前列腺素合酶在肝臟疾病中的作用

蔡 杰，盧佶翃，高 航，萬(wàn)志康，孫 瑩

1 徐州醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，江蘇 徐州 221000； 2 江蘇省新藥研究和臨床藥學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221000

肝臟疾病目前已成為世界第五大致死疾病，且發(fā)病率逐年上升[1]。常見的肝臟疾病主要包括：肝炎、肝硬化、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病、藥物性肝損傷(DILI)、肝癌等。

肝臟是前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)最主要的代謝器官[2]。近年有研究[3-5]表明，PGE2在肝損傷、肝臟切除后再生等多種原因誘導(dǎo)的肝臟損傷中具有調(diào)控肝臟細(xì)胞修復(fù)的功能。人們對(duì)于PGE2的研究非常廣泛，涉及炎癥、腫瘤、心血管、免疫等多個(gè)領(lǐng)域[6-7],并已成功開發(fā)出多種藥物。然而傳統(tǒng)藥物多是靶向花生四烯酸代謝途徑上游的環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)，雖然在一定程度上可以改善患者癥狀[8-9]，但同時(shí)也影響了其他前列腺素的生成，易產(chǎn)生胃腸道及心血管副作用，限制了其更廣泛的應(yīng)用[10]。因此，越來(lái)越多的科學(xué)家開始關(guān)注前列腺素合酶(prostaglandin E synthases，PGES)。PGES是PGE2合成途徑中重要的末端限速酶，可以將COX合成的前列腺素H2(PGH2)最終轉(zhuǎn)化為PGE2[11-12]。靶向PGES可以減少藥物對(duì)其他前列腺素生成的影響，從而減少副作用的產(chǎn)生，很可能成為一種更加安全的治療策略。本文主要總結(jié)近年來(lái)PGES在肝臟疾病方面的研究進(jìn)展，并簡(jiǎn)要討論P(yáng)GES作為肝臟疾病治療靶點(diǎn)的潛力，以期為深入研究PGES在肝臟疾病中的作用提供參考。

1 PGES的分類

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少存在3種PGES直接參與PGE2的合成，分別為位于微粒體中的微粒體前列腺素E合酶(microsomal prostaglandin E synthase，mPGES)-1，mPGES-2和位于胞質(zhì)溶膠中的胞質(zhì)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，其與炎癥反應(yīng)有十分密切的關(guān)系。在促炎因子刺激下表達(dá)增多，催化PGH2轉(zhuǎn)化為PGE2，具有嚴(yán)格的底物特異性[14]。已有研究[15]表明mPGES-1參與發(fā)熱、疼痛、免疫、腫瘤、生殖等多種生理病理過(guò)程，并且在不同的肝臟疾病中均有作用。

mPGES-2是一種特殊的雙向功能酶，其功能受谷胱甘肽(glutathione，GSH)和血紅素(heme)影響，不被促炎因子刺激[16]。其在體內(nèi)一般情況下與GSH和heme結(jié)合形成復(fù)合物，將PGH2代謝生成丙二醛，只有在與heme分離的狀態(tài)下才有合成PGE2的活性。肝臟中含有豐富的heme，這與已有研究中發(fā)現(xiàn)其通過(guò)非PGE2途徑影響肝臟疾病相一致。

對(duì)于cPGES的研究還較少，它主要通過(guò)COX-1維持體內(nèi)PGE2穩(wěn)態(tài)[11-12]，并且可能與PGE2的滅活途徑相關(guān)[17]。

2 mPGES-1與肝臟疾病

mPGES-1是目前研究最多的PGES，在缺血再灌注誘導(dǎo)的急性肝損傷、NAFLD、病毒性肝炎及肝癌等疾病發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中均有作用。

2.1 mPGES-1與肝損傷 外力撞擊、嚴(yán)重低血壓、藥物副作用以及肝移植等情況均會(huì)誘發(fā)不同程度的肝損傷[14]，如果處理不及時(shí)極易誘發(fā)感染、休克、大出血等危及生命的癥狀。探究清楚mPGES-1在不同肝損傷中扮演的角色，并以其為靶點(diǎn)應(yīng)用到肝損傷治療中，將具有十分重要的意義。

Nishizawa等[18]在缺血再灌注誘導(dǎo)的急性肝損傷小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，mPGES-1催化合成PGE2通過(guò)PGE2/EP4信號(hào)通路影響巨噬細(xì)胞的分化，來(lái)調(diào)控肝臟組織修復(fù)。當(dāng)肝臟受到損傷后肝臟Kupffer細(xì)胞(KCs)被激活，活化的KCs分泌炎癥趨化因子配體2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，進(jìn)而誘導(dǎo)肝臟壞死區(qū)域Ly6Chigh單核細(xì)胞表達(dá)炎癥趨化因子受體2(C-C chemokine receptor 2，CCR2),最終分化成Ly6Chigh誘導(dǎo)的促炎性巨噬細(xì)胞。mPGES-1在這一過(guò)程中的作用是促使肝臟內(nèi)表達(dá)CCR2的Ly6Chigh巨噬細(xì)胞積聚。因此，抑制mPGES-1將減少Ly6Chigh巨噬細(xì)胞生成，減輕肝臟的炎癥反應(yīng)從而起到保護(hù)作用。

然而，Yao等[19]發(fā)現(xiàn)在Fas誘導(dǎo)的肝臟疾病小鼠模型中mPGES-1過(guò)表達(dá)卻能提高肝臟細(xì)胞的存活率。Fas是有關(guān)細(xì)胞凋亡的膜表面分子，屬于腫瘤壞死因子受體超家族，F(xiàn)as誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡與各種肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制相關(guān)[20-21]。肝臟內(nèi)mPGES-1表達(dá)誘導(dǎo)PGE2的合成，通過(guò)EP4受體提高肝臟內(nèi)p-Akt及抗凋亡因子水平，抵抗由Fas造成的細(xì)胞凋亡和肝損傷。這一過(guò)程不同于缺血再灌注誘導(dǎo)的急性肝損傷，可能是因?yàn)镕as誘導(dǎo)肝損傷主要是通過(guò)促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)的，mPGES-1提高細(xì)胞抗凋亡能力的作用在改善肝損傷過(guò)程中起到了主要作用。

2.2 mPGES-1與NAFLD NAFLD是由肝細(xì)胞中脂質(zhì)病理性堆積導(dǎo)致的[22]，現(xiàn)階段已成為我國(guó)第一大慢性肝病。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD進(jìn)程中的一種病理類型，伴有炎癥、細(xì)胞死亡和纖維化，是NAFLD發(fā)展到肝硬化和肝癌的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尚無(wú)特異性藥物[23]。

PGE2在NASH中的作用一直存在爭(zhēng)議[24]。一方面，PGE2通過(guò)抑制極低密度脂蛋白合酶和β氧化來(lái)增加肝細(xì)胞脂質(zhì)的積累；另一方面PGE2又能夠抑制肝臟脂肪酸的從頭合成來(lái)抵抗肝細(xì)胞脂肪變性，同時(shí)抑制巨噬細(xì)胞促炎性TNFα的分泌。不僅如此，在體外實(shí)驗(yàn)[25]中觀察到PGE2能夠明顯抑制肝臟自然殺傷(NK)細(xì)胞的活性，而NK細(xì)胞被認(rèn)為是促進(jìn)NASH發(fā)生發(fā)展的重要因素。綜合以上因素，PGE2在NASH發(fā)生發(fā)展中很可能起到保護(hù)性的作用。Henkel等[26]用飲食誘導(dǎo)NASH小鼠模型觀察到，野生型(wild type, WT)NASH小鼠肝臟中出現(xiàn)同人類患者一樣的mPGES-1及COX-2表達(dá)升高的現(xiàn)象，而mPGES-1 敲除小鼠NASH癥狀較野生型小鼠更加嚴(yán)重。原來(lái)mPGES-1缺失使得NASH小鼠PGE2無(wú)法升高，從而破壞了PGE2限制巨噬細(xì)胞分泌TNFα的負(fù)反饋?zhàn)饔?，過(guò)多的TNFα作用于肝細(xì)胞，誘導(dǎo)大量IL-1β生成，促進(jìn)肝臟細(xì)胞炎癥反應(yīng)及組織增生，使肝細(xì)胞凋亡增加。

2.3 mPGES-1與肝癌 肝細(xì)胞癌是肝臟最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，每年新診斷病例超過(guò)50萬(wàn)例，是全球第四大癌癥死亡原因[27]。肝細(xì)胞癌預(yù)后差主要與確診較晚及缺乏副作用易耐受的藥物有關(guān)。就已有的研究[28-30]結(jié)果看，mPGES-1不僅有希望成為治療肝癌的藥物作用靶點(diǎn)，其與HBV x蛋白(HBx)在肝癌細(xì)胞中共同表達(dá)的關(guān)系還有希望使其成為肝癌早期診斷的一個(gè)指標(biāo)，很可能同時(shí)解決藥物缺乏及早期診斷困難的兩個(gè)問(wèn)題。

2014年Ruan等[31]明確mPGES-1及COX生成的PGE2可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。這與在人類患者和動(dòng)物肝癌模型中觀察到mPGES-1表達(dá)增多；以及在肝癌細(xì)胞上過(guò)表達(dá)COX-2會(huì)使其增殖和侵襲能力增強(qiáng)的現(xiàn)象是一致的[28-29]。這些結(jié)果表明mPGES-1與肝癌的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。Lu等[28]報(bào)道，mPGES-1在肝癌細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)可以通過(guò)抑制糖原合成酶激酶3，誘導(dǎo)早期生長(zhǎng)因子1(early growth response factor-1，EGR1)活化β-連環(huán)蛋白，來(lái)提高腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲、遷移和集落形成能力，如果敲除mPGES-1可以降低這些參數(shù)。

臨床數(shù)據(jù)表明，有很多肝癌患者是由慢性病毒性肝炎發(fā)展而來(lái)。Liu等[30]研究發(fā)現(xiàn)肝癌患者肝臟內(nèi)mPGES-1表達(dá)的增高與HBx呈正相關(guān)。進(jìn)一步研究mPGES-1和HBx的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)HBx促進(jìn)EGR1的表達(dá)，而EGR1是mPGES-1重要的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，它可以直接結(jié)合mPGES-1啟動(dòng)子區(qū)域中共有的結(jié)合位點(diǎn)，使mPGES-1表達(dá)增多。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)了一種PGE2抑制劑(15 d-PGJ2)可以阻礙HBx與過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR)γ結(jié)合從而下調(diào)mPGES-1的表達(dá)。有趣的是，Ma等[32]發(fā)現(xiàn)咖啡因也可以通過(guò)特異性阻斷PPARγ-EGR1-mPGES-1途徑有效降低HBx陽(yáng)性肝細(xì)胞中PGE2的合成，減緩HBV感染造成的肝臟炎癥及肝臟細(xì)胞癌變。

3 mPGES-2和肝臟疾病

DILI是一種由藥物或其代謝產(chǎn)物引起的肝臟毒性損傷。在大多數(shù)西方國(guó)家，DILI占所有急性肝衰竭病例的50%以上，近年來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)病率也逐年上升[33-34]。目前還沒有明確的治療方法可用于治療特發(fā)性DILI?，F(xiàn)有關(guān)于mPGES-2在肝臟疾病中的研究顯示其對(duì)不同藥物誘發(fā)的DILI有一定調(diào)控作用。

鏈脲霉素(streptozocin，STZ)是一種廣泛使用的1型糖尿病造模藥物，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)其作為治療胰島細(xì)胞轉(zhuǎn)移癌的藥物，主要通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中[35-36]。筆者課題組的研究[37]發(fā)現(xiàn)，給予小鼠STZ處理，觀察到mPGES-2敲除小鼠的肝臟較WT小鼠表現(xiàn)出明顯的肝細(xì)胞凋亡壞死。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)mPGES-2敲除，使得小鼠胰島素水平升高，促進(jìn)肝臟內(nèi)SREBP-1C表達(dá)，誘導(dǎo)肝臟內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2水平升高，更多原本在細(xì)胞外的STZ可以進(jìn)入細(xì)胞并在肝臟內(nèi)積聚，從而造成了比WT小鼠更加嚴(yán)重的肝損傷。

對(duì)乙酰氨基酚(paracetamol，APAP)是一種常用的解熱鎮(zhèn)痛藥。早在1977年人們就已經(jīng)意識(shí)到APAP對(duì)肝臟有毒性，是急性肝損傷的常見誘因。在肝臟中APAP被細(xì)胞色素P450代謝為毒性產(chǎn)物N-乙酰對(duì)苯醌亞胺(N-acetylbenzoquinoneimine，NAPQI)，其解毒依賴GSH。而在肝臟內(nèi)mPGES-2與heme結(jié)合，將PGH2催化降解為丙二醛，而丙二醛會(huì)進(jìn)一步消耗GSH，因此當(dāng)APAP引起肝損傷時(shí)，能夠用來(lái)降解NAPQI的GSH不足，NAPQI與線粒體蛋白結(jié)合，引起細(xì)胞損傷和肝功能障礙，造成了WT小鼠較mPGES-2 敲除小鼠出現(xiàn)更加嚴(yán)重的肝損傷[38]。

4 cPGES和肝臟疾病

目前人們對(duì)cPGES的研究還比較少，有結(jié)果提示其可能與糖皮質(zhì)激素受體有重要聯(lián)系，并且cPGES缺失會(huì)使小鼠發(fā)育不全在圍產(chǎn)期即死亡[39]，胚胎現(xiàn)象與糖皮質(zhì)激素受體缺陷的嬰兒有一些相似[40]。但是在肝臟疾病方面的研究還處在空白階段。

5 總結(jié)和展望

PGES在肝臟疾病中的研究近年來(lái)有了不少的進(jìn)展。在肝損傷方面，mPGES-1減輕Fas誘導(dǎo)的肝損傷，而加重缺血再灌注造成的肝損傷；對(duì)于NASH mPGES-1顯示出較好的保護(hù)作用；同時(shí)，多個(gè)團(tuán)隊(duì)證實(shí)抑制mPGES-1表達(dá)有助于減緩肝癌的發(fā)生發(fā)展。mPGES-2在肝臟疾病中的作用主要集中在DILI方面，它可以改善STZ造成的肝損傷卻加重了APAP誘發(fā)的肝損傷。

綜上所述，目前的研究表明PGES在肝臟疾病多種方面都發(fā)揮著重要的作用，靶向PGES設(shè)計(jì)一系列藥物，為研發(fā)治療肝臟疾病的新藥物提供了很好的思路。但由于PGES作用范圍廣泛，涉及到多種復(fù)雜的生理機(jī)制，要想真正使其為肝臟疾病患者帶來(lái)福音，仍然需要更加深入的機(jī)制研究。

作者貢獻(xiàn)聲明：蔡杰負(fù)責(zé)資料收集分析，撰寫論文；盧佶翃、高航、萬(wàn)志康參與收集資料，修改論文;孫瑩負(fù)責(zé)主題設(shè)計(jì)，擬定寫作思路，指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。