前列腺素合酶在肝脏疾病中的作用

蔡 杰，卢佶翃，高 航，万志康，孙 莹

1 徐州医科大学 药学院，江苏 徐州 221000； 2 江苏省新药研究和临床药学重点实验室，江苏 徐州 221000

肝脏疾病目前已成为世界第五大致死疾病，且发病率逐年上升[1]。常见的肝脏疾病主要包括：肝炎、肝硬化、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病、药物性肝损伤(DILI)、肝癌等。

肝脏是前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)最主要的代谢器官[2]。近年有研究[3-5]表明，PGE2在肝损伤、肝脏切除后再生等多种原因诱导的肝脏损伤中具有调控肝脏细胞修复的功能。人们对于PGE2的研究非常广泛，涉及炎症、肿瘤、心血管、免疫等多个领域[6-7],并已成功开发出多种药物。然而传统药物多是靶向花生四烯酸代谢途径上游的环氧化酶(cyclooxygenase，COX)，虽然在一定程度上可以改善患者症状[8-9]，但同时也影响了其他前列腺素的生成，易产生胃肠道及心血管副作用，限制了其更广泛的应用[10]。因此，越来越多的科学家开始关注前列腺素合酶(prostaglandin E synthases，PGES)。PGES是PGE2合成途径中重要的末端限速酶，可以将COX合成的前列腺素H2(PGH2)最终转化为PGE2[11-12]。靶向PGES可以减少药物对其他前列腺素生成的影响，从而减少副作用的产生，很可能成为一种更加安全的治疗策略。本文主要总结近年来PGES在肝脏疾病方面的研究进展，并简要讨论PGES作为肝脏疾病治疗靶点的潜力，以期为深入研究PGES在肝脏疾病中的作用提供参考。

1 PGES的分类

目前已经发现至少存在3种PGES直接参与PGE2的合成，分别为位于微粒体中的微粒体前列腺素E合酶(microsomal prostaglandin E synthase，mPGES)-1，mPGES-2和位于胞质溶胶中的胞质前列腺素E合酶(cytosolic prostaglandin E synthase, cPGES)[13]。

mPGES-1是目前研究最早最深入的PGES，其与炎症反应有十分密切的关系。在促炎因子刺激下表达增多，催化PGH2转化为PGE2，具有严格的底物特异性[14]。已有研究[15]表明mPGES-1参与发热、疼痛、免疫、肿瘤、生殖等多种生理病理过程，并且在不同的肝脏疾病中均有作用。

mPGES-2是一种特殊的双向功能酶，其功能受谷胱甘肽(glutathione，GSH)和血红素(heme)影响，不被促炎因子刺激[16]。其在体内一般情况下与GSH和heme结合形成复合物，将PGH2代谢生成丙二醛，只有在与heme分离的状态下才有合成PGE2的活性。肝脏中含有丰富的heme，这与已有研究中发现其通过非PGE2途径影响肝脏疾病相一致。

对于cPGES的研究还较少，它主要通过COX-1维持体内PGE2稳态[11-12]，并且可能与PGE2的灭活途径相关[17]。

2 mPGES-1与肝脏疾病

mPGES-1是目前研究最多的PGES，在缺血再灌注诱导的急性肝损伤、NAFLD、病毒性肝炎及肝癌等疾病发生发展进程中均有作用。

2.1 mPGES-1与肝损伤 外力撞击、严重低血压、药物副作用以及肝移植等情况均会诱发不同程度的肝损伤[14]，如果处理不及时极易诱发感染、休克、大出血等危及生命的症状。探究清楚mPGES-1在不同肝损伤中扮演的角色，并以其为靶点应用到肝损伤治疗中，将具有十分重要的意义。

Nishizawa等[18]在缺血再灌注诱导的急性肝损伤小鼠模型中发现，mPGES-1催化合成PGE2通过PGE2/EP4信号通路影响巨噬细胞的分化，来调控肝脏组织修复。当肝脏受到损伤后肝脏Kupffer细胞(KCs)被激活，活化的KCs分泌炎症趋化因子配体2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，进而诱导肝脏坏死区域Ly6Chigh单核细胞表达炎症趋化因子受体2(C-C chemokine receptor 2，CCR2),最终分化成Ly6Chigh诱导的促炎性巨噬细胞。mPGES-1在这一过程中的作用是促使肝脏内表达CCR2的Ly6Chigh巨噬细胞积聚。因此，抑制mPGES-1将减少Ly6Chigh巨噬细胞生成，减轻肝脏的炎症反应从而起到保护作用。

然而，Yao等[19]发现在Fas诱导的肝脏疾病小鼠模型中mPGES-1过表达却能提高肝脏细胞的存活率。Fas是有关细胞凋亡的膜表面分子，属于肿瘤坏死因子受体超家族，Fas诱导的肝细胞凋亡与各种肝脏疾病的发生发展机制相关[20-21]。肝脏内mPGES-1表达诱导PGE2的合成，通过EP4受体提高肝脏内p-Akt及抗凋亡因子水平，抵抗由Fas造成的细胞凋亡和肝损伤。这一过程不同于缺血再灌注诱导的急性肝损伤，可能是因为Fas诱导肝损伤主要是通过促进肝细胞凋亡实现的，mPGES-1提高细胞抗凋亡能力的作用在改善肝损伤过程中起到了主要作用。

2.2 mPGES-1与NAFLD NAFLD是由肝细胞中脂质病理性堆积导致的[22]，现阶段已成为我国第一大慢性肝病。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD进程中的一种病理类型，伴有炎症、细胞死亡和纤维化，是NAFLD发展到肝硬化和肝癌的关键环节，尚无特异性药物[23]。

PGE2在NASH中的作用一直存在争议[24]。一方面，PGE2通过抑制极低密度脂蛋白合酶和β氧化来增加肝细胞脂质的积累；另一方面PGE2又能够抑制肝脏脂肪酸的从头合成来抵抗肝细胞脂肪变性，同时抑制巨噬细胞促炎性TNFα的分泌。不仅如此，在体外实验[25]中观察到PGE2能够明显抑制肝脏自然杀伤(NK)细胞的活性，而NK细胞被认为是促进NASH发生发展的重要因素。综合以上因素，PGE2在NASH发生发展中很可能起到保护性的作用。Henkel等[26]用饮食诱导NASH小鼠模型观察到，野生型(wild type, WT)NASH小鼠肝脏中出现同人类患者一样的mPGES-1及COX-2表达升高的现象，而mPGES-1 敲除小鼠NASH症状较野生型小鼠更加严重。原来mPGES-1缺失使得NASH小鼠PGE2无法升高，从而破坏了PGE2限制巨噬细胞分泌TNFα的负反馈作用，过多的TNFα作用于肝细胞，诱导大量IL-1β生成，促进肝脏细胞炎症反应及组织增生，使肝细胞凋亡增加。

2.3 mPGES-1与肝癌 肝细胞癌是肝脏最常见的原发性恶性肿瘤，每年新诊断病例超过50万例，是全球第四大癌症死亡原因[27]。肝细胞癌预后差主要与确诊较晚及缺乏副作用易耐受的药物有关。就已有的研究[28-30]结果看，mPGES-1不仅有希望成为治疗肝癌的药物作用靶点，其与HBV x蛋白(HBx)在肝癌细胞中共同表达的关系还有希望使其成为肝癌早期诊断的一个指标，很可能同时解决药物缺乏及早期诊断困难的两个问题。

2014年Ruan等[31]明确mPGES-1及COX生成的PGE2可以促进肿瘤细胞的生长。这与在人类患者和动物肝癌模型中观察到mPGES-1表达增多；以及在肝癌细胞上过表达COX-2会使其增殖和侵袭能力增强的现象是一致的[28-29]。这些结果表明mPGES-1与肝癌的发生发展有密切关系。Lu等[28]报道，mPGES-1在肝癌细胞中过度表达可以通过抑制糖原合成酶激酶3，诱导早期生长因子1(early growth response factor-1，EGR1)活化β-连环蛋白，来提高肿瘤细胞的生长、侵袭、迁移和集落形成能力，如果敲除mPGES-1可以降低这些参数。

临床数据表明，有很多肝癌患者是由慢性病毒性肝炎发展而来。Liu等[30]研究发现肝癌患者肝脏内mPGES-1表达的增高与HBx呈正相关。进一步研究mPGES-1和HBx的关系，发现HBx促进EGR1的表达，而EGR1是mPGES-1重要的转录因子结合位点，它可以直接结合mPGES-1启动子区域中共有的结合位点，使mPGES-1表达增多。同时，研究还发现了一种PGE2抑制剂(15 d-PGJ2)可以阻碍HBx与过氧化物酶体增殖剂激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR)γ结合从而下调mPGES-1的表达。有趣的是，Ma等[32]发现咖啡因也可以通过特异性阻断PPARγ-EGR1-mPGES-1途径有效降低HBx阳性肝细胞中PGE2的合成，减缓HBV感染造成的肝脏炎症及肝脏细胞癌变。

3 mPGES-2和肝脏疾病

DILI是一种由药物或其代谢产物引起的肝脏毒性损伤。在大多数西方国家，DILI占所有急性肝衰竭病例的50%以上，近年来国内发病率也逐年上升[33-34]。目前还没有明确的治疗方法可用于治疗特发性DILI。现有关于mPGES-2在肝脏疾病中的研究显示其对不同药物诱发的DILI有一定调控作用。

链脲霉素(streptozocin，STZ)是一种广泛使用的1型糖尿病造模药物，美国食品药品监督管理局批准其作为治疗胰岛细胞转移癌的药物，主要通过葡萄糖转运蛋白2转运到细胞中[35-36]。笔者课题组的研究[37]发现，给予小鼠STZ处理，观察到mPGES-2敲除小鼠的肝脏较WT小鼠表现出明显的肝细胞凋亡坏死。进一步的机制研究发现mPGES-2敲除，使得小鼠胰岛素水平升高，促进肝脏内SREBP-1C表达，诱导肝脏内葡萄糖转运蛋白2水平升高，更多原本在细胞外的STZ可以进入细胞并在肝脏内积聚，从而造成了比WT小鼠更加严重的肝损伤。

对乙酰氨基酚(paracetamol，APAP)是一种常用的解热镇痛药。早在1977年人们就已经意识到APAP对肝脏有毒性，是急性肝损伤的常见诱因。在肝脏中APAP被细胞色素P450代谢为毒性产物N-乙酰对苯醌亚胺(N-acetylbenzoquinoneimine，NAPQI)，其解毒依赖GSH。而在肝脏内mPGES-2与heme结合，将PGH2催化降解为丙二醛，而丙二醛会进一步消耗GSH，因此当APAP引起肝损伤时，能够用来降解NAPQI的GSH不足，NAPQI与线粒体蛋白结合，引起细胞损伤和肝功能障碍，造成了WT小鼠较mPGES-2 敲除小鼠出现更加严重的肝损伤[38]。

4 cPGES和肝脏疾病

目前人们对cPGES的研究还比较少，有结果提示其可能与糖皮质激素受体有重要联系，并且cPGES缺失会使小鼠发育不全在围产期即死亡[39]，胚胎现象与糖皮质激素受体缺陷的婴儿有一些相似[40]。但是在肝脏疾病方面的研究还处在空白阶段。

5 总结和展望

PGES在肝脏疾病中的研究近年来有了不少的进展。在肝损伤方面，mPGES-1减轻Fas诱导的肝损伤，而加重缺血再灌注造成的肝损伤；对于NASH mPGES-1显示出较好的保护作用；同时，多个团队证实抑制mPGES-1表达有助于减缓肝癌的发生发展。mPGES-2在肝脏疾病中的作用主要集中在DILI方面，它可以改善STZ造成的肝损伤却加重了APAP诱发的肝损伤。

综上所述，目前的研究表明PGES在肝脏疾病多种方面都发挥着重要的作用，靶向PGES设计一系列药物，为研发治疗肝脏疾病的新药物提供了很好的思路。但由于PGES作用范围广泛，涉及到多种复杂的生理机制，要想真正使其为肝脏疾病患者带来福音，仍然需要更加深入的机制研究。

作者贡献声明：蔡杰负责资料收集分析，撰写论文；卢佶翃、高航、万志康参与收集资料，修改论文;孙莹负责主题设计，拟定写作思路，指导撰写文章并最后定稿。