乙二醛酶Ⅰ在肝再生中的作用研究进展

耿小芳，张富春，马 纪，徐存拴

(1.新疆大学 生命科学与技术学院 新疆生物资源基因工程重点实验室， 新疆 乌鲁木齐 8300462； 2.河南师范大学 省部共建细胞分化调控国家重点实验室培育基地， 河南 新乡 453007)

乙二醛酶系包括乙二醛酶Ⅰ(GLO1)、乙二醛酶Ⅱ(GLO2)及辅助因子谷胱甘肽(GSH)，是机体普遍存在的解毒系统，能将糖酵解、脂代谢和蛋白质代谢等产生的有毒物质甲基乙二醛(MG)转变成非毒性物质D-乳酸[1- 2]。MG能与蛋白质、核酸和磷脂等交联形成稳定的糖基化产物，抑制细胞生长和分裂，诱导细胞凋亡[3]。GLO1在再生肝和肝癌组织中的过表达，可提高肝脏的解毒能力和应激反应能力，促进肝细胞存活和增殖，保护肝细胞避免凋亡[4- 5]。抑制GLO1的表达，则导致细胞毒性物质积累增加[5]。所以，GLO1的生理作用很受研究者重视，现将有关GLO1在肝再生中的作用研究进展概述如下。

1 乙二醛酶Ⅰ的理化性质和作用

人的GLO1定位于6号染色体的p21.3-p21.1，其CDS区长555 bp，编码184个氨基酸。GLO1为二聚体蛋白，分子质量为46 ku，等电点为4.8～5.1[6]。

GLO1的启动子区有多种调控元件，如核转录因子NF-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)结合位点、激活蛋白-1(activator protein-1，AP- 1)结合位点、激活蛋白-2α(activator protein-2alpha，AP- 2α)结合位点、转录因子E2F4结合位点和抗氧化反应元件(antioxidant response element，ARE)等[3,7]。已发现NF-κB、AP- 2α、E2F4和核因子2相关因子2抗原(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NRF2)能增强GLO1的启动子活性，上调GLO1表达[3,8]。胞质中的GLO1可催化甲基乙二醛(MG)与还原型谷胱甘肽(GSH)形成S-D-乳酰谷胱甘肽。另外还发现，GLO1具有抗糖化和抗氧化应激作用[9]。

2 乙二醛酶Ⅰ在肝再生中的作用

机体中99%的MG均由乙二醛酶系解毒。部分肝切除(partial hepatectomy，PH)诱导的肝再生早期阶段，一方面，肝量减少，损伤反应、炎性反应等增强[10]。另一方面，MG等毒性代谢物积累。因此，需要提高乙二醛酶系的解毒效率。GLO1的表达和活性在大鼠PH后12 h显著高于假手术对照，于PH后24 h达到高峰[4]。而DNA合成起始于PH后12 h，亦于24 h达到高峰。揭示GLO1响应手术损伤先于DNA合成起始。上述结果表明，GLO1的表达和活性与增生性组织的细胞，包括肝细胞分裂密切相关。

85%肝脏切除后，肝脏的修复机制受阻，再生能力降低，细胞凋亡加剧。用85%肝切除后2 h的小鼠模型研究了GLO1在肝再生中的作用，发现NF-κB的活化受阻，降低GLO1表达，造成MG积累，进一步诱导氧化应激，促进凋亡蛋白BAX表达和半胱天冬酶活化，导致肝细胞凋亡。另一方面，降低白细胞介素-6(interleukin-6，IL- 6)的表达，信号传导与转录激活子-3(signal transducer and activator of transcription-3, STAT3)的磷酸化及其关键靶蛋白前病毒整合位点蛋白Pim1和细胞周期蛋白D1的表达，抑制肝细胞增殖，导致肝再生小鼠死亡[11]。表明肝脏强大的再生能力也可被肝组织的大量丢失及GLO1的表达降低所阻断。

在活体肝移植中，捐赠者必须提供足够的肝组织以使患者成功恢复肝功能[12]。为此，寻找减少损伤反应的策略，用较少的肝达到相同的目的必不可少。例如，通过提高GLO1的表达，促进肝细胞存活和增殖，拮抗MG对肝细胞的损伤等措施就是可选择的策略。

3肝再生中乙二醛酶Ⅰ调节肝细胞增殖的机制

正常情况下，肝脏中代谢产生的MG足以被GLO1解毒，但在肝损伤和部分肝切除后，肝脏不能及时足额地将MG转化，造成MG在肝脏积累。因此，肝脏需要通过提高GLO1的表达量和活性，避免MG在肝脏中积累产生危害。

3.1 MG通过提高Akt1的磷酸化作用促进肝细胞增殖

MG的正常生理浓度为0.2～5 μmol/L。但当MG达到1.25～20 μmol/L的较高浓度范围时，会诱导AKT1、P21和P27的磷酸化增加，增强细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs)活性，促进DNA合成，加快细胞周期进程。当MG达到100 μmol/L的高浓度范围时，则抑制细胞增殖，且随着MG浓度升高，抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的效应越强[13]。大鼠2/3肝切除后，肝量减少，肝功能受损，MG的积累量增加，导致细胞内MG浓度较高。较高浓度的MG与AKT1的77位半胱氨酸残基结合成复合物[14]。该复合物中的AKT1更易被丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化，磷酸化的AKT1进而激活CDKs。CDKs能促进细胞周期蛋白(Cyclins)的表达，促进细胞从G1期向S期转变和细胞增殖。本实验在基因组学和蛋白质组学研究中发现，大鼠肝再生中AKT1、CDK1、CDK2、Cyclin A2、Cyclin D1、Cyclin B和Cyclin E等细胞增殖相关蛋白表达上调，并与MG浓度高低呈现一定的时空相关性，推测MG能作为一种信号分子，诱导PH后的肝细胞增殖。

3.2 NF-κB、AP- 1等通过上调GLO1的表达促进肝细胞增殖

部分肝切除刺激肝枯否细胞、肝窦内皮细胞等肝非实质细胞释放肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL- 6等细胞炎性因子，它们通过相应的信号传导通路活化NF-κB、AP- 1和PIM1等转录因子，导致肝细胞从G0期向G1期转变、DNA合成和有丝分裂。同时，活化的NF-κB和AP- 1均能与GLO1的启动子区结合，上调GLO1的表达[7]。GLO1通过促进MG转化，减少MG的量及蛋白和核酸的糖基化，促进肝细胞存活、增殖和肝再生。本实验发现，大鼠肝再生中TNF-α、NF-κB、AP- 1等转录因子表达上调，进一步调节的PIM1、GLO1等细胞增殖相关蛋白表达上调，表明NF-κB等通过上调GLO1等细胞增殖相关蛋白表达，促进PH后的肝细胞增殖。

3.3 NRF2通过上调GLOI的表达促进肝细胞增殖

正常生理条件下，细胞质中的NRF2与KEAP1结合，处于非活性、易降解的状态。KEAP1是接头蛋白cullin-3依赖性E2泛素脂酶复合物的底物，介导NRF2被26S蛋白酶体降解。在氧化应激条件下，肝细胞的NRF2被激活，进而与GLO1的外显子1的5′UTR区的抗氧化反应元件(ARE)结合，诱导GLO1 mRNA和蛋白的表达增加，降低肝脏的MG浓度、MG衍生物浓度及细胞突变，促进肝细胞存活，表明NRF2通过上调GLO1，使蛋白和核酸免受糖化修饰，保护肝脏和肝细胞功能[15-18]。NRF2缺陷型肝细胞中，GLO1的表达降低，导致MG修饰的蛋白和核酸大大增加，抑制胰岛素/胰岛素样生长因子- 1(insulin /insulin-like growth factors，insulin/IGFs)信号的作用，增加肝细胞凋亡，导致胰岛素抵抗和肝再生延迟。肝再生中，NRF2的激活，上调GLO1表达，降低胞内MG的浓度，促进肝细胞的存活、增殖和肝再生[19]。表明NRF2在肝再生和肝保护中起重要作用。

4 总结与展望

本文综述了GLO1在肝再生中的作用。即NF-κB、AP- 1和NRF2等通过提高GLO1的表达和活性，解除MG在肝脏的积累和毒性，活化PI3K/AKT等信号通路，增加CDKs的表达，抑制糖原合成激酶3β和BAD等促凋亡蛋白的表达，促进肝细胞存活和增殖。但在85%肝切除后，肝脏严重缺失，抑制GLO1的表达和活性，增加MG的积累。后者通过抑制TNF-α和IL- 6的表达和作用，抑制肝细胞增殖，诱导肝细胞凋亡，降低肝再生能力。因此，GLO1可作为肝细胞的存活因子促进肝细胞增殖和抗肝细胞凋亡。临床上，应把通过激活NRF2上调GLO1的表达作为改善急性或慢性患者肝损伤，促进肝再生的新策略，提高肝病的治疗水平。

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