COX-2和PPARγ在肝纤维化中的研究进展

尹 微(综述)，阳学风(审校)

(南华大学附属南华医院消化内科，湖南 衡阳 421000)

肝纤维化是由于肝脏持续性损伤使肝脏纤维结缔组织异常增生的病理过程，它不是一个独立的疾病，而是各种慢性肝病的共同病理基础，是慢性肝病向肝硬化发展的必然病理过程。现认为肝纤维化尚有逆转至正常的可能，而肝硬化则否。目前研究重点已放在分子与分子、分子与细胞及细胞与细胞间的相互作用方面。从基因水平上，全面了解环加氧酶(cyclo-oxygenase,COX)2和过氧化物酶体增值物活化受体(peroxisome proliferatorsactivated receptors,PPARs)γ并掌握其引起肝纤维化发生、发展的相关机制，能为临床上防治肝纤维化提供新的策略和理论依据。

1 COX-2的结构、功能及生物学活性

1976年Miyamoto等从牛的精囊腺中提纯出COX-1,COX是花生四烯酸合成前列腺素(Prostaglandinm,PGs)的限速酶，至今发现COX-1、COX-2与COX-3三种异构体[1-2]。人类COX-2基因由9个内含子和10个外显子组成，长8.3 kb，定位于第1号染色体q25.2～25.3。在其启动子区含有许多转录调控序列,与激活COX-2转录密切相关的有白细胞介素6、核因子κB、激活蛋白2、糖皮质类固醇激素反应元件和腺苷环磷酸反应元件等。

COX-2是一种膜结合蛋白，约600个氨基酸构成。应用X射线晶体衍射法结构分析表明，COX以同源二聚体的形式存在，而每个单体由3个独立的结构域构成，分别为N端类表皮生长因子区、膜结构区和C端球状催化区；并在空间结构上形成一个长疏水通道。COX-2在疏水通道中含有缬氨酸，而且在C端球状催化区含有一段18个氨基酸的序列，这与其有多个活动位点及能快速降解有关[3]。COX-2主要作用于核膜,催化所产生的前列腺素能优先进入核内调节靶基因的转录。合成的前列腺素为炎性介质，介导疼痛、炎症、发热等反应。特异性COX-2抑制剂包括第一代塞来昔布、罗非昔布，第二代伐地昔布、帕瑞昔布、艾托昔布，这些药物均能抑制COX-2催化作用从而抑制炎性反应。COX-2属诱导型酶,在正常生理状态下多数组织内不表达或低表达，当细胞受到外在因素如生长因子、炎性介质、细胞因子、细菌内毒素等刺激时表达上调。研究表明COX-2参与了机体多种病理过程，不仅可以启动炎性反应，还促进细胞增殖、抑制凋亡、抑制免疫功能，参与肿瘤发生和发展[4]。

2 PPARγ的结构、功能及生物学活性

1990年Issemann等[5]首先从小鼠肝脏中成功克隆PPARs基因，PPARs属于激素核受体超家族，是一类能被过氧化物酶体增殖物激活的核内受体。至今发现三种PPARs亚型分别是PPARα、PPARβ/δ、PPARγ，其结构和功能相似。PPARγ有6个区域(A～F)，分为4个功能结构区域。N端结构域是A/B区构成的转录活化调节区；C区形成DNA结合结构域；转录活性调节结构域是D区形成的可变形铰链区；位于C端的E/F区形成配基结合结构域。配基结合结构域与配体结合及与转录活化区相互作用影响转录调节[6]。虽然三种亚型在大多数组织中共同表达，但是在组织分布上相差悬殊。PPARγ在脂肪组织中高表达，在结肠、免疫系统及视网膜上有一定的表达。PPARγ还可分为3个亚型：PPARγ1、PPARγ2、PPARγ3,PPARγ1在全身均有表达，尤其是脂肪组织及巨噬细胞；PPARγ2在脂肪组织中高表达，高脂饮食可诱导表达，多位于肝星状细胞；PPARγ3高表达于巨噬细胞、脂肪组织及结肠上皮细胞[7]。PPARγ主要通过和配体结合活化后发挥作用。PPARγ的配体主要包括天然配体与合成配体，其中天然配体主要包括花生四烯酸及其代谢产物、多不饱和脂肪酸氧化代谢产物和氧化型低密度脂蛋白等，而合成配体主要包括噻唑烷二酮类药物和一些非甾体类消炎药，如消炎痛、布洛芬等。PPARγ拮抗剂包括GW9662、BADGE、L-764406等。PPARγ经配体活化后，与视黄酸受体形成异二聚体，再与靶基因启动子区的过氧化物酶体增殖物反应元件(peroxisome proliferator resposive element，PPRE)结合，激活靶基因转录发挥调控作用。另外，PPARγ可通过干扰核因子κB、转录激活子、信号转导子及激活蛋白1的转录表达干扰它们介导的信号通路，从而实现其调控作用[8]。PPAR具有多种生物学效应并发挥重要作用，如影响脂质代谢、抑制炎性反应、抑制细胞增殖和分化、诱导细胞凋亡等[9]。

3 COX-2、PPARγ与肝纤维化

正常肝组织中位于肝窦Disse 间隙的肝星状细胞(hepatic stellate cells，HSC)处于静息状态，其数目约占肝内细胞总数的5%～15%。HSC的生理功能包括：①代谢和贮存维生素A；②储存脂肪；③合成和分泌胶原蛋白、糖蛋白、蛋白多糖等基质成分；④合成基质金属蛋白酶及其组织抑制剂(tissueinhibitorofmetalloproteinases，TIMP)；⑤表达细胞因子及受体，如血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)及其受体β亚单位、转化生长因子(transforming growth factor，TGF)β1及其Ⅰ型受体等；⑥调节肝窦血流。病理条件下受到多种损伤因素刺激后，HSC被活化后形态改变，细胞增生频率增加并向肝损伤部位迁徙，转化为肌成纤维细胞的过程中表达α平滑肌肌动蛋白(α-smoothmuscleactin，α-SMA)；肝脏细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的合成分泌增加；TIMP合成及分泌增加，减少ECM降解；细胞因子、趋化因子及受体分泌增加。同时细胞内维生素A 及其代谢产物减少，脂滴消失。ECM的沉积是肝纤维化形成的关键因素，ECM主要是由HSC产生的，从而HSC的激活及增殖成为肝纤维化发生、发展中的核心环节[10-11]。

3.1COX-2在肝纤维化中的表达及意义 在正常生理情况下，COX-2几乎在肝内细胞中不表达，当受到炎性介质、细胞因子、细菌内毒素等多种外在因素刺激下表达上调，促进 HSC 活化、增殖，诱导肝纤维化的进展。Cheng等[12]、He等[13]通过在体外培养人HSC发现使用选择性COX-2抑制剂NS-398后，COX-2的表达降低，α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表达明显被抑制，且存在一定剂量依赖性。同时增殖细胞核抗原的表达下降，表明NS-398可抑制HSC的活化及增殖。COX-2可通过参与炎性反应诱导PDGF、TGF促进HSC的增殖,并分泌大量细胞因子进一步激活HSC又导致HSC的增殖。研究表明,PDGF是促HSC活化、增殖最强的细胞因子,具有刺激特定细胞群分裂增殖的能力,是肝纤维化的始动因子[14],而HSC不仅是PDGF作用的靶细胞,又是PDGF产生的细胞，这使得HSC 的增殖、活化得以持续。Hui等[15]研究表明,COX-2能上调促因子PDGF的表达诱导人类HSC增殖,在应用人工合成的前列环素E2的类似物抗增殖时,COX-2和前列腺素E2可介导PDGF刺激人类肝星形细胞增殖。COX-2通过TGF-β途径促进HSC增殖，研究表明TGF-β可通过增加PDGF的表达促进HSC的增殖，而且在活化后的HSC中被大量分泌，使HSC转化为肌纤维母细胞并分泌胶原，TGF-β还能通过促进TIMPs的合成、阻滞ECM 的降解，ECM 不断沉积促进HSC增殖与激活[16]。Flisiak 等[17]报道TGF-β及TIMP-1表达与肝纤维化有关，TGF-β可引起TIMP-1基因表达增加而减少ECM 降解而促进肝纤维化的进展。

3.2PPARγ在肝纤维化中的表达及意义 最近研究表明，PPARγ抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加。Wang 等[18]研究在正常肝脏的HSC中也有PPARγ的表达，而炎症或损伤刺激下HSC 被活化，静止型转变为激活型。HSC 激活的过程中PPARγ表达逐渐减少，表明PPARγ有抑制HSC的活化、维持HSC 静止状态的作用。Yavrom等[19]通过应用PPARγ腺病毒载体转染HSC，使PPARγ表达上调。证实PPPARγ易位表达减少HSC的活化，而I型胶原表达减少最显著。其可能的机制为PPARγ抑制p300从而抑制核因子1和α(Ⅰ)前胶原启动子结合后对其的转录激活作用。Guo等[20]应用PPARγ的合成激动剂--罗格列酮后，活化HSC中PPARγ mRNA和蛋白水平显著增加，而I型胶原与α-SMA合成减少，HSC的增殖显著减少但凋亡显著增加，其机制与罗格列酮激活HSC中PPARγ活性有关，且存在一定剂量依赖性[20]。Miyahara等[21]通过应用PPARγ特异性配体15-脱氧前列腺素J2作用激活后的HSC发现α-SMS、α(Ⅰ)前胶原及单核细胞趋化蛋白1的合成被抑制而细胞的活性没有受到影响。同时应用PPARγ的拮抗剂GW9662后上述抑制作用消除。其机制为PPARγ在肝纤维化中HSC内表达下降，PPRE与细胞核蛋白结合力降低，而与核转录因子的结合增加。另有相关研究报道，PPARγ活化还可以抑制ECM mRNA表达，使ECM合成减少[22]。

3.3COX-2与PPARγ在肝纤维化中的相互作用 COX-2在肝纤维化中的作用不仅是前列腺素炎性介质作用的综合效应、也是细胞因子网络相互作用的结果。COX-2的表达上调，启动炎性反应促进肝损伤参与肝纤维化的进程。COX-2可通过诱导细胞因子作用于HSC，调节其活化和增殖。COX-2具有COX和过氧化物酶两种酶的活性，一方面可催化花生四烯酸转化为前列腺素G2，另一方面可催化前列腺素G2转化为前列腺H2。而PPARγ天然配体主要包括花生四烯酸及其代谢产物，其中15dPGJ2是PPARγ的转录激活剂，COX-2表达上调可增加15dPGJ2的表达，PPARγ与视黄酸受体形成杂二聚体，在基因调控区内的PPRE结合后调节基因的转录。很多与脂肪代谢有关的基因调控区都含有PPRE，COX-2基因可能是其中的一个，因而COX-2的诱导产生内源性PPARγ配体来活化该信号，进一步引起COX-2转录表达形成自分泌环[3]。然而，COX-2抑制剂不仅能抑制COX-2的活性，减少炎性介质的合成与分泌，也可减弱HSC的活化、增殖，诱导HSC凋亡，抑制肝纤维化的发生,同时又可以作为PPARγ的配体，其机制可能是通过激活PPARγ，抑制细胞外信号调节激酶和活性蛋白激酶的激活密切相关。Planaguma等[23]研究四氯化碳所致肝纤维化动物模型后应用选择性COX-2抑制剂SC-236治疗发现SMA表达减少，金属蛋白酶2活性也降低，而SC-236标化15dPDJ2水平，恢复PPARγ表达后发现，与PPAR 配体罗格列酮一样，SC-236能作为有效的PPARγ显效剂诱导其在HSC中表达，减少HSC的活化。有研究表明，PPARγ激动剂可抑制COX-2表达，从而抑制前列腺素生成，而且COX-2抑制剂与PPARγ激动剂联合用药可以起到协同作用，对正常细胞无副作用[24]。

4 小结与展望

COX-2可以通过多种途径参与肝纤维化的进程。COX-2抑制剂不仅可以抑制COX-2的活性从而减少炎性介质的产生和抑制HSC的活化和增殖，而且可能通过诱导PPARγ在HSC中高表达，抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加，从而达到抗肝纤维化的功效。

根据目前的研究现状，COX-2、PPARγ与肝纤维化的发生、发展密切相关，如何通过抑制COX-2及激活PPARγ以抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加,对肝纤维化的逆转防治具有重要的意义。进一步研究COX-2、PPARγ及其信号通路在肝纤维化中的作用机制，从基因水平进行靶向基因治疗技术，将为肝纤维化的防治开辟新的途径,为新型抗肝纤维化药物的研发奠定基础。

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