HO-1和Nrf2在氧化/抗氧化肺部疾病中的研究进展

廉玉兰，袁宝军

(1.河北联合大学；2.开滦总医院 检验科，河北 唐山063000)

肺部疾病发病机制复杂，最近的研究发现，除免疫反应外，还存在氧化/抗氧化失衡。经典的酶抗氧化系统能够减轻氧化应激引起的肺损伤，但发挥作用的程度及方式仍不足。血红素氧合酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)是新近发现的一种最广泛存在的抗氧化酶，通常呈低水平表达，当受到伤害性刺激后水平可明显升高，在肺的适应性和保护性反应中起着重要作用。核因子E2相关因子2(NF-E2-related factor2，Nrf2) 又称红系衍生核因子相关因子2,位于抗氧化酶的上游，起到感受器的作用，氧化应激条件下，它水平的变化可能先于超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶。有研究发现，Nrf2缺乏可使鼠肺中HO-1等解毒酶的表达下降，HO-1的表达受Nrf2调控[1]。本文对二者在氧化/抗氧化肺部疾病中的作用作一综述。

1 HO-1和Nrf2分子结构、来源及生物学功能

人体HO-1蛋白由288个氨基酸组成，分子量为32000。HO-1基因定位于人第 22号染色体长臂1区2带，有一个启动子、一个近端增强子和两个远端增强子，这些区域含有许多转录因子如Nrf2的结合位点。

生理状态下,HO-1主要分布于单核-巨噬细胞系统的微粒体中。肺中HO-1主要在肺泡巨噬细胞中表达，在上皮细胞中偶见表达，在淋巴细胞、中性粒细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞及浆细胞中均未见表达[2]。

HO-1属微粒体酶，是血红素氧合酶同工酶之一，为诱导型血红素氧合酶，能被多种能够产生氧化应激的因素所激活，以减轻细胞损伤及蛋白质氧化。而且，HO-1对成纤维细胞、血管内皮细胞、肾上皮细胞等多种细胞具有抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗增殖的保护作用。

Nrf2是一个由2.2 kb的碱基对编码,相对分子质量为66000的蛋白。人类Nrf2基因位于2号染色体长臂3区1带，含有6个不同的同源结构域。

Nrf2主要表达于如肝脏、肾脏等代谢和解毒组织中，以

及一些持续暴露在环境中的组织如皮肤、消化道、肺等，普遍表达于各种细胞。Nrf2在肺中主要表达于巨噬细胞和上皮细胞[3]。当受到氧化应激刺激时，胞浆中的Nrf2被激活转移入核，与相应蛋白形成二聚体，该复合物通过顺式作用DNA元件激活HO-1基因转录[4]。体外研究证实，人Nrf2基因多态性对内毒素刺激后巨噬细胞中的Nrf2蛋白和基因表达有显著影响，并对巨噬细胞炎症反应平衡有重要的调控作用[5]。在对鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞的增殖与分化的研究中也发现，Nrf2-/-细胞中活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平较Nrf2+/+细胞高，而抗氧化物谷胱甘肽(glutathione,GSH)水平低下，认为Ⅱ型细胞中Nrf2缺陷可使ROS水平升高，GSH水平下降[6]。

2 HO-1和Nrf2在慢性阻塞性肺疾病中的作用

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)吸烟患者中，气道黏膜HO-1的表达随着气流受限程度加重而增加[7]。Maestrelli等[8]却发现COPD患者肺泡巨噬细胞中HO-1表达的降低与肺泡壁细胞中诱导型一氧化氮合酶升高相关，认为二者之间的失衡与COPD患者严重损伤程度有关。研究中HO-1表达水平不一致的原因，可能与研究对象疾病严重程度不同有关。此外，高吸烟指数的COPD患者HO-1基因启动子大量重复序列的基因频率显著升高，长期大量吸烟且带有HO-1启动子大量重复序列的人群对COPD的易感性也明显增加[9]。带有大量重复序列的HO-1基因型个体更易发展成极为严重的COPD[10]。一些COPD患者HO-1表达下降，是由于HO-1基因启动子区域大量重复序列降低了氧化应激对HO-1基因的诱导性表达[11]，从而使部分个体对氧化损伤的防御机制降低所致。

肺气肿是COPD的主要病因。烟雾刺激后，缺陷鼠肺组织内皮细胞和Ⅱ型上皮细胞凋亡增加，氧化应激标志物及炎症细胞数目增高，证明Nrf2在肺气肿的易感性方面起着关键的决定作用[12]。Nrf2缺陷鼠的肺气肿炎症程度随着Nrf2缺陷被纠正而缓解，症状的改善与巨噬细胞中抗蛋白酶及抗氧化剂基因表达升高密切相关，认为Nrf2通过上调抗蛋白酶及抗氧化基因减轻肺气肿炎症[13]。而又有研究人员发现，烟雾诱导的Nrf2缺陷鼠肺内抗氧化和抗炎基因的诱导表达降低，支气管肺泡灌洗液中炎症细胞浸润明显，巨噬细胞介导的中性粒细胞的清除作用减轻，中性粒细胞弹性蛋白酶活性增强，从而指出Nrf2不仅是通过调节氧化/抗氧化平衡，而且也调节炎症和蛋白酶/抗蛋白酶平衡来防御肺气肿的发展[14]。

3 HO-1和Nrf2在急性肺损伤中的作用

有报道显示，经HO-1诱导剂预处理的急性肺损伤小鼠模型，其肺组织中HO-1蛋白高表达，TNF-α和IL-6的表达水平下降，推测急性肺损伤中HO-1通过降低相关促炎因子水平缓解肺损伤程度[15]。而经HO-1特异性阻断剂预处理的急性肺损伤大鼠，肺中HO-1 mRNA表达受抑制，同时，血中HO-1活性降低，组织损伤和细胞凋亡增加。HO-1表达下调可使组织损伤和凋亡加重，认为HO-1表达上调有助于抑制细胞凋亡，减轻肺损伤[16]。

有报道[17]显示，GSH能显著提高Nrf2缺陷鼠从高氧诱导的肺损伤中恢复的能力，Nrf2能调节转录反应尤其对GSH起作用，当Nrf2-GSH途径功能异常时可能会损害肺组织修复和炎症消退能力。皂荚的果壳能降低脂多糖诱导的肺泡壁增厚，还能降低支气管肺泡灌洗液中炎症细胞数量，其抗炎作用可能是因为激活Nrf2并诱导Nrf2调节基因所致[18]。Nrf2-/-鼠对丁羟甲苯及其易感，即使给Nrf2-/-鼠可耐受剂量，Nrf2-/-鼠由于Nrf2缺失，引起过氧化氢酶、HO-1、超氧化物歧化酶1等解毒酶表达降低，使药物毒性得以提升，导致小鼠死亡[19]。

4 HO-1和Nrf2在肺癌中的作用

研究发现，肺腺癌和鳞癌细胞株中，HO-1通过促进血管内皮生长因子表达而使内皮细胞增殖，促进血管生成，从而影响癌细胞生长和转移[20]。肺癌细胞经HO-1抑制剂联合X线辐射处理后，生存率显著降低，凋亡百分率增加，证明HO-1低表达可提高肺癌细胞对放射线的敏感性[21]。耐化疗药的肺癌细胞中HO-1表达显著升高，认为HO-1与癌细胞耐药密切相关，可能通过抑制细胞凋亡介导耐药[22]。

倪静等[23]认为肺癌组织Nrf2蛋白表达与有无淋巴结转移、是否侵及胸膜、临床分期等有关，其异常表达与肺癌发生发展存在一定关系。药物研究中发现，耐化疗药的人肺腺癌细胞中Nrf2 mRNA表达增加，其调节的抗氧化酶基因表达升高，多药耐药基因的表达下降，Nrf2高表达可能参与了人肺癌细胞耐药现象的产生，使细胞更好的适应药物环境，介导细胞耐药[22]。回顾性研究显示，晚期非小细胞肺癌患者肺组织内Nrf2蛋白表达阳性率升高与患者年龄增加、转移部位有关，Nrf2表达阴性患者接受化疗方案后预后较好，认为Nrf2的表达可能是预测晚期非小细胞肺癌化疗疗效的理想指标[24]。

5 HO-1和Nrf2在肺纤维化中的作用

鲍文华[25]等检测纤维化大鼠模型肺组织与血清中HO-1表达时发现，HO-1激活剂可有效抑制肺纤维化，而抑制剂可加重肺纤维化，HO-1在肺纤维化形成发展中起抑制作用。与此类似，Sato等[26]也证实，HO-1的诱导物氯化血红素抑制矽尘暴露后引起的急性肺炎症，而其抑制物锌原卟啉可加大肺损伤进展。博莱霉素致纤维化动物模型中，HO-1过表达可阻止肺内胶原沉积，抑制纤维化进展并使呼吸道上皮细胞的凋亡降低[27]。在体外培养的成纤维细胞，研究发现HO-1过表达能阻止TNF-α诱导的细胞凋亡，外源性给予低剂量一氧化碳也能阻止凋亡，一氧化碳的靶酶能够去除HO-1抑制的凋亡作用，认为HO-1可能通过其代谢产物一氧化碳介导的抗凋亡作用保护成纤维细胞免受损伤[28]。在对特发性肺纤维化的研究中发现，患者支气管肺泡灌洗液巨噬细胞中HO-1蛋白表达及HO-1阳性巨噬细胞百分率明显降低，并且与IL-12和IL-18低表达有关，认为HO-1低表达可能与促进纤维化的细胞微环境有关[2]。另有研究证实，HO-1水平降低可有效抑制纤维化大鼠TGF-β、总胆红素和羟脯氨酸水平，减少GSH消耗，但不能降低早期肺组织炎症细胞浸润，推测HO-1虽不参与早期炎症反应，但能通过氧化损伤和促纤维化作用推进纤维化进程[29]。

Cho[30]等的研究中，博莱霉素可使Nrf2-/-鼠肺水肿及胶原沉积严重，肺泡灌洗液中炎症细胞明显增加，纤维增生大量积聚，而肺内靶基因mRNA和蛋白表达水平波动不大，提示Nrf2靶向敲除可极大提高鼠对博莱霉素诱导的肺炎症和纤维化的易感性，Nrf2调节的抗氧化防御酶可能对博莱霉素诱导的纤维化起保护作用。另有研究[31]发现致纤维化药物可使Nrf2-/-鼠生存率降低，肺纤维化评分及氧化应激指标8-异前列腺素水平升高，HO-1 mRNA表达水平显著降低，Th1/Th2平衡向Th2方向移动，认为Nrf2可能影响T细胞的分化和细胞因子产生，并通过调节细胞氧化还原水平及Th1/Th2平衡对抗肺纤维化进程。

6 小结

综上所述，对于氧化/抗氧化肺部疾病，多数研究指出，HO-1通过降低促炎因子水平、抑制细胞凋亡等机制发挥抗炎、抗氧化、抗损伤、抗纤维化作用。也有少数研究认为，HO-1发挥氧化损伤和促纤维化作用。Nrf2参与抗氧化作用，与气道炎症和氧化应激有关，可以预防和阻止肺纤维化。由于不同肺部疾病发病机制各异，氧化损伤程度不同，Nrf2和HO-1在疾病中的作用及强度也可能不同，及时纠正氧化/抗氧化失衡，能够减轻疾病症状。因此，明确对HO-1、Nrf2之间抑制、激活等调控方式，可能会有助于探明氧化/抗氧化肺部疾病的发病机制，并且为疾病提供一种理想的预防和治疗手段。

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