一氧化碳释放分子治疗肝脏疾病的研究进展

颜炳柱 赵波 康岚 杨鹏飞 杨宝山

一氧化碳(Carbon monoxide, CO)是一种生物信号调控分子，具有多种重要的生物学功能，并参与生物体内细胞间信息的传递与调节[1]。CO是一把双刃剑，直接应用CO气体会产生很大的弊端，极大限制了CO气体作为一种药物应用于临床。一氧化碳释放分子(carbon monoxide releasing molecules, CORMs)作为一种新型且特殊的外源性CO供体逐渐被人们所认识，并被广泛应用于各种动物疾病模型[2]。CORMs具有CO气体无法比拟的优势[3]：可不经机体代谢直接作用于靶组织或器官，能够稳定且持续释放CO而发挥生物学功效；在生理剂量范围内不提高机体血清COHb水平，不会导致机体CO中毒；作为筛选药物，其给药剂量及方式具有良好的可控性。CORMs逐渐成为近年来研究的热点，其在肝脏疾病领域的治疗亦表现出了良好的药理学作用，本文对国内外的相关研究进行总结。

一、CORMs分类

按CO释放激活机制分为溶剂、光、酶、热、氧及pH触发型。按CO载体中含有的过渡金属(钌、铁、锰、钼、钨、铬、钴等)分为含金属和不含金属CORMs。目前CORMs发展至今主要有以下几类[4-6]。

(一)CORM-1 首次由Motterlini合成，是含有金属锰的一种CORMs。因其不溶于水而只能溶解于DMSO，并且需要在冷光源照射下才能释放CO，目前已基本不作为CO供体用于研究。

(二)CORM-2 是一种含有金属钌的CORMs，只溶于DMSO，能够不在光触发下快速释放CO。由于其药理活性较好且相对稳定，是目前作为CO供体被用于动物实验最多的一类分子，较差的水溶性也是其主要缺点之一。

(三)CORM-3 第一个具有水溶性且含过渡金属钌的CORMs，能够持续、快速、稳定释放CO，并在24 h内保持生物活性。多项研究均证实CORM-3具有良好的药理活性，逐渐被研究者所青睐和重视。

(四)CORM-A1 不含过渡金属且具有水溶性的一类CORMs，在酸性条件下才能够释放CO，释放速度却明显慢于CORM-3，多被用于生物体内特定细胞或组织的实验研究，同样也具有良好的药理活性。

(五)CORM-F衍生物 主要包括CORM-F3、CORM-F7、CORM-F8 和CORM-F11等，其中代表性化合物为CORM-F3，所有衍生物均具有DMSO溶解性，目前作为CO供体的研究相对很少，基本上处于探索阶段。

(六)其他CORMs 一些新型且具有应用潜力的CORMs相继被合成，同样也显示出较好的药理及生物学活性，目前研究相对较多的有CORM-401、Photo-CORM、ALF186，CORM-307、CORM-371、ALF492等。

二、CORMs毒性效应

虽然有研究表明，实验动物在连续30 d应用CORM-3，并没有产生明显的毒副作用[7]。但由于CORMs分子载体中含有过渡金属，所以此类羰基化合物是否会对机体产生致畸或毒性作用需要给予足够的关注和重视。国内学者研究证实，CORMs主要分布于血液、肝脏及肾脏等器官组织，但均表现出较低的毒性；进一步研究发现，这些金属离子在体内的蓄积作用相对较弱，但大鼠在连续给药后仍可出现严重的肝肾损伤，甚至肾组织出现形态学异常，造成肾小球的萎缩[8]。有研究证实COMRs能够诱导过多的红细胞衰亡，产生病理性细胞溶血，而且还可引起维生素D3的代谢紊乱[9-10]。此外，研究发现CORMs治疗窗其实相对较窄，而且还会产生一定的细胞毒性，如降低细胞的活力、抑制线粒体酶的活性，甚至引起心肌和肾脏细胞的坏死和畸形[11]。

三、CORMs对肝脏的保护作用

(一)缺血再灌注肝损伤 缺血再灌注肝损伤(IRI)时，CORM-2通过增加sirtuin-1(SIRT1)的表达，降低HMGB1乙酰化，并减少HMGB1异位和释放，从而减轻肝脏的炎症反应[12]。研究发现，预先用CORM-3处理冷保存的肝脏可以明显减轻肝缺血再灌注的损伤程度[13]。此外，CORM-3还能够通过降低窦后小静脉中活化白细胞数量，抑制氧化应激和炎症反应，减少急性冠脉综合征(ASC)再灌注损伤时肝细胞死亡的数量[14]。在大鼠肝IRI模型中，国内学者研究证实，CORM-2能够调节NF-κB信号通路，抑制炎症因子(TNF-α、L-6和ICAM-1)的释放，并且能够上调Bcl-2的表达以及抑制caspase-3的活性，从而发挥抗凋亡作用[15]。还有研究证实，CORM-2能够维持应激环境下WB-F344细胞的活性和增殖能力，促进大鼠肝前体细胞系的生长和增殖。其机制是CORM-2通过调控 AKT/mTOR 信号通路，提高肝脏IRI过程中肝实质细胞的自噬功能和细胞活力，从而维持细胞稳态，对肝实质细胞发挥保护作用[16]。

(二)脓毒症 研究发现，CORM-2通过调控P38-MAPK信号通路抑制FPR-l表达，并减少细胞膜FPR-l含量，同时还能够抑制PMN的趋化能力，减轻肝组织中PMN的过度浸润，提高脓毒症小鼠的存活率，从而改善肝组织氧化应激及病理损伤[17-18]。研究证实，CORM-2通过抑制小鼠18F- FDG的摄取并减少葡萄糖激酶的活性和乳酸的含量，从而改善脓毒症小鼠肝脏能量代谢紊乱，提高小鼠的生存率[19]。此外研究发现，CORM-2还能够抑制LPS诱导的ROS和NO的产生，降低ICAM-1和iNOS的表达以及抑制NF-κB的活化，从而减少小鼠肝脏中PMN的积累，并且通过下调脓毒症小鼠肝脏中黏附性血管内皮细胞的表型来发挥抗炎作用[20]。研究还发现在脓毒症早期肝脏炎症反应的过程中，CORMs能明显抑制JAKs分子磷酸化，继而通过调控JAK/STAT信号通路，抑制下游相关炎症因子的表达，有效防止炎症的级联反应[21]。

(三)急性肝损伤 国外学者在对乙酰氨基酚诱导的急性肝损伤模型中发现，CORM-A1能够通过抑制多种炎症因子的表达，减轻肝细胞的坏死程度，从而提高小鼠的存活率。此外，进一步研究证实CORM-A1能够增强t-BHP处理的HepG2细胞活力，激活Nrf2和ARE基因，并恢复GSH的含量，从而减轻氧化应激反应[22]。课题组前期研究也证实，CORM-2、CORM-3对LPS/D-GalN诱导的小鼠急性肝功能衰竭(ALF)具有显著的保护作用，具体机制是CORMs通过降低ALF小鼠血清中炎症因子TNF-α、IL-6和IL-1β的水平以及肝脏中炎症介质iNOS、TLR4的表达，并抑制肝细胞中NF-κB-p65的核转位，从而发挥抗炎机制[23-24]。

(四)酒精性肝病 在酒精性肝损伤动物模型中，国外学者证实CORM-A1能够调控肝细胞CK-18和RIP3的表达，并减轻TNF-α对原代肝细胞的损伤，从而抑制肝细胞的死亡[25]。其他研究也证实，CORM-2能够减少肝脏GSH的耗竭以及SOD的失活，并且抑制MDA的过度生成。此外，进一步研究证实，CORMs能够通过调控p38-MAPK信号途径，抑制炎症因子TNF-α、IL-6的表达，从而减轻乙醇引起的氧化应激和炎症损伤[26]。

(五)非酒精性脂肪肝 在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)模型中，研究发现CORM-2通过调控PERK-eIF2α-AFT4信号途径，从而促进肝细胞中sestrin-2(SESN2)的表达，并且能够激活AMPK，通过调控mTORC1信号途径促进自噬。此外，进一步研究证实CORM-2还能够通过调控SESN2上调诱导的自噬途径改善蛋氨酸胆碱缺乏饲料(MCD)诱导的肝脂肪变性[27]。

(六)自身免疫性肝炎模型 研究发现在ConA诱导的自身免疫性肝炎(AIH)的动物实验中， CORM-A1通过调控Nrf2/HO-1/CO信号通路，下调多个基因(具体包括BAG3、BIRC3、CCL2、CXCL13、HIF3A、ITGB2、IL6、NR4A1和PLAUR等)的表达水平，抑制肝脏的免疫反应，从而显著降低小鼠血清转氨酶水平，并改善肝脏组织学变化[28]。

(七)胆汁淤积性肝病 研究发现在胆汁淤积肝损伤(BDL)动物实验中，CORM-2通过上调肠黏膜上皮细胞紧密连接蛋白(TJ)蛋白的表达，从而发挥对大鼠肠黏膜屏障的保护及抑制炎症因子释放的作用，继而缓解BDL大鼠肝脏损伤的程度。其机制是CORM-2通过抑制BDL大鼠肠黏膜上皮细胞的凋亡以及TLR4 表达，从而促进肠上皮细胞的增殖[29]。

(八)肝硬化 研究证实在硫代乙酰胺诱导大鼠肝硬化模型中，CORM-2对肝脏微循环中的血管具有显著调节作用，可以降低肝硬化大鼠肝内血管阻力(IHVR)，从而阻止肝硬化的发生[30]。

四、讨论与展望

综上所述，CORMs作为一种高效的CO载体，能最大程度模拟人体内源性CO的生物学功能，在临床上具有巨大的应用潜力。虽然COMRs在保护肝细胞损伤研究中取得了潜在的临床价值，但其具体的作用机制还有待更深层次的研究。CORMs在治疗肝病的研究中仍属于一个新的领域，目前的研究也多处于探索发展阶段。因此CORMs作为一种药物应用于临床还需要很长的路要走，未来仍期待毒性更小、半衰期更长、靶向性更强的CORMs，这些问题的解决将为临床针对肝病的治疗提供重要的研究基础和新的思路。