一氧化碳釋放分子治療肝臟疾病的研究進(jìn)展

顏炳柱 趙波 康嵐 楊鵬飛 楊寶山

一氧化碳(Carbon monoxide, CO)是一種生物信號(hào)調(diào)控分子，具有多種重要的生物學(xué)功能，并參與生物體內(nèi)細(xì)胞間信息的傳遞與調(diào)節(jié)[1]。CO是一把雙刃劍，直接應(yīng)用CO氣體會(huì)產(chǎn)生很大的弊端，極大限制了CO氣體作為一種藥物應(yīng)用于臨床。一氧化碳釋放分子(carbon monoxide releasing molecules, CORMs)作為一種新型且特殊的外源性CO供體逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，并被廣泛應(yīng)用于各種動(dòng)物疾病模型[2]。CORMs具有CO氣體無法比擬的優(yōu)勢[3]：可不經(jīng)機(jī)體代謝直接作用于靶組織或器官，能夠穩(wěn)定且持續(xù)釋放CO而發(fā)揮生物學(xué)功效；在生理劑量范圍內(nèi)不提高機(jī)體血清COHb水平，不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體CO中毒；作為篩選藥物，其給藥劑量及方式具有良好的可控性。CORMs逐漸成為近年來研究的熱點(diǎn)，其在肝臟疾病領(lǐng)域的治療亦表現(xiàn)出了良好的藥理學(xué)作用，本文對國內(nèi)外的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)。

一、CORMs分類

按CO釋放激活機(jī)制分為溶劑、光、酶、熱、氧及pH觸發(fā)型。按CO載體中含有的過渡金屬(釕、鐵、錳、鉬、鎢、鉻、鈷等)分為含金屬和不含金屬CORMs。目前CORMs發(fā)展至今主要有以下幾類[4-6]。

(一)CORM-1 首次由Motterlini合成，是含有金屬錳的一種CORMs。因其不溶于水而只能溶解于DMSO，并且需要在冷光源照射下才能釋放CO，目前已基本不作為CO供體用于研究。

(二)CORM-2 是一種含有金屬釕的CORMs，只溶于DMSO，能夠不在光觸發(fā)下快速釋放CO。由于其藥理活性較好且相對穩(wěn)定，是目前作為CO供體被用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)最多的一類分子，較差的水溶性也是其主要缺點(diǎn)之一。

(三)CORM-3 第一個(gè)具有水溶性且含過渡金屬釕的CORMs，能夠持續(xù)、快速、穩(wěn)定釋放CO，并在24 h內(nèi)保持生物活性。多項(xiàng)研究均證實(shí)CORM-3具有良好的藥理活性，逐漸被研究者所青睞和重視。

(四)CORM-A1 不含過渡金屬且具有水溶性的一類CORMs，在酸性條件下才能夠釋放CO，釋放速度卻明顯慢于CORM-3，多被用于生物體內(nèi)特定細(xì)胞或組織的實(shí)驗(yàn)研究，同樣也具有良好的藥理活性。

(五)CORM-F衍生物 主要包括CORM-F3、CORM-F7、CORM-F8 和CORM-F11等，其中代表性化合物為CORM-F3，所有衍生物均具有DMSO溶解性，目前作為CO供體的研究相對很少，基本上處于探索階段。

(六)其他CORMs 一些新型且具有應(yīng)用潛力的CORMs相繼被合成，同樣也顯示出較好的藥理及生物學(xué)活性，目前研究相對較多的有CORM-401、Photo-CORM、ALF186，CORM-307、CORM-371、ALF492等。

二、CORMs毒性效應(yīng)

雖然有研究表明，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在連續(xù)30 d應(yīng)用CORM-3，并沒有產(chǎn)生明顯的毒副作用[7]。但由于CORMs分子載體中含有過渡金屬，所以此類羰基化合物是否會(huì)對機(jī)體產(chǎn)生致畸或毒性作用需要給予足夠的關(guān)注和重視。國內(nèi)學(xué)者研究證實(shí)，CORMs主要分布于血液、肝臟及腎臟等器官組織，但均表現(xiàn)出較低的毒性；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這些金屬離子在體內(nèi)的蓄積作用相對較弱，但大鼠在連續(xù)給藥后仍可出現(xiàn)嚴(yán)重的肝腎損傷，甚至腎組織出現(xiàn)形態(tài)學(xué)異常，造成腎小球的萎縮[8]。有研究證實(shí)COMRs能夠誘導(dǎo)過多的紅細(xì)胞衰亡，產(chǎn)生病理性細(xì)胞溶血，而且還可引起維生素D3的代謝紊亂[9-10]。此外，研究發(fā)現(xiàn)CORMs治療窗其實(shí)相對較窄，而且還會(huì)產(chǎn)生一定的細(xì)胞毒性，如降低細(xì)胞的活力、抑制線粒體酶的活性，甚至引起心肌和腎臟細(xì)胞的壞死和畸形[11]。

三、CORMs對肝臟的保護(hù)作用

(一)缺血再灌注肝損傷 缺血再灌注肝損傷(IRI)時(shí)，CORM-2通過增加sirtuin-1(SIRT1)的表達(dá)，降低HMGB1乙?；p少HMGB1異位和釋放，從而減輕肝臟的炎癥反應(yīng)[12]。研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)先用CORM-3處理冷保存的肝臟可以明顯減輕肝缺血再灌注的損傷程度[13]。此外，CORM-3還能夠通過降低竇后小靜脈中活化白細(xì)胞數(shù)量，抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，減少急性冠脈綜合征(ASC)再灌注損傷時(shí)肝細(xì)胞死亡的數(shù)量[14]。在大鼠肝IRI模型中，國內(nèi)學(xué)者研究證實(shí)，CORM-2能夠調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)通路，抑制炎癥因子(TNF-α、L-6和ICAM-1)的釋放，并且能夠上調(diào)Bcl-2的表達(dá)以及抑制caspase-3的活性，從而發(fā)揮抗凋亡作用[15]。還有研究證實(shí)，CORM-2能夠維持應(yīng)激環(huán)境下WB-F344細(xì)胞的活性和增殖能力，促進(jìn)大鼠肝前體細(xì)胞系的生長和增殖。其機(jī)制是CORM-2通過調(diào)控 AKT/mTOR 信號(hào)通路，提高肝臟IRI過程中肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞的自噬功能和細(xì)胞活力，從而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，對肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用[16]。

(二)膿毒癥 研究發(fā)現(xiàn)，CORM-2通過調(diào)控P38-MAPK信號(hào)通路抑制FPR-l表達(dá)，并減少細(xì)胞膜FPR-l含量，同時(shí)還能夠抑制PMN的趨化能力，減輕肝組織中PMN的過度浸潤，提高膿毒癥小鼠的存活率，從而改善肝組織氧化應(yīng)激及病理損傷[17-18]。研究證實(shí)，CORM-2通過抑制小鼠18F- FDG的攝取并減少葡萄糖激酶的活性和乳酸的含量，從而改善膿毒癥小鼠肝臟能量代謝紊亂，提高小鼠的生存率[19]。此外研究發(fā)現(xiàn)，CORM-2還能夠抑制LPS誘導(dǎo)的ROS和NO的產(chǎn)生，降低ICAM-1和iNOS的表達(dá)以及抑制NF-κB的活化，從而減少小鼠肝臟中PMN的積累，并且通過下調(diào)膿毒癥小鼠肝臟中黏附性血管內(nèi)皮細(xì)胞的表型來發(fā)揮抗炎作用[20]。研究還發(fā)現(xiàn)在膿毒癥早期肝臟炎癥反應(yīng)的過程中，CORMs能明顯抑制JAKs分子磷酸化，繼而通過調(diào)控JAK/STAT信號(hào)通路，抑制下游相關(guān)炎癥因子的表達(dá)，有效防止炎癥的級聯(lián)反應(yīng)[21]。

(三)急性肝損傷 國外學(xué)者在對乙酰氨基酚誘導(dǎo)的急性肝損傷模型中發(fā)現(xiàn)，CORM-A1能夠通過抑制多種炎癥因子的表達(dá)，減輕肝細(xì)胞的壞死程度，從而提高小鼠的存活率。此外，進(jìn)一步研究證實(shí)CORM-A1能夠增強(qiáng)t-BHP處理的HepG2細(xì)胞活力，激活Nrf2和ARE基因，并恢復(fù)GSH的含量，從而減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)[22]。課題組前期研究也證實(shí)，CORM-2、CORM-3對LPS/D-GalN誘導(dǎo)的小鼠急性肝功能衰竭(ALF)具有顯著的保護(hù)作用，具體機(jī)制是CORMs通過降低ALF小鼠血清中炎癥因子TNF-α、IL-6和IL-1β的水平以及肝臟中炎癥介質(zhì)iNOS、TLR4的表達(dá)，并抑制肝細(xì)胞中NF-κB-p65的核轉(zhuǎn)位，從而發(fā)揮抗炎機(jī)制[23-24]。

(四)酒精性肝病 在酒精性肝損傷動(dòng)物模型中，國外學(xué)者證實(shí)CORM-A1能夠調(diào)控肝細(xì)胞CK-18和RIP3的表達(dá)，并減輕TNF-α對原代肝細(xì)胞的損傷，從而抑制肝細(xì)胞的死亡[25]。其他研究也證實(shí)，CORM-2能夠減少肝臟GSH的耗竭以及SOD的失活，并且抑制MDA的過度生成。此外，進(jìn)一步研究證實(shí)，CORMs能夠通過調(diào)控p38-MAPK信號(hào)途徑，抑制炎癥因子TNF-α、IL-6的表達(dá)，從而減輕乙醇引起的氧化應(yīng)激和炎癥損傷[26]。

(五)非酒精性脂肪肝 在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)模型中，研究發(fā)現(xiàn)CORM-2通過調(diào)控PERK-eIF2α-AFT4信號(hào)途徑，從而促進(jìn)肝細(xì)胞中sestrin-2(SESN2)的表達(dá)，并且能夠激活A(yù)MPK，通過調(diào)控mTORC1信號(hào)途徑促進(jìn)自噬。此外，進(jìn)一步研究證實(shí)CORM-2還能夠通過調(diào)控SESN2上調(diào)誘導(dǎo)的自噬途徑改善蛋氨酸膽堿缺乏飼料(MCD)誘導(dǎo)的肝脂肪變性[27]。

(六)自身免疫性肝炎模型 研究發(fā)現(xiàn)在ConA誘導(dǎo)的自身免疫性肝炎(AIH)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中， CORM-A1通過調(diào)控Nrf2/HO-1/CO信號(hào)通路，下調(diào)多個(gè)基因(具體包括BAG3、BIRC3、CCL2、CXCL13、HIF3A、ITGB2、IL6、NR4A1和PLAUR等)的表達(dá)水平，抑制肝臟的免疫反應(yīng)，從而顯著降低小鼠血清轉(zhuǎn)氨酶水平，并改善肝臟組織學(xué)變化[28]。

(七)膽汁淤積性肝病 研究發(fā)現(xiàn)在膽汁淤積肝損傷(BDL)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，CORM-2通過上調(diào)腸黏膜上皮細(xì)胞緊密連接蛋白(TJ)蛋白的表達(dá)，從而發(fā)揮對大鼠腸黏膜屏障的保護(hù)及抑制炎癥因子釋放的作用，繼而緩解BDL大鼠肝臟損傷的程度。其機(jī)制是CORM-2通過抑制BDL大鼠腸黏膜上皮細(xì)胞的凋亡以及TLR4 表達(dá)，從而促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖[29]。

(八)肝硬化 研究證實(shí)在硫代乙酰胺誘導(dǎo)大鼠肝硬化模型中，CORM-2對肝臟微循環(huán)中的血管具有顯著調(diào)節(jié)作用，可以降低肝硬化大鼠肝內(nèi)血管阻力(IHVR)，從而阻止肝硬化的發(fā)生[30]。

四、討論與展望

綜上所述，CORMs作為一種高效的CO載體，能最大程度模擬人體內(nèi)源性CO的生物學(xué)功能，在臨床上具有巨大的應(yīng)用潛力。雖然COMRs在保護(hù)肝細(xì)胞損傷研究中取得了潛在的臨床價(jià)值，但其具體的作用機(jī)制還有待更深層次的研究。CORMs在治療肝病的研究中仍屬于一個(gè)新的領(lǐng)域，目前的研究也多處于探索發(fā)展階段。因此CORMs作為一種藥物應(yīng)用于臨床還需要很長的路要走，未來仍期待毒性更小、半衰期更長、靶向性更強(qiáng)的CORMs，這些問題的解決將為臨床針對肝病的治療提供重要的研究基礎(chǔ)和新的思路。