COX-2和PPARγ在肝纖維化中的研究進(jìn)展

尹 微(綜述)，陽學(xué)風(fēng)(審校)

(南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院消化內(nèi)科，湖南 衡陽 421000)

肝纖維化是由于肝臟持續(xù)性損傷使肝臟纖維結(jié)締組織異常增生的病理過程，它不是一個獨立的疾病，而是各種慢性肝病的共同病理基礎(chǔ)，是慢性肝病向肝硬化發(fā)展的必然病理過程。現(xiàn)認(rèn)為肝纖維化尚有逆轉(zhuǎn)至正常的可能，而肝硬化則否。目前研究重點已放在分子與分子、分子與細(xì)胞及細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用方面。從基因水平上，全面了解環(huán)加氧酶(cyclo-oxygenase,COX)2和過氧化物酶體增值物活化受體(peroxisome proliferatorsactivated receptors,PPARs)γ并掌握其引起肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)機(jī)制，能為臨床上防治肝纖維化提供新的策略和理論依據(jù)。

1 COX-2的結(jié)構(gòu)、功能及生物學(xué)活性

1976年Miyamoto等從牛的精囊腺中提純出COX-1,COX是花生四烯酸合成前列腺素(Prostaglandinm,PGs)的限速酶，至今發(fā)現(xiàn)COX-1、COX-2與COX-3三種異構(gòu)體[1-2]。人類COX-2基因由9個內(nèi)含子和10個外顯子組成，長8.3 kb，定位于第1號染色體q25.2～25.3。在其啟動子區(qū)含有許多轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列,與激活COX-2轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)的有白細(xì)胞介素6、核因子κB、激活蛋白2、糖皮質(zhì)類固醇激素反應(yīng)元件和腺苷環(huán)磷酸反應(yīng)元件等。

COX-2是一種膜結(jié)合蛋白，約600個氨基酸構(gòu)成。應(yīng)用X射線晶體衍射法結(jié)構(gòu)分析表明，COX以同源二聚體的形式存在，而每個單體由3個獨立的結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，分別為N端類表皮生長因子區(qū)、膜結(jié)構(gòu)區(qū)和C端球狀催化區(qū)；并在空間結(jié)構(gòu)上形成一個長疏水通道。COX-2在疏水通道中含有纈氨酸，而且在C端球狀催化區(qū)含有一段18個氨基酸的序列，這與其有多個活動位點及能快速降解有關(guān)[3]。COX-2主要作用于核膜,催化所產(chǎn)生的前列腺素能優(yōu)先進(jìn)入核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。合成的前列腺素為炎性介質(zhì)，介導(dǎo)疼痛、炎癥、發(fā)熱等反應(yīng)。特異性COX-2抑制劑包括第一代塞來昔布、羅非昔布，第二代伐地昔布、帕瑞昔布、艾托昔布，這些藥物均能抑制COX-2催化作用從而抑制炎性反應(yīng)。COX-2屬誘導(dǎo)型酶,在正常生理狀態(tài)下多數(shù)組織內(nèi)不表達(dá)或低表達(dá)，當(dāng)細(xì)胞受到外在因素如生長因子、炎性介質(zhì)、細(xì)胞因子、細(xì)菌內(nèi)毒素等刺激時表達(dá)上調(diào)。研究表明COX-2參與了機(jī)體多種病理過程，不僅可以啟動炎性反應(yīng)，還促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制凋亡、抑制免疫功能，參與腫瘤發(fā)生和發(fā)展[4]。

2 PPARγ的結(jié)構(gòu)、功能及生物學(xué)活性

1990年Issemann等[5]首先從小鼠肝臟中成功克隆PPARs基因，PPARs屬于激素核受體超家族，是一類能被過氧化物酶體增殖物激活的核內(nèi)受體。至今發(fā)現(xiàn)三種PPARs亞型分別是PPARα、PPARβ/δ、PPARγ，其結(jié)構(gòu)和功能相似。PPARγ有6個區(qū)域(A～F)，分為4個功能結(jié)構(gòu)區(qū)域。N端結(jié)構(gòu)域是A/B區(qū)構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄活化調(diào)節(jié)區(qū)；C區(qū)形成DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域；轉(zhuǎn)錄活性調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域是D區(qū)形成的可變形鉸鏈區(qū)；位于C端的E/F區(qū)形成配基結(jié)合結(jié)構(gòu)域。配基結(jié)合結(jié)構(gòu)域與配體結(jié)合及與轉(zhuǎn)錄活化區(qū)相互作用影響轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[6]。雖然三種亞型在大多數(shù)組織中共同表達(dá)，但是在組織分布上相差懸殊。PPARγ在脂肪組織中高表達(dá)，在結(jié)腸、免疫系統(tǒng)及視網(wǎng)膜上有一定的表達(dá)。PPARγ還可分為3個亞型：PPARγ1、PPARγ2、PPARγ3,PPARγ1在全身均有表達(dá)，尤其是脂肪組織及巨噬細(xì)胞；PPARγ2在脂肪組織中高表達(dá)，高脂飲食可誘導(dǎo)表達(dá)，多位于肝星狀細(xì)胞；PPARγ3高表達(dá)于巨噬細(xì)胞、脂肪組織及結(jié)腸上皮細(xì)胞[7]。PPARγ主要通過和配體結(jié)合活化后發(fā)揮作用。PPARγ的配體主要包括天然配體與合成配體，其中天然配體主要包括花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物、多不飽和脂肪酸氧化代謝產(chǎn)物和氧化型低密度脂蛋白等，而合成配體主要包括噻唑烷二酮類藥物和一些非甾體類消炎藥，如消炎痛、布洛芬等。PPARγ拮抗劑包括GW9662、BADGE、L-764406等。PPARγ經(jīng)配體活化后，與視黃酸受體形成異二聚體，再與靶基因啟動子區(qū)的過氧化物酶體增殖物反應(yīng)元件(peroxisome proliferator resposive element，PPRE)結(jié)合，激活靶基因轉(zhuǎn)錄發(fā)揮調(diào)控作用。另外，PPARγ可通過干擾核因子κB、轉(zhuǎn)錄激活子、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子及激活蛋白1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)干擾它們介導(dǎo)的信號通路，從而實現(xiàn)其調(diào)控作用[8]。PPAR具有多種生物學(xué)效應(yīng)并發(fā)揮重要作用，如影響脂質(zhì)代謝、抑制炎性反應(yīng)、抑制細(xì)胞增殖和分化、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等[9]。

3 COX-2、PPARγ與肝纖維化

正常肝組織中位于肝竇Disse 間隙的肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells，HSC)處于靜息狀態(tài)，其數(shù)目約占肝內(nèi)細(xì)胞總數(shù)的5%～15%。HSC的生理功能包括：①代謝和貯存維生素A；②儲存脂肪；③合成和分泌膠原蛋白、糖蛋白、蛋白多糖等基質(zhì)成分；④合成基質(zhì)金屬蛋白酶及其組織抑制劑(tissueinhibitorofmetalloproteinases，TIMP)；⑤表達(dá)細(xì)胞因子及受體，如血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)及其受體β亞單位、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)β1及其Ⅰ型受體等；⑥調(diào)節(jié)肝竇血流。病理條件下受到多種損傷因素刺激后，HSC被活化后形態(tài)改變，細(xì)胞增生頻率增加并向肝損傷部位遷徙，轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞的過程中表達(dá)α平滑肌肌動蛋白(α-smoothmuscleactin，α-SMA)；肝臟細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的合成分泌增加；TIMP合成及分泌增加，減少ECM降解；細(xì)胞因子、趨化因子及受體分泌增加。同時細(xì)胞內(nèi)維生素A 及其代謝產(chǎn)物減少，脂滴消失。ECM的沉積是肝纖維化形成的關(guān)鍵因素，ECM主要是由HSC產(chǎn)生的，從而HSC的激活及增殖成為肝纖維化發(fā)生、發(fā)展中的核心環(huán)節(jié)[10-11]。

3.1COX-2在肝纖維化中的表達(dá)及意義 在正常生理情況下，COX-2幾乎在肝內(nèi)細(xì)胞中不表達(dá)，當(dāng)受到炎性介質(zhì)、細(xì)胞因子、細(xì)菌內(nèi)毒素等多種外在因素刺激下表達(dá)上調(diào)，促進(jìn) HSC 活化、增殖，誘導(dǎo)肝纖維化的進(jìn)展。Cheng等[12]、He等[13]通過在體外培養(yǎng)人HSC發(fā)現(xiàn)使用選擇性COX-2抑制劑NS-398后，COX-2的表達(dá)降低，α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表達(dá)明顯被抑制，且存在一定劑量依賴性。同時增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)下降，表明NS-398可抑制HSC的活化及增殖。COX-2可通過參與炎性反應(yīng)誘導(dǎo)PDGF、TGF促進(jìn)HSC的增殖,并分泌大量細(xì)胞因子進(jìn)一步激活HSC又導(dǎo)致HSC的增殖。研究表明,PDGF是促HSC活化、增殖最強(qiáng)的細(xì)胞因子,具有刺激特定細(xì)胞群分裂增殖的能力,是肝纖維化的始動因子[14],而HSC不僅是PDGF作用的靶細(xì)胞,又是PDGF產(chǎn)生的細(xì)胞，這使得HSC 的增殖、活化得以持續(xù)。Hui等[15]研究表明,COX-2能上調(diào)促因子PDGF的表達(dá)誘導(dǎo)人類HSC增殖,在應(yīng)用人工合成的前列環(huán)素E2的類似物抗增殖時,COX-2和前列腺素E2可介導(dǎo)PDGF刺激人類肝星形細(xì)胞增殖。COX-2通過TGF-β途徑促進(jìn)HSC增殖，研究表明TGF-β可通過增加PDGF的表達(dá)促進(jìn)HSC的增殖，而且在活化后的HSC中被大量分泌，使HSC轉(zhuǎn)化為肌纖維母細(xì)胞并分泌膠原，TGF-β還能通過促進(jìn)TIMPs的合成、阻滯ECM 的降解，ECM 不斷沉積促進(jìn)HSC增殖與激活[16]。Flisiak 等[17]報道TGF-β及TIMP-1表達(dá)與肝纖維化有關(guān)，TGF-β可引起TIMP-1基因表達(dá)增加而減少ECM 降解而促進(jìn)肝纖維化的進(jìn)展。

3.2PPARγ在肝纖維化中的表達(dá)及意義 最近研究表明，PPARγ抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加。Wang 等[18]研究在正常肝臟的HSC中也有PPARγ的表達(dá)，而炎癥或損傷刺激下HSC 被活化，靜止型轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ钚汀SC 激活的過程中PPARγ表達(dá)逐漸減少，表明PPARγ有抑制HSC的活化、維持HSC 靜止?fàn)顟B(tài)的作用。Yavrom等[19]通過應(yīng)用PPARγ腺病毒載體轉(zhuǎn)染HSC，使PPARγ表達(dá)上調(diào)。證實PPPARγ易位表達(dá)減少HSC的活化，而I型膠原表達(dá)減少最顯著。其可能的機(jī)制為PPARγ抑制p300從而抑制核因子1和α(Ⅰ)前膠原啟動子結(jié)合后對其的轉(zhuǎn)錄激活作用。Guo等[20]應(yīng)用PPARγ的合成激動劑--羅格列酮后，活化HSC中PPARγ mRNA和蛋白水平顯著增加，而I型膠原與α-SMA合成減少，HSC的增殖顯著減少但凋亡顯著增加，其機(jī)制與羅格列酮激活HSC中PPARγ活性有關(guān)，且存在一定劑量依賴性[20]。Miyahara等[21]通過應(yīng)用PPARγ特異性配體15-脫氧前列腺素J2作用激活后的HSC發(fā)現(xiàn)α-SMS、α(Ⅰ)前膠原及單核細(xì)胞趨化蛋白1的合成被抑制而細(xì)胞的活性沒有受到影響。同時應(yīng)用PPARγ的拮抗劑GW9662后上述抑制作用消除。其機(jī)制為PPARγ在肝纖維化中HSC內(nèi)表達(dá)下降，PPRE與細(xì)胞核蛋白結(jié)合力降低，而與核轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合增加。另有相關(guān)研究報道，PPARγ活化還可以抑制ECM mRNA表達(dá)，使ECM合成減少[22]。

3.3COX-2與PPARγ在肝纖維化中的相互作用 COX-2在肝纖維化中的作用不僅是前列腺素炎性介質(zhì)作用的綜合效應(yīng)、也是細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)相互作用的結(jié)果。COX-2的表達(dá)上調(diào)，啟動炎性反應(yīng)促進(jìn)肝損傷參與肝纖維化的進(jìn)程。COX-2可通過誘導(dǎo)細(xì)胞因子作用于HSC，調(diào)節(jié)其活化和增殖。COX-2具有COX和過氧化物酶兩種酶的活性，一方面可催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素G2，另一方面可催化前列腺素G2轉(zhuǎn)化為前列腺H2。而PPARγ天然配體主要包括花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物，其中15dPGJ2是PPARγ的轉(zhuǎn)錄激活劑，COX-2表達(dá)上調(diào)可增加15dPGJ2的表達(dá)，PPARγ與視黃酸受體形成雜二聚體，在基因調(diào)控區(qū)內(nèi)的PPRE結(jié)合后調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。很多與脂肪代謝有關(guān)的基因調(diào)控區(qū)都含有PPRE，COX-2基因可能是其中的一個，因而COX-2的誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源性PPARγ配體來活化該信號，進(jìn)一步引起COX-2轉(zhuǎn)錄表達(dá)形成自分泌環(huán)[3]。然而，COX-2抑制劑不僅能抑制COX-2的活性，減少炎性介質(zhì)的合成與分泌，也可減弱HSC的活化、增殖，誘導(dǎo)HSC凋亡，抑制肝纖維化的發(fā)生,同時又可以作為PPARγ的配體，其機(jī)制可能是通過激活PPARγ，抑制細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶和活性蛋白激酶的激活密切相關(guān)。Planaguma等[23]研究四氯化碳所致肝纖維化動物模型后應(yīng)用選擇性COX-2抑制劑SC-236治療發(fā)現(xiàn)SMA表達(dá)減少，金屬蛋白酶2活性也降低，而SC-236標(biāo)化15dPDJ2水平，恢復(fù)PPARγ表達(dá)后發(fā)現(xiàn)，與PPAR 配體羅格列酮一樣，SC-236能作為有效的PPARγ顯效劑誘導(dǎo)其在HSC中表達(dá)，減少HSC的活化。有研究表明，PPARγ激動劑可抑制COX-2表達(dá)，從而抑制前列腺素生成，而且COX-2抑制劑與PPARγ激動劑聯(lián)合用藥可以起到協(xié)同作用，對正常細(xì)胞無副作用[24]。

4 小結(jié)與展望

COX-2可以通過多種途徑參與肝纖維化的進(jìn)程。COX-2抑制劑不僅可以抑制COX-2的活性從而減少炎性介質(zhì)的產(chǎn)生和抑制HSC的活化和增殖，而且可能通過誘導(dǎo)PPARγ在HSC中高表達(dá)，抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加，從而達(dá)到抗肝纖維化的功效。

根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，COX-2、PPARγ與肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如何通過抑制COX-2及激活PPARγ以抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加,對肝纖維化的逆轉(zhuǎn)防治具有重要的意義。進(jìn)一步研究COX-2、PPARγ及其信號通路在肝纖維化中的作用機(jī)制，從基因水平進(jìn)行靶向基因治療技術(shù)，將為肝纖維化的防治開辟新的途徑,為新型抗肝纖維化藥物的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

[1] Willoughby DA，Moore AR，Colville-Nash PR.COX-1，COX-2，and COX-3 and the future treatment of chronic inflammatory disease[J].Lancet，2000，355(9204):646-648.

[2] Chandrasekharan NV,Dai H,Roos KL,etal.COX-3,a cyclooxygenase-1 variant inhibited by acetaminophen and other analgesic/antipyretic drugs:cloing,structure and expression[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2002,99(21):13926-13931.

[3] 王立中,陽學(xué)風(fēng).環(huán)氧合酶-2 與肝星狀細(xì)胞激活的關(guān)系[J].中國現(xiàn)代醫(yī)藥雜志,2010,12(8):119-121.

[4] Giannitrapani L，Ingrao S，Soresi M，etal.Cyclooxygenase-2 expression in chronic liver diseases and hepatocellular carcinoma： an immunohistochemical study[J].Ann NY Acad Sci，2009，1155:293-299.

[5] Issemann I，Green S.Activation of a member of the steroid hormone receptor superfamily by peroxisome proliferators[J].Nature，1990,347(6294)：645-650.

[6] Andersen O，Eijsink VG，Thomassen M.Multiple variants of the peroxisome proliferator-actlvated receptor(PPAR)gamma are expressed in the liver of atlantic salmon(Salmo salar)[J].Gene，2000，255(2)：411-418.

[7] Berger J,Moller DE.The mechanisms of action of PPARs[J].Annu Rev Med,2002,53:409-435.

[8] Blanquart C，Barbier O，F(xiàn)ruchart JC，etal.Peroxisome proliferator-activated receptors;regulation of transcriptional activities and roles in inflammation[J].J Steroid Biochem Mol Biol，2003，85(2/5):267-273.

[9] Rosen ED，Spiegelman BM.PPARgamma：a nuclear regulator of metabolism，differentiation，and cell growth[J].J Biol Chem，2001，276(41)：37731-37734.

[10] 解淑蕊,張曉嵐.肝星狀細(xì)胞的起源、分布與表型轉(zhuǎn)變[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志,2009,31(1):45-50.

[11] 丁寧.肝星狀細(xì)胞與肝纖維化[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育,2011,9(18):83-86.

[12] Cheng J，Imanishi H，Lijima H，etal.Expression of cyclooxygenase2 and cytosolic phospholipase A(2) in the liver tissue of patients with chronic hepatitis and liver cirrhosis[J].Hepatol Res，2002，23(3):185-195.

[13] He YJ,Pan J,Shu JC,etal.The role andm ech an ism s of cyclooxygenase-2 inhibitors on the proliferation of hepaticstellate cell[J].Zhong hua Gan Zang Bing Za Zhi,2009,17(5):346-349.

[14] Zhao Y，Wang YQ，Wang Q，etal.Hepatic stellate cells produce vascular endothelial growth factor via phospho-p44/42 mitogen-activated protein kinase/cyclooxyge-nase-2 pathway[J].Mol Cell Biochem，2012，359(1/2):217-223.

[15] Hui AY,Cheng AS,Chan H L,etal.Effect of prostagland in E2 and prostagland in I2 on PDGF-induced proliferat ion of LI90,a human hepatic stellate cell line[J].Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids,2004,71(5):329-333.

[16] Shen W，Li Y，Zhu J，etal.Interaction between macrophages，TGF-beta1，and the COX-2 pathway during the inflammatory phase of skeletal muscle healing after injury[J].J Cell Physiol，2008，214(2):405-412.

[17] Flisiak R，Maxwell P，Prokopowicz D，etal.Plasma tissue inhibitor of metalloproteinases-1 and transforming growth factor beta 1-possible non-invasive biomarkers of hepatic fibrosis in patients with chronic B and C hepatitis[J].Hepatogastroenterology，2002，49(47):1369-1372.

[18] Wang Z，Xu JP，Zheng YC，etal.Peroxisome proliferator-activated receptor gamma inhibits hepatic fibrosis in rats[J].Hepatobiliary Pancreat Dis Int，2011，10(1):64-71.

[19] Yavrom S，Chen L，Xiong S，etal.Peroxisome proliferator-activated receptor gamma suppresses proximal alphall(I)collagen promoter via inhibition of p300-facilitated NF-I binding to DNA in hepatic stellate ceHs[J].J Biol Chem，2005，280(49)：40650-40659.

[20] Guo YT，Leng XS，Li T，etal.Effect of ligand of peroxisome proliferator-activated receptor gamma on the biological characters of hepatic stellate cells[J].World J Gastroentero1,2005,11(30):4735-4739.

[21] Miyahara T,Schrum L,Rippe R,etal.peroxisome proliferator-activated receptors and hepatic stellate cell activation[J].J Biol Chem,2000,275(46):35715-35722.

[22] 劉強(qiáng),王超云,馬小松，等.過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)與肝纖維化的研究進(jìn)展[J].濱州醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2013，36(1):49-51.

[23] Planaguma A，Claria J，Miquel R，etal.The selective cyclooxygenase-2 inhibitor SC-236 reduces liver fibrosis by mechanisms involving non-parenchymal cell apoptosis and PPARgamma activation[J].FASEB J，2005，19(9)：1120-1122.

[24] Bakhle YS.COX-2 and cancer：a new approach to an old problem[J].Br J Pharmacol,2001，134(6)：1137-1150.