血紅素加氧酶-1與消化道疾病

吳本娟 綜述，宋紅麗 審校

（天津市第一中心醫(yī)院器官移植中心，天津 300192）

血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1,HO-1）為誘導(dǎo)性血紅素加氧酶，亦稱熱休克蛋白32，許多誘導(dǎo)因素均可引起其活性及蛋白量增加，已有研究證實(shí)其作為一種應(yīng)激蛋白，在有害環(huán)境刺激和疾病條件下對消化道具有抗炎、抗組織損傷、抗氧化、細(xì)胞黏膜保護(hù)以及調(diào)節(jié)胃腸運(yùn)動(dòng)等積極作用。本文就HO-1及其代謝產(chǎn)物的生物學(xué)功能和它們對多種消化道疾病作用的國內(nèi)外最新研究進(jìn)展作一綜述。

1 HO-1及其代謝產(chǎn)物的生物學(xué)功能

20世紀(jì)80年代中末期，Maines等[1]率先在動(dòng)物和人體的肝臟、脾臟、肺、腦和睪丸等組織中分離純化獲得血紅素加氧酶（hemeoxygenase,HO）及HO的同工酶。迄今為止發(fā)現(xiàn)HO-1、HO-2、HO-3共3種，分別為不同的基因所編碼。HO-1為誘導(dǎo)型，HO-2、HO-3為結(jié)構(gòu)型。這3種異構(gòu)體的表達(dá)，在不同的細(xì)胞類型、組織分布和調(diào)控機(jī)制上有很大不同。生理狀態(tài)下，消化道中的HO同工酶主要為HO-2，而HO-1在腸組織中不表達(dá)，只有在缺血缺氧等刺激下才開始分泌HO-1[2-3]。消化道疾病中，HO-1的水平增加，并發(fā)揮其對消化道的積極作用，主要是抗炎抗氧化等細(xì)胞保護(hù)作用。血紅素在HO-1的作用下，降解為一氧化碳（CO）、膽綠素和鐵，膽綠素隨后被還原為膽紅素。HO-1不僅在體內(nèi)起到維持血紅素水平穩(wěn)定的作用，HO-1酶促反應(yīng)及其產(chǎn)物在人體內(nèi)具有調(diào)節(jié)和保護(hù)作用。降解產(chǎn)生的CO主要通過激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶（sGC），發(fā)揮神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、舒張血管、維持血壓、調(diào)節(jié)生物節(jié)律、參與嗅覺適應(yīng)、體溫調(diào)節(jié)、學(xué)習(xí)記憶，并可能參與視覺和聽覺形成等作用[4]。也有報(bào)道說CO在一些組織中激活了鉀離子通道，包括胃腸道組織。另外，低濃度的CO能通過有絲分裂原激活的蛋白激酶而減少細(xì)胞凋亡[5]。除此之外，Chin等[6]最近指出CO是抵抗病原微生物的主要因子。已有實(shí)驗(yàn)證明CO對結(jié)腸內(nèi)皮細(xì)胞具有保護(hù)作用[7]?，F(xiàn)在很多研究已證明，CO在炎癥、敗血癥、肺損傷、心血管疾病、器官移植和腫瘤的臨床治療中發(fā)揮著重要的作用[8]。CO作為一種新型的藥物將會(huì)越來越廣泛地應(yīng)用于臨床。

膽紅素和膽綠素在一定濃度下是內(nèi)源性強(qiáng)抗氧化劑，具有抗氧化、抗脂質(zhì)過氧化，保護(hù)細(xì)胞免受損傷及增強(qiáng)維生素C和維生素E抗氧化能力等作用。另外，膽紅素也是內(nèi)源性的sGC抑制劑，影響sGC與鳥苷三磷酸結(jié)合。除此之外，膽紅素也被報(bào)道具有調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和抑制炎癥反應(yīng)的作用。許多研究證實(shí)膽紅素/膽綠素在許多病理?xiàng)l件下具有強(qiáng)大的細(xì)胞保護(hù)作用，HO-1降解血紅素產(chǎn)生的鐵可誘導(dǎo)鐵蛋白生成，因此鐵蛋白可起到限制鐵參與過氧化氫及超氧陰離子生成而減少過氧自由基毒性反應(yīng)，參與HO的細(xì)胞保護(hù)作用。但也有觀點(diǎn)認(rèn)為HO-1與鐵之間可能存在互相作用，鐵在某些條件下會(huì)減弱HO的細(xì)胞保護(hù)作用[9]。因此鐵是否參與HO的細(xì)胞保護(hù)作用尚有待進(jìn)一步研究。

2 HO-1與消化道疾病

2.1 HO-1與反流性食管炎 反流性食管炎（reflux esophagitis，RE）是由胃、十二指腸內(nèi)容物反流入食管引起的食管炎癥性病變。食管下段平滑?。╨ower esophagealSphincter，LES）肌束松弛是其病因之一，F(xiàn)an等[10]研究表明HO-1可減弱LES的松弛，減少胃酸的反流。非甾體類抗炎藥（non-steroidalantiinflammatory drugs，NSAIDs）被廣泛地用于抗炎、解熱、鎮(zhèn)痛，長期服用很容易導(dǎo)致其對黏膜表面直接的損害、前列腺素合成的抑制等作用，易引起消化性潰瘍及食管炎等。Hyun等[11]通過貓食管上皮細(xì)胞的研究表明，異澤蘭素可有效誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)HO-1的表達(dá)，HO-1的表達(dá)上調(diào)可明顯對抗非甾體類消炎藥的細(xì)胞損傷作用。另外，Kruel等[12]對鼠的食管反流動(dòng)物模型進(jìn)行研究說明十二指腸反流引起的反流性食管炎引發(fā)了較強(qiáng)的氧化應(yīng)激，可能在反流性食管炎和食管癌的發(fā)生中發(fā)揮了重要的作用，且與HO-1有關(guān)。

2.2 HO-1與胃炎、胃潰瘍 許多病因可刺激胃，如飲食不當(dāng)、病毒和細(xì)菌感染、藥物刺激等均可能引發(fā)胃炎。消化性潰瘍指胃腸黏膜被胃消化液自身消化而造成的超過黏膜肌層的組織損傷，可發(fā)生于消化道的任何部位，其中以胃及十二指腸最為常見，即胃潰瘍和十二指腸潰瘍。近年的研究已經(jīng)表明，幽門螺桿菌和非甾體抗炎藥是損害胃腸保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致炎癥和潰瘍發(fā)病的最常見病因，胃酸在潰瘍形成中起關(guān)鍵作用。Gobert等[13]已證明HO-1在感染細(xì)胞或被幽門螺桿菌感染的小白鼠中的活性增強(qiáng)抑制了趨化因子的產(chǎn)生，減弱了炎癥反應(yīng)。中性粒細(xì)胞的活化和氧化應(yīng)激是NSAIDs引起胃黏膜損傷的重要因素。HO-1在NSAIDs引起胃黏膜損傷中的抗炎和抗氧化應(yīng)激作用已被Uc等證實(shí)[14]。他們將老鼠分成兩組，一組腹腔注入消炎痛，另一組不作處理。結(jié)果NSAIDs導(dǎo)致了胃炎和胃潰瘍及中性粒細(xì)胞的激活、IL-6和腫瘤壞死因子的表達(dá)。同時(shí)HO-1也因胃炎、胃潰瘍、中性粒細(xì)胞的激活和氧化應(yīng)激而得到表達(dá)。此實(shí)驗(yàn)說明具有抗炎和細(xì)胞保護(hù)作用的酶—HO-1可以克服胃腸疾病對NSAIDs的限制。

2.3 HO-1與腸道炎性疾病 已發(fā)現(xiàn)HO-1在人和動(dòng)物的腸道炎性損傷性疾病中表達(dá)增加，這些疾病包括消化性潰瘍、結(jié)腸炎、放射性小腸炎、潰瘍性結(jié)腸炎等。這些疾病的共同特點(diǎn)是腸黏膜因受到了炎癥損傷而發(fā)生一系列的出血、潰瘍等癥狀。在這些疾病中HO-1主要發(fā)揮抗炎、抗氧化應(yīng)激等細(xì)胞保護(hù)作用來減輕炎癥和組織損傷。Wang等[15]用人的腸上皮細(xì)胞模型證明了姜黃素（Curcumin，C-ur）通過上調(diào)人的腸上皮細(xì)胞的HO-1可以改善過氧化氫誘導(dǎo)的內(nèi)皮障礙性損傷，從而發(fā)揮對人類腸上皮細(xì)胞的保護(hù)作用。Zuidema等[16]通過大鼠小腸上皮細(xì)胞的研究，發(fā)現(xiàn)外源硫化氫供體通過HO-1途徑來發(fā)揮其在小腸上皮細(xì)胞的抗炎作用。Sheikh等[17]利用大鼠的腸上皮細(xì)胞證明了CO和HO-1可以改善TC-Rα（-/-）大鼠的活動(dòng)性腸炎，這一治療作用與IL-10有關(guān)。這一研究進(jìn)一步證明了HO-1的代謝反應(yīng)及本身在不同的結(jié)腸炎模型中具有多向強(qiáng)大的抗炎作用。因而，HO-1有望成為治療人類的炎癥及腸道疾病的一種新方式。

2.4 HO-1與消化道腫瘤 研究已證明，HO-1在消化道腫瘤如食管癌、胃癌、結(jié)腸癌、直腸癌以及結(jié)腸腺瘤等表達(dá)明顯高于正常組織。

對于食管癌，張健等[18]在研究HO-1在食管癌中的表達(dá)及意義中指出：HO-1在食管癌的細(xì)胞漿/膜上具有較高的差異性表達(dá)，且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，提示食管癌的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移可能與HO-1相關(guān)，HO-1有可能作為食管癌新的標(biāo)志物以及評(píng)估食管癌進(jìn)展的客觀指標(biāo)。HU等[19]在中國食管癌HO-1的基因多態(tài)性中的研究表明，食管癌患者中，L型等位基因（L/L）及L等位基因攜帶者（S/L）的頻率顯著高于對照組，且HO-1基因啟動(dòng)子區(qū)-（GT）n的重復(fù)序列可能與男性飲酒者食管癌發(fā)生有關(guān)，減少飲酒量可以有效保護(hù)L型等位基因攜帶者。進(jìn)一步研究HO-1在食管癌發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中的作用，通過降低HO-1表達(dá)水平，來抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移，可能是臨床治療的新方案。

對于胃癌，已有研究證明HO-1與人類胃癌的發(fā)病有關(guān)，HO-1對腫瘤細(xì)胞的抗凋亡抗氧化等細(xì)胞保護(hù)作用和促進(jìn)血管形成可能是促進(jìn)腫瘤發(fā)生的主要機(jī)制[20-21]。除此之外，HO-1還可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，祁妮娜等[22]構(gòu)建HO-1小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA） 表達(dá)載體，觀察HO-1 siRNA對人胃癌9811-P（GC 9811-P）細(xì)胞體外侵襲轉(zhuǎn)移能力的影響。發(fā)現(xiàn)HO-1在GC9811-P細(xì)胞體外侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要作用，HO-1-siRNA可抑制GC9811-P細(xì)胞體外侵襲轉(zhuǎn)移能力。HO-1可以作為胃癌腹膜轉(zhuǎn)移治療的一個(gè)作用靶點(diǎn)，從而抑制胃癌的腹膜轉(zhuǎn)移。但有關(guān)HO-1促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的具體作用機(jī)制仍有待于進(jìn)一步研究。

對于大腸癌，Kang等[23]對韓國大腸癌患者HO-1水平的研究中指出：HO-1蛋白在大腸癌中的表達(dá)水平明顯高于正常組織。注入HO-1的抑制劑鋅原卟啉后，大腸癌細(xì)胞株活性降低。這些數(shù)據(jù)說明HO-1可能成為大腸癌新的標(biāo)志物并且對研制抗大腸癌的新藥物有重要意義。同胃腫瘤，HO-1對腸腫瘤細(xì)胞的抗凋亡抗氧化等細(xì)胞保護(hù)作用和促進(jìn)血管形成可能是促進(jìn)腫瘤發(fā)生的主要機(jī)制[20-21]。盡管這樣，腫瘤的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移，是一個(gè)高度復(fù)雜、多工序的過程，對HO-1的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2.5 HO-1與消化道其他疾病 在食管疾病中，早有研究證明Barrett食管上皮細(xì)胞和癌細(xì)胞中HO-1的表達(dá)異?；钴S，也有研究證明門脈高壓性食管靜脈曲張中HO-1的表達(dá)也增加。在胃腸道疾病中，HO-1除了細(xì)胞保護(hù)作用，它還通過產(chǎn)物CO興奮胃的平滑肌細(xì)胞[24]。Choi等[24-26]用糖尿病性胃輕癱模型，證明了巨噬細(xì)胞可以通過促進(jìn)HO-1表達(dá)來抑制胃排空。Chung等[27]已經(jīng)證明HO-1可以改善腸球菌敗血癥誘發(fā)的平滑肌細(xì)胞、血管成纖維細(xì)胞的壞死。其機(jī)制是增加免疫細(xì)胞的吞噬作用和內(nèi)源性抗菌反應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)將一種CO釋放分子注入敗血癥大鼠動(dòng)物模型中可以增加動(dòng)物免疫細(xì)胞的吞噬作用，降低死亡率。更重要的是，此實(shí)驗(yàn)也證明了CO釋放分子可以改善術(shù)后腸狀態(tài)和肌層炎癥，并且這些保護(hù)作用在一定程度上是在p38缺乏的條件下通過激活HO-1以及降低細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（ERK1/2）的激活而發(fā)生的。這些發(fā)現(xiàn)說明了HO-1可能在小腸移植，術(shù)后小腸狀態(tài)和膿毒癥相關(guān)小腸衰竭中發(fā)揮了重要的作用。

3 結(jié)語

目前國內(nèi)外對HO-1與消化道疾病關(guān)系的研究還不多。HO-1在消化道炎癥中重要的生物學(xué)意義仍有待全面深刻的闡明。但HO及其代謝產(chǎn)物的作用已成為生命科學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。盡管目前對HO-1的分子生物學(xué)規(guī)律還未完全了解，但最近的研究已經(jīng)證明了它在抗炎、氧化應(yīng)激和抗凋亡中的細(xì)胞保護(hù)作用。相信隨著研究的深入，在不久的將來HO-1可能會(huì)成為治療多種消化道疾病的新手段。

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