魏剛 綜述 黃維義 審校

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，四川 瀘州 646000)

以動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)為病理基礎(chǔ)介導(dǎo)的心腦血管疾病是世界范圍內(nèi)的首要死因，目前已有研究證實(shí)，AS實(shí)質(zhì)上是一種以脂質(zhì)和炎細(xì)胞浸潤為特征的慢性進(jìn)展性血管炎癥疾病，已知AS高危致病因素如吸煙、高血壓、糖耐量及脂代謝異常均可誘發(fā)機(jī)體內(nèi)炎癥及氧化應(yīng)激，而炎癥和氧化應(yīng)激已被公認(rèn)為是致AS的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是促使斑塊破裂、誘發(fā)不良心血管事件的罪魁禍?zhǔn)譡1-2]。已知血紅素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)是由Nrf-2調(diào)節(jié)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物之一，是細(xì)胞內(nèi)極重要的可誘導(dǎo)性抗氧化酶，主要通過催化游離血紅素降解最終生成膽紅素、一氧化碳(CO)和Fe2+等產(chǎn)物來發(fā)揮抗氧化應(yīng)激、抑制炎癥、調(diào)控細(xì)胞增殖與凋亡以及調(diào)節(jié)免疫等多重作用，從而發(fā)揮包括抗AS在內(nèi)的心血管系統(tǒng)保護(hù)作用。對HO-1抗AS作用與機(jī)制的研究，包括冠心病在內(nèi)的多種心血管疾病的防治開拓新的思路。

1 氧化應(yīng)激和炎癥在致AS中的作用及機(jī)制

氧化應(yīng)激是指各種有害因素促使體內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生與消除失衡，致使ROS在體內(nèi)大量蓄積并導(dǎo)致相應(yīng)組織損傷的病理過程。氧化應(yīng)激與AS發(fā)生、發(fā)展及斑塊破裂所致的急性冠脈綜合征均密切相關(guān)[3]。研究表明，氧化應(yīng)激首先導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷并由此啟動(dòng)AS病理過程。血漿中的低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)易于透過損傷的血管內(nèi)皮大量沉積于血管壁并在此被ROS氧化修飾形成氧化修飾型低密度脂蛋白(ox-LDL)，后者有很強(qiáng)的致氧化應(yīng)激和致炎癥作用，在加重內(nèi)皮細(xì)胞損傷的同時(shí)也促使其活化并表達(dá)C反應(yīng)蛋白、白介素(IL)-6、腫瘤壞死因子-α 、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)等多種炎癥因子；ROS還可刺激親環(huán)素A表達(dá)，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶12活化并激活信號分子p70S6K，催化40S核糖體蛋白S6磷酸化而引起細(xì)胞間黏附分子-1、血管細(xì)胞黏附分子、內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子等表達(dá)，這些黏附分子與MCP-1等炎癥因子能募集循環(huán)中的單核細(xì)胞遷移、浸潤于內(nèi)皮下并活化為有強(qiáng)烈致炎作用的經(jīng)典活化型 (M1)巨噬細(xì)胞，后者一方面可通過清道夫受體A無限制大量吞噬ox-LDL變成泡沫細(xì)胞，促發(fā)AS并增加斑塊內(nèi)的脂質(zhì)成分；另一方面則是大量合成和分泌炎性因子(IL-1、腫瘤壞死因子-α等)、ROS、活性氮等，進(jìn)一步促進(jìn)和放大炎癥反應(yīng)、損傷血管內(nèi)皮并誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞(SMC)增殖和遷移，這些都是AS的重要病理特征；此外，激活的巨噬細(xì)胞還能分泌基質(zhì)金屬硫蛋白酶，可降解細(xì)胞外基質(zhì)，減少斑塊內(nèi)膠原及彈性蛋白含量，從而促發(fā)斑塊破裂與局部血栓形成，引發(fā)不良心血管事件?？傊趸瘧?yīng)激和炎癥在AS發(fā)生、發(fā)展過程中始終是相輔相成，互相加強(qiáng)，彼此形成惡性循環(huán)[4]。

2 HO-1的概況

Tenhunen 等在20世紀(jì)60年代首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了HO系統(tǒng)，并明確其主要作用是充當(dāng)降解清除游離血紅素的起始酶與限速酶。隨著研究的深入，目前發(fā)現(xiàn)HO主要有三種同工酶：HO-1、HO-2及HO-3，它們分別由不同的基因編碼,在基本結(jié)構(gòu)、表達(dá)調(diào)節(jié)和組織分布中均有明顯差異。其中HO-2為結(jié)構(gòu)型蛋白，幾乎存在于所有組織器官中，以睪丸和腦組織分布較多，主要發(fā)揮正常的生理調(diào)節(jié)作用；HO-3也是結(jié)構(gòu)型蛋白且與HO-2具有約90%的相同氨基酸序列，但其生理效能與HO-2相比卻極其低下，目前尚不能明確其生理作用，可能與血紅素的識別或綁定有關(guān)[5-6]；HO-1為誘導(dǎo)型，因其相對分子質(zhì)量為32 000，故又被稱為熱休克蛋白32，主要分布于心臟、肝臟、腎臟、脾臟及肺臟等器官的細(xì)胞微粒體內(nèi)，生理狀態(tài)下的HO-1表達(dá)通常處于相對穩(wěn)定的較低水平，在眾多致細(xì)胞損傷的應(yīng)激因素(如炎癥、缺血、缺氧、高溫、放射線、內(nèi)毒素等)刺激下，通過活化轉(zhuǎn)錄因子AP-1及Nrf-2而在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)HO-1基因表達(dá)，可見，HO-1主要是在各種病理性應(yīng)激狀態(tài)下發(fā)揮重要的抗氧化應(yīng)激與抗炎癥損傷等組織細(xì)胞保護(hù)作用，而保護(hù)作用大小則取決于其酶的活性[7-8]。

3 HO-1拮抗氧化應(yīng)激與炎癥損傷的作用及機(jī)制

已知血紅素系血紅蛋白分解后殘留的非蛋白質(zhì)的鐵卟啉組分，細(xì)胞內(nèi)的游離血紅素本身就是一種具有顯著細(xì)胞毒性的強(qiáng)氧化劑，HO-1對游離血紅素的高效降解便是其抗氧化應(yīng)激作用的機(jī)制之一，但更為重要的是HO-1催化血紅素降解還能生成膽紅素、CO和Fe2+等重要產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可分別通過不同途徑發(fā)揮強(qiáng)大的抗氧化應(yīng)激與炎癥損傷作用。

3.1 膽紅素在HO-1抗氧化應(yīng)激與抗炎癥損傷中的作用

膽紅素是HO-1降解血紅素生成的膽綠素再經(jīng)膽綠素還原酶催化而成的終產(chǎn)物，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)膽紅素都被認(rèn)為是一種有毒的廢棄產(chǎn)物，其血液濃度的高低被認(rèn)為是一種能反映肝臟功能的指標(biāo)[9],但近年發(fā)現(xiàn)，膽紅素在適當(dāng)濃度范圍內(nèi)的合理升高對機(jī)體有益，進(jìn)一步研究顯示，膽紅素其實(shí)是一種比維生素E及維生素C都更強(qiáng)的內(nèi)源性廣譜抗氧化劑[10]，這與其特殊的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，已知膽紅素分子內(nèi)含有一個(gè)延伸的共軛雙鍵體系和活性氫原子，因而易與超氧陰離子等多種形式的自由基結(jié)合并對后者予以清除，能阻止各種脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，尤其可有效抑制LDL被氧化修飾成ox-LDL，而后者正是AS的關(guān)鍵致病分子[11]，膽紅素還能抑制ox-LDL引起的補(bǔ)體活化和炎癥反應(yīng)帶來的損傷，起到阻止或減慢AS進(jìn)程、保持斑塊穩(wěn)定等作用[12]。此外，膽紅素的親脂性也使它易與細(xì)胞膜交聯(lián)而保護(hù)后者免遭脂質(zhì)過氧化損傷，從而提供了高效的包括血管內(nèi)皮在內(nèi)的細(xì)胞保護(hù)作用[13]。Ollinger 等[14]給載脂蛋白E缺乏小鼠應(yīng)用外源性膽紅素，證實(shí)膽紅素不僅能抑制炎癥，還能阻止血管SMC周期的進(jìn)展從而抑制SMC增殖，顯示其具有明顯的抗AS效果。

3.2 CO在HO-1抗氧化應(yīng)激與抗炎癥損傷中的作用

HO-1催化游離血紅素降解是細(xì)胞內(nèi)源性CO的主要來源。CO是一種無色、無味、無刺激性的雙原子氣態(tài)物質(zhì)，生理?xiàng)l件下當(dāng)外源性CO濃度達(dá)到較高水平時(shí)，能夠經(jīng)呼吸系統(tǒng)與血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白而喪失攜氧功能，故可致神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等重要組織器官功能抑制甚至出現(xiàn)致死性的不可逆損害[15]。正因如此，內(nèi)源性CO在20世紀(jì)90年代以前也被想當(dāng)然的認(rèn)為是一種機(jī)體代謝產(chǎn)生的有害廢棄物。然而，近年研究發(fā)現(xiàn)，CO實(shí)質(zhì)是一種類似于NO的重要?dú)怏w信號分子，可通過活化鳥苷酸環(huán)化酶以升高細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷鳥嘌呤核苷濃度而發(fā)揮舒張血管、抑制血小板聚集等作用；同時(shí)，CO可通過活化p38-絲裂原活化蛋白激酶而減少血管內(nèi)皮的細(xì)胞凋亡[16]；CO還能可調(diào)控p38MAP途徑和RhoA及Akt途徑間接抑制SMC增殖[17]；此外，CO可通過抑制單核/巨噬細(xì)胞的toll-like受體而下調(diào)核因子κB的活化[18]以及通過抑制粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子的表達(dá)，最終改變巨噬細(xì)胞的分化與極化，使其由促炎性的M1型向抗炎性的M2型分化，從而降低促炎細(xì)胞因子表達(dá)并增加抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)，其結(jié)果是不僅能抑制炎癥，還具有降低補(bǔ)體活化等免疫調(diào)節(jié)作用，這在抗AS和抗移植物排異反應(yīng)中均具有重要意義[19]；最后，HO-1/CO與一氧化氮合酶/NO之間還可以彼此調(diào)節(jié)，增加HO-1蛋白活性及CO生成便可抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達(dá)與NO產(chǎn)生，從而抑制炎癥，反之，抑制 HO-1/CO則可活化誘導(dǎo)型一氧化氮合酶從而激發(fā)炎癥反應(yīng)[20]。

3.3 Fe2+的釋放與安全清除在HO-1抗氧化應(yīng)激中的作用

Fe2+是HO-1催化降解游離血紅素必然要生成的產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，在AS病變處的各種細(xì)胞內(nèi)均有Fe2+的過度聚集現(xiàn)象，F(xiàn)e2+客觀上會(huì)通過芬頓(Fenten)反應(yīng)生成大量的ROS而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，然而，誘導(dǎo)HO-1表達(dá)的損傷因素通常也會(huì)同步上調(diào)鐵蛋白表達(dá)，后者能通過螯合作用有效清除細(xì)胞內(nèi)的Fe2+，其凈效應(yīng)實(shí)際上起到了抗氧化應(yīng)激的作用[21]。此外，HO-1表達(dá)可能還參與上調(diào)超氧化物歧化酶的表達(dá)而發(fā)揮著一定程度的抗AS作用。

HO-1正是通過上述多種機(jī)制而在組織、細(xì)胞應(yīng)對炎癥與氧化應(yīng)激損傷中發(fā)揮著不可或缺的保護(hù)作用。

4 HO-1表達(dá)抗AS的相關(guān)研究結(jié)果

Wang等[22]早期研究發(fā)現(xiàn)，Nrf-2調(diào)控的HO-1廣泛表達(dá)于AS處的內(nèi)皮細(xì)胞、血管SMC、巨噬細(xì)胞及泡沫細(xì)胞等各種細(xì)胞之中，但在鄰近AS的正常血管組織細(xì)胞中 HO-1的表達(dá)卻很低，當(dāng)時(shí)尚不能確定HO-1誘導(dǎo)表達(dá)與AS之間的因果關(guān)系，但推測HO-1過表達(dá)可能是機(jī)體應(yīng)對AS的一種適應(yīng)性保護(hù)反應(yīng)。Kawashima等[23]報(bào)道一例先天缺乏HO-1基因的患兒早年夭折，尸解發(fā)現(xiàn)其存在全身廣泛炎癥伴多發(fā)而嚴(yán)重的AS，因而支持HO-1實(shí)際上具有抑制炎癥和抗AS的作用。這一點(diǎn)也在隨后的多個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中得到進(jìn)一步證實(shí)，例如給載脂蛋白E缺乏的小鼠敲除HO-1基因會(huì)加重血管炎癥、促進(jìn)AS的發(fā)生發(fā)展，反之，以腺病毒作載體轉(zhuǎn)染HO-1基因則可顯著減輕AS病變[24]；Li等[25]用藥物誘導(dǎo)HO-1高表達(dá)同樣能有效抑制高脂喂養(yǎng)的兔發(fā)生AS病變，而使用鋅原卟啉(Znpp)Ⅸ抑制HO-1的活性則可加重AS程度，此外，抑制HO-1的活性還可減少AS斑塊的纖維帽厚度、擴(kuò)大脂質(zhì)壞死核心，從而增加斑塊的易損性。臨床研究揭示，人類的HO-1基因啟動(dòng)子中存在著一個(gè)由GT 二核苷酸重復(fù)序列組成的微衛(wèi)星結(jié)構(gòu)—(GT)n，不同個(gè)體間的(GT)n長度存在高度多態(tài)性并因此決定著HO-1基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)活性，(GT)n序列越長，HO-1的轉(zhuǎn)錄活性就越低，已有多個(gè)基于不同種族人群的研究均顯示，(GT)n長度與個(gè)體罹患AS及冠心病的風(fēng)險(xiǎn)呈密切負(fù)相關(guān)[26-27]；另有調(diào)查顯示,與HO-1的表達(dá)水平有關(guān)聯(lián)的血漿膽紅素濃度與冠心病的風(fēng)險(xiǎn)也呈顯著負(fù)相關(guān),提高血漿膽紅素濃度具有抑制炎癥和防止冠心病的效果[28]，這些都證明HO-1在人體同樣具有重要的抗AS作用。甚至 HO-1基因中的(GT)n多態(tài)性直接決定著內(nèi)皮細(xì)胞HO-1的基礎(chǔ)表達(dá)水平，并因此決定著患者AS與冠心病的易感性[29]。近年研究顯示，HO-1的抗AS作用包括全身性系統(tǒng)性保護(hù)和血管局部保護(hù)兩方面。系統(tǒng)性保護(hù)體現(xiàn)在誘導(dǎo)HO-1高表達(dá)可抑制循環(huán)中的血紅素水平、降低LDL氧化修飾產(chǎn)物ox-LDL濃度以及減少諸如MCP-1等炎癥因子的表達(dá)[30]；血管局部保護(hù)則體現(xiàn)在基礎(chǔ)狀態(tài)的HO-1表達(dá)和誘導(dǎo)狀態(tài)下的HO-1高表達(dá)都在血管組織的各種細(xì)胞成分中發(fā)揮著相應(yīng)的抗AS作用，具體包括：HO-1在內(nèi)皮細(xì)胞中的表達(dá)不僅能減輕氧化應(yīng)激性細(xì)胞損傷，還能有效抑制血管內(nèi)皮表達(dá)血管細(xì)胞黏附分子-1 、MCP-1等黏附分子及炎癥因子，因而在抗AS發(fā)生、發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[31]；HO-1在單核/巨噬細(xì)胞中的誘導(dǎo)表達(dá)則可以改變其自身的活化與極化類型，即由促炎性的M1型轉(zhuǎn)化為抗炎性的M2型，從而降低IL-1、IL-6、細(xì)胞間黏附分子-1等促炎細(xì)胞因子表達(dá)，增加IL-10、精氨酸酶1、轉(zhuǎn)化生長因子-β等抗炎細(xì)胞因子表達(dá)，如此，則巨噬細(xì)胞原本的致AS作用將可能轉(zhuǎn)變?yōu)榭笰S作用[32]； HO-1在SMC中的表達(dá)既能遏制其增殖以抑制AS進(jìn)展，又能減少其凋亡以利于保持斑塊的纖維帽厚度，從而增加斑塊的穩(wěn)定性[33]。

5 調(diào)控HO-1表達(dá)所面臨的問題及臨床應(yīng)用展望

盡管上調(diào)HO-1表達(dá)被認(rèn)為是組織細(xì)胞應(yīng)對損傷性刺激的一種內(nèi)源性的適應(yīng)性保護(hù)方式，且多項(xiàng)研究均表明HO-1/膽紅素/CO共同組成的內(nèi)源性保護(hù)系統(tǒng)在拮抗AS中具有不可或缺的作用。但需要注意的是，HO-1表達(dá)的增多是否與抗AS的獲益呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系尚無定論，同時(shí)由于安全性、有效性和組織靶向性的制約，以基因轉(zhuǎn)染調(diào)控人體組織、器官內(nèi)HO-1表達(dá)水平的技術(shù)遠(yuǎn)未成熟，誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)以拮抗AS尚無法用于臨床；如前所述，絕大多數(shù)能誘導(dǎo)HO-1表達(dá)的損傷性刺激因素也都無法安全用于臨床。目前比較有前景的發(fā)現(xiàn)是姜黃素及他汀類藥物能夠有效誘導(dǎo)HO-1表達(dá)，但初步研究揭示顯著誘導(dǎo)HO-1表達(dá)所需的他汀類藥物劑量可能遠(yuǎn)超臨床常規(guī)用量[34]，而中國人對大劑量他汀類藥物耐受性普遍較差卻是一個(gè)不可忽視的限制因素。相比較而言，人能耐受的姜黃素安全劑量很高，故姜黃素可能是更有臨床應(yīng)用價(jià)值的HO-1誘導(dǎo)劑，盡管存在種種制約，但我們?nèi)韵嘈旁诳茖W(xué)技術(shù)日新月異的今天，一定能夠通過合理調(diào)控HO-1表達(dá)給AS相關(guān)性疾病的防治帶來新的曙光。

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