血红素氧合酶-1与急性肺损伤(一)
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血红素氧合酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)是一种血红素降解的催化酶，在NADPH 和细胞色素P-450还原酶及分子氧作用下，HO-1催化血红素降解为胆绿素、CO和铁，前者还原成胆红素后具有很强的抗氧化能力，后者是一种重要的信使分子。近年研究发现，HO-1及其酶解产物胆红素、CO、转铁蛋白共同发挥着抗炎、抗氧化、抑制细胞凋亡和改善组织微循环等作用，广泛参与心、脑、肺、肝、肾等组织细胞的抗氧化应激损伤，是机体最重要的内源性保护体系之一，尤其是其组织器官的保护作用已逐渐成为目前研究的一个热点，本文阐述HO-1与急性肺损伤(acute lung injury,ALI)的研究进展。
1、HO?1的生物学特性
HO?1为诱导型，HO-1基因内含有HSE元件，与HSP70和应激蛋白P32结构类似，所以有人将其归入HSP家族，亦称为HSP32。分子量为32kD，热休克处理在引起HSP70表达上调的同时也导致HO-1的表达上调。且热休克对大鼠心肌线粒体呼吸功能的保护作用与这两种应激蛋白均有关。生理状态下，在网状内皮细胞系统和骨髓表达，肝脏、脾脏中高浓度存在，可被多种物质或刺激因素诱导表达，如四氯化碳、扑热息痛、重金属、血红素及其衍生物、炎性刺激、应激、生物激素、低氧等应激状态均可使细胞内HO-1的活性上调[1]。而多数金属卟啉是HO-1的抑制剂，如锌原卟啉及锡原卟啉等，可抑制HO-1的表达和活性。
现已证实HO-1是一种应激蛋白，HO-1在正常情况下低表达或不表达，但在应激状态下HO-1适量表达可以减轻细胞损伤、蛋白质氧化及脂质过氧化，减轻血管紧张素Ⅱ引起的内皮细胞损伤，对血管损伤的修复有潜在保护作用。研究表明，CO诱导HO-1活性增强可减轻内皮细胞的氧化损伤和凋亡，降低培养的内皮细胞对H2O2造成的氧化性损伤的敏感性，血红素诱导的HO-1活性增加可减少过氧亚硝基引起的主动脉内皮细胞的凋亡[2]，HO-1的体内外诱导均能提供抗氧化应激的保护作用，Grosse等[3]在培养的人内皮细胞研究中发现，L丙氨酸( L-alanine)可使HO-1活性增加，并降低H2O2的细胞毒性作用。氧自由基形成的动物模型研究表明[4] 在大鼠冠脉缺血/再灌注模型中，将SD大鼠全身预热15min(肛温42℃) ，实验前室温恢复24h，再行冠状动脉阻塞45min后开放冠状动脉再灌注3h，以心肌梗死大小和血清肌酸激酶活性评估心肌损伤的程度，测定心肌组织中HO-lmRNA和蛋白质的表达。热预处理组减少再灌注时心肌梗死的面积和肌酸激酶释放，该作用被ZnPP-IX( HO抑制剂)和亚甲蓝安全阻断，热应激增加HO-l mRNA 和蛋白质表达，但该作用不被亚甲蓝阻断[5]。
2、HO-1基因的诱导产生、表达调节及信号传导
2.1 诱导HO-1表达的分子调节机制十分复杂。目前已经确定HO-1的编码基因定位于人染色体22q12，含5个外显子，长约14 kb，研究发现，人HO-1基因启动区所特有的(GT)n微卫星结构的长度直接影响HO-1基因的转录水平，(GT)n越长，即GT二核苷酸序列重复数越多，HO-1 基因转录和表达的水平就越低。体外实验表明HO-1基因启动子微卫星影响HO-1的转录，在同等程度的氧化应激作用下，GT重复25次者，HO-1基因转录增加；而GT重复≥29 次者，则转录水平增加不明显，因此GT 重复次数可间接反映人体内HO－1的表达水平，由此可见，HO-1的表达可以在转录水平和蛋白水平调控。
HO-1的诱导产生HO在人多数组织内呈低水平表达可被多种伤害性刺激诱导产生高水平的表达在神经和肝脏和脾脏表达最高[6]。这些诱导剂包括血红素，高氧、缺氧、热体克、内毒素、过氧化氢、细胞因子、紫外线、重金属和NO等，这些诱导剂的共同特征是可以产生氧化应激。目前有关NO对HO-1的诱导产生研究最多，多数的文献报道指出NO作为一种经典的信号分子能够调节HO-1基因的表达。但也有相反的报道显示HO-1的产生为NO非依赖性的[7 8]。这可能与其研究的模型和组织不同NO的转录不同有关，其具体的机制有待于一步研究。
2.2 HO-1基因表达的调节，目前的研究表明，HO-1基因表达的调控主要发生在转录水平HO-1基因含有4个内含子和5个外显子，在HO-1基因5，非转录区(UTR)即基因启动子区包含一些增强子和调节片段，包括激活蛋白-1结合位点、金属反应片段、抗氧化反应片段、热体克和血红素反应片段、肿瘤基因杂二聚体结合位点、GC box (Spl)结合位点，转录因子如氧化应激反应转录因子NF-κB和AP-1等与这些特殊位点结合可导致HO-1基因激活。转录因子AP-1是一个对氧化还原敏感的转录因子，可以激活许多基因包括HO-1的表达参与氧化应激的保护性反应AP-1在调节HO-1基因转录中的作用最近才被研究证实，NF-E2相关因子2( Nrf2)尤其重要在对Nrf2基因缺陷的巨噬细胞研究中发现，转录因子Nrf2可与相关基因抗氧化反应成分相互作用，从而调节相关基因表达，在氧化应激诱导的细胞反应中起重要作用[9]。小鼠HO基因的增强子区域有一个10bp的序列，对于除缺氧以外的各种因子诱导的HO基因表达十分必要，这一序列被称为应激反应成分(StRE)小鼠StRE区域包含有转录因子AP- 1家族或转录因子的结合区，StRE中AP-1结合区域基因突变将导致HO基因表达失活，不受重金属、过氧化氢及LP5等的刺激，显示了AP-1蛋白在HO-1基因表达调控中的作用。 此外还有HO基因DNA结合部位包括低氧介导因子-1(HIF-1)和介素6(IL-6)反应成分。HIF是氧敏感基因的转录激话因子可结合小鼠HO-1基因的缺氧反应成分。缺氧反应成分的突变将导致HIF-1结合的失败从而导致缺氧依赖性HO基因表达的失话，表明激动子HIF-1参与缺氧诱导的HO基因表达。IL-6是已知的激话HO基因转录的细胞因子中的一种。研究证实HO-1基因5，端的基因序列为IL-6的结合反应区域。
2.3 HO-1和信号转导MAP激活酶（有丝分裂原激活蛋白激酶）是细胞外刺激通过激活转录因子调节基因表达的信号传导系统的重要激酶。据报道，有三种MAP激酶亚家族：细胞外信调节激酶(ERK)， c-jun N末端激酶( JNK)和p38家族。ERK可被有丝分裂原激活参与细胞生长和增殖的调节，另外两种激酶与细胞内应激信号有关，因此又被称为应激激活的蛋白激酶。这几种激酶的作用底物及其激动因子有很大的重叠。由于MAP激酶和HO-1均可被应激性刺激激活，并且磷酸化参与了HO-1基因的诱导产生。因此很容易理解MAP激酶信号转导途径参与了HO-1基因的表达。Lu等通过应用ERK和p38通路的化学性阻断剂实验研究，报道ERK和p38通路组分的持续激活可导致HO-1基因表达增加。Furst R等[10]研究发现在培养的人脐静脉内皮细胞，水杨酸盐可以通过激活JNK/AP-1通路上调HO-1基因的表达。另有证据表明MAP激酶途径也参与了HO反应产物的激活。CO作为HO-1分解血红素的一种产物，具有细胞保护、抗凋亡作用，是通过MAP途径尤其是p38途径所介导的[11]。