HO-1抗衰老作用研究進(jìn)展

湯珊珊 張治芬 劉文華 張紅艷 鄧妙

HO-1抗衰老作用研究進(jìn)展

湯珊珊 張治芬 劉文華 張紅艷 鄧妙

血紅素加氧酶（hemeoxygenase，HO）屬于微粒體酶，在血紅素代謝過(guò)程中將血紅素分解為膽綠素、鐵（Fe2+）和一氧化碳（CO）[1]。迄今為止發(fā)現(xiàn)的HO有3種不同的亞型，分別為HO-1、HO-2、HO-3。HO-1是分子量為32kDa的微粒體蛋白，主要分布在血細(xì)胞代謝活躍的組織器官，如脾臟、肝臟、骨髓中，其他組織中HO-1表達(dá)量很低[2]。體內(nèi)外多種因素可以促進(jìn)HO-1的表達(dá)，如細(xì)胞因子、紫外線、脂多糖、過(guò)氧化氫等。氧化應(yīng)激是組織損傷和機(jī)體衰老的主要機(jī)制之一。研究發(fā)現(xiàn)在氧化應(yīng)激過(guò)程中，應(yīng)激蛋白表達(dá)增加可抑制多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，從而延緩機(jī)體衰老。近來(lái)研究提示HO-1作為一種應(yīng)激蛋白，除參與血紅素代謝外，還廣泛參與體內(nèi)抗炎、抗氧化過(guò)程，在心血管和神經(jīng)系統(tǒng)作用中尤為明顯。本文主要對(duì)HO-1對(duì)心血管和神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，介紹其抗衰老機(jī)制。

1 HO-1的心血管系統(tǒng)保護(hù)作用

1.1 動(dòng)脈粥樣硬化 炎癥及脂質(zhì)氧化物與動(dòng)脈粥樣硬化病理過(guò)程息息相關(guān)。研究表明敲除HO-1的小鼠血漿中脂質(zhì)氧化程度明顯加重，腹主動(dòng)脈斑塊出現(xiàn)明顯的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)及脂質(zhì)堆積現(xiàn)象。而誘導(dǎo)HO-1表達(dá)可改善氧化型低密度脂蛋白引起的泡沫細(xì)胞聚集狀況[3]。在動(dòng)脈斑塊形成后，誘導(dǎo)HO-1表達(dá)可使家兔心血管內(nèi)膜厚度及內(nèi)膜/中膜厚度比顯著降低[4]，也提高了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性[5]；抑制HO-1表達(dá)則增加血管內(nèi)膜厚度[4]。通過(guò)觀察冠心病患者，Hang等[6]發(fā)現(xiàn)激活HO-1可下調(diào)血管壁黏附分子表達(dá)，降低炎癥細(xì)胞聚集及黏附。綜上所述，上調(diào)HO-1蛋白的表達(dá)可抑制冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病進(jìn)程。

1.2 心肌缺血損傷性疾病 Kusmic等[7]發(fā)現(xiàn)增加大鼠HO-1表達(dá)可顯著降低心肌缺血后死亡率、心肌梗死面積。轉(zhuǎn)染并高表達(dá)HO-1的小鼠心肌呈現(xiàn)出高水平表達(dá)的生長(zhǎng)因子，低程度的心室重構(gòu)及心肌梗死面積[8]。在缺血-再灌注動(dòng)物模型中HO-1也有類似的保護(hù)作用。毀壞心肌HO-1結(jié)構(gòu)后，大鼠體內(nèi)肌酸激酶釋放量增加、心肌梗死面積擴(kuò)大，左心室功能恢復(fù)減慢，表明HO-1表達(dá)下降會(huì)使缺血-再灌注損傷程度增加。但若給予HO-1預(yù)處理則可逆轉(zhuǎn)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果[9]。Melo等[10]通過(guò)將攜帶HO-1的腺相關(guān)病毒組合體導(dǎo)入小鼠心肌細(xì)胞，模擬缺血-再灌注小鼠模型。觀察發(fā)現(xiàn)小鼠缺血心肌的梗死面積相對(duì)局限，心肌細(xì)胞凋亡及心功能減退在一定程度上被抑制，提示HO-1可作為心肌缺血-再灌注的治療策略之一。

1.3 高血壓 1996年Johnson等[11]第一次在大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)HO系統(tǒng)具有降壓功能。通過(guò)觀察自發(fā)性高血壓大鼠的血管結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮功能紊亂、平滑肌細(xì)胞增殖、HO-1表達(dá)增加，提示HO-1可能參與了降壓過(guò)程。后續(xù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)敲除HO-1大鼠易呈現(xiàn)更高的血壓[12]。HO-1不僅可通過(guò)HO-脂聯(lián)素-心鈉肽系統(tǒng)減緩腎臟纖維化進(jìn)程，減少尿蛋白產(chǎn)生，降低腎性高血壓[13]，也可通過(guò)降低血管氧化水平，改善血管收縮性，參與降低糖尿病性高血壓[14]。HO-1還可通過(guò)抑制血管緊張素Ⅱ參與降壓過(guò)程[15]。此外高血壓使內(nèi)皮組織超氧化物堆積，NO生物利用度降低，HO-1的代謝產(chǎn)物CO可代償性產(chǎn)生類似NO的擴(kuò)張血管作用從而參與降壓過(guò)程。

2 HO-1的神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用

2.1 帕金森病 帕金森病的主要病理特征為黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元數(shù)量減少及路易小體的積聚。這些投射到紋狀體神經(jīng)元的減少引起基底神經(jīng)節(jié)神經(jīng)回路活性的改變，進(jìn)而出現(xiàn)一系列神經(jīng)軀體癥狀。線粒體氧化呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ、多巴胺能神經(jīng)元及小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的活性氧參與帕金森病的病理過(guò)程。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上調(diào)HO-1表達(dá)可對(duì)抗復(fù)合體Ⅰ激活氧自由基的作用進(jìn)而降低多巴胺能神經(jīng)元氧化水平及細(xì)胞死亡數(shù)目[16]。HO-1表達(dá)下降則加劇路易小體堆積及神經(jīng)元死亡程度，加重帕金森病病情進(jìn)展[17]。也有實(shí)驗(yàn)表明腺病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)HO-1高表達(dá)的大鼠黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元前炎癥因子減少，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子及膠質(zhì)細(xì)胞衍生的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子增加，并具抗1-甲基-4苯基吡啶離子毒性作用，保護(hù)神經(jīng)[18]。

大樣本數(shù)據(jù)表明，HO-1啟動(dòng)子序列（-413）中TT基因型人群比AA基因型人群有更高的帕金森病發(fā)生率，而TT基因型人群HO-1表達(dá)水平偏低[19]。故推測(cè)低水平HO-1更易增加帕金森病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。盡管少數(shù)研究者認(rèn)為大腦中HO-1具有神經(jīng)毒性作用，但大多數(shù)國(guó)內(nèi)外研究仍認(rèn)為HO-1在帕金森病患者中起保護(hù)神經(jīng)的作用[20]。

2.2 阿爾茲海默病 氧化應(yīng)激是阿爾茲海默病早期病理過(guò)程的重要影響因子之一，且加劇β樣淀粉積聚過(guò)程。阿爾茲海默病患者大腦星形膠質(zhì)細(xì)胞及神經(jīng)元中HO-1高表達(dá)，特別是在老年斑塊、纏結(jié)的神經(jīng)元纖維中[21]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)外界干預(yù)上調(diào)HO-1表達(dá)，可減少大鼠海馬細(xì)胞死亡數(shù)目，減少β樣淀粉沉積造成的神經(jīng)毒性[22]，且發(fā)現(xiàn)HO-1表達(dá)量與β樣淀粉量相關(guān)，這些提示HO-1可緩沖β樣淀粉積聚導(dǎo)致的氧化應(yīng)激，提高海馬神經(jīng)元生存率，改善海馬認(rèn)知功能。大樣本人群調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，HO-1啟動(dòng)子序列（-413）TT基因型人群比AA基因型的阿爾茲海默病發(fā)病率高6.5倍。與AA基因型相比，TT基因型HO-1表達(dá)水平更低。故HO-1是保護(hù)阿爾茲海默病對(duì)抗氧化應(yīng)激及β淀粉樣積聚的重要蛋白分子，可作為治療該疾病靶點(diǎn)之一。

目前也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)激活HO-1后神經(jīng)元及海馬功能受損害，原因可能系激活HO-1的過(guò)程中，Tau蛋白磷酸化破壞了HO-1結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致HO-1失去抗β樣淀粉積聚保護(hù)神經(jīng)功能[23]；也可能是HO-1高表達(dá)后造成其分解產(chǎn)物Fe2+過(guò)度沉積所致的神經(jīng)元損傷[24]。但其中的機(jī)制仍未完全明確，需要更多實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

2.3 腦缺血損傷性疾病 研究表明大腦中HO-1及其產(chǎn)物膽綠素、CO均有抗氧化特性，可以清除腦缺血后產(chǎn)生的一系列細(xì)胞毒性物質(zhì)，HO-1被認(rèn)為是腦缺血氧化損傷后機(jī)體產(chǎn)生的適應(yīng)性反應(yīng)。對(duì)梗死大腦內(nèi)皮細(xì)胞觀察發(fā)現(xiàn)，不僅HO-1具抗氧化抗神經(jīng)毒性作用，其代謝產(chǎn)物膽綠素、CO均可對(duì)抗缺血后的氧化損傷，且這3者之間存在交互作用[25],共同保護(hù)大腦內(nèi)皮功能。目前治療缺血性損傷的主要方法是再灌注治療，但再灌注可能帶來(lái)更為廣泛的神經(jīng)損傷，包括運(yùn)動(dòng)障礙、自主神經(jīng)功能紊亂、癲癇、記憶和注意力障礙[26]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HO-1通過(guò)激活BDNF-PI3K/AKT信號(hào)通路，顯著提高缺血-再灌注后腦皮質(zhì)血流灌注量及海馬椎體神經(jīng)元的存活率[28]，減輕腦梗死面積及腦水腫程度[29]。大量研究證實(shí)許多藥物可以通過(guò)上調(diào)HO-1的表達(dá)水平改善腦缺血后神經(jīng)元的損傷，而HO-1被敲除后則藥物失去保護(hù)神經(jīng)元的作用[30]。因此HO-1在急性腦缺血損傷和缺血-再灌注過(guò)程中通過(guò)保護(hù)神經(jīng)功能延緩疾病進(jìn)展，進(jìn)而延緩衰老。

3 HO-1在其他組織中的保護(hù)作用

HO-1不僅在心血管和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮保護(hù)作用，在肺部、視網(wǎng)膜等其他組織中也有重要功能。在急性肺損傷小鼠模型中，誘導(dǎo)的HO-1通過(guò)減少TNF-α、IL-6等促炎因子表達(dá)，減少肺損傷程度[30]。在HO-1對(duì)大鼠視網(wǎng)膜作用的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大鼠視神經(jīng)損傷后，促進(jìn)HO-1表達(dá)可提高視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞存活率，改善缺血后再灌注視網(wǎng)膜損傷程度，保護(hù)視網(wǎng)膜功能[31]。

4 展望

機(jī)體衰老是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，涉及一系列信號(hào)途徑及氧化蛋白。HO-1作為抗氧化應(yīng)激蛋白，參與機(jī)體多個(gè)系統(tǒng)的抗氧化作用。大量研究證實(shí)在動(dòng)脈粥樣硬化、心肌缺血損傷性疾病、高血壓等心血管系統(tǒng)疾病和阿爾茲海默病、帕金森病、腦缺血損傷性疾病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中HO-1的抗氧化作用更為明顯。因此，HO-1靶向治療有望成為今后緩解多種心血管及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，延緩機(jī)體衰老的策略之一。目前已有學(xué)者提出多種信號(hào)途徑參與調(diào)節(jié)HO-1表達(dá)，如MAPK、PI3K/AKT等[2]，但更多的機(jī)制仍有待于進(jìn)一步研究。

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2015-08-07）

（本文編輯：李媚）

國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)科研基金課題（WKJ2013-2-024）；杭州市醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2011Z003）；杭州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20120533Q04）；杭州市科技局重點(diǎn)項(xiàng)目（20142013A058）；浙江省科技廳重大科技專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目（2014C03044-1）

310006 南京醫(yī)科大學(xué)附屬杭州醫(yī)院婦產(chǎn)科

張治芬，E-mail：Zhangzf@zju.edu.cn