血紅素氧合酶-1在抗心臟移植物血管病中的研究進(jìn)展

孫來龍，張松林

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院宜昌市中心人民醫(yī)院，湖北 宜昌 443002)

血紅素氧合酶-1在抗心臟移植物血管病中的研究進(jìn)展

孫來龍，張松林

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院宜昌市中心人民醫(yī)院，湖北 宜昌 443002)

心臟移植是治療終末期心臟病的有效手段，但心臟移植物血管病(CAV)限制了心臟移植患者的遠(yuǎn)期存活率。因此，研究CAV的發(fā)病機(jī)制，提高心臟移植患者遠(yuǎn)期存活率，是心臟移植領(lǐng)域一直以來的研究熱點(diǎn)。本文旨在綜述血紅素氧合酶-1(HO-1)在抗CAV中的研究進(jìn)展。

心臟移植物血管?。谎t素氧合酶-1；一氧化碳；膽綠素；膽紅素

1967年，世界首例心臟移植術(shù)在南非完成，開創(chuàng)了人類心臟移植的先河，然而術(shù)后并發(fā)癥很快導(dǎo)致了患者的死亡。隨著心臟移植技術(shù)逐漸成熟和免疫抑制治療的發(fā)展，自20世紀(jì)80年代開始，心臟移植術(shù)已成為治療終末期心臟病的一種有效、可行的手段，但是由于術(shù)后并發(fā)癥的原因，其總體遠(yuǎn)期存活率仍較低，而心臟移植物血管病(Cardiac allograft vasculopathy，CAV)是限制心臟移植患者存活率的主要并發(fā)癥。一種有效可行的減緩CAV發(fā)生發(fā)展、提高移植物存活率的新型治療方法亟需要被研究出來并運(yùn)用于臨床。

1 CAV

心臟移植是治療終末期心臟病最為有效的手段，但心臟移植術(shù)后常出現(xiàn)多種并發(fā)癥影響移植心臟的功能，如CAV、缺血再灌注損傷、感染等。其中，CAV是影響心臟移植患者遠(yuǎn)期存活率的最為主要的因素，其1年、5年、10年發(fā)病率分別為8%、30%、50%[1]。CAV典型的病理表現(xiàn)是冠狀動(dòng)脈內(nèi)膜呈彌漫性同心圓樣增厚，引起冠狀動(dòng)脈進(jìn)行性狹窄，最終導(dǎo)致供心供血不足、功能不全。CAV的病因尚不十分清楚，但大量動(dòng)物及臨床實(shí)驗(yàn)、流行病學(xué)研究認(rèn)為既有免疫性因素(如急、慢性移植排斥反應(yīng)等)，也有非免疫性因素(如缺血再灌注損傷、血脂異常、高血壓、糖尿病等)共同參與CAV的發(fā)生及發(fā)展過程[2-3]。CAV常常表現(xiàn)為無癥狀性進(jìn)展，臨床上一旦患者診斷出CAV時(shí)大多處于較嚴(yán)重的階段[4-5]，多已經(jīng)出現(xiàn)心律失常、充血性心力衰竭、心肌梗死或者猝死[4，6]，其存活率將顯著下降[7]。由于移植術(shù)后供心失去神經(jīng)支配、心臟解剖位置改變以及其特殊的病理表現(xiàn)等，使得CAV的早期臨床診斷較一般動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病困難。目前針對(duì)CAV主要采用免疫抑制治療，但免疫抑制劑不但價(jià)格昂貴，而且非特異性地抑制了所有的免疫應(yīng)答，其效果有限還可導(dǎo)致感染、誘發(fā)腫瘤。因此，減少甚至摒棄傳統(tǒng)的免疫抑制治療，研究出新的方法來預(yù)防和減緩CAV的發(fā)生及進(jìn)展，成為了心臟移植領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

2 血紅素氧合酶-1(Heme oxygenase-1，HO-1)的生物學(xué)特性及其作用

血紅素氧合酶是血紅素代謝的起始酶和限速酶，可催化血紅素降解為膽綠素、CO和游離Fe2+，膽綠素在體內(nèi)很快又被還原成膽紅素[8]。HO有三種同工酶：HO-1、HO-2和HO-3，分別為不同的基因所編碼。HO-1是目前研究最為廣泛的血紅素代謝酶，也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的生物體內(nèi)最容易被誘導(dǎo)產(chǎn)生的抗氧化酶。HO-1為誘導(dǎo)型，其在人體內(nèi)基礎(chǔ)表達(dá)量很低，但是多種可造成應(yīng)激的因素均可誘導(dǎo)HO-l的表達(dá)，如血紅素、缺血再灌注、缺氧、細(xì)胞因子、紫外線、重金屬、內(nèi)毒素、NO等[9]。HO-1及其代謝產(chǎn)物是機(jī)體重要的內(nèi)源性保護(hù)體系之一，它們共同發(fā)揮著抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗血管平滑肌細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)血管張力、改善組織微循環(huán)等功能，在很多疾病的病理過程中發(fā)揮著重要保護(hù)作用，如敗血癥、瘧疾、內(nèi)毒素性休克、缺血再灌注損傷、器官移植排斥反應(yīng)、心肌梗死、Ⅱ型糖尿病等[10]，并在多個(gè)領(lǐng)域中被廣泛研究。

3 HO-1及其代謝產(chǎn)物抗CAV的研究進(jìn)展

1964年，WISE等就在體外實(shí)驗(yàn)下證明血紅素酶解后生成了膽綠素[11]。到1968年Tenhunen等[12]證實(shí)了WISE的論斷并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)酶解血紅素生成膽綠素的催化酶就是HO。1980年代，HO的誘導(dǎo)型同工酶HO-1逐漸被研究者所認(rèn)識(shí)，并證實(shí)HO-1就是熱休克蛋白32(HSP32)[13]。1990年代，Stocker提出HO-1有抗氧化應(yīng)激、保護(hù)細(xì)胞的強(qiáng)大作用[14]，這一觀點(diǎn)得到許多研究者的認(rèn)同，很多研究者也開始了HO-1在心臟移植領(lǐng)域的研究，并發(fā)現(xiàn)HO-1及其酶解產(chǎn)物在心臟移植后發(fā)揮著抗CAV的作用。近些年來，HO-1在抗CAV中的研究在不斷深入，并逐漸取得一些進(jìn)展。

3.1 HO-1供心在冷保存到移植術(shù)后恢復(fù)血流的過程中將遭遇缺血再灌注損傷，缺血再灌注損傷主要由大量的活性氧自由基引起，而HO-1酶解血紅素反應(yīng)過程需要消耗3分子O2，從而減少氧自由基、減輕氧化壓力，間接地提供細(xì)胞保護(hù)作用[15]。Yet等[16]在小鼠缺血再灌注實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因小鼠由于誘導(dǎo)了HO-1的表達(dá)減輕了心肌缺血再灌注損傷，其危險(xiǎn)區(qū)域梗塞面積為14.7%；而相同條件下，作為對(duì)照組的野生型小鼠沒有誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)，其危險(xiǎn)區(qū)域梗塞面積達(dá)56.5%，差異較顯著。Schnickel等[17]的實(shí)驗(yàn)通過給小鼠飼喂載脂蛋白A-1模擬肽(apoA-I mimetic peptide)D4-F誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)，在小鼠異位心臟移植24 d后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組誘導(dǎo)HO-1表達(dá)后顯著抑制了心臟移植物血管內(nèi)膜的損傷；而對(duì)照組沒有誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)，心臟移植物血管內(nèi)膜較實(shí)驗(yàn)組損傷明顯嚴(yán)重。提示誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)可以通過抗缺血再灌注損傷、抗血管內(nèi)膜損傷、發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)等機(jī)制，在抗CAV中發(fā)揮一定作用。

急、慢性排斥反應(yīng)是心臟移植患者CAV發(fā)生發(fā)展的重要因素，而HO-1可以通過介導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來抑制T細(xì)胞的增殖而發(fā)揮免疫抑制作用，減輕移植排斥反應(yīng)[18]，研究發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)也可以通過調(diào)節(jié)免疫、誘導(dǎo)移植耐受來發(fā)揮抗CAV、延長移植物存活時(shí)間的作用。Shen等[19]在異種心臟移植實(shí)驗(yàn)中通過腹腔注射血紅素誘導(dǎo)HO-1高表達(dá)后發(fā)現(xiàn)HO-1的高表達(dá)可以通過抑制移植物血管內(nèi)皮細(xì)胞活化、減少分子的粘附、減少炎癥因子來抑制排斥反應(yīng)從而延長移植物存活時(shí)間。Yamashita等[20]的研究證實(shí)誘導(dǎo)HO-1表達(dá)可顯著上調(diào)在Tregs中占重要地位的Foxp3、TGF-β、IL-10和CTLA4，從而誘導(dǎo)移植耐受和延長移植物存活時(shí)間。此外，Araujo等[21]在HO-1的轉(zhuǎn)基因小鼠心臟移植實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，無論是供心或者受體誘導(dǎo)HO-1表達(dá)上調(diào)后，均可以通過抑制免疫反應(yīng)使心臟移植后小鼠的存活時(shí)間明顯延長，且供心和受體均誘導(dǎo)HO-1表達(dá)上調(diào)的小鼠存活時(shí)間最長。

HO-1可以刺激抑制性因子p21cipl的表達(dá)，后者與細(xì)胞周期依賴性激酶結(jié)合增多，使細(xì)胞周期停滯于G1/S期[22]，從而抑制血管平滑肌增殖。Duckers等[23]在體外實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中均已證實(shí)誘導(dǎo)HO-1的高表達(dá)可以抑制血管平滑肌增殖、減輕血管狹窄，從而改善移植物血液循環(huán)。HO-1這種抑制血管平滑肌增殖的作用在減輕移植物血管管腔狹窄中發(fā)揮著重要作用。

3.2 CO 源于HO-1催化血紅素降解后產(chǎn)生的內(nèi)源性CO，是人體內(nèi)重要的信使分子，其改善微循環(huán)、抗炎、抗凋亡的作用在對(duì)抗CAV發(fā)生及發(fā)展過程中占重要地位。

3.2.1 CO改善移植物循環(huán) 心臟移植后，CAV的發(fā)生及進(jìn)展可導(dǎo)致移植物血管進(jìn)行性狹窄，造成供心的血液循環(huán)障礙。而HO-1酶解產(chǎn)物CO通過保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞、調(diào)節(jié)血管張力、抗凝、減少微血管內(nèi)纖維素沉積等作用來改善微循環(huán)障礙。CO通過調(diào)節(jié)有絲分裂原啟動(dòng)的蛋白激酶信號(hào)途徑，來發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)的作用；CO與可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)分子中血紅素基團(tuán)中鐵結(jié)合使其啟動(dòng)，進(jìn)而催化三磷酸鳥苷(GTP)生成環(huán)鳥苷一磷酸(cGMP)，使細(xì)胞內(nèi)cGMP表達(dá)增高[24]，升高的cGMP可以抑制內(nèi)皮素1和血小板衍生因子B等縮血管因子引起血管平滑肌松弛，降低了血管張力；此外，CO可以抑制血小板釋放血栓素、抑制纖溶酶原活化因子抑制劑I的表達(dá)，具有強(qiáng)大的抗凝功能，可以明顯減少微血管內(nèi)的纖維素沉積。Duckles等[25]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HO-1還可以通過CO來阻滯T-Ca2+通道進(jìn)而抑制血管平滑肌增殖。

3.2.2 CO抗炎作用 心臟移植術(shù)后趨化因子趨化大量炎癥細(xì)胞到達(dá)移植物血管內(nèi)皮中誘發(fā)炎癥反應(yīng)，損傷移植物血管。而CO可以通過下調(diào)眾多炎癥介質(zhì)，如：TNF-α、IL-1β、IL-6環(huán)氧合酶等起到明顯抗炎作用。

3.2.3 CO的抗凋亡作用 移植器官在冷缺血貯存到移植術(shù)完成的過程中，必然會(huì)發(fā)生細(xì)胞凋亡。血管平滑肌細(xì)胞的大量凋亡是血管損傷和誘發(fā)炎癥的一個(gè)重要原因，且平滑肌細(xì)胞大量凋亡的后期纖維修復(fù)可加重CAV。而CO的抗凋亡作用在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已被證實(shí)。

3.3 膽綠素和膽紅素 膽綠素一直被認(rèn)為是體內(nèi)代謝廢物，但有研究表明，膽綠素還原成膽紅素后在人體內(nèi)的抗氧化作用不亞于維生素C及維生素E[26]，發(fā)揮著抗氧自由基的作用。Foresti等[27]的實(shí)驗(yàn)證明在細(xì)胞培養(yǎng)液中加入適量膽紅素可以明顯增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化損傷能力。此外，膽紅素通過抗補(bǔ)體、抑制補(bǔ)體系統(tǒng)激活來發(fā)揮保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞、防止脂質(zhì)沉積的作用[28]。B?sch等[29]在小鼠心臟移植術(shù)前用膽紅素液清洗供心，再灌注后發(fā)現(xiàn)促分裂原活化蛋白激酶(MAPKs)明顯被抑制，且明顯減輕了心臟移植后缺血再灌注損傷、抑制了細(xì)胞凋亡、改善心臟移植存活率。

3.4 Fe2+HO-1降解血紅素生成的Fe2+可誘導(dǎo)鐵蛋白的合成[30]。而鐵蛋白是機(jī)體內(nèi)一種貯存鐵的可溶性組織蛋白，參與鐵的消化、吸收及貯藏，鐵蛋白還能與體內(nèi)游離鐵離子形成復(fù)合物而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞及對(duì)抗活性氧簇(ROS)導(dǎo)致的細(xì)胞損傷[31]。

4 總 結(jié)

研究者們?cè)诖罅康男呐K移植動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中利用分子生物學(xué)途徑、物理途徑或者化學(xué)途徑誘導(dǎo)HO-1的高表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其可以通過抗移植排斥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激損傷、抗缺血再灌注損傷、改善循環(huán)及調(diào)節(jié)免疫等多種機(jī)制控制著CAV的發(fā)生及進(jìn)展，減輕了CAV對(duì)心臟移植物的損害，明顯提高了心臟移植后的遠(yuǎn)期存活率。這使得HO-1很可能成為抗人類CAV的新奇的作用靶點(diǎn)，對(duì)抗人類CAV的發(fā)生及發(fā)展具有潛在的價(jià)值。但也存在如下幾點(diǎn)困難：(1)目前，誘導(dǎo)HO-1高表達(dá)發(fā)揮抗CAV作用的研究多限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，如何安全、有效地運(yùn)用于臨床，有待進(jìn)一步的探討；(2)HO-1在不同人體內(nèi)的表達(dá)水平及活性存在很大差異，使得其誘導(dǎo)表達(dá)水平及活性難以掌控；(3)HO-1的過度表達(dá)也帶來一些不利影響，如可破壞細(xì)胞膜完整性、可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)的退行性變化等疾病的發(fā)生、還可以通過抑制凋亡從而提高了腫瘤細(xì)胞的存活能力。因此，只有在不斷深入地研究并掌握了HO-1的規(guī)律，HO-1可以為人類心臟移植患者抗CAV提供新的思路。

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Research progress of Heme oxygenase-1 in the fight against cardiac allograft vasculopathy.

SUN Lai-long,ZHANG Song-lin.The First Clinical Medical College of China Three Gorges University,Central People's Hospital of Yichang, Yichang 443002,Hubei,CHINA

Heart transplantation is an effective therapy for end-stage heart disease,while cardiac allograft vasculopathy(CAV)limits the long-term survival of heart transplantation patients.Researching the pathogenesis of CAV and improving patients'long-term survival rate is still a hot spot of heart transplantation.The purpose of this paper is to review the research progress of heme oxygenase-1(HO-1)in the fight against CAV.

Cardiac allograft vasculopathy(CAV);Heme oxygenase-1(HO-1);Carbon monoxide(CO);Biliverdin;Bilirubin

R543

A

1003—6350（2016）10—1647—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.10.033

2015-06-11)

張松林。E-mail：zhangsonglin1101@sina.com