張健，朱成楚

（溫州醫(yī)學(xué)院附屬臺(tái)州醫(yī)院 心胸外科，浙江 臺(tái)州 317000)

血紅素加氧酶（heme oxygenase，HO）是體內(nèi)降解血紅素重要的限速酶，其可將血紅素分解為一氧化碳（carbon monoxide，CO）、Fe2+、膽綠素。CO為一類(lèi)血管內(nèi)皮舒張因子（endothelium derived relaxing factor，EDRF）及重要的信使分子；膽綠素通過(guò)膽綠素還原酶代謝為膽紅素，可在體內(nèi)發(fā)揮抗自由基等作用。HO除了是反應(yīng)重要的限速酶外，其本身可通過(guò)抑制腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）及白介素-1β、巨噬細(xì)胞炎性蛋白-1β或通過(guò)上調(diào)白介素-10水平發(fā)揮強(qiáng)大的抗炎作用。近年來(lái)相關(guān)研究還表明HO與腫瘤增殖、血管發(fā)生、凋亡等生物學(xué)行為密切相關(guān)?，F(xiàn)就HO-1在食管疾病中的作用作一綜述。

1 血紅素加氧酶家族

20世紀(jì)80年代中末期，Maines等[1]率先在動(dòng)物和人體的肝臟、脾臟、肺、腦和睪丸等組織中分離純化獲得HO及HO的同工酶。迄今為止發(fā)現(xiàn)血紅素HO-1、HO-2、HO-3三種，分別為不同的基因所編碼。這三種異構(gòu)體的表達(dá)，在不同的細(xì)胞類(lèi)型、組織分布和調(diào)控機(jī)制上有很大不同[2]。其中HO-1為一種熱休克蛋白（heat shock protein，HSP32），其是Mr為32000的單體，在肝臟、脾臟及腦中高表達(dá)。 HO-1的表達(dá)具有組織及種屬依賴(lài)性，在正常人腎臟腎髓細(xì)胞[3]、肝臟枯否氏細(xì)胞[4]、小腦中的浦肯耶細(xì)胞[5]中高表達(dá)。HO-1可以被低氧、UV照射、氧化應(yīng)激、重金屬、細(xì)胞因子、內(nèi)毒素、一氧化氮、腫瘤壞死因子、前列腺素、乙醇、創(chuàng)傷和熱休克[6-7]誘導(dǎo)產(chǎn)生。

2 HO-1的生物學(xué)作用

2.1 HO-1的亞細(xì)胞定位 HO-1與HO-2的蛋白結(jié)構(gòu)中都含有疏水的羥基端，其與膜相分隔。在細(xì)胞微粒體中檢測(cè)到豐富的HO-1，表明HO-1與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)[8]。最近的研究還發(fā)現(xiàn)，HO-1除了在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上豐富表達(dá)外，尚在細(xì)胞核、質(zhì)膜等部位表達(dá)。Kim等[9]在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）、血紅素等誘導(dǎo)鼠肺內(nèi)皮細(xì)胞HO-1的研究中發(fā)現(xiàn)，無(wú)處理組的HO-1主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中表達(dá)，而誘導(dǎo)組HO-1的亞細(xì)胞表達(dá)發(fā)生了改變，實(shí)驗(yàn)表明誘導(dǎo)引起細(xì)胞色素C的表達(dá)增加，從而引起HO-1的定位改變，并可能在線粒體中表達(dá)。Li等[10]在星型膠質(zhì)細(xì)胞中的研究表明，HO-1在細(xì)胞核中有明顯表達(dá)，并伴隨著谷氨酸的積聚。

2.2 HO-1的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo) 越來(lái)越多的證據(jù)表明，諸多引起HO-1表達(dá)上調(diào)的蛋白都是通過(guò)磷酸化細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路并級(jí)聯(lián)放大后調(diào)節(jié)HO-1轉(zhuǎn)錄因子引起的。近年來(lái)的研究表明，有絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路在HO-1的活化上調(diào)中起到非常重要的作用。LU等[11]研究表明，應(yīng)用激動(dòng)劑激活ERK和P38信號(hào)通路可引起HO-1的表達(dá)增加，但其改變并不一定直接參與誘導(dǎo)HO-1的活化上調(diào)。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）等也參與了HO-1的表達(dá)調(diào)控[12]。

2.3 HO-1的作用機(jī)制 HO-1及其催化血紅素分解的產(chǎn)物具有抗氧化作用。氧化應(yīng)激時(shí)氧自由基產(chǎn)生增多，而涉及HO-1的氧化步驟要消耗3分子O2。因此，HO-1消耗氧分子將在氧化應(yīng)激中通過(guò)減少氧自由基的產(chǎn)生來(lái)間接地提供細(xì)胞保護(hù)作用。Petrache等[13]通過(guò)對(duì)鼠纖維母細(xì)胞的研究證實(shí)，過(guò)表達(dá)HO-1可有效抑制TNF-α引起的細(xì)胞凋亡，而這種效應(yīng)在抑制HO-1表達(dá)后消失，說(shuō)明HO-1具有有效的抗細(xì)胞凋亡作用。

HO-1除了上述作用外，近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明，其與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。與周?chē)恼＝M織相比，HO-1在黑素瘤[14]、Kaposi肉瘤[15]中表達(dá)上調(diào)。HO-1與腫瘤中血管生長(zhǎng)有很大相關(guān)性，這主要表現(xiàn)在HO-1與內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）之間的作用。研究發(fā)現(xiàn)HO-1與促進(jìn)血管生成有關(guān)，具有促進(jìn)新血管生成作用， 并且對(duì)于腫瘤的生長(zhǎng)和擴(kuò)散起到非常重要的作用[16]。在膀胱癌的研究中[17]，HO-1的表達(dá)水平與VEGF、HIF-1α、HIF-2α、COX-2、IL-8、bFGF的表達(dá)呈正相關(guān)。在大鼠膀胱癌模型中，抑制HO-1的表達(dá)可有效減少VEGF、HIF-1α的表達(dá)，從而減少腫瘤的微血管密度、延緩腫瘤的生長(zhǎng)。血紅素可誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞HO-1的表達(dá)，從而可抑制細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移。通過(guò)PC3HO-1轉(zhuǎn)染裸鼠制作前列腺癌模型，證實(shí)基質(zhì)金屬蛋白-9（MMP9）表達(dá)下降及抑制腫瘤生長(zhǎng)[18]。HO-1的表達(dá)有利于保護(hù)腫瘤轉(zhuǎn)移、增殖。但這一結(jié)果并非適用于所有實(shí)體腫瘤，在對(duì)乳腺癌研究中發(fā)現(xiàn)， HO-1表達(dá)上調(diào)抑制乳腺癌細(xì)胞增長(zhǎng)。Lin等[19]對(duì)人乳腺癌的研究中表明，HO-1可以抑制腫瘤的侵襲性及轉(zhuǎn)移性，此作用與其抑制MMP-9的表達(dá)相關(guān)。

在耐藥性方面，HO-1的表達(dá)伴隨多藥耐藥（MDR）蛋白及多藥耐藥相關(guān)蛋白（Mrp）表達(dá)的增高，從而降低化療的敏感性[20]。Hidey等[21]研究表明，肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549的抗順鉑耐藥性與HO-1的表達(dá)呈正相關(guān)，并與包括PI3K/AKT及NF-B（nuclear factor-κb）信號(hào)系統(tǒng)在內(nèi)的表皮生長(zhǎng)因子受體介導(dǎo)的信號(hào)通路相關(guān)，在使用HO-1抑制劑鋅原卟啉（ZnPPIX）的情況下，可增強(qiáng)結(jié)腸癌、肺癌和胰腺癌細(xì)胞對(duì)化療的敏感性， 減慢腫瘤生長(zhǎng)速度。

3 HO-1在食管疾病中的作用

3.1 HO-1與反流性食管炎的關(guān)系 非甾體類(lèi)消炎藥由于其對(duì)黏膜表面直接的損害、全身前列腺素合成的抑制等作用易引起消化性潰瘍及食管炎的發(fā)生。Hyun等[22]通過(guò)貓食管上皮細(xì)胞的研究表明，異澤蘭素（eupatilin）可有效誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)HO-1的表達(dá)，HO-1的表達(dá)上調(diào)可明顯對(duì)抗非甾體類(lèi)消炎藥的細(xì)胞損傷作用，并呈時(shí)間及濃度依賴(lài)性，證明HO-1可有效保護(hù)細(xì)胞對(duì)抗非甾體類(lèi)消炎藥的損傷。

李軍杰等[23]檢測(cè)77例反流性食管炎患者及對(duì)照組的食管黏膜中HO-1蛋白的表達(dá)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)HO-1主要在食管黏膜上皮細(xì)胞中表達(dá)，且反流性食管炎患者HO-1的表達(dá)明顯強(qiáng)于對(duì)照組，并與誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的表達(dá)存在相關(guān)性。Cleber等[24]對(duì)鼠反流動(dòng)物模型進(jìn)行研究，將其分為賁門(mén)成形術(shù)誘導(dǎo)胃酸反流組、胃十二指腸吻合術(shù)致十二指腸反流組、無(wú)治療組及對(duì)應(yīng)的加亞硝酸鹽處理組。飼養(yǎng)22周處死后，用免疫組化及免疫熒光法檢測(cè)HO-1的表達(dá)情況。結(jié)果顯示，僅十二指腸吻合術(shù)致十二指腸反流組HO-1表達(dá)較無(wú)處理組增高，其主要在腫瘤內(nèi)及上皮下炎癥細(xì)胞中表達(dá)，推測(cè)十二指腸反流是引起癌變的主要原因，且與HO-1有關(guān)。Fan等[25]通過(guò)應(yīng)用ZnPPIX，對(duì)食管下段平滑?。╨ower esophageal Sphincter，LES）肌束松弛情況的研究表明，ZnPPIX可明顯減弱腺苷酸環(huán)化酶（human adenylyl cyclase，AC）及鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（G-cyclase，GC）介導(dǎo)的G蛋白受體的活化，從而減弱LES的松弛，而在抑制HO-1傳導(dǎo)通路及NOS的情況下，ZnPPIX的作用消失，表明HO-1可減弱LES的松弛，減少胃酸的反流。

3.2 HO-1與食管癌的關(guān)系 在食管癌組織中，HO-1的表達(dá)明顯高于正常組織[26]。馬會(huì)敏等[27]以食管癌EC9706細(xì)胞系作為研究模型， 檢測(cè)三氧化二砷（As2O3）誘導(dǎo)其凋亡過(guò)程中HO-1基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)凋亡過(guò)程中， HO-1基因表達(dá)升高，并呈時(shí)間依賴(lài)性變化，可能起到短暫的對(duì)抗氧化應(yīng)激的作用。HU等[28]在中國(guó)食管癌H0-1的基因多態(tài)性中的研究表明，食管癌患者中，L型等位基因（L/L）及L等位基因攜帶者（S/L）的頻率顯著高于對(duì)照組，且H0-1基因啟動(dòng)子區(qū)一（GT）n的重復(fù)序列可能與男性飲酒者食管癌發(fā)生有關(guān)，減少飲酒量可以有效保護(hù)L型等位基因攜帶者。Kim等[29]從水生酸模草（Rumex Aquaticus Herba）中提取出QGC（Quercetin-3-O-β-D-glucuronopyranoside），在對(duì)食管上皮細(xì)胞的研究中表明，其可有效地增高HO-1的表達(dá)，并且可能與Nrf2、ERK、PI3KAKt及PKC信號(hào)通路有關(guān)。

3.3 其他 有研究發(fā)現(xiàn)Barrett食管中脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷產(chǎn)物水平顯著增高， Barrett上皮細(xì)胞和癌細(xì)胞中HO-1和金屬硫蛋白（MT）基因的表達(dá)異常活躍，食管鱗狀上皮的基底層細(xì)胞亦有MT過(guò)量表達(dá)[30]。Chen等[31]通過(guò)大鼠食管腺癌與氧化損傷的關(guān)系的研究也得出了同樣的結(jié)論。

在門(mén)脈高壓致食管靜脈曲張的研究中，也發(fā)現(xiàn)HO-1的表達(dá)有所增加。其可能是由于門(mén)脈高壓癥時(shí)血流剪應(yīng)力通過(guò)影響細(xì)胞骨架的重排，使血管內(nèi)皮細(xì)胞順血流方向擴(kuò)張，使動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，刺激細(xì)胞合成，分泌多種生物活性因子HO-1[32]。而來(lái)自血漿的組織間液可將血流剪應(yīng)力傳遞給平滑肌細(xì)胞，使后者HO-1 mRNA表達(dá)，HO-1合成增多，并且HO-1含量與剪應(yīng)力作用時(shí)間、強(qiáng)度呈正比[33]。

4 展望

正常組織細(xì)胞HO-1可維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、減低氧化損傷、削弱炎性反應(yīng)，而腫瘤中HO-1的表達(dá)卻與腫瘤的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移、抗凋亡作用有密切聯(lián)系。應(yīng)用HO-1抑制劑可以有效地抑制細(xì)胞生長(zhǎng)， 而應(yīng)用其誘導(dǎo)劑則使腫瘤細(xì)胞對(duì)于產(chǎn)生ROS的治療方法產(chǎn)生抵抗效應(yīng)[34]。由于HO-1在體內(nèi)極易被快速誘導(dǎo)合成，HO-1可作為潛在的抗腫瘤治療靶點(diǎn)，對(duì)于臨床抗腫瘤治療很有意義。此前，由于HO-1抑制劑ZnPPIX的毒性限制著其進(jìn)一步應(yīng)用，現(xiàn)隨著植物提取的抑制劑及激動(dòng)劑，如eupatilin、QGC等的發(fā)現(xiàn)，為HO-1的進(jìn)一步臨床應(yīng)用提供了條件。因此，全面客觀地認(rèn)識(shí)HO-1分子對(duì)于啟發(fā)臨床腫瘤治療有益。目前人們還沒(méi)有完全明了HO-1的生物學(xué)規(guī)律，隨著對(duì)HO-1研究的深入，一旦完全掌握了它的規(guī)律，HO系統(tǒng)可能為我們所用，為治療與之相關(guān)的一系列疾病找到一條新的思路。

[1] Muller RM,Taguchi H,Shibahara S.Nucleotide sequence and organization of the rat heme oxygenase gene [J]. Biol Chem,1987,262(14):6795-6802.

[2] Maines MD,Panahian N. The heme oxygenase system and cellular defense mechanisms. Do HO-1 and HO-2 have different functions[J]. Adv Exp Med Biol,2001,502:249-272.

[3] Gonzalez-Michaca L,Farrugia G,Croatt AJ,et al.Heme:A determinant of life and death in renal tubular epithelial cells[J]. Am J Physiol Renal Physiol,2004,286(2):370-377.

[4] Bauer I,Rensing H,Florax A,et al. Expression pattern and regulation ofheme oxygenase-1/heat shock protein 32 in human liver cells[J].Shock,2003,20(2):116-122.

[5] Nishie A,Ono M,Shono T,et al. Macrophage infiltration and hemeoxygenase-1 expression correlatewith angiogenesis in human gliomas [J]. Clin Cancer Res,1999,5(5):1107-1113.

[6] Choi AM,Alam J. Heme oxygenase-1:function,regulation, and imp lication of a novel stress - inducible protein in oxidantinduced lung injury [J]. Am J Respir Cell Mol Biol,1996,15(1):9-19.

[7] Brouard S,Otterbein LE,Anrather J,et al. Carbonmonoxide generated by hemeoxygenase 1 supp resses endothelial cell apop tosis[J]. J Exp Med,2000,192(7):1015-1026.

[8] Ishikawa K,Sato M,Yoshida T. Expression of rat hemeoxygenase in Esherichia coli as a catalytically active,full length form that binds to bacterial membranes [J]. Eur Biochem,1991,202(1):161-165.

[9] Kim HP,Wang X,Galbiati F,et al. Caveolae compartmentalization of heme oxygenase-1 in endothelial cells [J]. FASEB,2004,18(10):1080-1089.

[10] Li Volti G,Ientile R,Abraham NG,et al. Immunocytochemical localization and expression of heme oxygenase-1 in primary astroglial cell cultures during differentiation: effect of glutamate [J]. Biochem Biophys Res Commun,2004,315(2):517-524.

[11] Lu TH,Lambrecht RW,Pepe J,et al. Molecular cloning,characterization,and expression of the chicken heme oxygenase-1 gene in transfected primary cultures of chick embryo liver cells[J]. Gene,1998,207(2):177-186.

[12] Immenschuh S,Ramadori G. Gene regulation of heme oxygenase-1 as a therapeutic target [J].Biochem Pharmacol,2000,60(8):1121-1128.

[13] Petrache I,Otterbein LE,Alam J,et al. Heme oxygenase-1 inhibits TNF-αinduced apoptosis in cultured fibroblasts[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2000,278(2):L312-L319.

[14] Was H,Cichon T,Smolarczyk R,et al. Overexpression of heme oxygenase-1 in murine melanoma: increased p roliferation and viability of tumor cells,decreased survival of mice[J]. Am J Pathol,2006,169(6):2181-2198.

[15] McAllister SC,Hansen SG,Ruhl RA,et al. Kaposi sarcomaassociated herpesvirus(KSHV) induces heme oxygenase-1 expression and activity in KSHV2infected endothelial cells[J].Blood,2004,103(9):3465-3473.

[16] Bussolati B,Mason JC. Dual role of VEGF induced heme oxygenase-1 in angiogenesis[J]. Antioxid Redox Signal,2006,8(7-8):1153-1163.

[17] Jazwa A,Loboda A,Golda S,et al. Effect of heme and heme oxygenase-1 on vascular endothelial growth factor synthesis and angiogenic potency of human keratinocytes [J]. Free Radic Biol Med,2006,40(7):1250-1263.

[18] Lin CW,Shen SC,Hou WC,et al.Heme oxygenase-1 inhibits breast cancer invasion via suppressing the expression of matrix metalloproteinase-9[J]. Mol Cancer Ther,2008,7(5):1195-206.

[19] Nishiya T,Kataoka H,Mori K,et al. Tienilic acid enhances hyperbilirubinemia in Eisai hyperbilirubinuria rats through hepatic multi-drug resistance-associated protein 3 and heme oxygenase-1 induction[J]. Toxicol Sci,2006,91(2):651-659.

[20] Kuroda H,Takeno M,Murakami S,et al. Inhibition of heme oxygenase-1 with an epidermal growth factor receptor inhibitor and cisplatin decreases proliferation of lung cancer A549 cells[J].Lung Cancer,2010,67(1):31-36.

[21] Hirai K,Sasahira T,Ohmori H,et al. Inhibition of heme oxygenase-1 by zinc protoporphyrin IX reduces tumor growth of LL/2 lung cancer in C57BL mice[J]. Int J Cancer,2006,120(3):500-505.

[22] Song HJ,Shin CY,Oh TY,et al. Eupatilin with heme oxygenase-1-inducing ability protects cultured feline esophageal epithelial cells from cell damage caused by indomethacin[J]. Biol Pharm Bull,2009,32(4):589-596.

[23] Kruel CR,Pinto LF,Blanco TC,et al. Evaluation of the heme oxygenase-1 expression in esophagitis and esophageal cancer induced by different reflux experimental models and diethylnitrosamine[J].Acta Cir Bras,2010,25(3):304-310.

[24] 李軍杰,方紅麗,王月香,等.誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和血紅素氧合酶-1在反流性食管炎患者食管黏膜中的表達(dá)[J].世界華人消化雜志,2008,16(24): 2713-2718.

[25] Fan YP,Chakder S,Rattan S.Inhibitory effect of Zinc Protoporphyrin IX on lower esophageal sphincter smooth muscle relaxation by vasoactive intestinal polypeptide and other receptor agonists [J]. J Pharmacol Exp Ther,1998,285(2):468-474.

[26] Maines MD,Abrahamsson PA. Expression of heme oxygenase-1 (HSP32 ) in human prostate:normal,hyperp lastic,and tumor tissue distribution[J]. Urology,1996,47(5):727-733.

[27] 馬會(huì)敏,金國(guó)平,王獻(xiàn)偉,等.血紅素加氧酶-1 基因在三氧化二砷誘導(dǎo)食管癌EC9706細(xì)胞凋亡過(guò)程中的表達(dá)[J].河南醫(yī)學(xué)研究,2007,2(16):118-120.

[28] Hu JL,Li ZY,Liu W,et al. Polymorphism in heme oxygenase-1 (HO-1) promoter and alcohol are related to the risk of esophageal squamous cell carcinoma on Chinese males[J].Neoplasma,2010,57(1):86-92.

[29] Kim JS,Song HJ,Ko SK,et al. Quercetin-3-O-β-D-glucuronopyranoside (QGC)-induced HO-1 expression through ERK and PI3K activation in cultured feline esophageal epithelial cells[J]. Fitoterapia,2010,81(2):85-92.

[30] Chen X,Yang G,Ding WY,et al. An esophagogastroduodenal anastomosis model for esophageal adenocarcinogenesis in rats and enhancement by iron overload[J]. Carcinogenesis,1999,20(9):1801-1808.

[31] Chen XX,Ding YW,Yang GY,et al. Oxidative damage in an esophageal adenocarcinoma model with rats[J]. Carcinogenesis,2000,21(2):257-263.

[32] Hirakama M,Inagaki M,Sadamori H.Increased heme oxygenase-1 gene expression in the liver of patients with portal hypertension due to severe hepatic cirrhosis[J]. Int Med Res,2002,30(3):282-288.

[33] Takamiya R,Murakami M,Kajimura M.Stabilization ofmast cells by heme oxygenase-l:an anti-inflammatory role[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2002,283(3):H861-870.

[34] Hirai K,Sasahira T,Ohmori H,et al. Inhibition of heme oxygenase-1 by zincp rotoporphyrin IX reduces tumor growth of LL/2 lung cancer in C57BL mice [J]. Int J Cancer,2007,120(3):500-505.