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中國是肝病大國，每年約有40萬人死於肝癌，在致死癌癥排行榜裡位列第二，且占到瞭世界肝癌死亡人數的一半。而在肝病的發展過程中，肝纖維化是必經階段。此前已有研究發現，肝血竇血管化和肝纖維化之間有著千絲萬縷的關系，醫療界也試圖用控制血管化來對抗肝纖維化。但這層關系始終模糊，療效也充滿爭議。
清華大學醫學院副教授杜亞楠團隊最近的一項研究首次明確闡釋瞭上述爭議背後的原因，同時創新性地提出基於膠原纖維機械力學介導的肝纖維化發病機制。該項研究為肝纖維化提供瞭精準幹預策略，相關成果於11月14日在線發表在國際學術期刊《自然》（Nature）子刊《自然?材料學》（Nature Materials）。
杜亞楠在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）采訪時表示，“目前肝纖維化、肝硬化都沒有特效藥，很多大藥廠都在集中開發這類藥物。目前臨床上隻能用現已有的相對比較廣普的藥物去嘗試，尤其是晚期階段，大量病人無藥可治。而且最終很容易導致肝癌，發病率和死亡率都非常高。”
杜亞楠認為，該項研究首次從膠原纖維生物力學的角度提出瞭一種新的肝纖維化發病機制，可以為肝纖維化治療提供新的靶向。
打開探索之路的一個分階段特征
這項研究始於5年之前。最終點亮探索之路的是杜亞楠團隊和臨床醫生的一項觀察結果：早期肝纖維化確實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。
通俗來講，肝血竇就是肝臟裡面的佈滿的血管網。杜亞楠介紹，“我們服用的藥物、吃的食物都要進入血液，首先經過肝臟的解毒、代謝，再進入身體循環系統的其他部分。”然而，肝臟裡的血管和其他組織中的血管並不一樣。“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。而肝臟裡的血管在正常的狀態下是非常通透的，沒有基底膜，它要過濾大量的血。”
但沒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，當肝臟在受到外界威脅和傷害的時候，肝血竇就成為第一個受害者。一旦意識到自身受到傷害，這些血管會發起“自衛”行動以阻止更多異物進入肝臟。
“自衛”措施就包括發生肝血竇毛細血管化，也就是所謂的血管新生的現象，反而長出基底膜，改變正常狀態下的通透性。
早期存在大量肝血竇血管化的現象，這和目前研究者建議用抗血管化策略來應對肝纖維化是基本符合的，而這種策略實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特征，因此抑制新生血管成為瞭一種抗癌策略。肝纖維化中出現肝血竇血管化的現象不禁引發相關研究人士和醫療界設想：能否將抗癌抗血管化的這種治療方法用到抗纖維化上？
但從國內外已完成的一些基礎研究來看，這種治療方案在動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，爭議就頗多。
“有的報道說抗血管化可以逆轉纖維化。但也有人發現，抗血管化並不能逆轉纖維化，有時促血管化反而會有助於肝纖維化的逆轉，例如加入促進血管新生的生長因子。所以說目前抗血管化策略在治療肝臟纖維化中的效果確實存在很大的爭議。”杜亞楠提到。
這或許就和杜亞楠團隊和臨床醫生觀察到的肝纖維化在不同階段血管化程度不同有關。
一根激活“罪魁禍首”的“繩子”
值得一提的是，在肝纖維化形成過程中，“罪魁禍首”是肝星形細胞（HSC）。要揭開上述爭議謎底，研究者決定集中研究究竟有哪些途徑可以激活肝星形細胞。
正常狀態下，肝星形細胞處於靜息狀態。但這類細胞一旦激活，就將直接導致肝纖維化。肝星形細胞是纖維化肝臟中細胞外基質（ECM）的主要合成細胞，能合成和分泌膠原及糖蛋白、蛋白多糖等基質成分。而肝血竇內皮細胞則是肝血竇毛細血管化的效應細胞。
正基於上述聯系，肝血竇內皮細胞對靜息狀態的肝星形細胞來說就是一顆“定時炸彈”，研究者也在試圖深入瞭解這二者的相互作用。
據杜亞楠介紹，現有的研究是直接將這兩種細胞體外混合培養來觀察相互作用，普遍從生物化學的機制來闡釋。“一些研究認為兩者的相互作用是通過旁分泌，比如說肝血竇內皮細胞會分泌內皮素、一氧化氮等因子，來調節肝星形細胞的激活、收縮，包括分泌一些膠原，出現纖維化的特質。這是目前傳統的一個理解。”
但杜亞楠團隊認為，除瞭生物化學機制以外，應該還存在著和生物機械力學相關的機制，因為肝纖維化到肝硬化的發展過程伴隨著組織機械硬度的逐漸增加。而這幾年生物力學有瞭比較大的發展，或許在這個機制基礎上會幫助肝纖維化產生一些新的療法。
杜亞楠團隊和臨床醫生合作，通過對人和老鼠的肝纖維化、肝硬化的不同階段的體內組織切片觀察到，早期肝纖維化確實存在大量血管化，而晚期肝纖維化反而是血管化非常少。基於這樣的臨床樣本觀察前提，團隊構建瞭他們的研究模型。
在這個模型中，首先模擬肝纖維化、肝硬化過程中組織硬度逐漸增加的特點，研究團隊用聚乙二醇（PEG）水凝膠制備瞭細胞培養支架膜（2D），並且在硬度方面設置瞭梯度，這個梯度就用來模擬在組織變硬過程中硬度的變化。
“我們把肝血竇內皮細胞種植到不同硬度的材料上，結果發現隻在特定的硬度區間，也就是140-160Pa這樣一個狹小區間內，它才會發生毛細血管化的現象。而在其他階段，尤其是在肝硬化這個區間裡，整個毛細管細化的現象就消失瞭，表現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期存在的抗血管化治療的爭議。在肝纖維化治療中，早期階段使用抗血管藥物是有效的，而晚期則無益，若不分階段用同一類藥物，療效自然不一。除油煙機
接著，在上述基礎上，研究團隊把帶有膠原纖維的，包含肝星形細胞的仿生3D培養的微組織置於不同硬度血竇內皮細胞的上方。這樣的一種空間構建方式，實際上也是模擬瞭體內肝血竇內皮細胞和肝星形細胞之間存在的Disse腔（竇周隙）。
結果發現，肝血竇內皮細胞在特定硬度區間內發生血管化的過程中，伴隨著肝血竇內皮細胞的遷移，會“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”會帶來惡性循壞的後果。
具體來說就是，在這場“拔河”中，膠原纖維就是繩子，血管化一發生，相當於一端繩子一拉，這根繩子也就是膠原纖維產生瞭變化，也就意味著細胞外基質被重塑。同時，繩子另一端的肝星形細胞原本處於靜息狀態，此時通過膠原纖維機械力的傳導被激活。肝星形細胞一旦激活，又會持續分泌更多的膠原，更多的膠原繼續被重塑，如此惡性循環。
不過，研究指出，這種惡性循環隻會在特定的硬度區間出現，過軟或過硬都不會出現。
自此，這項研究可以得出，細胞和細胞之間的相互交流並非隻能通過旁分泌的遊離因子來實現，還能通過膠原纖維這樣的生物材料基質介導的物理作用來傳導信號。杜亞楠稱，“我們研究中提出的膠原纖維的機械性介導是一個全新的領域。”
既然肝星形細胞，也就是肝纖維化過程中的“罪魁禍首”被激活的機制有瞭新發現，這就意味著肝纖維化治療僵局多瞭一種破題的可能性。
剪掉這根繩子就成為瞭一種可行的途徑。“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，因為早期抑制血管化對抑制肝纖維化是有效果的，但晚期抑制血管化是沒有效果的，甚至是有副作用的。目前來看，晚期去剪這個繩子提供瞭一個潛在的幹預策略。”
研究團隊進一步結合微加工技術，將肝纖維化微環境模型進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及篩選平臺。
根據肝纖維化微環境模型體外藥敏和動物模型如小鼠不同階段肝纖維化疾病模型的測試，研究團隊證實，如索拉非尼和抗VEGFR（抗血管內皮生長因子受體）這樣的抗血管生成藥物僅對小鼠早期肝纖維化治療有效，而對於晚期纖維化逆轉無效；同時證明BAPN可減輕晚期肝纖維化，提示靶向微環境細胞外基質組分（如膠原纖維）對於晚期肝纖維化的潛在療效。
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