宋冬梅(綜述)，于 磊，王寶山(審校)

(河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院耳鼻咽喉及變態(tài)反應(yīng)科，河北 石家莊 050031)

·綜述·

血紅素氧合酶1在氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病中的研究進展

宋冬梅(綜述)，于 磊，王寶山*(審校)

(河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院耳鼻咽喉及變態(tài)反應(yīng)科，河北 石家莊 050031)

超敏反應(yīng)；血紅素加氧酶-1；綜述文獻

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.03.044

全世界氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病發(fā)病率高達(dá)10%～25%，是一個影響全球的健康問題，其在臨床上主要包括變應(yīng)性鼻炎和哮喘。變應(yīng)性鼻炎與哮喘的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，變應(yīng)性鼻炎常為哮喘的先兆，是哮喘的危險因素[1]。盡管目前臨床治療有了長足的進展，但遠(yuǎn)期效果并不理想，因此努力尋找治療氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病的新靶位迫在眉睫。近年來的研究[2-4]表明，血紅素氧合酶1(heme oxygenase-1,HO-1)及其代謝產(chǎn)物在變應(yīng)性鼻炎和哮喘中表達(dá)上調(diào)，具有顯著的抗炎、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)等作用，因此引起了這一領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。

1 HO-1的生物學(xué)特性

HO-1是機體內(nèi)催化血紅素代謝的起始酶和限速酶，其將血紅素降解產(chǎn)生等摩爾的一氧化碳(carbon monoxide,CO)、亞鐵離子(Fe2+)及膽綠素[4]，膽綠素隨后被膽綠素還原酶轉(zhuǎn)化為膽紅素，哺乳動物的HO有3種單體形式，即HO-1、HO-2、HO-3，其中HO-2與HO-3同屬于結(jié)構(gòu)型酶，HO-1屬于誘導(dǎo)型酶，HO-1及其產(chǎn)物都是重要的生物效應(yīng)分子，當(dāng)細(xì)胞和組織處于應(yīng)激狀態(tài)，如熱休克、重金屬、血紅素、細(xì)胞因子、炎癥、氧化應(yīng)激、內(nèi)毒素等[5]，均可以引起HO-1及其代謝產(chǎn)物表達(dá)量及活性的變化，進而在多種疾病中發(fā)揮抗炎、抗凋亡、抗氧化等細(xì)胞保護作用[6]。

近年來在免疫以及炎癥性疾病中的研究表明，HO-1具有顯著的抗炎、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)作用。HO-1通過抑制腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素1β及巨噬細(xì)胞炎性蛋白1β或通過上調(diào)白細(xì)胞介素10的水平發(fā)揮強大的抗炎作用[2]；CO作為氣體信號轉(zhuǎn)到分子，可以抑制炎癥前細(xì)胞產(chǎn)物，在細(xì)胞功能和通訊的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用[4]；Fe2+上調(diào)的鐵蛋白可保護細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷；膽綠素和膽紅素可以通過清除過氧化氫、類脂等，降低機體的炎性反應(yīng)，最終削弱對細(xì)胞的損傷[6]；HO-1及其產(chǎn)物除直接參與氧化應(yīng)激反應(yīng)外，還可以通過影響樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)、肥大細(xì)胞(mast cells，MCs)和調(diào)節(jié)T細(xì)胞(regulatory T cells，Tregs)等，對機體起到間接的免疫調(diào)節(jié)作用。

2 HO-1的調(diào)控

HO-1的誘導(dǎo)表達(dá)是細(xì)胞對氧化及炎癥損傷作出反應(yīng)過程中的重要事件之一，它能夠被多種刺激因素所誘導(dǎo)，其表達(dá)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。其啟動子序列包括多種順式作用元件如應(yīng)力效應(yīng)元件、熱激元件、低氧效應(yīng)元件、金屬效應(yīng)元件、負(fù)調(diào)控元件，CAAT區(qū)/增強子結(jié)合蛋白(CAAT/enhancer binding proteins,C/EBP)結(jié)合位點等。HO-1基因的調(diào)控是一個極其復(fù)雜的過程，涉及多種細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。絲裂素活化蛋白激酶被認(rèn)為是最先能夠調(diào)節(jié)HO-1活性的胞外刺激[7]，PI3K/Akt 信號途徑也與HO-1的調(diào)節(jié)有著密切關(guān)系，Akt 能夠在絲氨酸-188位點直接磷酸化HO-1并調(diào)節(jié)其活性，進而誘導(dǎo)HO-1高表達(dá)。另外，其他信號分子如蛋白激酶C和酪氨酸激酶也能夠調(diào)節(jié)HO-1的表達(dá)。刺激因子不同，啟動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也不同，但它們共同的通路都是誘導(dǎo)HO-1基因的表達(dá)。對于HO-1的調(diào)控因素及其信號通路現(xiàn)在仍有許多機制問題沒有完全解決，需要得到進一步證實。

3 HO-1與變應(yīng)性鼻炎

變應(yīng)性鼻炎是一種氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病，它具有氣道內(nèi)的嗜酸性粒細(xì)胞和杯狀細(xì)胞超常增生、黏液分泌過多、對吸入性過敏原和非特異性刺激高反應(yīng)性的特征，氣道中的炎性應(yīng)答可以引起炎性細(xì)胞的產(chǎn)生、激活以及結(jié)構(gòu)的改變[8-9]。研究[10]表明，在變應(yīng)性鼻炎的鼻黏膜中HO-1強陽性表達(dá)，并與炎癥的嚴(yán)重程度明顯相關(guān)。在變應(yīng)性鼻炎患者鼻黏膜中HO-1 mRNA水平顯著增高，說明HO-1作為一種保護基因，可能參與了變應(yīng)性鼻炎的炎性過程。其代謝產(chǎn)物CO可以抑制炎癥前細(xì)胞產(chǎn)物，包括刺激調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂素調(diào)節(jié)信號系統(tǒng)，具有潛在的抗炎作用；HO通過轉(zhuǎn)換血紅素發(fā)揮抗氧化作用，后者在細(xì)胞內(nèi)的積聚可提升細(xì)胞內(nèi)的高氧狀態(tài)；膽紅素也具有潛在的抗氧化特性；從血紅素釋放的活化鐵通過活化鐵調(diào)節(jié)蛋白能夠啟動細(xì)胞內(nèi)氧化作用，這些機制都可能參與了局部復(fù)雜的變態(tài)反應(yīng)性炎癥過程，其作用機制仍在進一步研究之中[11]。

4 HO-1與變應(yīng)性哮喘

變應(yīng)性哮喘是由多種細(xì)胞包括氣道的炎癥細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞(如嗜酸性粒細(xì)胞、MCs、T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等)和細(xì)胞組分參與的慢性氣道炎癥性疾病[12]。參與哮喘的這些細(xì)胞和細(xì)胞組分可釋放大量的氧自由基和親電子體等氧化劑，破壞抗氧化酶，導(dǎo)致氧化/抗氧化失衡，出現(xiàn)氧化應(yīng)激。由于HO-1在哮喘中發(fā)揮的作用機制十分復(fù)雜，所以至今仍未完全闡明。既往對呼吸道疾病的研究，主要集中在哮喘和慢性阻塞性肺疾病，而HO-1對變應(yīng)性鼻炎鮮有研究。研究[8]表明，HO-1能直接通過對抗氧化系統(tǒng)的直接調(diào)節(jié)以增強機體的抗氧化能力，對抗氧化劑所介導(dǎo)的細(xì)胞損傷，在支氣管哮喘、肺纖維化、心臟及肺的缺血再灌注損傷等中具有顯著抑制疾病發(fā)生和發(fā)展的作用。最近的研究[13]發(fā)現(xiàn)，在體內(nèi)試驗哮喘模型中，誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)可以改善氣管炎癥、黏液分泌過多和氣道高反應(yīng)性；在鼠類的哮喘模型中外源性的膽紅素或低劑量CO通過抑制白細(xì)胞的遷移和內(nèi)源性活性氧和白細(xì)胞介素5的生成而改善氣道炎癥。這些研究均表明HO-1可能在變應(yīng)性哮喘的發(fā)病機制中發(fā)揮著保護作用。

5 HO-1參與氣道變應(yīng)性炎癥的作用與機制

HO-1及其催化產(chǎn)物在機體內(nèi)都是重要的生物效應(yīng)分子，其在氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病中發(fā)揮著抗炎、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)等細(xì)胞保護作用，下面主要從HO-1及其催化產(chǎn)物的生物學(xué)功能及機制方面進行闡述。

5.1 抗炎作用：氣道變態(tài)反應(yīng)炎癥疾病可以提高氣道內(nèi)活性氧、一氧化氮的產(chǎn)生和炎性因子的水平，而這些因素都可以誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)[14]。在細(xì)胞及動物水平的大量研究均已證實，HO-1及其產(chǎn)物具有抗炎作用。HO-1可以抑制細(xì)胞間黏附分子的表達(dá)、調(diào)節(jié)致炎和抗炎細(xì)胞因子及趨化因子的水平，以及抑制中性粒細(xì)胞的聚集。在幾內(nèi)亞豬的哮喘模型中，誘導(dǎo)HO-1的表達(dá)可以改善氣管炎癥、黏液分泌過多、氧化應(yīng)激和氣道高反應(yīng)性，其代謝產(chǎn)物CO參與細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，在基因水平調(diào)控炎性反應(yīng)[15]。CO可減輕氧自由基引起的大鼠氣道內(nèi)中性粒細(xì)胞浸潤，低濃度CO能抑制促炎因子腫瘤壞死因子α、血小板源性生長因子及內(nèi)皮素1 的產(chǎn)生，從而發(fā)揮抗炎作用。膽綠素主要通過抑制經(jīng)典途徑C1 的激活，從而保護組織免遭補體活化介導(dǎo)的炎性損傷，它可以減輕肺部炎癥，改善長期生存率，在細(xì)胞水平可觀察到膽綠素對肺內(nèi)皮細(xì)胞系和巨噬細(xì)胞系的直接保護作用。

5.2 抗氧化作用：氧化/抗氧化失衡是氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病的重要發(fā)病機制之一，在正常生理條件下，機體中的活性氧和活性氮的生成與清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)。在遭受各種有害刺激時，使氧化增強劑/自由基產(chǎn)物和抗氧化防御系統(tǒng)間失衡[16]。HO-1可以通過對抗氧化系統(tǒng)的直接調(diào)節(jié)以增強機體的抗氧化能力，HO-1抗氧化損傷除了本身的作用機制外，還與其代謝產(chǎn)物有關(guān)，CO有助于維持正常生理狀態(tài)及急性肺損傷缺氧狀態(tài)下肺組織氧合及灌注。低劑量CO可以提高動物對高氧性損害的耐受性，能明顯減輕高氧引起的胸腔積液、肺水腫和中性粒細(xì)胞的聚集；膽紅素屬于內(nèi)源性抗氧化劑，特別是在消除自由基和抑制脂質(zhì)過氧化的過程中有很強的抗氧化作用，其抗氧化能力明顯強于維生素E和維生素C等物質(zhì)。在細(xì)胞培養(yǎng)液中加入膽紅素后發(fā)現(xiàn)，明顯增強了細(xì)胞抗氧化損傷的能力；血紅素被降解后釋放的游離鐵生成鐵蛋白亦具有抗氧化損傷和細(xì)胞保護功能。活性氧如超氧陰離子和過氧化氫的毒性作用依賴于鐵，其與細(xì)胞內(nèi)游離鐵結(jié)合，通過Fenton反應(yīng)產(chǎn)生毒性作用，而鐵蛋白的合成能夠阻斷上述反應(yīng)的發(fā)生。

5.3 免疫調(diào)節(jié)作用：HO-1及其產(chǎn)物除了具有上述抗炎、抗氧化作用外，還可以影響DCs、MCs和Tregs等，對機體起到間接的免疫調(diào)節(jié)作用。因此闡明HO-1與DCs、MCs和Tregs在氣道炎癥中的作用及其相互關(guān)系，對了解氣道變態(tài)反應(yīng)性炎癥的發(fā)生機制具有重要的意義。

5.3.1 HO-1及其產(chǎn)物與DCs：DCs是目前所知的機體內(nèi)功能最強大的抗原遞呈細(xì)胞，是連接固有免疫和獲得性免疫的“橋梁”，它能夠誘導(dǎo)初始型T細(xì)胞對吸入性抗原的初級免疫應(yīng)答，還可分泌趨化因子導(dǎo)致持續(xù)氣道炎癥，在氣道炎癥疾病的發(fā)生發(fā)展以及維持中發(fā)揮著重要作用。藥物誘導(dǎo)小鼠和人DCs HO-1蛋白表達(dá)后，能明顯抑制DCs的活性和免疫原性，其產(chǎn)物CO、膽綠素、膽紅素也具有類似的效應(yīng)。此外有研究[17]還發(fā)現(xiàn)，HO-1的表達(dá)能夠抑制DCs的成熟和調(diào)節(jié)DCs分泌細(xì)胞因子，DCs中HO-1的誘導(dǎo)表達(dá)抑制白細(xì)胞介素12分泌，卻促進白細(xì)胞介素10表達(dá)，從而起到抗炎作用。在動物模型中，有研究[18]采用HO-1 cDNA轉(zhuǎn)基因方法以增加HO-1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞介素10水平增加，并耐受脂多糖誘導(dǎo)的肺損傷，起到間接免疫調(diào)節(jié)作用。但DCs如何參與氣道變態(tài)反應(yīng)的免疫調(diào)節(jié)作用及其具體的作用機制目前仍需進一步得到證實。

5.3.2 HO-1及其產(chǎn)物與MCs：MCs被證明為識別過敏原并通過增高Th2型細(xì)胞因子的釋放而加重過敏癥狀的靶細(xì)胞，其廣泛分布于人體與外界環(huán)境相交的表面，如皮膚、呼吸道表面、消化道表面等，在氣道變態(tài)反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要的功能。MCs被激活后通過釋放具有高活性的生物因子、趨化因子、脂質(zhì)介質(zhì)、類蛋白酶等參與變態(tài)反應(yīng)過程，引發(fā)平滑肌收縮、毛細(xì)血管擴張和通透性增強、腺體分泌增加，從而導(dǎo)致組織損傷壞死和炎癥蔓延。研究[19-20]表明，HO-1可以減輕過敏原誘發(fā)氣道炎癥和高反應(yīng)性，在MCs生理病理過程中維持動態(tài)平衡方面發(fā)揮著十分重要的調(diào)節(jié)作用。HO-1的催化產(chǎn)物膽紅素和CO可以有效抑制MCs脫顆粒進而釋放組胺，高濃度膽紅素和CO在MCs中發(fā)揮著強有力的抗過敏作用。因此，MCs不僅是啟動急性過敏反應(yīng)的效應(yīng)細(xì)胞，而且還通過HO-1參與了氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)生發(fā)展過程；但是MCs在啟動過敏反應(yīng)及氣道炎癥性疾病中的作用目前仍在深入研究之中。

5.3.3 HO-1及其產(chǎn)物與Tregs：Tregs是具有調(diào)節(jié)功能的成熟T細(xì)胞亞群,其調(diào)節(jié)功能在機體免疫穩(wěn)態(tài)維持、腫瘤免疫、移植耐受、變態(tài)反應(yīng)等方面發(fā)揮著重要作用。CD4+CD25+Treg細(xì)胞是Tregs的主要成員，在變應(yīng)性疾病和哮喘的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。Foxp3基因特異性表達(dá)于CD4+CD25+Treg細(xì)胞，它不僅是CD4+CD25+Treg細(xì)胞活化的標(biāo)志，而且與其細(xì)胞發(fā)育和功能維持密切相關(guān)。HO-1可以誘導(dǎo)Foxp3基因活化的CD4+CD25+Treg細(xì)胞的表達(dá)，抑制氣道高反應(yīng)性和白細(xì)胞募集，降低抗原致敏激發(fā)后的小鼠肺實質(zhì)和氣道腔內(nèi)嗜酸性細(xì)胞數(shù)量，還可以通過誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素10，HO-1可能通過提高Treg細(xì)胞比例并增強其功能來調(diào)節(jié)體內(nèi)Th1/Th2平衡，進而抑制抗原誘導(dǎo)的氣道變態(tài)反應(yīng)性炎癥的發(fā)生[21]。HO-1誘導(dǎo)了Foxp3基因活化的CD4+CD25+Treg細(xì)胞的表達(dá)過程，與氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)病機制密切相關(guān)，并從多個方面影響了機體的免疫狀態(tài)。

6 前景與展望

氣道變態(tài)反應(yīng)性炎癥的發(fā)生發(fā)展過程與HO-1及其產(chǎn)物的生物學(xué)功能密切相關(guān)，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)HO-1在氣道變態(tài)反應(yīng)性炎癥中高表達(dá)，其在機體內(nèi)發(fā)揮著顯著的抗炎、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)等細(xì)胞保護作用，HO-1的研究為該領(lǐng)域?qū)W者提供了一個全新的方向和突破口，因此對HO-1在氣道變態(tài)反應(yīng)性炎癥中作用機制的進一步揭示，將會為這類疾病提供新的治療思路。

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2013-05-02；

2013-06-03

宋冬梅(1970-)，女，天津人，河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院副教授，醫(yī)學(xué)博士，碩士生導(dǎo)師，從事耳鼻喉及氣道變態(tài)反應(yīng)性疾病診治研究。

*通訊作者。E-mail:wbsent@126.com

R768

A

1007-3205(2014)03-0367-04

劉斯靜)