一氧化碳釋放分子治療肝臟疾病的研究進展

顏炳柱 趙波 康嵐 楊鵬飛 楊寶山

一氧化碳(Carbon monoxide, CO)是一種生物信號調控分子，具有多種重要的生物學功能，并參與生物體內細胞間信息的傳遞與調節[1]。CO是一把雙刃劍，直接應用CO氣體會產生很大的弊端，極大限制了CO氣體作為一種藥物應用于臨床。一氧化碳釋放分子(carbon monoxide releasing molecules, CORMs)作為一種新型且特殊的外源性CO供體逐漸被人們所認識，并被廣泛應用于各種動物疾病模型[2]。CORMs具有CO氣體無法比擬的優勢[3]：可不經機體代謝直接作用于靶組織或器官，能夠穩定且持續釋放CO而發揮生物學功效；在生理劑量范圍內不提高機體血清COHb水平，不會導致機體CO中毒；作為篩選藥物，其給藥劑量及方式具有良好的可控性。CORMs逐漸成為近年來研究的熱點，其在肝臟疾病領域的治療亦表現出了良好的藥理學作用，本文對國內外的相關研究進行總結。

一、CORMs分類

按CO釋放激活機制分為溶劑、光、酶、熱、氧及pH觸發型。按CO載體中含有的過渡金屬(釕、鐵、錳、鉬、鎢、鉻、鈷等)分為含金屬和不含金屬CORMs。目前CORMs發展至今主要有以下幾類[4-6]。

(一)CORM-1 首次由Motterlini合成，是含有金屬錳的一種CORMs。因其不溶于水而只能溶解于DMSO，并且需要在冷光源照射下才能釋放CO，目前已基本不作為CO供體用于研究。

(二)CORM-2 是一種含有金屬釕的CORMs，只溶于DMSO，能夠不在光觸發下快速釋放CO。由于其藥理活性較好且相對穩定，是目前作為CO供體被用于動物實驗最多的一類分子，較差的水溶性也是其主要缺點之一。

(三)CORM-3 第一個具有水溶性且含過渡金屬釕的CORMs，能夠持續、快速、穩定釋放CO，并在24 h內保持生物活性。多項研究均證實CORM-3具有良好的藥理活性，逐漸被研究者所青睞和重視。

(四)CORM-A1 不含過渡金屬且具有水溶性的一類CORMs，在酸性條件下才能夠釋放CO，釋放速度卻明顯慢于CORM-3，多被用于生物體內特定細胞或組織的實驗研究，同樣也具有良好的藥理活性。

(五)CORM-F衍生物 主要包括CORM-F3、CORM-F7、CORM-F8 和CORM-F11等，其中代表性化合物為CORM-F3，所有衍生物均具有DMSO溶解性，目前作為CO供體的研究相對很少，基本上處于探索階段。

(六)其他CORMs 一些新型且具有應用潛力的CORMs相繼被合成，同樣也顯示出較好的藥理及生物學活性，目前研究相對較多的有CORM-401、Photo-CORM、ALF186，CORM-307、CORM-371、ALF492等。

二、CORMs毒性效應

雖然有研究表明，實驗動物在連續30 d應用CORM-3，并沒有產生明顯的毒副作用[7]。但由于CORMs分子載體中含有過渡金屬，所以此類羰基化合物是否會對機體產生致畸或毒性作用需要給予足夠的關注和重視。國內學者研究證實，CORMs主要分布于血液、肝臟及腎臟等器官組織，但均表現出較低的毒性；進一步研究發現，這些金屬離子在體內的蓄積作用相對較弱，但大鼠在連續給藥后仍可出現嚴重的肝腎損傷，甚至腎組織出現形態學異常，造成腎小球的萎縮[8]。有研究證實COMRs能夠誘導過多的紅細胞衰亡，產生病理性細胞溶血，而且還可引起維生素D3的代謝紊亂[9-10]。此外，研究發現CORMs治療窗其實相對較窄，而且還會產生一定的細胞毒性，如降低細胞的活力、抑制線粒體酶的活性，甚至引起心肌和腎臟細胞的壞死和畸形[11]。

三、CORMs對肝臟的保護作用

(一)缺血再灌注肝損傷 缺血再灌注肝損傷(IRI)時，CORM-2通過增加sirtuin-1(SIRT1)的表達，降低HMGB1乙酰化，并減少HMGB1異位和釋放，從而減輕肝臟的炎癥反應[12]。研究發現，預先用CORM-3處理冷保存的肝臟可以明顯減輕肝缺血再灌注的損傷程度[13]。此外，CORM-3還能夠通過降低竇后小靜脈中活化白細胞數量，抑制氧化應激和炎癥反應，減少急性冠脈綜合征(ASC)再灌注損傷時肝細胞死亡的數量[14]。在大鼠肝IRI模型中，國內學者研究證實，CORM-2能夠調節NF-κB信號通路，抑制炎癥因子(TNF-α、L-6和ICAM-1)的釋放，并且能夠上調Bcl-2的表達以及抑制caspase-3的活性，從而發揮抗凋亡作用[15]。還有研究證實，CORM-2能夠維持應激環境下WB-F344細胞的活性和增殖能力，促進大鼠肝前體細胞系的生長和增殖。其機制是CORM-2通過調控 AKT/mTOR 信號通路，提高肝臟IRI過程中肝實質細胞的自噬功能和細胞活力，從而維持細胞穩態，對肝實質細胞發揮保護作用[16]。

(二)膿毒癥 研究發現，CORM-2通過調控P38-MAPK信號通路抑制FPR-l表達，并減少細胞膜FPR-l含量，同時還能夠抑制PMN的趨化能力，減輕肝組織中PMN的過度浸潤，提高膿毒癥小鼠的存活率，從而改善肝組織氧化應激及病理損傷[17-18]。研究證實，CORM-2通過抑制小鼠18F- FDG的攝取并減少葡萄糖激酶的活性和乳酸的含量，從而改善膿毒癥小鼠肝臟能量代謝紊亂，提高小鼠的生存率[19]。此外研究發現，CORM-2還能夠抑制LPS誘導的ROS和NO的產生，降低ICAM-1和iNOS的表達以及抑制NF-κB的活化，從而減少小鼠肝臟中PMN的積累，并且通過下調膿毒癥小鼠肝臟中黏附性血管內皮細胞的表型來發揮抗炎作用[20]。研究還發現在膿毒癥早期肝臟炎癥反應的過程中，CORMs能明顯抑制JAKs分子磷酸化，繼而通過調控JAK/STAT信號通路，抑制下游相關炎癥因子的表達，有效防止炎癥的級聯反應[21]。

(三)急性肝損傷 國外學者在對乙酰氨基酚誘導的急性肝損傷模型中發現，CORM-A1能夠通過抑制多種炎癥因子的表達，減輕肝細胞的壞死程度，從而提高小鼠的存活率。此外，進一步研究證實CORM-A1能夠增強t-BHP處理的HepG2細胞活力，激活Nrf2和ARE基因，并恢復GSH的含量，從而減輕氧化應激反應[22]。課題組前期研究也證實，CORM-2、CORM-3對LPS/D-GalN誘導的小鼠急性肝功能衰竭(ALF)具有顯著的保護作用，具體機制是CORMs通過降低ALF小鼠血清中炎癥因子TNF-α、IL-6和IL-1β的水平以及肝臟中炎癥介質iNOS、TLR4的表達，并抑制肝細胞中NF-κB-p65的核轉位，從而發揮抗炎機制[23-24]。

(四)酒精性肝病 在酒精性肝損傷動物模型中，國外學者證實CORM-A1能夠調控肝細胞CK-18和RIP3的表達，并減輕TNF-α對原代肝細胞的損傷，從而抑制肝細胞的死亡[25]。其他研究也證實，CORM-2能夠減少肝臟GSH的耗竭以及SOD的失活，并且抑制MDA的過度生成。此外，進一步研究證實，CORMs能夠通過調控p38-MAPK信號途徑，抑制炎癥因子TNF-α、IL-6的表達，從而減輕乙醇引起的氧化應激和炎癥損傷[26]。

(五)非酒精性脂肪肝 在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)模型中，研究發現CORM-2通過調控PERK-eIF2α-AFT4信號途徑，從而促進肝細胞中sestrin-2(SESN2)的表達，并且能夠激活AMPK，通過調控mTORC1信號途徑促進自噬。此外，進一步研究證實CORM-2還能夠通過調控SESN2上調誘導的自噬途徑改善蛋氨酸膽堿缺乏飼料(MCD)誘導的肝脂肪變性[27]。

(六)自身免疫性肝炎模型 研究發現在ConA誘導的自身免疫性肝炎(AIH)的動物實驗中， CORM-A1通過調控Nrf2/HO-1/CO信號通路，下調多個基因(具體包括BAG3、BIRC3、CCL2、CXCL13、HIF3A、ITGB2、IL6、NR4A1和PLAUR等)的表達水平，抑制肝臟的免疫反應，從而顯著降低小鼠血清轉氨酶水平，并改善肝臟組織學變化[28]。

(七)膽汁淤積性肝病 研究發現在膽汁淤積肝損傷(BDL)動物實驗中，CORM-2通過上調腸黏膜上皮細胞緊密連接蛋白(TJ)蛋白的表達，從而發揮對大鼠腸黏膜屏障的保護及抑制炎癥因子釋放的作用，繼而緩解BDL大鼠肝臟損傷的程度。其機制是CORM-2通過抑制BDL大鼠腸黏膜上皮細胞的凋亡以及TLR4 表達，從而促進腸上皮細胞的增殖[29]。

(八)肝硬化 研究證實在硫代乙酰胺誘導大鼠肝硬化模型中，CORM-2對肝臟微循環中的血管具有顯著調節作用，可以降低肝硬化大鼠肝內血管阻力(IHVR)，從而阻止肝硬化的發生[30]。

四、討論與展望

綜上所述，CORMs作為一種高效的CO載體，能最大程度模擬人體內源性CO的生物學功能，在臨床上具有巨大的應用潛力。雖然COMRs在保護肝細胞損傷研究中取得了潛在的臨床價值，但其具體的作用機制還有待更深層次的研究。CORMs在治療肝病的研究中仍屬于一個新的領域，目前的研究也多處于探索發展階段。因此CORMs作為一種藥物應用于臨床還需要很長的路要走，未來仍期待毒性更小、半衰期更長、靶向性更強的CORMs，這些問題的解決將為臨床針對肝病的治療提供重要的研究基礎和新的思路。