肝臟缺血再灌注立早基因表達(dá)的研究進(jìn)展

鄧小雨 馬莉

[摘要]肝臟缺血再灌注損傷是臨床肝膽外科手術(shù)常見重要的并發(fā)癥。其缺血及再灌注過(guò)程均可引起立早基因早期反應(yīng)蛋白-1、c-Jun、c-Fos表達(dá)上調(diào)，急性期調(diào)控肝組織細(xì)胞炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的肝功能異常和器官功能障礙;恢復(fù)期調(diào)控肝組織再生重建;還作用于肝臟能量代謝，對(duì)患者的生存預(yù)后產(chǎn)生重要影響。立早基因是一類受到刺激后可以被快速而短暫地誘導(dǎo)的基因，且其激活不需要任何新蛋白的合成，目前為止，已在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)100多種立早基因。深入了解肝臟缺血再灌注立早基因表達(dá)及其調(diào)控過(guò)程可為改善肝缺血再灌注損傷及損傷后肝恢復(fù)提供新方向。本文對(duì)肝臟缺血再灌注立早基因表達(dá)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞]肝缺血再灌注;早期反應(yīng)蛋白-1;c-Fos;c-Jun

[Abstract] Hepatic ischemia reperfusion injury is a common and important complications in clinical hepatobiliary surgery. During the process of ischemia and reperfusion early response protein-1， c-Jun， c-Fos of immediate early genes expression was up-regulated， regulating hepatic tissue inflammatory response， resulting in serious hepatic function abnormalities and organ dysfunction. Those immediate early genes also regulate hepatic tissue regeneration and reconstruction in convalescent stage， playing an important role in hepatic energy metabolism， which has an important impact on the survival and prognosis of patients. Immediate early genes are a kind of genes which can be induced quickly and briefly after stimulation， and their activation do not require synthesis of any new proteins. So far， more than 100 kinds of immediate early genes have been found in cells. In-depth understanding of the expression and regulation of immediate early genes in hepatic ischemia-reperfusion may provide a new direction for ameliorating hepatic ischemia reperfusion injury and hepatic recovery after injury. This paper reviews the research progress of early gene expression of liver ischemia-reperfusion.

[Key words] Hepatic ischemia reperfusion; Early growth response-1; c-Fos; c-Jun

缺血再灌注（ischemia reperfusion，IR）損傷是一種隨著血及氧流量的重新建立而加重缺血或缺氧器官細(xì)胞損傷的現(xiàn)象[1]。肝臟IR損傷是世界范圍內(nèi)肝臟疾病的首要關(guān)注問(wèn)題，與失血性休克、肝切除和肝移植等有關(guān)[2]。許多研究表明，肝臟IR損傷與立早基因（immediate early genes，IEGs）的表達(dá)存在關(guān)聯(lián)[1，3-4]。IEGs是一類含有亮氨酸拉鏈，在受到多種化學(xué)和物理的細(xì)胞外刺激（包括IR損傷）時(shí)表達(dá)的基因，IEGs編碼轉(zhuǎn)錄因子，作為早期細(xì)胞質(zhì)事件的核偶聯(lián)器，調(diào)節(jié)損傷后細(xì)胞反應(yīng)基因的表達(dá)，是基因-蛋白質(zhì)相互作用的第一步[3]。IEGs不僅在機(jī)體受到刺激時(shí)即時(shí)表達(dá)，還對(duì)損傷后恢復(fù)、生長(zhǎng)反應(yīng)、癌癥形成等起著重要作用[3]。肝臟IR過(guò)程IEGs早期反應(yīng)蛋白-1（early growth response-1，Egr-1）、c-Jun、c-Fos的表達(dá)增加，急性期調(diào)控下游基因表達(dá)，引發(fā)級(jí)聯(lián)瀑布反應(yīng)，導(dǎo)致肝臟炎癥損傷;恢復(fù)期誘導(dǎo)肝臟再生重建。除此之外，IEGs還可調(diào)節(jié)肝能量代謝。本文就IEGs對(duì)肝臟IR損傷調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Egr-1基因?qū)Ω闻KIR的調(diào)節(jié)作用

Egr-1也被稱為NGFI-A、Krox-24、Zif268、TIS8和ZENK，是一種含鋅指結(jié)構(gòu)的IEGs[5]。Egr-1基因于1980年發(fā)現(xiàn)在血清刺激的靜止期小鼠成纖維細(xì)胞中，其對(duì)多種刺激表達(dá)：細(xì)胞分裂素、發(fā)育和分化的過(guò)程、組織或輻射損傷、神經(jīng)元信號(hào)，是機(jī)體對(duì)缺血應(yīng)激反應(yīng)的“主調(diào)節(jié)因子”[5-6]。大鼠肝IR模型中，缺血和再灌注早期肝組織Egr-1mRNA及Egr-1蛋白的表達(dá)均明顯增加;Egr-1蛋白與DNA結(jié)合活性升高[7]。在小尺寸大鼠肝移植模型中再灌注后的前24 h內(nèi)可發(fā)現(xiàn)Egr-1基因早期、過(guò)度表達(dá)[4]。

1.1 肝臟IR過(guò)程Egr-1基因的表達(dá)機(jī)制

肝臟受到IR損傷時(shí)，Egr-1基因在多種刺激下迅速而瞬時(shí)地表達(dá)，其能被多種細(xì)胞外激動(dòng)劑[如低氧、生長(zhǎng)因子、炎癥因子、活性氧化物、鈣離子、脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）等]和環(huán)境應(yīng)激（如缺氧、流體剪切應(yīng)力和血管損傷等）激活[3，8]。過(guò)氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）在血管平滑肌細(xì)胞中會(huì)上調(diào)Egr-1的表達(dá)，促進(jìn)損傷后血管重建[8]。在大多數(shù)巨噬細(xì)胞中，LPS作為機(jī)體的一種內(nèi)毒素，其刺激Egr-1上調(diào)是完全激活TNF-α表達(dá)的必要條件[9]。

小尺寸肝移植模型由于肝血流量相對(duì)較大，流入小移植物會(huì)受到與血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)的額外損傷。肝移植術(shù)后門脈高壓引起的血流動(dòng)力學(xué)力變化導(dǎo)致剪應(yīng)力改變對(duì)Egr-1的上調(diào)促進(jìn)內(nèi)皮素-1（endothelin-1，ET-1）和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）等細(xì)胞因子的上調(diào)，ET-1可直接引起肝竇收縮，破壞腺泡血流動(dòng)力學(xué);同時(shí)ET-1也能有效誘導(dǎo)Egr-1的表達(dá)[4]。這表明Egr-1和ET-1的相互作用可能使Egr-1表達(dá)呈現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)正反饋調(diào)節(jié)。而iNOS誘導(dǎo)一氧化氮（nitric oxide，NO）的表達(dá)，NO作為一種血管舒張因子，有助于改善微循環(huán)，同時(shí)NO可通過(guò)抑制細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶信號(hào)傳導(dǎo)途徑負(fù)反饋下調(diào)剪應(yīng)力誘導(dǎo)的Egr-1表達(dá)，所以NO/ET-1比值平衡是決定肝臟IR損傷的重要因素[4，10]。

1.2 Egr-1基因在肝臟IR急性期的作用

肝臟IR急性損傷包括組織缺血性損傷和淤血性損傷、膽汁淤積性損傷，以及恢復(fù)血供后自由基損傷。IR急性期Egr-1基因上調(diào)，其主要作用是急性炎癥期誘導(dǎo)大量炎癥因子的生成，對(duì)機(jī)體造成炎癥損傷;其次還對(duì)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、凝血、血管通透性、血管重建、傷口愈合反應(yīng)等起著重要作用[11-12];同時(shí)還可能與肝臟能量代謝相關(guān)[13]。

Egr-1能誘導(dǎo)一系列與細(xì)胞損傷和修復(fù)再生相關(guān)的基因產(chǎn)物，包括炎癥因子[腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-1（interleukin-1，IL-1）]，黏附因子[細(xì)胞間黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）]，生長(zhǎng)因子，受體及蛋白酶等[11，14]。Wang等[15]的研究表明，Egr-1還參與肝糖原合成，調(diào)節(jié)肝臟糖代謝。Egr-1過(guò)表達(dá)可抑制胰島素信號(hào)通路，促進(jìn)肝臟葡萄糖生成[13]。所以Egr-1可作為一種分子制動(dòng)器，調(diào)節(jié)波動(dòng)血糖水平，維持機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。而且Egr-1可能在膽汁淤積性炎癥中起核心作用，是抑制膽汁淤積所致炎癥的潛在治療靶點(diǎn)[14]。

1.3 Egr-1基因?qū)Ω闻KIR恢復(fù)期肝組織細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)作用

肝實(shí)質(zhì)損傷或部分肝切除術(shù)后肝再生的能力是基于肝細(xì)胞從靜止轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋碃顟B(tài)并重新進(jìn)入細(xì)胞周期的能力[5]。據(jù)推測(cè)，部分肝切除后短時(shí)間內(nèi)激活I(lǐng)EGs是實(shí)現(xiàn)肝細(xì)胞向有絲分裂的進(jìn)一步進(jìn)展的啟動(dòng)機(jī)制，IEGs表達(dá)模式可能代表移植肝的狀態(tài)及其對(duì)移植肝損傷的長(zhǎng)期反應(yīng)，再生反應(yīng)的程度與組織丟失量成正比，并受到復(fù)雜的相互作用信號(hào)機(jī)制的精確調(diào)控[16]。

有研究表明，缺乏Egr-1基因的小鼠表現(xiàn)為延遲肝切除后肝細(xì)胞有絲分裂進(jìn)展;在肝細(xì)胞G0～G1進(jìn)展后的肝再生過(guò)程中，Egr-1基因和Egr-1蛋白在再生肝中的表達(dá)明顯增加，與有絲分裂進(jìn)程重疊;并通過(guò)紡錘體組裝檢查點(diǎn)以調(diào)節(jié)肝細(xì)胞有絲分裂進(jìn)程[16-17]。Egr-1可通過(guò)直接或間接誘導(dǎo)細(xì)胞分裂周期基因20（cell division cycle 20，CDC 20）的表達(dá)，而CDC 20是有絲分裂后期促分裂復(fù)合物的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[17]。因此，Egr-1基因?qū)Ω蜪R過(guò)程肝組織細(xì)胞增殖有著不可替代的作用。

2 c-Fos、c-Jun基因?qū)Ω闻KIR的調(diào)節(jié)作用

c-Fos、c-Jun是較早發(fā)現(xiàn)的兩種原癌基因，屬于IEGs，表達(dá)c-Fos、c-Jun蛋白。c-Jun、c-Fos蛋白的穩(wěn)定性受磷酸化調(diào)控，c-Jun的轉(zhuǎn)錄活性由c-Jun N-末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）磷酸化誘導(dǎo)，一旦c-Jun被磷酸化，就能二聚體化并結(jié)合到廣泛基因啟動(dòng)子元件上的識(shí)別位點(diǎn)，調(diào)節(jié)各種細(xì)胞效應(yīng)的產(chǎn)生[18]。

正常情況下c-Fos mRNA僅少量表達(dá)，許多研究表明，c-Fos和c-Jun在肝、腎、腦、心、小腸IR早期激活，是IR損傷、再生增殖、凋亡的關(guān)鍵基因[19-21]。在大鼠、豬肝IR模型中再灌注早期c-Jun和c-Fos mRNA表達(dá)均增加，c-Jun和c-Fos的表達(dá)水平與缺血時(shí)間直接相關(guān)，在肝IR損傷刺激反應(yīng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用[22-23]。小鼠肝IR過(guò)程可分為急性期（1～3 h）和亞急性期（6～20 h），c-Jun和c-Fos的表達(dá)有兩種不同的表達(dá)模式：c-Jun和c-Fos mRNA在急性灌注期損傷肝組織中共表達(dá)，隨后c-Fos表達(dá)下降，在亞急性灌注期c-Jun持續(xù)高水平表達(dá)[23]。

2.1肝臟IR過(guò)程c-Fos、c-Jun基因的表達(dá)機(jī)制

c-Fos、c-Jun基因表達(dá)由大量的細(xì)胞外刺激（包括氧化劑和細(xì)胞因子）誘導(dǎo)。在肝臟IR損傷中c-Fos、c-Jun被LPS、炎癥因子（TNF-α，IL-1β）、活性氧化物（NO，H2O2等）、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞質(zhì)Ca2+超載等激活[24-25]。肝再灌注時(shí)，細(xì)胞外Ca2+透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)Ca2+超載，胞內(nèi)Ca2+超載可增加c-Fos調(diào)控元件上游的敏感轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)IEGs的表達(dá)，胞內(nèi)鈣信號(hào)還可通過(guò)促進(jìn)肝細(xì)胞周期進(jìn)展來(lái)促進(jìn)大鼠肝切除模型術(shù)后肝再生[25]。

2.2 c-Fos、c-Jun基因在肝臟IR急性期的作用

c-Fos、c-Jun基因可調(diào)控相應(yīng)基因表達(dá)，不僅對(duì)炎癥及抗炎基因表達(dá)，還對(duì)肝臟能量代謝，促癌、抗癌過(guò)程，膽固醇、膽汁酸的表達(dá)，肝纖維化的發(fā)生等的調(diào)節(jié)起著重要作用[26-28]。在肝臟IR急性期，c-Fos、c-Jun基因可促進(jìn)中心粒細(xì)胞相關(guān)炎癥因子的表達(dá)[27]。c-Fos、c-Jun基因可促進(jìn)細(xì)胞因子TNF-α、IL-1、IL-6、iNOS等的表達(dá);c-Jun mRNA在體內(nèi)可被誘導(dǎo)募集到TNF-α啟動(dòng)子中，這是LPS刺激TNF-α基因表達(dá)所必需的[27]。同時(shí)c-Jun的表達(dá)還可調(diào)節(jié)肝糖異生和機(jī)體體溫變化[18]。

2.3 c-Fos、c-Jun基因?qū)Ω闻KIR恢復(fù)期再生、重建、凋亡的影響

有許多研究表明，c-Fos、c-Jun能夠誘導(dǎo)動(dòng)物IR模型肝、腎、腦、心、小腸等器官的增殖或凋亡[19-21]。c-Jun和c-Fos表達(dá)時(shí)間、器官可能決定了這些分子是否促進(jìn)了再生或凋亡過(guò)程，在神經(jīng)細(xì)胞中，c-Jun和c-Fos的持續(xù)表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而短暫的表達(dá)則與再生有關(guān)[20]，而大鼠肝臟、小腸的瞬時(shí)表達(dá)與再生凋亡均有關(guān)，細(xì)胞可通過(guò)阻斷c-Fos蛋白而喪失對(duì)增殖信號(hào)的反應(yīng)能力，缺乏c-jun基因的小鼠肝部分切除后肝細(xì)胞增殖減少，且肝生成受損[21]。

在大鼠門靜脈分支結(jié)扎模型中，缺血肝萎縮及增殖部分早期反應(yīng)中c-Fos、c-Jun的表達(dá)均有增加，表達(dá)差異并沒有很明顯。這可能提示細(xì)胞的增殖凋亡可能不僅僅由IEGs早期的表達(dá)決定，還在于中后期某些基因在應(yīng)激反應(yīng)后數(shù)小時(shí)內(nèi)位于反饋檢查點(diǎn)上，以調(diào)整細(xì)胞的走向是增殖還是凋亡[29];但這些早期反應(yīng)IEGs的表達(dá)在恢復(fù)肝細(xì)胞對(duì)后期和更特異的細(xì)胞增殖信號(hào)的敏感性方面起著重要作用，這也提示增殖和凋亡都需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行類似的初始修飾，或者至少使用一條最初的共同途徑[29]。不同的c-Fos和c-Jun mRNA表達(dá)水平對(duì)細(xì)胞凋亡、增殖過(guò)程有雙重調(diào)節(jié)作用，c-Fos/c-Jun異二聚體被認(rèn)為能夠促進(jìn)細(xì)胞再生，c-Jun同型二聚體可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[23]。

3小結(jié)

肝臟IR損傷最初的機(jī)制來(lái)源于缺血及再灌注刺激后各基因的表達(dá)差異，Egr-1、c-Fos、c-Jun表達(dá)上調(diào)在肝早期應(yīng)激反應(yīng)以及后期肝恢復(fù)過(guò)程中均有體現(xiàn)。這些IEGs對(duì)于IR過(guò)程的調(diào)節(jié)與調(diào)控組織炎癥損傷、再生重建以及能量代謝等相關(guān)，但這些機(jī)制仍未完全清楚。近年來(lái)某些基因治療藥物的問(wèn)世，如Zolgensma[30]，一種用于治療脊髓性肌萎縮癥基因藥物，為臨床基因療法打開了一道曙光。如何通過(guò)調(diào)節(jié)上述基因表達(dá)，降低臨床上肝臟IR損傷及促進(jìn)肝恢復(fù)仍有一段很長(zhǎng)的道路要走。

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（收稿日期：2020-02-19? 本文編輯：閆? 佩）