11β-羟基类固醇脱氢酶2与炎性疾病的关系

陈晓琳，王丽娜(综述)，王兴友(审校)

(北京军区总医院呼吸内科，北京100700)

糖皮质激素是抗炎治疗的经典药物，其作用不仅取决于糖皮质受体的密度，同时也受局部糖皮质激素代谢产物的浓度影响。在糖皮质激素作用的调节中，11β-羟基类固醇脱氢酶(11β-hydroxysteroid dehydrogenase，11β-HSD)活性的激活和调节是关键。因此局部11β-HSD活性的改变，影响局部糖皮质激素的浓度。11β-HSD是一种微粒酶复合体，为糖皮质激素的代谢限速酶，它催化糖皮质激素炭11位的酮基(无活性)与羟基(有活性)之间的氧化还原反应，至少有两种同工酶:11β-HSD1 和 11β-HSD2。11β-HSD1促进有活性的皮质醇与无活性的11-脱氢皮质酮(可的松)之间相互转化，在体内主要以还原酶为主，需要还原型辅酶Ⅱ参与［1］;11β-HSD2是一催种化单向反应的氧化酶，只能将皮质醇转化为11-脱氢皮质酮，这需要辅酶Ⅰ参与。11β-HSD2主要在盐皮质激素靶组织中表达，如肾脏和结肠，将过多的皮质醇转化为无活性的皮质酮具有保护盐皮质激素受体的作用［2］。11β-HSD2型酶与底物的亲和力远远高于11β-HSD1型酶，2型酶的米氏常数以mmol为单位，而1型酶的米氏常数以μmol为单位［3］。近年来，11β-HSD2在炎症发生发展过程中的作用日益得到重视，多位学者从不同系统的炎性疾病中有所发现，阐述了11β-HSD2与炎症的相关性。

1 炎性因子对11β-HSD2的调节

炎症调节11β-HSD2基因的转录和表达的分子机制还不完全清楚，在试管内培养血管平滑肌细胞探讨11β-HSD2的生理作用和表达，从大鼠动脉平滑肌细胞在代表性的前炎性因子肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和炎性相关因子可诱导的转录因子激活物蛋白11刺激下，通过反转录聚合酶链反应(reverse transcription polymerase chain reaction，RT-PCR)和蛋白质印迹分析显示，11β-HSD2 mRNA和其蛋白质表达，结果证实了与之前报道验证过的mRNA相比［4］，大鼠主动脉血管平滑肌细胞中11β-HSD2在TNF-α(1×10-9mol/L)作用48 h后转录活性显著下降，而且保持其基础表达水平的转录因子特异性β1糖蛋白(specific β1glycoprotein，SP1)［5］也被另一转录因子早期生长反应基因1(early growth response gene-1，Egr-1)干扰，Egr-1是一种与炎症刺激相关的可被诱导的转录因子［6］，可在包括平滑肌在内的多种组织内表达，因为该因子与一富含糖皮质激素的与SP1共有的序列竞争性结合［7］，干扰SP1的表达，在一定程度上抵消了SP1对11β-HSD2的增强效应。说明像TNFα的前炎性因子刺激Egr-1基因转录，其过度表达上抑制了SP1，而后者促进11β-HSD2活性增强，所以作者推测TNFα通过Sp1和Egr-1的竞争性抑制效应抑制11β-HSD2 的表达［8］。

Zoltan等［9］通过比较0.2%去氢表雄酮喂养和标准喂养的SD大鼠，得出去氢表雄酮在肾中对11β-HSD2的表达和活性有正调节作用，还发现去氢表雄酮通过诱导从11β-HSD1到11β-HSD2的基因表达调节糖皮质激素代谢，为其抗糖皮质激素效应提供了可能的解释。

糖皮质激素的活性增强，说明炎性刺激可以通过调节11β-HSD2的表达促进细胞内糖皮质激素的活化。而在腹膜上皮细胞的体外实验中，炎性因子白细胞介素1α对其无影响［10］。

2 11β-HSD2与炎性肠病

当今体外研究已经证实前炎性因子通过11β-HSD调节局部糖皮质代谢，但是关于糖皮质激素的局部代谢，炎症和类固醇酶类的相互作用机制，缺乏体内实验的直接证据。Ergang等［11］用三硝基苯磺酸钠诱导雄性大鼠结肠炎，第一组给予生理盐水灌肠，第二组给予4 mg甘珀酸(11β-HSD2的抑制剂)，第三组给予4 mg苷珀酸和1 mg米非司酮(糖皮质激素受体拮抗剂)，第四组给予200 μg布地奈德。建立大鼠结肠炎模型，培养7 d后结肠切片，提取总RNA对11β-HSD2 mRNA进行RT-PCR定量分析，结果显示与正常组织相比较，结肠炎型组织中11β-HSD2表达下降，外源性布地奈德对11β-HSD2 mRNA无明显影响，米非司酮可以削弱甘珀酸对11β-HSD2的抑制效应。验证了三硝基苯磺酸钠在诱导的结肠炎下局部糖皮质激素代谢变化及11β-HSD2被甘珀酸阻滞后对皮质酮代谢的影响，数据显示11β-HSD2 mRNA被抑制并呈剂量依赖性，这些变化导致炎性组织中失活的皮质醇的浓度降低，说明局部糖皮质激素的分解代谢的负调节与炎症发生相关。但是炎性组织这些局部糖皮质激素代谢的变化不能调节环氧化酶2、TNF-α和白细胞介素1β的表达，说明前炎性因子对炎性结肠中的糖皮质激素代谢有调节作用。但是，该实验无法验证在充分发展的急性炎症中局部糖皮质激素代谢和前炎性因子间负反馈的抗炎生理作用是否存在，可能与给予外源性糖皮质激素缺乏对照有关。

在人类和大鼠的溃疡性结肠炎的样本中，研究发现11β-HSD2 mRNA表达下降，而在局部皮质酮的代谢水平也相应下降［12］，有研究［13］认为这是由于炎性肠疾病，例如克罗恩病和溃疡性结肠炎，都是以前炎性因子增加为特征，内源性皮质醇通常被看作对抗炎症的生理性复合物，而11β-HSD2在介导内源性糖皮质激素活性过程中有重要作用，在前炎性因子的刺激下，11β-HSD2的负调节已经被体内(TNF-α过度表达的转基因小鼠)和体外(培养的结肠细胞)的实验数据证实，无活性的核因子κB同源二聚体可以促进11β-HSD2的聚集，可以解释 TNF-α处理的SW-620结肠癌细胞抑制 11β-HSD2 mRNA，此外，TNF-α过度表达的转基因小鼠显示在肾组织中富集的11β-HSD2 mRNA下降，进一步证实了在培养的细胞中和在体内所观察到的效应是一致的。

Stegk等［14］对195例个体应用 RT-PCR技术分析11β-HSD2的转录水平，其中炎性肠病患者包括60例克罗恩病和60例溃疡性结肠炎活动期患者，发现与30例结肠病而非炎症性肠病患者相比，在炎性肠疾病患者炎性组织中11β-HSD2表达下降了一半，并且无有意义的性别差异。结果说明11β-HSD2可能影响局部组织糖皮质激素的活性，导致抗炎作用的皮质醇浓度增加，验证其在生理性抗炎作用中的重要地位。

3 11β-HSD2与风湿性疾病

从类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)患者关节置换术滑膜中获取的外周血细胞中发现，内源性糖皮质激素在关节滑液中的代谢，在对抗局部炎症和骨质完整性也有重要作用。11β-HSD2表达增加，可能是因为滑膜中的一些细胞通过该酶的表达对于糖皮质激素的抵抗性，具体机制尚不清楚［15］。Haas等［16］通过对只有1例患有RA的同卵双胞胎淋巴B细胞系进行互补脱氧核糖核酸分析风湿关节炎的基因调节，发现RA个体相对其同伴有三种基因过量表达，11β-HSD2为其中之一。免疫组织化学分析的11β-HSD2蛋白表达结果显示，与正常滑膜组织相比，在RA和骨关节炎的巨噬细胞和平滑膜肌细胞中其免疫反应性均增高，而RA和骨关节炎两者之间的差异没有统计学意义。11β-HSD2的免疫活性在RA的内皮细胞中也有增加，而在RA的成纤维细胞中的免疫活性比正常组织和骨关节炎显著下降。巨噬细胞11β-HSD2免疫染色显示其与炎症水平的正相关性，其表达水平可能反映炎症的进展程度和新生血管的发生发展，11β-HSD2过量表达也许可以解释RA常见病状的原因。

在大鼠的冠状血管及周围性血管炎症模型中，当应用甘珀酸抑制11β-HSD2时，血管壁的盐皮质激素受体失去内源性皮质酮的保护，增加类似氧化性应激的早期生物学标记，产生同样的炎性反应和组织重塑［17］。Young［18］也在临床观察中证明了这一点。

4 11β-HSD2与呼吸系统炎性疾病

哮喘患者应用甾体药物治疗，同时作用于糖皮质激素受体和盐皮质激素受体，糖皮质激素受体激动剂在抗炎治疗中有重要作用，但其延迟应用可能产生糖皮质激素抵抗等不良反应，当伴随着盐皮质激素受体表达时，11β-HSD2的主要功能是通过糖皮质激素阻断盐皮质激素与受体结合，允许醛固酮与其特异受体结合，但是11β-HSD2缺乏却导致盐皮质激素受体大量被激活，远远大于其“常规”受体的失活。研究证实，与血浆可的松水平和胆固醇显著升高相关的 11β-HSD2，同样与糖皮质激素抵抗相关［19］。

在支气管哮喘等肺炎症性疾病全身应用或吸入糖皮质激素治疗有良好的临床疗效［20］，虽然急性肺损伤时糖皮质激素也被频繁的应用，但其治疗效应仍存在争议［21］。在急性肺损伤等炎症，11β-HSD2的调节机制尚不清楚，在肺内炎性物质可以影响11β-HSD2的活性和mRNA表达。在大鼠支气管上皮细胞系进行体内实验，给予内毒素、TNF-α，探讨其mRNA的表达和蛋白活性。结果显示，内毒素和TNF-α均抑制11β-HSD2酶的活性，呈剂量依赖性，伴有具有统计学意义的mRNA表达下降，虽然酶的活性不仅单由蛋白质含量决定，还仍使得11β-HSD2的代谢周期相对延长，值得注意的是内毒素的效应在时间和数量上与其是相似的。虽然在大鼠支气管上皮细胞中内毒素产生TNF-α，内毒素对11β-HSD2的影响不通过TNF-α介导，因为抗TNF-α抗体不能稀释内毒素诱导的11β-HSD2的下降。研究发现，11β-HSD2的活性在单核苷酸多态性或环化鸟甘酸类似物影响下降，虽然下降的幅度比内毒素的影响小。从细胞试验中获取的数据得知，炎性物质直接影响肺上皮细胞中11β-HSD2，肺组织包括40多种细胞类型，所以推测内毒素可能通过从巨噬细胞等其他细胞类型被内毒素激发短时期内释放出一氧化氮调节肺中11β-HSD2。发现低浓度的内毒素能够通过诱生一氧化氮合酶对一氧化氮产生生理学意义在巨噬细胞超过上皮细胞［22］。内毒素激活可以上调循环中糖皮质激素的水平这一点也同样重要，因为天然的糖皮质激素可以上调11β-HSD2，这样可以解释在细胞和动物实验中内毒素诱导的mRNA表达的下降在量上的差异［23］。就此提出一个新的观念:炎症本身通过增加局部糖皮质激素的效度发起一个反馈系统，11β-HSD2的负调节意味着放慢了糖皮质激素失活的速度，增加了其在炎性组织细胞内浓度，局部糖皮质激素可以增强天然的和(或)合成的糖皮质激素的抗炎效应。已经证实用甘珀酸(一种甘草的合成衍生物)阻滞11β-HSD2，发挥地塞米松的阻滞效应(TNF-α刺激大鼠支气管上皮细胞释放白细胞介素8)放大了近10倍。全身性的炎症通过下丘脑-垂体-肾上腺轴增加了血中的局部糖皮质激素水平，从而增加了循环中糖皮质激素的浓度［24］。

在肺内可的松的调节中，11β-HSD2引导的皮质酮的活性下降可能影响结核分枝杆菌感染性肉芽肿的形成进程［25］。

5 11β-HSD2与传染性疾病及肿瘤

有学者在麻风患者中，发现11β-HSD2的基因表达呈负调节，认为可能是麻风损伤反应中的前炎性因子所导致的局部抗炎反应的表现［26］。据报道，细胞癌变与前列腺素和其他炎性系统功能失调的副产物有关［27］，Sarah 等［28］据此分析卵巢癌的形成机制，通过子宫切除术获得良性和恶性绝经的卵巢组织，建立模型，通过测定皮质醇和可的松的浓度计算11β-HSD2的活性，发现在正常的卵巢组织中，11β-HSD2活性的下降与卵巢的成熟度是相一致的，卵巢癌中高浓度的11β-HSD2水平提示糖皮质激素活性与癌的发生有关，可以认为11β-HSD2的活性增加导致局部皮质醇浓度的下降，可能通过削弱皮质醇的抗炎保护作用在卵巢癌癌变和肿瘤增殖起到重要作用。

11β-HSD2在炎症中的地位已经得到验证，为有效的抗炎治疗提供了一个新思路。

6 小结

多项研究发现在机体处于炎性应激状态时，11β-HSD2浓度下降，致使局部糖皮质激素浓度增加，增强机体本身的抗炎效应。11β-HSD2调节局部糖皮质激素代谢的作用及其在炎症中的地位已经得到验证，为有效的抗炎治疗提供了一个新思路。虽然目前对11β-HSD2表达的调节机制尚未明确，由于11β-HSD2与诸多炎性疾病，如溃疡性结肠炎、类风湿关节炎、哮喘等有密切关系，因此已成为各学科的研究热点之一。对于11β-HSD2调节机制的研究，尤其是与糖皮质激素的关系研究将有助于阐明11β-HSD2在糖皮质激素抗炎治疗中所发挥的作用，对指导临床用药具有深远意义。

［1］Seekl JR，Walker BR.Minireview:11 beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1-a tissue-specific amplifier of glucocorticoid action［J］.Endoerinology，2001，142(4):1371-1376.

［2］Hoffmann F，Maser E.Carbonyl reductases and pluripotent hydroxysteroid dehydrogenases of the short-chain dehydrogenase/reductase superfamily［J］.Drug Metab Rev，2007，39(1):87-144.

［3］Ferrari P，Lovati E，Frey FJ.The role of the 11beta-hydroxysteroid dehydro-genase type 2 in human hypertension［J］.Biochim Biophys Acta，2010，1802(12):1178-1187.

［4］Cai TQ，Wong B，Mundt SS，et al.Induction of 11 beta-hydroxylsteroid dehydrogenase type 1 but not-2 in human aortic smooth muscle cells by in flammatory stimuli［J］.J Steroid Biochem Mol Biol，2001，77(2/3):117-122.

［5］Alikhani-Koupaei R，Fouladkou F，Fustier P，et al.Identification of polymorphisms in the human 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 gene promoter:functional characterization and relevance for salt sensitivity［J］.FASEB J，2007，21(13):3618-3628.

［6］Tan L，Peng H，Osaki M，et al.Egr-1 mediates transcriptional repression of C0L2A1 promoter activity by interleukin-1beta［J］.J Biol Chem，2003，278(20):17688-17700.

［7］Zhang X，Liu Y.Suppression of HGF receptor gene expression by oxidative stress is mediated through the interplay between Sp1 and Egr-1［J］.Am JphysiolRenalPhysiol，2003，284(6):F1216-F1225.

［8］Makoto T，Yasumasa I，Mitsuru N，et al.Differential regulation of 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type-1 and type-2 gene transcription by proinflammatory cytokines in vascular smooth muscle cells［J］.Life Sci，2008，83(11/12):426-432.

［9］Zoltan B，Roberto AS，Schweizer，et al.DHEA induces 11-HSD2 by acting on CCAAT/enhancer-binding proteins［J］.J Am Soc Nephrol，2008，19(1):92-101.

［10］Fegan KS，Rae MT，Critchley HO，et al.Anti-inflammatory steroid signalling in the human peritoneum［J］.J Endocrinol，2008，196(2):369-376.

［11］Ergang P，Leden P，Bryndová J，et al.Glucocorticoid availability in colonic inflammation of rat［J］.Dig Dis Sci，2008，53(8):2160-2167.

［12］Zbá nková S，Bryndová J，Leden P，et al.11 beta-hydroxysteroid dehydrogenase 1 and 2 expression in colon from patients with ulcerative colitis［J］.J Gastroenterol Hepatol，2007，22(7):1019-1023.

［13］Kostadinova RM，Nawrocki AR，Frey FJ，et al.Tumor necrosis factor alpha and phorbol 12-myristate-13-acetate down-regulate human11beta-hydroxysteroid dehydro-genase type 2 through p50/p50NF-kappaB homodimers and Egr-1［J］.FASEB J，2005，19(6):650-652.

［14］Stegk JP，Ebert B，Martin HJ，et al.Expression profiles of human 11β-hydroxysteroid dehydrogenases type 1 and type 2 in inflammatory bowel diseases［J］.Mol Cell Endocrinol，2009，301(2):104-108.

［15］Hardy R，Rabbitt EH，Filer A，et al.Local and systemic glucocorticoid metabolism in inflammatic Twins［J］.Ann Rheum Dis，2008，67(9):1201-1203.

［16］Haas CS，Creighton CJ，Pi X，et al.Identification of genes modulated in rheumatoid arthritis using complementary DNA microarray analysis of lymphoblastoid B cell lines from disease-discordant monozygotic twins［J］.Arthritis Rheum，2006，54(7):2047-2060.

［17］Wilson P，Morgan J，Funder JW，et al.Mediators of mineralocorticoid receptor-induced profibrotic inflammatory responses in the heart［J］.Life Sci，2008，83(11/12):426-432.

［18］Young MJ.Mechanisms of mineralocorticoid receptor-mediated cardiac fibrosis and vascular inflammation［J］.Curr Opin Nephrol Hypertens，2008，17(2):174-180.

［19］Pretorius E，Wallner B，Marx J.Cortisol resistance in conditions such as asthma and the involvement of 11beta-HSD-2:a hypothesis［J］.Horm Metab Res，2006，38(6):368-376.

［20］Ichinose M.Inflammatory mechanisms in bronchial asthma and COPD［J］.Tohoku J Exp，2003，200(1):1-6.

［21］Thompson BT.Glucocorticoids and acute lung injury［J］.Crit Care Med，2003，31(4 Suppl):S253-S257.

［22］Tsubochi H，Suzuki S，Kubo H，et al.Early changes in alveolar fluid clearance by nitric oxide after endotoxin instillation in rats［J］.Am J Respir Crit Care Med，2003，167(2):205-210.

［23］Suzuki S，Koyama K，Darnel A，et al.Dexamethasone upregulates 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 in BEAS-2B cells［J］.Am J Respir Crit Care Med，2003，167(9):1244-1249.

［24］Suzuki S，Tsubochi H，Ishibashi H，et al.Inflammatory mediators down-regulate 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 in a human lung epithelial cell Line BEAS-2B and the rat lung［J］.Tohuku J Exp Med，2005，207(4):293-301.

［25］Abbott AN，Guidry TV，Welsh KJ，et al.11beta-hydroxysteroid dehydrogenases are regulated during the pulmonary granulomatous response to the mycobacterial glycolipidtrehalose-6，6'-dimycolate［J］.Neuroimmunomodulation，2009，16(3):147-154.

［26］Andersson AK，Atkinson SE，Khanolkar-Young S，et al.Alteration of the cortisol-cortisone shuttle in leprosy type 1 reactions in leprosy patients in Hyderabad，India［J］.Immunol Lett，2007，109(1):72-75.

［27］Zha S，Yegnasubramanian V，Nelson WG，et al.Cyclooxygenase in cancer:progress and perspective［J］.Cancer Lett，2004(215):1-20.

［28］Sarah T，Vijaya L，Nachara J，et al.Type2 11β-hydroxysteroid dehydrogenase activity in human ovarian cancer［J］.Steroids，2006，71(11/12):1019-1023.