耿小芳，張富春，馬 紀(jì)，徐存拴

(1.新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 新疆生物資源基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 8300462； 2.河南師范大學(xué) 省部共建細(xì)胞分化調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地， 河南 新鄉(xiāng) 453007)

乙二醛酶系包括乙二醛酶Ⅰ(GLO1)、乙二醛酶Ⅱ(GLO2)及輔助因子谷胱甘肽(GSH)，是機(jī)體普遍存在的解毒系統(tǒng)，能將糖酵解、脂代謝和蛋白質(zhì)代謝等產(chǎn)生的有毒物質(zhì)甲基乙二醛(MG)轉(zhuǎn)變成非毒性物質(zhì)D-乳酸[1- 2]。MG能與蛋白質(zhì)、核酸和磷脂等交聯(lián)形成穩(wěn)定的糖基化產(chǎn)物，抑制細(xì)胞生長和分裂，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[3]。GLO1在再生肝和肝癌組織中的過表達(dá)，可提高肝臟的解毒能力和應(yīng)激反應(yīng)能力，促進(jìn)肝細(xì)胞存活和增殖，保護(hù)肝細(xì)胞避免凋亡[4- 5]。抑制GLO1的表達(dá)，則導(dǎo)致細(xì)胞毒性物質(zhì)積累增加[5]。所以，GLO1的生理作用很受研究者重視，現(xiàn)將有關(guān)GLO1在肝再生中的作用研究進(jìn)展概述如下。

1 乙二醛酶Ⅰ的理化性質(zhì)和作用

人的GLO1定位于6號染色體的p21.3-p21.1，其CDS區(qū)長555 bp，編碼184個氨基酸。GLO1為二聚體蛋白，分子質(zhì)量為46 ku，等電點(diǎn)為4.8～5.1[6]。

GLO1的啟動子區(qū)有多種調(diào)控元件，如核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)結(jié)合位點(diǎn)、激活蛋白-1(activator protein-1，AP- 1)結(jié)合位點(diǎn)、激活蛋白-2α(activator protein-2alpha，AP- 2α)結(jié)合位點(diǎn)、轉(zhuǎn)錄因子E2F4結(jié)合位點(diǎn)和抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)等[3,7]。已發(fā)現(xiàn)NF-κB、AP- 2α、E2F4和核因子2相關(guān)因子2抗原(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NRF2)能增強(qiáng)GLO1的啟動子活性，上調(diào)GLO1表達(dá)[3,8]。胞質(zhì)中的GLO1可催化甲基乙二醛(MG)與還原型谷胱甘肽(GSH)形成S-D-乳酰谷胱甘肽。另外還發(fā)現(xiàn)，GLO1具有抗糖化和抗氧化應(yīng)激作用[9]。

2 乙二醛酶Ⅰ在肝再生中的作用

機(jī)體中99%的MG均由乙二醛酶系解毒。部分肝切除(partial hepatectomy，PH)誘導(dǎo)的肝再生早期階段，一方面，肝量減少，損傷反應(yīng)、炎性反應(yīng)等增強(qiáng)[10]。另一方面，MG等毒性代謝物積累。因此，需要提高乙二醛酶系的解毒效率。GLO1的表達(dá)和活性在大鼠PH后12 h顯著高于假手術(shù)對照，于PH后24 h達(dá)到高峰[4]。而DNA合成起始于PH后12 h，亦于24 h達(dá)到高峰。揭示GLO1響應(yīng)手術(shù)損傷先于DNA合成起始。上述結(jié)果表明，GLO1的表達(dá)和活性與增生性組織的細(xì)胞，包括肝細(xì)胞分裂密切相關(guān)。

85%肝臟切除后，肝臟的修復(fù)機(jī)制受阻，再生能力降低，細(xì)胞凋亡加劇。用85%肝切除后2 h的小鼠模型研究了GLO1在肝再生中的作用，發(fā)現(xiàn)NF-κB的活化受阻，降低GLO1表達(dá)，造成MG積累，進(jìn)一步誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，促進(jìn)凋亡蛋白BAX表達(dá)和半胱天冬酶活化，導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡。另一方面，降低白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL- 6)的表達(dá)，信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子-3(signal transducer and activator of transcription-3, STAT3)的磷酸化及其關(guān)鍵靶蛋白前病毒整合位點(diǎn)蛋白Pim1和細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)，抑制肝細(xì)胞增殖，導(dǎo)致肝再生小鼠死亡[11]。表明肝臟強(qiáng)大的再生能力也可被肝組織的大量丟失及GLO1的表達(dá)降低所阻斷。

在活體肝移植中，捐贈者必須提供足夠的肝組織以使患者成功恢復(fù)肝功能[12]。為此，尋找減少損傷反應(yīng)的策略，用較少的肝達(dá)到相同的目的必不可少。例如，通過提高GLO1的表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞存活和增殖，拮抗MG對肝細(xì)胞的損傷等措施就是可選擇的策略。

3肝再生中乙二醛酶Ⅰ調(diào)節(jié)肝細(xì)胞增殖的機(jī)制

正常情況下，肝臟中代謝產(chǎn)生的MG足以被GLO1解毒，但在肝損傷和部分肝切除后，肝臟不能及時足額地將MG轉(zhuǎn)化，造成MG在肝臟積累。因此，肝臟需要通過提高GLO1的表達(dá)量和活性，避免MG在肝臟中積累產(chǎn)生危害。

3.1 MG通過提高Akt1的磷酸化作用促進(jìn)肝細(xì)胞增殖

MG的正常生理濃度為0.2～5 μmol/L。但當(dāng)MG達(dá)到1.25～20 μmol/L的較高濃度范圍時，會誘導(dǎo)AKT1、P21和P27的磷酸化增加，增強(qiáng)細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs)活性，促進(jìn)DNA合成，加快細(xì)胞周期進(jìn)程。當(dāng)MG達(dá)到100 μmol/L的高濃度范圍時，則抑制細(xì)胞增殖，且隨著MG濃度升高，抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的效應(yīng)越強(qiáng)[13]。大鼠2/3肝切除后，肝量減少，肝功能受損，MG的積累量增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)MG濃度較高。較高濃度的MG與AKT1的77位半胱氨酸殘基結(jié)合成復(fù)合物[14]。該復(fù)合物中的AKT1更易被絲氨酸/蘇氨酸激酶磷酸化，磷酸化的AKT1進(jìn)而激活CDKs。CDKs能促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白(Cyclins)的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞從G1期向S期轉(zhuǎn)變和細(xì)胞增殖。本實(shí)驗(yàn)在基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，大鼠肝再生中AKT1、CDK1、CDK2、Cyclin A2、Cyclin D1、Cyclin B和Cyclin E等細(xì)胞增殖相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)，并與MG濃度高低呈現(xiàn)一定的時空相關(guān)性，推測MG能作為一種信號分子，誘導(dǎo)PH后的肝細(xì)胞增殖。

3.2 NF-κB、AP- 1等通過上調(diào)GLO1的表達(dá)促進(jìn)肝細(xì)胞增殖

部分肝切除刺激肝枯否細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞等肝非實(shí)質(zhì)細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL- 6等細(xì)胞炎性因子，它們通過相應(yīng)的信號傳導(dǎo)通路活化NF-κB、AP- 1和PIM1等轉(zhuǎn)錄因子，導(dǎo)致肝細(xì)胞從G0期向G1期轉(zhuǎn)變、DNA合成和有絲分裂。同時，活化的NF-κB和AP- 1均能與GLO1的啟動子區(qū)結(jié)合，上調(diào)GLO1的表達(dá)[7]。GLO1通過促進(jìn)MG轉(zhuǎn)化，減少M(fèi)G的量及蛋白和核酸的糖基化，促進(jìn)肝細(xì)胞存活、增殖和肝再生。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大鼠肝再生中TNF-α、NF-κB、AP- 1等轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)上調(diào)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)的PIM1、GLO1等細(xì)胞增殖相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)，表明NF-κB等通過上調(diào)GLO1等細(xì)胞增殖相關(guān)蛋白表達(dá)，促進(jìn)PH后的肝細(xì)胞增殖。

3.3 NRF2通過上調(diào)GLOI的表達(dá)促進(jìn)肝細(xì)胞增殖

正常生理?xiàng)l件下，細(xì)胞質(zhì)中的NRF2與KEAP1結(jié)合，處于非活性、易降解的狀態(tài)。KEAP1是接頭蛋白cullin-3依賴性E2泛素脂酶復(fù)合物的底物，介導(dǎo)NRF2被26S蛋白酶體降解。在氧化應(yīng)激條件下，肝細(xì)胞的NRF2被激活，進(jìn)而與GLO1的外顯子1的5′UTR區(qū)的抗氧化反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，誘導(dǎo)GLO1 mRNA和蛋白的表達(dá)增加，降低肝臟的MG濃度、MG衍生物濃度及細(xì)胞突變，促進(jìn)肝細(xì)胞存活，表明NRF2通過上調(diào)GLO1，使蛋白和核酸免受糖化修飾，保護(hù)肝臟和肝細(xì)胞功能[15-18]。NRF2缺陷型肝細(xì)胞中，GLO1的表達(dá)降低，導(dǎo)致MG修飾的蛋白和核酸大大增加，抑制胰島素/胰島素樣生長因子- 1(insulin /insulin-like growth factors，insulin/IGFs)信號的作用，增加肝細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致胰島素抵抗和肝再生延遲。肝再生中，NRF2的激活，上調(diào)GLO1表達(dá)，降低胞內(nèi)MG的濃度，促進(jìn)肝細(xì)胞的存活、增殖和肝再生[19]。表明NRF2在肝再生和肝保護(hù)中起重要作用。

4 總結(jié)與展望

本文綜述了GLO1在肝再生中的作用。即NF-κB、AP- 1和NRF2等通過提高GLO1的表達(dá)和活性，解除MG在肝臟的積累和毒性，活化PI3K/AKT等信號通路，增加CDKs的表達(dá)，抑制糖原合成激酶3β和BAD等促凋亡蛋白的表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞存活和增殖。但在85%肝切除后，肝臟嚴(yán)重缺失，抑制GLO1的表達(dá)和活性，增加MG的積累。后者通過抑制TNF-α和IL- 6的表達(dá)和作用，抑制肝細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡，降低肝再生能力。因此，GLO1可作為肝細(xì)胞的存活因子促進(jìn)肝細(xì)胞增殖和抗肝細(xì)胞凋亡。臨床上，應(yīng)把通過激活NRF2上調(diào)GLO1的表達(dá)作為改善急性或慢性患者肝損傷，促進(jìn)肝再生的新策略，提高肝病的治療水平。

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