HO-1对肝癌影响的研究现状

引 言

肝脏是人体新陈代谢的重要器官，无论是物质代谢、能量代谢，还是药物和毒物的生物转化，都涉及氧化还原过程，并伴随大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的生成，如羟自由基(OH－)和过氧化氢(H2O2)等。肝脏具有抗氧化机制，血红素氧合酶 -1(heme oxygenase，HO-1) 、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD) 、过氧化氢酶(catalase，CAT)及谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)等均可降低 ROS水平，维持细胞氧化还原平衡及体内自由基的代谢平衡。但在疾病状态 (如肝炎)下，会产生大量的 ROS，导致抗氧化防御机制的不足而引起生物大分子脂质、蛋白质、DNA 的氧化损伤，久之则会导致肝硬化，甚至肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)。氧化应激产生的ROS 可促进丙型病毒性肝炎(hepatitis C virus，HCV)并发症的发生，而且，ROS 与 HCC的发生机制密切相关[1]。大量研究显示，氧化应激诱导 HO-1 的表达，其在肝脏损伤、癌症等多种病理生理变化方面起重要作用[2,3]。HO-1 属微粒体酶，凡引起细胞 ROS 水平增加的外来刺激，如 UV 照射、重金属、毒素等，大都能使 HO-1 的表达增加。HO-1 是血红素分解的起始和限速酶，可以将血红素分解为一氧化碳(CO)、胆绿素和二价铁[4]。CO 通过诱导肝细胞中三磷酸腺苷(ATP)的产生，参与 MAPK(mitogen-activated protein kinase)信号通路中 p38 的激活，并诱导抗凋亡蛋白Bcl-xl 的表达，从而使肝细胞免于凋亡。胆绿素通过胆绿素还原酶被还原为胆红素。CO 和胆红素是血红素代谢的终产物，它们可以通过减轻氧化应激产生的 ROS(如 H2O2)以降低机体的炎性反应[5]，提示在肝癌细胞中，HO-1 可通过其代谢产物发挥抗凋亡、抗炎等作用。HO-1 在多种实体肿瘤中的表达一般较高，其在肿瘤细胞的作用体现为以下两方面：其一，HO-1 能增强肿瘤细胞的抗氧化、抗凋亡、抗炎作用并促进肿瘤血管的生成[2,5,6]。其二，HO-1 可通过免疫抑制作用使癌症患者接受器官移植(包括肝移植)治疗时的免疫排斥降低。另有报道称，HO-1 可以使肝免于化学物质诱导的肝损伤并抑制肝癌的趋化[7]。同时也发现，使用 HO-1 的抑制剂可增强恶性肿瘤对放疗治疗的敏感性[8]。因此，本文主要对 HO-1 在肝癌发生中通过减少 ROS 促进肿瘤的增殖及发展，以及提高肝移植的成功率等研究进展予以概述，这对进一步开发新的抗肝癌药物具有潜在的指导意义。

肝癌细胞中HO-1的细胞保护作用

HO-1的保护作用主要是通过它的抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗老化及调节微循环等生物活性体现的[4,7]。保肝药物，如安卓奎诺尔 (牛樟菇菌丝体的乙醇萃取物) 等，可激活 Nrf2(nuclear factor E2-related factor 2)-ARE(antioxidant response element)，通过Ⅱ期解毒及抗氧化酶，如 HO-1，从而抵制 ROS 的产生，对肝细胞发挥保护作用[9～11]。HO-1 主要通过其本身及血红素代谢产物 CO 和胆绿素，降低机体的 ROS 水平及改变信号通路等，来发挥对肝癌细胞的保护作用。

HO-1 的抗氧化作用

氧化应激产生的 ROS 导致细胞毒性，引起细胞凋亡或坏死，并改变细胞增殖等生物学行为。抗氧化酶 HO-1 在抵抗氧化应激方面起重要作用，它可通过减少氧化应激产生的ROS 而降低其引起的细胞损伤，从而对细胞起到一定的保护作用[12]。在对 HCV 的研究中发现，HCV 核心蛋白(core protein)和非结构蛋白(NS protein)应激诱导 MAPK 〔细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、氨基末端激酶(c-Jun NH2-terminal kinase，JNK)和 p38〕，通过 Nrf2-ARE 信号通路诱导 HO-1 表达，并降低 HO-1 的负调控子 Bach1(BTB and CNC homology 1)的水平，减少了 ROS 对肝细胞造成的氧化损伤，并可抵制氧化应激诱导的细胞毒性[13]。另有研究表明，低浓度的二价铁离子(血红素分解的另一产物)可贮存于铁蛋白(ferritin，Ft)，重链铁蛋白(H-Ft)能够使细胞免于 ROS 造成的氧化应激损伤，同时也能使肝细胞免于缺血再灌注引起的肝损伤[7]。而在肝癌细胞中，化学物质异硫氰酸盐可使 MAPK 信号通路的 p38 磷酸化，通过激活 Nrf2-ARE 来促进 HO-1 介导的抗氧化作用[14]。另外，辣椒素 (红辣椒中的辛辣成分) 通过激活 PI3K-Nrf2 信号通路诱导 HO-1 表达后抑制 ROS，以促进肝癌细胞生长[15]。由此可见，降低 HO-1 表达可阻碍肝癌的发生发展，可能利于肝癌的治疗。光动力治疗法(photodynamic therapy，PDT)是利用光激活光敏剂而产生的 ROS 来破坏病变(包括癌变)组织的一种治疗方法。研究发现，在 HCC 治疗中，酞菁染料光敏剂 ZnPcS2P2受光激发后可降低HCC的线粒体膜电位，产生 ROS，激活细胞凋亡蛋白酶(caspase-3)，并将细胞阻滞在 G2/M期，从而抑制 HCC 的发生进展[16]。HO-1 等抗氧化剂可对抗 PDT 产生的 ROS，以削弱脱镁叶绿素酸盐 a(Pba)为主的 PDT 治疗肝癌及黑色素瘤的光动力效应[17,18]。这些结果为特定靶点敲除 HO-1 以提高肝癌等肿瘤的治疗敏感性奠定了一定的基础。

抗炎作用

炎症在肿瘤的生长和转移中发挥重要作用。在肿瘤发生的不同时期，包括肿瘤起始、恶性肿瘤转化、侵入及转移等，炎症都起到一定的促进作用。同时，它也影响免疫监控，并改变肿瘤治疗的敏感性[19]。在炎症发生过程中，中性粒细胞产生的大量 ROS 可引起感染部位发生炎症反应，而 HO-1 能够降低氧化应激产生的 ROS 水平以减轻炎症反应。HO-1 的抗炎作用已经在体内实验中得到证实，Poss 等人[20]早年发现HO-1－/－的老鼠发生了肝炎、肾炎、脾肿大、淋巴结病、白血球增多等炎性疾病，血清中的免疫球蛋白表达量升高，同时也分泌更多的促炎因子 Th1。接着，Lee 等[21]发现 HO-1 可促进小鼠巨噬细胞中抗炎因子IL-10 的生成，从而对炎症起到抑制作用。HO-1 在肿瘤发生过程中具有的抗炎作用还表现在，它可使巨噬细胞发展成为一种抑制Th1 细胞免 疫反应以降低肿瘤细胞炎症的肿瘤相关性 巨 噬 细 胞(tumor-associatedmacrophages，TAM)。同时，HO-1 可抑制 T 细胞和 NK 细胞(自然杀伤细胞)介导的免疫功能以促进肿瘤的发生[22]，说明 HO-1 通过其抗炎作用而促进肿瘤细胞的进一步生长。同时，胆绿素和胆红素对机体的炎症反应也起到抑制作用[5]。这说明 HO-1 与炎症的发生是密切相关的，它通过降低 ROS 水平、抑制 Th1 免疫反应及促进炎症因子 IL-10 的生成发挥显著的抗炎作用。

抗凋亡作用

细胞凋亡在细胞的多种生物功能中起必要的作用，它与诸多因素有关。氧化应激产生的过多 ROS 对细胞内 DNA、蛋白质、脂膜等造成的损伤，使细胞趋于凋亡。Tanaka[23]认为HO-1 对 HCC 的抗凋亡作用是通过降低 NO 诱导的 ROS 水平来发挥的。同时，体内实验也已经证实了 HO-1 的抗凋亡作用，如在鼠的 HCC 中，HO-1 抑制剂锌卟啉(ZnPP IX)或锡卟啉(SnPP IX)可使肝癌细胞的凋亡速度大幅度提高，说明 HO-1 具有显著的抗凋亡活性。另外，与 HO-1 诱导有关的 p38 等信号通路可抑制肝癌细胞的凋亡。人类 HCC 经低剂量的丙烯醛(香烟烟雾中脂质过氧化产生的一种不饱和醛)处理后，通过 PKC-δ和 p38 MAPK途径能够明显增加 HO-1 mRNA 及蛋白的表达水平，并使肝癌细胞被阻滞在细胞周期的G0/G1 期，证明丙烯醛诱导的 HO-1 对肝癌细胞的凋亡起到一定的抑制作用[24]。另外，HO-1 在肝缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，IRI)中也能够介导 IL-13 的表达，通过抗凋亡而发挥细胞保护作用[25]。而且，基因干扰 HO-1 能够提高 IRI 引起的肝细胞凋亡，间接地反映了 HO-1 通过抑制肝细胞凋亡发挥保护作用[26]。HO-1 对其它多种肿瘤细胞的凋亡行为也有一定的影响。如甲状腺状癌细胞中，肿瘤坏死因子(TNF-α)和环乙酰亚胺能够诱导 HO-1 的产生，使癌细胞免于凋亡[27]。由此可见，调节 HO-1 的含量对于肝癌及其它癌症的治疗也具有潜在意义。

HO-1对肝癌细胞生长及转移的影响

近年来的有关研究发现，HO-1 对肝癌细胞的生长具有促进作用。基因干扰 HO-1 的表达后，导致了鼠肝癌细胞增殖的降低及肝癌原位生长的抑制[28]。另外，在肝脏星状细胞(hepatic stellate cells，HSCs)中发现，抗恶性细胞增生的药物(异甘草素)增加 HO-1 的表达后，降低了 HSC 的增殖，从而减少了 HSCs 中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)对细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的降解，导致 ECM 过度增生而加快肝纤维化发展为肝硬化甚至肝癌的进程，说明 HO-1 在肝癌发生中起到促进作用[29]。肿瘤的生长依赖于新血管的生成，肿瘤血管生成是肿瘤得以转移的前提和关键，而HO-1 可以促进肿瘤血管的再生。在 HCC 中，基因干扰 HO-1 使细胞增殖降低，并减少了血管的生成，从而降低了肝癌细胞的转移[28]。另外，HO-1 对其他癌症的转移也有一定的影响，在对肺癌的研究中发现，基因干扰 HO-1 或用其抑制剂 SnPPIX 处理细胞后，细胞的存活率及血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factors，VEGF)的生成受到抑制[30]，说明 HO-1 在肿瘤血管生成方面起到促进作用，为肿瘤的进一步转移提供条件。当然，也有个别相反报道称 HO-1 对肝癌细胞的转移具有抑制作用[31]。鉴于 HO-1 对肿瘤的生长及转移的促进作用，在肿瘤发生的早期对 HO-1 进行特定靶点的敲除，可抑制 HCC 及其它肿瘤的生长及扩散，从而对机体发挥有利的作用。

肝癌患者肝移植治疗中HO-1的免疫抑制作用

HO-1 对肝癌的影响还体现在其降低肝移植时的免疫排斥。肝移植时采用免疫抑制疗法以降低免疫排斥是治疗晚期肝癌患者的有效途径[32]。有研究证实，腺病毒 (adeno-associatedvirus，AAV)转染的肝移植体中，超表达的 HO-1 能够明显地降低激活免疫反应的白介素IL-2 和 TNF-α的水平，提高了抑制免疫反应的转录因子(Foxp3)、转化生长因子(TGF-β)和 IL-10 的水平，可促进受体 Treg 细胞(免疫抑制细胞)发挥更有效的免疫抑制作用，降低了肝移植的免疫排斥反应，使肝移植患者的存活率进一步提高[32,33]。另外，HO-1 和血红素的产物 CO 可降低 IRI 程度并提高受体和移植物的存活率[34,35]。这说明超表达的 HO-1 在肝移植中对受体肝脏具有免疫抑制作用。因此，在肝移植定靶位点超表达 HO-1 可能会提高晚期肝癌患者肝移植治疗的成功率。

总 结

在肝癌的发生过程中，HO-1 通过抵抗机体产生的 ROS 以保护肝癌细胞并促进其生长和扩散，从而提高肝癌细胞的生长速度。同时，HO-1 也能够降低肝移植体的免疫排斥反应。因此，在肝癌发生的早中期，HO-1 具有的保护作用对肝癌的治疗造成一定的妨碍，但在肝癌后期的治疗中，HO-1 的免疫抑制作用则可减低受者的免疫排斥而对治疗起到辅助作用。由此我们认为，在特定的时间阶段改变 HO-1 的表达，在早中期抑制 HO-1 的活性，可能会增加化学疗法、放射及光疗法抗肝癌作用的疗效；在晚期肝癌患者肝移植治疗中，对特定靶点诱导 HO-1 的表达，对肝移植的成功也是至关重要的。