患者，總而言之，當(dāng)肝臟在受到外界威脅和傷害的時(shí)候，肝血竇就成為第一個(gè)受害者。一旦意識(shí)到自身受到傷害，這些血管會(huì)發(fā)起“自衛(wèi)”行動(dòng)以阻止更多異物進(jìn)入肝臟。

“自衛(wèi)”措施就包括發(fā)生肝血竇毛細(xì)血管化，也就是所謂的血管新生的現(xiàn)象，反而長(zhǎng)出基底膜，改變正常狀態(tài)下的通透性。

早期存在大量肝血竇血管化的現(xiàn)象，這和目前研究者建議用抗血管化策略來(lái)應(yīng)對(duì)肝纖維化是基本符合的，而這種策略實(shí)際上是借鑒肝癌治療。

目前明確的是，在肝癌等癌癥疾病中，新生血管是非常明顯的一個(gè)特征，因此抑制新生血管成為了一種抗癌策略。肝纖維化中出現(xiàn)肝血竇血管化的現(xiàn)象不禁引發(fā)相關(guān)研究人士和醫(yī)療界設(shè)想：能否將抗癌抗血管化的這種治療方法用到抗纖維化上？

但從國(guó)內(nèi)外已完成的一些基礎(chǔ)研究來(lái)看，這種治療方案在動(dòng)物模型上抗纖維化效果撲朔迷離。以肝癌常用藥物，抗血管化的索拉非尼為例，爭(zhēng)議就頗多。

“有的報(bào)道說(shuō)抗血管化可以逆轉(zhuǎn)纖維化。但也有人發(fā)現(xiàn)，抗血管化并不能逆轉(zhuǎn)纖維化，有時(shí)促血管化反而會(huì)有助于肝纖維化的逆轉(zhuǎn)，例如加入促進(jìn)血管新生的生長(zhǎng)因子。所以說(shuō)目前抗血管化策略在治療肝臟纖維化中的效果確實(shí)存在很大的爭(zhēng)議。”杜亞楠提到。

這或許就和杜亞楠團(tuán)隊(duì)和臨床醫(yī)生觀察到的肝纖維化在不同階段血管化程度不同有關(guān)。

一根激活“罪魁禍?zhǔn)住钡摹袄K子”

值得一提的是，在肝纖維化形成過(guò)程中，“罪魁禍?zhǔn)住笔歉涡切渭?xì)胞（HSC）。要揭開(kāi)上述爭(zhēng)議謎底，研究者決定集中研究究竟有哪些途徑可以激活肝星形細(xì)胞。

正常狀態(tài)下，肝星形細(xì)胞處于靜息狀態(tài)。但這類細(xì)胞一旦激活，就將直接導(dǎo)致肝纖維化。肝星形細(xì)胞是纖維化肝臟中細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的主要合成細(xì)胞，能合成和分泌膠原及糖蛋白、蛋白多糖等基質(zhì)成分。而肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞則是肝血竇毛細(xì)血管化的效應(yīng)細(xì)胞。

正基于上述聯(lián)系，肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)靜息狀態(tài)的肝星形細(xì)胞來(lái)說(shuō)就是一顆“定時(shí)炸彈”，研究者也在試圖深入了解這二者的相互作用。

據(jù)杜亞楠介紹，現(xiàn)有的研究是直接將這兩種細(xì)胞體外混合培養(yǎng)來(lái)觀察相互作用，普遍從生物化學(xué)的機(jī)制來(lái)闡釋。“一些研究認(rèn)為兩者的相互作用是通過(guò)旁分泌，比如說(shuō)肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)分泌內(nèi)皮素、一氧化氮等因子，來(lái)調(diào)節(jié)肝星形細(xì)胞的激活、收縮，包括分泌一些膠原，出現(xiàn)纖維化的特質(zhì)。這是目前傳統(tǒng)的一個(gè)理解。”

但杜亞楠團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，除了生物化學(xué)機(jī)制以外，應(yīng)該還存在著和生物機(jī)械力學(xué)相關(guān)的機(jī)制，因?yàn)楦卫w維化到肝硬化的發(fā)展過(guò)程伴隨著組織機(jī)械硬度的逐漸增加。而這幾年生物力學(xué)有了比較大的發(fā)展，或許在這個(gè)機(jī)制基礎(chǔ)上會(huì)幫助肝纖維化產(chǎn)生一些新的療法。

杜亞楠團(tuán)隊(duì)和臨床醫(yī)生合作，通過(guò)對(duì)人和老鼠的肝纖維化、肝硬化的不同階段的體內(nèi)組織切片觀察到，早期肝纖維化確實(shí)存在大量血管化，而晚期肝纖維化反而是血管化非常少。基于這樣的臨床樣本觀察前提，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了他們的研究模型。

在這個(gè)模型中，首先模擬肝纖維化、肝硬化過(guò)程中組織硬度逐漸增加的特點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)用聚乙二醇（PEG）水凝膠制備了細(xì)胞培養(yǎng)支架膜（2D），并且在硬度方面設(shè)置了梯度，這個(gè)梯度就用來(lái)模擬在組織變硬過(guò)程中硬度的變化。

“我們把肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞種植到不同硬度的材料上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只在特定的硬度區(qū)間，也就是140-160Pa這樣一個(gè)狹小區(qū)間內(nèi)，它才會(huì)發(fā)生毛細(xì)血管化的現(xiàn)象。而在其他階段，尤其是在肝硬化這個(gè)區(qū)間里，整個(gè)毛細(xì)管細(xì)化的現(xiàn)象就消失了，表現(xiàn)出的僅僅是是老化血管的一些特征。”

這部分也就可以印證此前長(zhǎng)期存在的抗血管化治療的爭(zhēng)議。在肝纖維化治療中，早期階段使用抗血管藥物是有效的，而晚期則無(wú)益，若不分階段用同一類藥物，療效自然不一。

接著，在上述基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)把帶有膠原纖維的，包含肝星形細(xì)胞的仿生3D培養(yǎng)的微組織置于不同硬度血竇內(nèi)皮細(xì)胞的上方。這樣的一種空間構(gòu)建方式，實(shí)際上也是模擬了體內(nèi)肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞和肝星形細(xì)胞之間存在的Disse腔（竇周隙）。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞在特定硬度區(qū)間內(nèi)發(fā)生血管化的過(guò)程中，伴隨著肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，會(huì)“扯到”膠原纖維。杜亞楠將這種作用方式比作“拔河”，而且這種“拔河”會(huì)帶來(lái)惡性循壞的后果。

具體來(lái)說(shuō)就是，在這場(chǎng)“拔河”中，膠原纖維就是繩子，血管化一發(fā)生，相當(dāng)于一端繩子一拉，這根繩子也就是膠原纖維產(chǎn)生了變化，也就意味著細(xì)胞外基質(zhì)被重塑。同時(shí)，繩子另一端的肝星形細(xì)胞原本處于靜息狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)膠原纖維機(jī)械力的傳導(dǎo)被激活。肝星形細(xì)胞一旦激活，又會(huì)持續(xù)分泌更多的膠原，更多的膠原繼續(xù)被重塑，如此惡性循環(huán)。

不過(guò)，研究指出，這種惡性循環(huán)只會(huì)在特定的硬度區(qū)間出現(xiàn)，過(guò)軟或過(guò)硬都不會(huì)出現(xiàn)。

自此，這項(xiàng)研究可以得出，細(xì)胞和細(xì)胞之間的相互交流并非只能通過(guò)旁分泌的游離因子來(lái)實(shí)現(xiàn)，還能通過(guò)膠原纖維這樣的生物材料基質(zhì)介導(dǎo)的物理作用來(lái)傳導(dǎo)信號(hào)。杜亞楠稱，“我們研究中提出的膠原纖維的機(jī)械性介導(dǎo)是一個(gè)全新的領(lǐng)域。”

既然肝星形細(xì)胞，也就是肝纖維化過(guò)程中的“罪魁禍?zhǔn)住北患せ畹臋C(jī)制有了新發(fā)現(xiàn)，這就意味著肝纖維化治療僵局多了一種破題的可能性。

剪掉這根繩子就成為了一種可行的途徑。“BAPN這樣的膠原纖維抑制劑，就是這把‘剪刀’。尤其在肝纖維化晚期，因?yàn)樵缙谝种蒲芑瘜?duì)抑制肝纖維化是有效果的，但晚期抑制血管化是沒(méi)有效果的，甚至是有副作用的。目前來(lái)看，晚期去剪這個(gè)繩子提供了一個(gè)潛在的干預(yù)策略。”

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步結(jié)合微加工技術(shù)，將肝纖維化微環(huán)境模型進(jìn)一步微小化為藥物篩選陣列，形成高通量體外抗纖維化藥物檢測(cè)及篩選平臺(tái)。

根據(jù)肝纖維化微環(huán)境模型體外藥敏和動(dòng)物模型如小鼠不同階段肝纖維化疾病模型的測(cè)試，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)，如索拉非尼和抗VEGFR（抗血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體）這樣的抗血管生成藥物僅對(duì)小鼠早期肝纖維化治療有效，而對(duì)于晚期纖維化逆轉(zhuǎn)無(wú)效；同時(shí)證明BAPN可減輕晚期肝纖維化，提示靶向微環(huán)境細(xì)胞外基質(zhì)組分（如膠原纖維）對(duì)于晚期肝纖維化的潛在療效。