血紅素加氧酶-1與食管疾病的關系

張健，朱成楚

（溫州醫學院附屬臺州醫院 心胸外科，浙江 臺州 317000)

血紅素加氧酶（heme oxygenase，HO）是體內降解血紅素重要的限速酶，其可將血紅素分解為一氧化碳（carbon monoxide，CO）、Fe2+、膽綠素。CO為一類血管內皮舒張因子（endothelium derived relaxing factor，EDRF）及重要的信使分子；膽綠素通過膽綠素還原酶代謝為膽紅素，可在體內發揮抗自由基等作用。HO除了是反應重要的限速酶外，其本身可通過抑制腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）及白介素-1β、巨噬細胞炎性蛋白-1β或通過上調白介素-10水平發揮強大的抗炎作用。近年來相關研究還表明HO與腫瘤增殖、血管發生、凋亡等生物學行為密切相關。現就HO-1在食管疾病中的作用作一綜述。

1 血紅素加氧酶家族

20世紀80年代中末期，Maines等[1]率先在動物和人體的肝臟、脾臟、肺、腦和睪丸等組織中分離純化獲得HO及HO的同工酶。迄今為止發現血紅素HO-1、HO-2、HO-3三種，分別為不同的基因所編碼。這三種異構體的表達，在不同的細胞類型、組織分布和調控機制上有很大不同[2]。其中HO-1為一種熱休克蛋白（heat shock protein，HSP32），其是Mr為32000的單體，在肝臟、脾臟及腦中高表達。 HO-1的表達具有組織及種屬依賴性，在正常人腎臟腎髓細胞[3]、肝臟枯否氏細胞[4]、小腦中的浦肯耶細胞[5]中高表達。HO-1可以被低氧、UV照射、氧化應激、重金屬、細胞因子、內毒素、一氧化氮、腫瘤壞死因子、前列腺素、乙醇、創傷和熱休克[6-7]誘導產生。

2 HO-1的生物學作用

2.1 HO-1的亞細胞定位 HO-1與HO-2的蛋白結構中都含有疏水的羥基端，其與膜相分隔。在細胞微粒體中檢測到豐富的HO-1，表明HO-1與內質網相關聯[8]。最近的研究還發現，HO-1除了在內質網上豐富表達外，尚在細胞核、質膜等部位表達。Kim等[9]在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）、血紅素等誘導鼠肺內皮細胞HO-1的研究中發現，無處理組的HO-1主要在內質網中表達，而誘導組HO-1的亞細胞表達發生了改變，實驗表明誘導引起細胞色素C的表達增加，從而引起HO-1的定位改變，并可能在線粒體中表達。Li等[10]在星型膠質細胞中的研究表明，HO-1在細胞核中有明顯表達，并伴隨著谷氨酸的積聚。

2.2 HO-1的細胞信號傳導 越來越多的證據表明，諸多引起HO-1表達上調的蛋白都是通過磷酸化細胞信號傳導通路并級聯放大后調節HO-1轉錄因子引起的。近年來的研究表明，有絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）細胞信號傳導通路在HO-1的活化上調中起到非常重要的作用。LU等[11]研究表明，應用激動劑激活ERK和P38信號通路可引起HO-1的表達增加，但其改變并不一定直接參與誘導HO-1的活化上調。此外，酪氨酸酶、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶A、G、C（protein kinase A、G、C，PKA、G、C）等也參與了HO-1的表達調控[12]。

2.3 HO-1的作用機制 HO-1及其催化血紅素分解的產物具有抗氧化作用。氧化應激時氧自由基產生增多，而涉及HO-1的氧化步驟要消耗3分子O2。因此，HO-1消耗氧分子將在氧化應激中通過減少氧自由基的產生來間接地提供細胞保護作用。Petrache等[13]通過對鼠纖維母細胞的研究證實，過表達HO-1可有效抑制TNF-α引起的細胞凋亡，而這種效應在抑制HO-1表達后消失，說明HO-1具有有效的抗細胞凋亡作用。

HO-1除了上述作用外，近年來越來越多的研究表明，其與腫瘤的發生發展相關。與周圍的正常組織相比，HO-1在黑素瘤[14]、Kaposi肉瘤[15]中表達上調。HO-1與腫瘤中血管生長有很大相關性，這主要表現在HO-1與內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）之間的作用。研究發現HO-1與促進血管生成有關，具有促進新血管生成作用， 并且對于腫瘤的生長和擴散起到非常重要的作用[16]。在膀胱癌的研究中[17]，HO-1的表達水平與VEGF、HIF-1α、HIF-2α、COX-2、IL-8、bFGF的表達呈正相關。在大鼠膀胱癌模型中，抑制HO-1的表達可有效減少VEGF、HIF-1α的表達，從而減少腫瘤的微血管密度、延緩腫瘤的生長。血紅素可誘導前列腺癌細胞HO-1的表達，從而可抑制細胞的增殖及轉移。通過PC3HO-1轉染裸鼠制作前列腺癌模型，證實基質金屬蛋白-9（MMP9）表達下降及抑制腫瘤生長[18]。HO-1的表達有利于保護腫瘤轉移、增殖。但這一結果并非適用于所有實體腫瘤，在對乳腺癌研究中發現， HO-1表達上調抑制乳腺癌細胞增長。Lin等[19]對人乳腺癌的研究中表明，HO-1可以抑制腫瘤的侵襲性及轉移性，此作用與其抑制MMP-9的表達相關。

在耐藥性方面，HO-1的表達伴隨多藥耐藥（MDR）蛋白及多藥耐藥相關蛋白（Mrp）表達的增高，從而降低化療的敏感性[20]。Hidey等[21]研究表明，肺癌細胞系A549的抗順鉑耐藥性與HO-1的表達呈正相關，并與包括PI3K/AKT及NF-B（nuclear factor-κb）信號系統在內的表皮生長因子受體介導的信號通路相關，在使用HO-1抑制劑鋅原卟啉（ZnPPIX）的情況下，可增強結腸癌、肺癌和胰腺癌細胞對化療的敏感性， 減慢腫瘤生長速度。

3 HO-1在食管疾病中的作用

3.1 HO-1與反流性食管炎的關系 非甾體類消炎藥由于其對黏膜表面直接的損害、全身前列腺素合成的抑制等作用易引起消化性潰瘍及食管炎的發生。Hyun等[22]通過貓食管上皮細胞的研究表明，異澤蘭素（eupatilin）可有效誘導細胞內HO-1的表達，HO-1的表達上調可明顯對抗非甾體類消炎藥的細胞損傷作用，并呈時間及濃度依賴性，證明HO-1可有效保護細胞對抗非甾體類消炎藥的損傷。

李軍杰等[23]檢測77例反流性食管炎患者及對照組的食管黏膜中HO-1蛋白的表達強度，發現HO-1主要在食管黏膜上皮細胞中表達，且反流性食管炎患者HO-1的表達明顯強于對照組，并與誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的表達存在相關性。Cleber等[24]對鼠反流動物模型進行研究，將其分為賁門成形術誘導胃酸反流組、胃十二指腸吻合術致十二指腸反流組、無治療組及對應的加亞硝酸鹽處理組。飼養22周處死后，用免疫組化及免疫熒光法檢測HO-1的表達情況。結果顯示，僅十二指腸吻合術致十二指腸反流組HO-1表達較無處理組增高，其主要在腫瘤內及上皮下炎癥細胞中表達，推測十二指腸反流是引起癌變的主要原因，且與HO-1有關。Fan等[25]通過應用ZnPPIX，對食管下段平滑肌（lower esophageal Sphincter，LES）肌束松弛情況的研究表明，ZnPPIX可明顯減弱腺苷酸環化酶（human adenylyl cyclase，AC）及鳥苷酸環化酶（G-cyclase，GC）介導的G蛋白受體的活化，從而減弱LES的松弛，而在抑制HO-1傳導通路及NOS的情況下，ZnPPIX的作用消失，表明HO-1可減弱LES的松弛，減少胃酸的反流。

3.2 HO-1與食管癌的關系 在食管癌組織中，HO-1的表達明顯高于正常組織[26]。馬會敏等[27]以食管癌EC9706細胞系作為研究模型， 檢測三氧化二砷（As2O3）誘導其凋亡過程中HO-1基因的表達，發現凋亡過程中， HO-1基因表達升高，并呈時間依賴性變化，可能起到短暫的對抗氧化應激的作用。HU等[28]在中國食管癌H0-1的基因多態性中的研究表明，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H0-1基因啟動子區一（GT）n的重復序列可能與男性飲酒者食管癌發生有關，減少飲酒量可以有效保護L型等位基因攜帶者。Kim等[29]從水生酸模草（Rumex Aquaticus Herba）中提取出QGC（Quercetin-3-O-β-D-glucuronopyranoside），在對食管上皮細胞的研究中表明，其可有效地增高HO-1的表達，并且可能與Nrf2、ERK、PI3KAKt及PKC信號通路有關。

3.3 其他 有研究發現Barrett食管中脂質、蛋白質和DNA的氧化損傷產物水平顯著增高， Barrett上皮細胞和癌細胞中HO-1和金屬硫蛋白（MT）基因的表達異常活躍，食管鱗狀上皮的基底層細胞亦有MT過量表達[30]。Chen等[31]通過大鼠食管腺癌與氧化損傷的關系的研究也得出了同樣的結論。

在門脈高壓致食管靜脈曲張的研究中，也發現HO-1的表達有所增加。其可能是由于門脈高壓癥時血流剪應力通過影響細胞骨架的重排，使血管內皮細胞順血流方向擴張，使動細胞內信號傳導，刺激細胞合成，分泌多種生物活性因子HO-1[32]。而來自血漿的組織間液可將血流剪應力傳遞給平滑肌細胞，使后者HO-1 mRNA表達，HO-1合成增多，并且HO-1含量與剪應力作用時間、強度呈正比[33]。

4 展望

正常組織細胞HO-1可維持細胞穩態、減低氧化損傷、削弱炎性反應，而腫瘤中HO-1的表達卻與腫瘤的擴散轉移、抗凋亡作用有密切聯系。應用HO-1抑制劑可以有效地抑制細胞生長， 而應用其誘導劑則使腫瘤細胞對于產生ROS的治療方法產生抵抗效應[34]。由于HO-1在體內極易被快速誘導合成，HO-1可作為潛在的抗腫瘤治療靶點，對于臨床抗腫瘤治療很有意義。此前，由于HO-1抑制劑ZnPPIX的毒性限制著其進一步應用，現隨著植物提取的抑制劑及激動劑，如eupatilin、QGC等的發現，為HO-1的進一步臨床應用提供了條件。因此，全面客觀地認識HO-1分子對于啟發臨床腫瘤治療有益。目前人們還沒有完全明了HO-1的生物學規律，隨著對HO-1研究的深入，一旦完全掌握了它的規律，HO系統可能為我們所用，為治療與之相關的一系列疾病找到一條新的思路。

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