血红素加氧酶-1与食管疾病的关系

张健，朱成楚

（温州医学院附属台州医院 心胸外科，浙江 台州 317000)

血红素加氧酶（heme oxygenase，HO）是体内降解血红素重要的限速酶，其可将血红素分解为一氧化碳（carbon monoxide，CO）、Fe2+、胆绿素。CO为一类血管内皮舒张因子（endothelium derived relaxing factor，EDRF）及重要的信使分子；胆绿素通过胆绿素还原酶代谢为胆红素，可在体内发挥抗自由基等作用。HO除了是反应重要的限速酶外，其本身可通过抑制肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）及白介素-1β、巨噬细胞炎性蛋白-1β或通过上调白介素-10水平发挥强大的抗炎作用。近年来相关研究还表明HO与肿瘤增殖、血管发生、凋亡等生物学行为密切相关。现就HO-1在食管疾病中的作用作一综述。

1 血红素加氧酶家族

20世纪80年代中末期，Maines等[1]率先在动物和人体的肝脏、脾脏、肺、脑和睾丸等组织中分离纯化获得HO及HO的同工酶。迄今为止发现血红素HO-1、HO-2、HO-3三种，分别为不同的基因所编码。这三种异构体的表达，在不同的细胞类型、组织分布和调控机制上有很大不同[2]。其中HO-1为一种热休克蛋白（heat shock protein，HSP32），其是Mr为32000的单体，在肝脏、脾脏及脑中高表达。 HO-1的表达具有组织及种属依赖性，在正常人肾脏肾髓细胞[3]、肝脏枯否氏细胞[4]、小脑中的浦肯耶细胞[5]中高表达。HO-1可以被低氧、UV照射、氧化应激、重金属、细胞因子、内毒素、一氧化氮、肿瘤坏死因子、前列腺素、乙醇、创伤和热休克[6-7]诱导产生。

2 HO-1的生物学作用

2.1 HO-1的亚细胞定位 HO-1与HO-2的蛋白结构中都含有疏水的羟基端，其与膜相分隔。在细胞微粒体中检测到丰富的HO-1，表明HO-1与内质网相关联[8]。最近的研究还发现，HO-1除了在内质网上丰富表达外，尚在细胞核、质膜等部位表达。Kim等[9]在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）、血红素等诱导鼠肺内皮细胞HO-1的研究中发现，无处理组的HO-1主要在内质网中表达，而诱导组HO-1的亚细胞表达发生了改变，实验表明诱导引起细胞色素C的表达增加，从而引起HO-1的定位改变，并可能在线粒体中表达。Li等[10]在星型胶质细胞中的研究表明，HO-1在细胞核中有明显表达，并伴随着谷氨酸的积聚。

2.2 HO-1的细胞信号传导 越来越多的证据表明，诸多引起HO-1表达上调的蛋白都是通过磷酸化细胞信号传导通路并级联放大后调节HO-1转录因子引起的。近年来的研究表明，有丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）细胞信号传导通路在HO-1的活化上调中起到非常重要的作用。LU等[11]研究表明，应用激动剂激活ERK和P38信号通路可引起HO-1的表达增加，但其改变并不一定直接参与诱导HO-1的活化上调。此外，酪氨酸酶、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶A、G、C（protein kinase A、G、C，PKA、G、C）等也参与了HO-1的表达调控[12]。

2.3 HO-1的作用机制 HO-1及其催化血红素分解的产物具有抗氧化作用。氧化应激时氧自由基产生增多，而涉及HO-1的氧化步骤要消耗3分子O2。因此，HO-1消耗氧分子将在氧化应激中通过减少氧自由基的产生来间接地提供细胞保护作用。Petrache等[13]通过对鼠纤维母细胞的研究证实，过表达HO-1可有效抑制TNF-α引起的细胞凋亡，而这种效应在抑制HO-1表达后消失，说明HO-1具有有效的抗细胞凋亡作用。

HO-1除了上述作用外，近年来越来越多的研究表明，其与肿瘤的发生发展相关。与周围的正常组织相比，HO-1在黑素瘤[14]、Kaposi肉瘤[15]中表达上调。HO-1与肿瘤中血管生长有很大相关性，这主要表现在HO-1与内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）之间的作用。研究发现HO-1与促进血管生成有关，具有促进新血管生成作用， 并且对于肿瘤的生长和扩散起到非常重要的作用[16]。在膀胱癌的研究中[17]，HO-1的表达水平与VEGF、HIF-1α、HIF-2α、COX-2、IL-8、bFGF的表达呈正相关。在大鼠膀胱癌模型中，抑制HO-1的表达可有效减少VEGF、HIF-1α的表达，从而减少肿瘤的微血管密度、延缓肿瘤的生长。血红素可诱导前列腺癌细胞HO-1的表达，从而可抑制细胞的增殖及转移。通过PC3HO-1转染裸鼠制作前列腺癌模型，证实基质金属蛋白-9（MMP9）表达下降及抑制肿瘤生长[18]。HO-1的表达有利于保护肿瘤转移、增殖。但这一结果并非适用于所有实体肿瘤，在对乳腺癌研究中发现， HO-1表达上调抑制乳腺癌细胞增长。Lin等[19]对人乳腺癌的研究中表明，HO-1可以抑制肿瘤的侵袭性及转移性，此作用与其抑制MMP-9的表达相关。

在耐药性方面，HO-1的表达伴随多药耐药（MDR）蛋白及多药耐药相关蛋白（Mrp）表达的增高，从而降低化疗的敏感性[20]。Hidey等[21]研究表明，肺癌细胞系A549的抗顺铂耐药性与HO-1的表达呈正相关，并与包括PI3K/AKT及NF-B（nuclear factor-κb）信号系统在内的表皮生长因子受体介导的信号通路相关，在使用HO-1抑制剂锌原卟啉（ZnPPIX）的情况下，可增强结肠癌、肺癌和胰腺癌细胞对化疗的敏感性， 减慢肿瘤生长速度。

3 HO-1在食管疾病中的作用

3.1 HO-1与反流性食管炎的关系 非甾体类消炎药由于其对黏膜表面直接的损害、全身前列腺素合成的抑制等作用易引起消化性溃疡及食管炎的发生。Hyun等[22]通过猫食管上皮细胞的研究表明，异泽兰素（eupatilin）可有效诱导细胞内HO-1的表达，HO-1的表达上调可明显对抗非甾体类消炎药的细胞损伤作用，并呈时间及浓度依赖性，证明HO-1可有效保护细胞对抗非甾体类消炎药的损伤。

李军杰等[23]检测77例反流性食管炎患者及对照组的食管黏膜中HO-1蛋白的表达强度，发现HO-1主要在食管黏膜上皮细胞中表达，且反流性食管炎患者HO-1的表达明显强于对照组，并与诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达存在相关性。Cleber等[24]对鼠反流动物模型进行研究，将其分为贲门成形术诱导胃酸反流组、胃十二指肠吻合术致十二指肠反流组、无治疗组及对应的加亚硝酸盐处理组。饲养22周处死后，用免疫组化及免疫荧光法检测HO-1的表达情况。结果显示，仅十二指肠吻合术致十二指肠反流组HO-1表达较无处理组增高，其主要在肿瘤内及上皮下炎症细胞中表达，推测十二指肠反流是引起癌变的主要原因，且与HO-1有关。Fan等[25]通过应用ZnPPIX，对食管下段平滑肌（lower esophageal Sphincter，LES）肌束松弛情况的研究表明，ZnPPIX可明显减弱腺苷酸环化酶（human adenylyl cyclase，AC）及鸟苷酸环化酶（G-cyclase，GC）介导的G蛋白受体的活化，从而减弱LES的松弛，而在抑制HO-1传导通路及NOS的情况下，ZnPPIX的作用消失，表明HO-1可减弱LES的松弛，减少胃酸的反流。

3.2 HO-1与食管癌的关系 在食管癌组织中，HO-1的表达明显高于正常组织[26]。马会敏等[27]以食管癌EC9706细胞系作为研究模型， 检测三氧化二砷（As2O3）诱导其凋亡过程中HO-1基因的表达，发现凋亡过程中， HO-1基因表达升高，并呈时间依赖性变化，可能起到短暂的对抗氧化应激的作用。HU等[28]在中国食管癌H0-1的基因多态性中的研究表明，食管癌患者中，L型等位基因（L/L）及L等位基因携带者（S/L）的频率显著高于对照组，且H0-1基因启动子区一（GT）n的重复序列可能与男性饮酒者食管癌发生有关，减少饮酒量可以有效保护L型等位基因携带者。Kim等[29]从水生酸模草（Rumex Aquaticus Herba）中提取出QGC（Quercetin-3-O-β-D-glucuronopyranoside），在对食管上皮细胞的研究中表明，其可有效地增高HO-1的表达，并且可能与Nrf2、ERK、PI3KAKt及PKC信号通路有关。

3.3 其他 有研究发现Barrett食管中脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤产物水平显著增高， Barrett上皮细胞和癌细胞中HO-1和金属硫蛋白（MT）基因的表达异常活跃，食管鳞状上皮的基底层细胞亦有MT过量表达[30]。Chen等[31]通过大鼠食管腺癌与氧化损伤的关系的研究也得出了同样的结论。

在门脉高压致食管静脉曲张的研究中，也发现HO-1的表达有所增加。其可能是由于门脉高压症时血流剪应力通过影响细胞骨架的重排，使血管内皮细胞顺血流方向扩张，使动细胞内信号传导，刺激细胞合成，分泌多种生物活性因子HO-1[32]。而来自血浆的组织间液可将血流剪应力传递给平滑肌细胞，使后者HO-1 mRNA表达，HO-1合成增多，并且HO-1含量与剪应力作用时间、强度呈正比[33]。

4 展望

正常组织细胞HO-1可维持细胞稳态、减低氧化损伤、削弱炎性反应，而肿瘤中HO-1的表达却与肿瘤的扩散转移、抗凋亡作用有密切联系。应用HO-1抑制剂可以有效地抑制细胞生长， 而应用其诱导剂则使肿瘤细胞对于产生ROS的治疗方法产生抵抗效应[34]。由于HO-1在体内极易被快速诱导合成，HO-1可作为潜在的抗肿瘤治疗靶点，对于临床抗肿瘤治疗很有意义。此前，由于HO-1抑制剂ZnPPIX的毒性限制着其进一步应用，现随着植物提取的抑制剂及激动剂，如eupatilin、QGC等的发现，为HO-1的进一步临床应用提供了条件。因此，全面客观地认识HO-1分子对于启发临床肿瘤治疗有益。目前人们还没有完全明了HO-1的生物学规律，随着对HO-1研究的深入，一旦完全掌握了它的规律，HO系统可能为我们所用，为治疗与之相关的一系列疾病找到一条新的思路。

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