血红素加氧酶-1与消化道疾病

吴本娟 综述，宋红丽 审校

（天津市第一中心医院器官移植中心，天津 300192）

血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1,HO-1）为诱导性血红素加氧酶，亦称热休克蛋白32，许多诱导因素均可引起其活性及蛋白量增加，已有研究证实其作为一种应激蛋白，在有害环境刺激和疾病条件下对消化道具有抗炎、抗组织损伤、抗氧化、细胞黏膜保护以及调节胃肠运动等积极作用。本文就HO-1及其代谢产物的生物学功能和它们对多种消化道疾病作用的国内外最新研究进展作一综述。

1 HO-1及其代谢产物的生物学功能

20世纪80年代中末期，Maines等[1]率先在动物和人体的肝脏、脾脏、肺、脑和睾丸等组织中分离纯化获得血红素加氧酶（hemeoxygenase,HO）及HO的同工酶。迄今为止发现HO-1、HO-2、HO-3共3种，分别为不同的基因所编码。HO-1为诱导型，HO-2、HO-3为结构型。这3种异构体的表达，在不同的细胞类型、组织分布和调控机制上有很大不同。生理状态下，消化道中的HO同工酶主要为HO-2，而HO-1在肠组织中不表达，只有在缺血缺氧等刺激下才开始分泌HO-1[2-3]。消化道疾病中，HO-1的水平增加，并发挥其对消化道的积极作用，主要是抗炎抗氧化等细胞保护作用。血红素在HO-1的作用下，降解为一氧化碳（CO）、胆绿素和铁，胆绿素随后被还原为胆红素。HO-1不仅在体内起到维持血红素水平稳定的作用，HO-1酶促反应及其产物在人体内具有调节和保护作用。降解产生的CO主要通过激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC），发挥神经信号转导、舒张血管、维持血压、调节生物节律、参与嗅觉适应、体温调节、学习记忆，并可能参与视觉和听觉形成等作用[4]。也有报道说CO在一些组织中激活了钾离子通道，包括胃肠道组织。另外，低浓度的CO能通过有丝分裂原激活的蛋白激酶而减少细胞凋亡[5]。除此之外，Chin等[6]最近指出CO是抵抗病原微生物的主要因子。已有实验证明CO对结肠内皮细胞具有保护作用[7]。现在很多研究已证明，CO在炎症、败血症、肺损伤、心血管疾病、器官移植和肿瘤的临床治疗中发挥着重要的作用[8]。CO作为一种新型的药物将会越来越广泛地应用于临床。

胆红素和胆绿素在一定浓度下是内源性强抗氧化剂，具有抗氧化、抗脂质过氧化，保护细胞免受损伤及增强维生素C和维生素E抗氧化能力等作用。另外，胆红素也是内源性的sGC抑制剂，影响sGC与鸟苷三磷酸结合。除此之外，胆红素也被报道具有调节免疫反应和抑制炎症反应的作用。许多研究证实胆红素/胆绿素在许多病理条件下具有强大的细胞保护作用，HO-1降解血红素产生的铁可诱导铁蛋白生成，因此铁蛋白可起到限制铁参与过氧化氢及超氧阴离子生成而减少过氧自由基毒性反应，参与HO的细胞保护作用。但也有观点认为HO-1与铁之间可能存在互相作用，铁在某些条件下会减弱HO的细胞保护作用[9]。因此铁是否参与HO的细胞保护作用尚有待进一步研究。

2 HO-1与消化道疾病

2.1 HO-1与反流性食管炎 反流性食管炎（reflux esophagitis，RE）是由胃、十二指肠内容物反流入食管引起的食管炎症性病变。食管下段平滑肌（lower esophagealSphincter，LES）肌束松弛是其病因之一，Fan等[10]研究表明HO-1可减弱LES的松弛，减少胃酸的反流。非甾体类抗炎药（non-steroidalantiinflammatory drugs，NSAIDs）被广泛地用于抗炎、解热、镇痛，长期服用很容易导致其对黏膜表面直接的损害、前列腺素合成的抑制等作用，易引起消化性溃疡及食管炎等。Hyun等[11]通过猫食管上皮细胞的研究表明，异泽兰素可有效诱导细胞内HO-1的表达，HO-1的表达上调可明显对抗非甾体类消炎药的细胞损伤作用。另外，Kruel等[12]对鼠的食管反流动物模型进行研究说明十二指肠反流引起的反流性食管炎引发了较强的氧化应激，可能在反流性食管炎和食管癌的发生中发挥了重要的作用，且与HO-1有关。

2.2 HO-1与胃炎、胃溃疡 许多病因可刺激胃，如饮食不当、病毒和细菌感染、药物刺激等均可能引发胃炎。消化性溃疡指胃肠黏膜被胃消化液自身消化而造成的超过黏膜肌层的组织损伤，可发生于消化道的任何部位，其中以胃及十二指肠最为常见，即胃溃疡和十二指肠溃疡。近年的研究已经表明，幽门螺杆菌和非甾体抗炎药是损害胃肠保护机制导致炎症和溃疡发病的最常见病因，胃酸在溃疡形成中起关键作用。Gobert等[13]已证明HO-1在感染细胞或被幽门螺杆菌感染的小白鼠中的活性增强抑制了趋化因子的产生，减弱了炎症反应。中性粒细胞的活化和氧化应激是NSAIDs引起胃黏膜损伤的重要因素。HO-1在NSAIDs引起胃黏膜损伤中的抗炎和抗氧化应激作用已被Uc等证实[14]。他们将老鼠分成两组，一组腹腔注入消炎痛，另一组不作处理。结果NSAIDs导致了胃炎和胃溃疡及中性粒细胞的激活、IL-6和肿瘤坏死因子的表达。同时HO-1也因胃炎、胃溃疡、中性粒细胞的激活和氧化应激而得到表达。此实验说明具有抗炎和细胞保护作用的酶—HO-1可以克服胃肠疾病对NSAIDs的限制。

2.3 HO-1与肠道炎性疾病 已发现HO-1在人和动物的肠道炎性损伤性疾病中表达增加，这些疾病包括消化性溃疡、结肠炎、放射性小肠炎、溃疡性结肠炎等。这些疾病的共同特点是肠黏膜因受到了炎症损伤而发生一系列的出血、溃疡等症状。在这些疾病中HO-1主要发挥抗炎、抗氧化应激等细胞保护作用来减轻炎症和组织损伤。Wang等[15]用人的肠上皮细胞模型证明了姜黄素（Curcumin，C-ur）通过上调人的肠上皮细胞的HO-1可以改善过氧化氢诱导的内皮障碍性损伤，从而发挥对人类肠上皮细胞的保护作用。Zuidema等[16]通过大鼠小肠上皮细胞的研究，发现外源硫化氢供体通过HO-1途径来发挥其在小肠上皮细胞的抗炎作用。Sheikh等[17]利用大鼠的肠上皮细胞证明了CO和HO-1可以改善TC-Rα（-/-）大鼠的活动性肠炎，这一治疗作用与IL-10有关。这一研究进一步证明了HO-1的代谢反应及本身在不同的结肠炎模型中具有多向强大的抗炎作用。因而，HO-1有望成为治疗人类的炎症及肠道疾病的一种新方式。

2.4 HO-1与消化道肿瘤 研究已证明，HO-1在消化道肿瘤如食管癌、胃癌、结肠癌、直肠癌以及结肠腺瘤等表达明显高于正常组织。

对于食管癌，张健等[18]在研究HO-1在食管癌中的表达及意义中指出：HO-1在食管癌的细胞浆/膜上具有较高的差异性表达，且与淋巴结转移密切相关，提示食管癌的发生、侵袭和转移可能与HO-1相关，HO-1有可能作为食管癌新的标志物以及评估食管癌进展的客观指标。HU等[19]在中国食管癌HO-1的基因多态性中的研究表明，食管癌患者中，L型等位基因（L/L）及L等位基因携带者（S/L）的频率显著高于对照组，且HO-1基因启动子区-（GT）n的重复序列可能与男性饮酒者食管癌发生有关，减少饮酒量可以有效保护L型等位基因携带者。进一步研究HO-1在食管癌发生、侵袭和转移过程中的作用，通过降低HO-1表达水平，来抑制肿瘤细胞的增殖、转移，可能是临床治疗的新方案。

对于胃癌，已有研究证明HO-1与人类胃癌的发病有关，HO-1对肿瘤细胞的抗凋亡抗氧化等细胞保护作用和促进血管形成可能是促进肿瘤发生的主要机制[20-21]。除此之外，HO-1还可以促进肿瘤细胞的转移，祁妮娜等[22]构建HO-1小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA） 表达载体，观察HO-1 siRNA对人胃癌9811-P（GC 9811-P）细胞体外侵袭转移能力的影响。发现HO-1在GC9811-P细胞体外侵袭转移中发挥着重要作用，HO-1-siRNA可抑制GC9811-P细胞体外侵袭转移能力。HO-1可以作为胃癌腹膜转移治疗的一个作用靶点，从而抑制胃癌的腹膜转移。但有关HO-1促进肿瘤转移的具体作用机制仍有待于进一步研究。

对于大肠癌，Kang等[23]对韩国大肠癌患者HO-1水平的研究中指出：HO-1蛋白在大肠癌中的表达水平明显高于正常组织。注入HO-1的抑制剂锌原卟啉后，大肠癌细胞株活性降低。这些数据说明HO-1可能成为大肠癌新的标志物并且对研制抗大肠癌的新药物有重要意义。同胃肿瘤，HO-1对肠肿瘤细胞的抗凋亡抗氧化等细胞保护作用和促进血管形成可能是促进肿瘤发生的主要机制[20-21]。尽管这样，肿瘤的生长、浸润和转移，是一个高度复杂、多工序的过程，对HO-1的作用机制仍需进一步研究。

2.5 HO-1与消化道其他疾病 在食管疾病中，早有研究证明Barrett食管上皮细胞和癌细胞中HO-1的表达异常活跃，也有研究证明门脉高压性食管静脉曲张中HO-1的表达也增加。在胃肠道疾病中，HO-1除了细胞保护作用，它还通过产物CO兴奋胃的平滑肌细胞[24]。Choi等[24-26]用糖尿病性胃轻瘫模型，证明了巨噬细胞可以通过促进HO-1表达来抑制胃排空。Chung等[27]已经证明HO-1可以改善肠球菌败血症诱发的平滑肌细胞、血管成纤维细胞的坏死。其机制是增加免疫细胞的吞噬作用和内源性抗菌反应。他发现将一种CO释放分子注入败血症大鼠动物模型中可以增加动物免疫细胞的吞噬作用，降低死亡率。更重要的是，此实验也证明了CO释放分子可以改善术后肠状态和肌层炎症，并且这些保护作用在一定程度上是在p38缺乏的条件下通过激活HO-1以及降低细胞外调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）的激活而发生的。这些发现说明了HO-1可能在小肠移植，术后小肠状态和脓毒症相关小肠衰竭中发挥了重要的作用。

3 结语

目前国内外对HO-1与消化道疾病关系的研究还不多。HO-1在消化道炎症中重要的生物学意义仍有待全面深刻的阐明。但HO及其代谢产物的作用已成为生命科学领域中的研究热点之一。尽管目前对HO-1的分子生物学规律还未完全了解，但最近的研究已经证明了它在抗炎、氧化应激和抗凋亡中的细胞保护作用。相信随着研究的深入，在不久的将来HO-1可能会成为治疗多种消化道疾病的新手段。

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