血红素氧合酶1与类风湿关节炎相关性探讨

郑欣 杜小正 李梦莘 何文洁 王娜娜 张馨予

【摘 要】 氧化应激与炎症侵袭相互作用是类风湿关节炎发病与疾病进展的关键因素，血红素氧合酶1（HO-1）是核因子E2相关因子2（Nrf2）/抗氧化反应原件（ARE）信号传导通路下游激活的抗氧化酶之一，不但具有抗氧化、抗炎作用，而且在一定程度上反映了RA的病情轻重。总结HO-1与类风湿关节炎的关系，旨在探讨HO-1将可能是类风湿关节炎治疗的潜在靶点和新的疗效评定指标。

【关键词】 关节炎，类风湿;血红素氧合酶1;氧化应激;机制研究

活性氧（ROS）作为一种细胞内信号传导元件，与多种细胞因子的炎症反应有关，并作用于类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）的生理病理系统，既是RA产生氧化应激的诱因，也是RA氧化应激的产物[1]。当具有RA遗传易感因素的个体受环境、应激等因素作用，导致先天及适应性免疫系统破坏而诱发一系列炎症反应[2-3]，RA关节滑膜组织因大量的炎性细胞聚集而产生多种炎性因子，使关节滑膜、软骨炎症增生加重，滑膜腔体积缩小而缺氧明显，细胞代谢过程产生的ROS和活性氮物质（RNS）等有害自由基持续升高，触发细胞线粒体损伤、细胞凋亡等一系列氧化应激恶性循环，使自由基多层次地参与RA滑膜炎症与骨质破坏，破坏软骨细胞、降解胶原和蛋白聚糖，使关节炎临床症状进一步加重[4-5]。因此，氧化应激与炎症侵袭互为因果，共同参与RA的发病与疾病进展过程。

血红素氧合酶1（HO-1）是核因子E2相关因子2（Nrf2）/抗氧化反应元件（ARE）信号传导通路下游激活的抗氧化酶之一，具有抗氧化、抗炎、减轻线粒体损伤、调控细胞凋亡等作用，以抵御氧化应激损伤[6-7]，同时也是判断RA病情的潜在指标之一。

1 HO-1的来源与生理功能

HO-1是血红素降解过程中重要的限速酶，经活性氧、一氧化氮、紫外线、低氧、热休克、内毒素等一系列氧化应激刺激而激活Nrf2/ARE信号传导通路后启动下游抗氧化因子HO-1基因转录，发挥抗氧化、抗炎、调节细胞凋亡等作用。

1.1 HO-1的来源 HO家族有3种同功酶，即HO-1、HO-2、HO-3，HO-1作为唯一的诱导型[8]，正常生理状态下，在多数细胞组织均有基础性低表达。氧化应激条件下，ROS经丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）等途径直接磷酸化Nrf2，使Keap1-Nrf2耦合体解离并泛素化减少，Nrf2活化、蓄积并转运进入细胞核，与肌腱膜纤维肉瘤蛋白（Maf）结合形成异二聚体，再与ARE结合启动下游HO-1基因的转录[6-7]。

1.2 HO-1的生理功能 HO-1的诱导产生及其酶活性增强，对机体发挥抗氧化、抗炎、抗凋亡等生理作用而保护机体[8]。因此，HO-1亦被用于多种与氧化应激相关疾病的研究。

HO-1抗氧化作用主要表现为阻止游离血红素参与氧化反应，同时联合还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）、细胞色素P450，通过胆绿素还原酶（BVR）降解血红素并生成胆绿素、一氧化碳（CO）、Fe2+等酶降解产物，构成内源性保护物质，参与氧自由基的清除，保护机体细胞免受应激刺激损害，共同发挥抗氧化、抗炎、减少线粒体损伤、调节细胞凋亡等多种生物细胞活动，最终影响疾病的转归[8-9]。

2 HO-1在RA中的作用

氧化应激参与了包括RA在内的多种自身免疫性疾病的发病及病理过程[10]。Nrf2/ARE信号传导通路是典型的抗氧化信号传导通路，对其下游抗氧化酶HO-1的研究有望为RA的临床治疗提供新的线索。现将HO-1在RA中的具体作用探讨如下。

2.1 抗炎、抗氧化 氧化应激与炎症相互作用推进RA疾病进程，多种不同途径均可诱导HO-1产生，缓解RA氧化应激及炎症程度。其缘由可能在于RA病变部位处于缺氧条件时核转录因子-κB（NF-κB）等炎性相关因子与HO-1相互影响;或导致Nrf2/ARE信号传导通路的进一步激活，增强HO-1表达及酶活性，从而产生对RA的抗炎、抗氧化抑制作用[11]。

ZHAI等[12]实验研究发现，水杨酸改善RA症状，能够降低踝关节细胞的临床评分、炎症浸润、滑膜增生，减轻胶原诱导的关节炎，并抑制关节细胞的氧化损伤指数，可能与氧化应激和RA滑膜成纤维细胞中的Nrf2-HO-1-ROS通路有关。史栋梁等[13]发现，酸樱桃种子提取物（SCE）可促使滑膜组织Nrf2/HO-1途径被激活，明显提高大鼠体内HO-1水平，刺激超氧化物歧化酶（SOD）等过氧化物酶表达，提高活性氧清除力，增强机体抗氧化应激的能力，同时降低血清肿瘤坏死因子-α、白细胞介素（IL）-1β、IL-6及前列腺素E2含量，从而减轻RA病情。高晓鹏等[14]实验研究发现，独活寄生汤具有抗氧化作用，可使Nrf2/HO-1信号通路活化，促进Nrf2核转位及HO-1基因表达，从而证实了HO-1参与RA发病状态下的抗氧化防御机制。LIU等[15]研究橙皮素对脂多糖（LPS）诱导的骨质疏松症影响时发现，包括RA在内的破坏性骨疾病的骨质溶解中，橙皮素可抑制破骨细胞形成，抑制激活NF-κB和MAPK信号传导，清除活性氧，激活Nrf2/HO-1信号通路以抗炎、抗氧化并调节骨代谢。

因此，Nrf2/ARE信号传导通路激活诱导HO-1的激活和表达可改善RA炎性及氧化损伤状态，同时参与骨代谢，并与NF-κB、MAPK等通路共同调控RA氧化应激及炎症反应，以改善RA病情。

2.2 调控线粒体损伤、细胞凋亡 线粒体呼吸链是ROS的主要来源，氧化应激损伤线粒体使ROS生成增多，加剧细胞及组织氧化应激[1];而细胞凋亡（apoptosis）是一种细胞程序性死亡，是氧化应激中常见的细胞死亡模式，经囊泡形成、核固缩等形态学改变影响机体代谢反应。细胞内ROS因氧化应激水平不断加重，损伤线粒体并导致细胞凋亡，因此对線粒体损伤及细胞凋亡的调节可能会减缓RA疾病进程[16]。

GAMAL等[17]將RA患者与健康人对照并检测血清NAG（端粒标记物）水平发现，RA患者血清中一氧化氮、SOD等氧化应激标志物与RA疾病活动相关，而RA患者端粒缩短和氧化标志物指数明显高于对照组，表明RA患者氧化应激水平与RA疾病活动密切相关，且能通过端粒缩短，减少细胞成活周期而加速细胞凋亡。近年来不断有实验研究证实，HO-1参与调控细胞线粒体损伤及细胞凋亡。LONG等[18]实验研究发现，原花青素（PC）可能通过激活Nrf2/ARE信号通路，对玉米赤霉烯酮（ZEA）诱导的TM4细胞（正常小鼠睾丸Sertoli细胞）氧化损伤和凋亡具有保护作用。余晨等[19]实验研究表明，白藜芦醇对RA的滑膜成纤维细胞（FLS）异常增生具有抑制作用，并诱导FLS凋亡，并提出该机制可能与氧化应激和自噬通路蛋白表达下降有关。CAO等[20]也发现，白藜芦醇能够抑制FLS增殖、诱导其线粒体形态变化而促进FLS凋亡，可以减缓细胞内钙的释放、内流，并提出白藜芦醇可以降低FLS的自噬水平导致活性氧的积累，使线粒体功能障碍，促进FLS凋亡。而HO-1作为经典的抗氧化应激Nrf2/ARE信号传导通路的下游抗氧化酶，亦参与抗氧化损伤、调控细胞凋亡等作用。

因此，RA的氧化应激导致线粒体损伤、细胞凋亡，并在活动期加重;Nrf2/ARE信号传导通路下游的HO-1在发挥良好的抗氧化、抗炎作用时，可能存在调控线粒体功能，调节细胞凋亡及钙离子内流等作用。

3 HO-1可作为判断RA病情的潜在生物标志物

越来越多的研究发现，RA患者在疾病活动期以及关节破坏等临床症状明显时，RA患者关节腔积液以及外周血中HO-1的水平呈现高表达状态。有研究指出，可将HO-1作为RA病情活动的判断指标，且HO-1的高表达与抗炎、抗氧化，调整骨代谢相关。

周兴辉等[21]证实，HO-1在RA关节腔积液中呈现高表达趋势，与RA抗炎、抗氧化有关。邹晋梅[22]选择100例RA患者分为轻、中、重度后，与100例健康患者对比发现，RA患者血清HO-1水平升高与骨代谢、炎症反应和疾病活动度有关，同时提出高表达的HO-1还参与调整骨代谢紊乱，在一定程度上可作为RA疾病活动期的参考依据。姜剑松[23]实验研究发现，RA患者血清中HO-1水平与RA及其继发性间质性肺疾病呈正相关，并与RA免疫调节关系密切。YUAN等[24]将RA患者与健康组对照研究后发现，RA患者血清HO-1与成骨细胞生物学的关键调节因子骨形态发生蛋白（BMP）家族成员（BMP-2、BMP-4和BMP-7）的表达呈正相关性，可促进骨增殖，促进关节炎软骨细胞蛋白聚糖和胶原Ⅱ的合成，抑制破骨细胞形成而抑制软骨降解，参与RA破骨细胞发生的代偿性预防，证实HO-1和BMP-7在参与RA骨代谢的基本病理过程中具有很高的潜力。

因此，HO-1在RA中不仅具有抗炎、抗氧化、抗凋亡、调节骨代谢等作用，同时HO-1的活性及表达也反映了RA病情是否在活动期，可作为判断RA病情轻重的参考指标。

4 结 语

氧化应激成为近年来RA疾病研究的热点，Nrf2/ARE是机体细胞内最重要的抗氧化应激通路之一，该通路下游抗氧化蛋白酶HO-1具有抗氧化、抗炎作用。当机体处于氧化应激状态时，Nrf2诱导HO-1高效表达，HO-1阻止游离血红素参与氧化反应，生成胆绿素、CO、Fe2+等酶降解产物，构成内源性保护物质，保护机体免受氧化损伤，发挥抗氧化、抗炎，调控线粒体损伤、细胞凋亡等作用。在RA活动期，关节腔积液以及外周血中HO-1的水平呈现高表达状态，一些研究者指出可将HO-1作为RA病情活动的判断指标，而HO-1的高表达也与抗炎、抗氧化、调节骨代谢等密切相关。

因此，HO-1在RA发挥抗氧化、抗炎等细胞保护作用的同时，也是反映RA病情轻重的潜在证据之一。关于HO-1与RA在疾病的基础机制方面，尤其是氧化应激相关的线粒体损伤、细胞凋亡、软骨代谢等方面的研究仍在不断丰富，也可能是未来本领域进一步研究的方向。另外，HO-1过度表达所产生Fe2+、CO等酶降解产物会增加细胞抗氧化应激压力而产生的细胞毒性亦不可忽视[25]，如何掌握好HO-1的活化、表达平衡仍需进一步深入研究。

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收稿日期：2019-05-03;修回日期：2019-07-22