血红素氧合酶-1与动脉粥样硬化和冠心病相关性研究的最新进展

作者:胡昌兴

作者单位：广西自治区人民医院心内科，广西 南宁 530021

  【摘要】  血红素氧合酶（heme oxygenase,HO）是血红素分解代谢的起始酶和限速酶，血红素分解代谢的主要产物，胆红素、一氧化碳（CO）长期以来被认为是体内废物。然而，近年的研究证实胆红素是一种抗氧化剂；CO是一种新型信使分子；HO是一种抗氧合酶和应激蛋白，存在于人体多种组织和器官，具有广泛的生理功能，与动脉粥样硬化（atherosclerosis,AS）和冠心病（CHD）的发生和发展有关。研究表明实验性AS斑块及CHD患者HO-1表达显著增加。研究表明HO-1基因启动子微小卫星多态性与CHD的危险性及冠状动脉、股动脉支架术后再狭窄有关。但也有研究表明它与冠心病的危险性及冠脉支架内再狭窄无关。因此，其确切作用有待进一步探讨。

【关键词】  血红素氧合酶；一氧化碳；动脉粥样硬化；冠状动脉疾病

　　1  血红素氧合酶（HO）的结构    　　HO有HO-1、HO-2和HO-3三种同工酶。HO-1为诱生型，分子量为30-32KD，广泛分布于全身组织和细胞，生理状态下只有少量表达，重金属、细胞因子、血红素、激素、应激和氧化剂等因素诱导可显著增加酶活性。它是一种热休克蛋白，是细胞的一种内源性保护蛋白质。HO-2和 HO-3是结构型酶，HO-2分子量为36KD，是生理状态下的主要存在形式，只能被肾上腺皮质激素诱导。HO-3是分子量为33KD的单拷贝基因产物，其活性显著低于HO-1和HO-2，尚未发现心血管系统中有HO-3表达[1]。

　　2  HO酶促反应及其产物的功能意义    　　HO酶促反应具有生理意义，因为HO降解具有促氧化作用的血红素，同时产生等摩尔量CO和胆红素[2]。

　　2. 1  调节细胞内血红素的稳态    　　在血红素与过氧化氢酶或细胞色素以共价键或非共价键结合时，血红素是氧可逆性结合或电子转移所必须的物质。另一方面，当血红素与分子氧反应时，可催化细胞毒性氧自由基（ROS）的的产生，从而引起DNA损伤、脂质过氧化和蛋白质变性[3]。因此，细胞‘血红素调节池’需要通过血红素的合成和降解来进行严格的控制。除HO作为血红素降解的限速酶外，血红素合成酶—δ-氨基乙酸合成酶和血红素结合蛋白在调节细胞血红素池稳态中也具有重要作用[4]。

　　2. 2  胆红素——一种生理性抗氧化剂    　　HO的产物胆绿素在哺乳动物细胞内胆绿素还原酶作用下迅速转变为胆红素。研究表明胆红素的不同循环形式具有强大的抗氧化作用，都能有效清除氧自由基，并能防止人低密度脂蛋白（LDL）过氧化[5]。

　　2. 3  内源性CO——一种新型信使分子    　　CO长期以来被认为是体内废物。近年的研究证实，内源性CO是一种具有许多生理功能的细胞信使[6]。CO的信使功能与信使气体NO相似，与可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）结合，并激活该酶，调节环磷酸鸟苷（cGMP）的生成起细胞信使作用，在脑内作为神经递质，在脑外具有舒张血管平滑肌、抗血管平滑肌细胞增殖、抗血小板聚集和抗心肌缺血再灌注损伤。

　　3  低胆红素血症——冠心病的一种危险因素    　　几项研究证实CHD与循环总胆红素浓度呈反比。Schwertner等（1994年）首次观察到血浆总胆红素浓度与CHD的发病率呈显著负相关。该重要发现提示胆红素低于正常与缺血性心脏病的发生有关。Hopkins等[7]发现具有早发CHD家族史的患者平均血清总胆红素为8. 9±6. 1 μmol/L，而正常健康对照组为12. 4±8. 1 μmol/L。Breimer等（1995年）在一项有关英国中年男性的前瞻性研究中发现，血清胆红素浓度与心血管疾病危险性之间呈U型曲线关系，认为血清胆红素浓度降低可增加缺血性心脏病的危险。另有研究表明血胆红素浓度与几种 已知的CHD危险因素，如吸烟、LDL|C、糖尿病和肥胖呈反相关；而与CHD保护因子高密度脂蛋白胆固醇(HDL|C）呈正相关[2，3]。血清总胆红素浓度降低无论是单变量还是多变量分析都与CHD的发生相关，而且，在调整已知CHD的危险因素，如年龄、胆固醇、HDL|C、吸烟和收缩压后，这种相关性仍然很显著[2]。根据这些发现，人们提出将低胆红素血症作为CHD的一项独立危险因素，胆红素浓度与CHD发病率呈反比。

4  HO-1防治AS的实验依据    　　1997年Ishikawa等[4]，应用人主动脉内皮细胞和平滑肌细胞共同培养，以探讨HO在早期AS发生中的可能作用。发现中度氧化的LDL可显著诱导HO-1，而且，氯血红素预处理可增强其诱导。HO-1的诱导降低单核细胞的趋化性。相反，原卟啉锡Ⅸ（SnPP-Ⅸ）抑制HO-1的表达则增强单核细胞的趋化性。HO-1的催化产物，胆绿素或胆红素预处理也降低其趋化性。因为含花生四烯酸的天然磷脂不诱导HO-1，考虑OX-LDL中氧化磷脂诱导了HO-1的表达。提示轻度OX-LDL诱导的HO-1产生抗氧化剂胆绿素和胆红素防止动脉壁的炎症反应。1998年 Wang等[8]检测载脂蛋白E缺陷小鼠和人AS病变中HO-1的表达，免疫染色和原位杂交均明确证实，在人和实验小鼠增厚内膜病变的内皮细胞和泡沫细胞／巨噬细胞中均有HO-1的明显表达，在复合病变的中膜平滑肌细胞中也有HO-1的表达。经OX-LDL处理的小鼠腹腔巨噬细胞可见HO-1mRNA呈剂量依赖性诱导，而天然LDL处理并不能诱导HO-1。时程研究发现3 h开始出现HO-1的明显诱导，6 h达高峰，持续24 h。HO-1诱导的程度与LDL制备时的氧化程度一致。OX-LDL中的主要成分，溶血磷脂胆碱不能诱导HO-1基因表达，提示HO-1基因的表达是由于OX-LDL中其它亲脂物质所诱导。本实验明确证实HO-1是AS病变中表达的一种应激蛋白。2001年Ishikawa等[9]研究证实HO-1抑制LDL-R基因敲除小鼠AS病变的形成。LDL-R基因敲除小鼠高脂饲喂6周，期间给予腹腔注射氯血红素（H组）或氯血红素及去铁草醯胺（desferrioxamine）（HD组）以诱导 HO-1，注射 SnPP-IX 抑制 HO-1（Sn组），注射生理盐水作为对照组（C组）。与C组比较，H和HD组主动脉近段AS病变显著减少，而Sn组病变增加。用RNA印迹（Northern blot）和HO活性测定判断HO的表达和HO的活性。免疫组化揭示AS病变中有HO-1的显著表达。病变中表达HO-1的主要细胞是巨噬细胞和泡沫细胞。HO的变化影响血浆脂质过氧化物（LPO）水平和亚硝酸盐/硝酸盐水平。认为，在高脂血症时，诱导的HO-1可能通过抑制脂质过氧化和影响 NO通路而防止AS的形成，是一种内源性保护因子。Jun等[10]将含人HO-1基因的腺病毒载体注入14周龄的ApoE小鼠体内，发现HO-1不仅抑制了早期AS病变的进展，也能抑制AS晚期病变的发展。

　　5  HO-1基因与冠心病相关性研究的临床证据    　　有关HO-1基因的心血管保护作用的临床研究较少，尽管有研究表明胆红素的含量与冠心病的发生率呈负相关，但仍不能直接说明HO-1基因与冠心病的联系。2002年Chen等[11]研究表明 HO-1基因启动子微小卫星（micro|satellits)多态性与2型糖尿病患者发生冠心病的危险性有关。通过检测474例合并冠心病的 2型糖尿病患者和322例无冠心病的2型糖尿病患者HO-1基因GT重复序列的等位基因频率，发现携带长GT重复序列的2型糖尿病患者氧化张力较高，而且发生CAD的危险性增加。Kaneda等[12]研究表明，HO-1基因启动子长度多态性与拥有冠心病危险因子的日本人发生CAD危险性相关，提示HO-1在这些日本人中可能具有抗AS作用。2004年 Chen等[13]报导含有较长GT重复序列HO-1基因（L，≥26）的患者比含较短GT重复序列（S，≤5）者更易发生血管成形术后再狭窄。认为HO-1基因启动子GT重复序列长度多态性是冠脉支架术后再狭窄和不良心脏事件的独立危险因素。提示HO-1基因启动子区域长GT重复序列可能干扰了HO-1基因的转录，从而降低了血管对损伤的保护作用，而短GT重复序列可上调HO-1基因的转录，增加血管对损伤的保护作用。2004年Schillinger等[14]研究证实了股骼动脉球囊成形术和支架植入术后再狭窄也与HO-1基因启动子GT重复序列长度多态性的有关。Chen SM等[15-16]研究发现冠心病患者HO-1蛋白表达显著高于无冠心病者，而且不同类型冠心病患者HO-1蛋白表达有显著差异（急性心肌梗死组＞不稳定心绞痛组＞稳定型心绞痛组）， 提示HO-1蛋白表达与冠心病严重程度有关。然而，Endler等[17]研究表明HO-1基因启动子微小卫星多态性虽然与血胆绿素水平和HDL水平有关，但与冠状动脉疾病无关。Li P等[18]研究表明 HO-1基因启动子微小卫星多态性与血浆IL-6水平有关，而与冠脉支架内再狭窄无关，提示HO-1基因启动子短GT重复序列可能具有抗AS炎症反应作用。以上研究表明，HO-1基因与AS和冠心病的关系以及HO-1基因启动子微小卫星多态性在血管成形术后再狭窄的确切作用还有待进一步探讨。

　6  HO-1防治AS的可能机制    　　HO-1防治AS的机制尚不明，可能与以下因素有关。

　　6. 1  胆红素介导抑制脂质氧化   　　脂蛋白，特别是LDL对氧化非常敏感。已知AS过程涉及血管内膜巨噬细胞摄取氧化低密度脂蛋白（OX-LDL），从而导致富含脂质的泡沫细胞的沉积。假定胆红素具有抗氧化作用，那么可合理推测胆红素通过防止脂质和脂蛋白发生氧化而发挥抗AS作用。胆红素浓度降低可增加脂质和脂蛋白氧化，从而促进AS斑块的形成。

　　6. 2  胆红素反映HO活性增加    　　HO活性增加通过消除血红素和／或增加CO、铁和胆红素的产生发挥抗AS作用和心脏保护作用。研究表明，HO任何一种代谢产物的浓度发生改变都可能影响AS的病理生理过程[19]。例如，HO-1介导的血红素的分解可减少血红素诱导的细胞毒性损伤，而血红蛋白浓度的减少可增加血管扩张作用；CO可激活sGC，具有心血管保护作用，参与血管张力、血小板聚集和血管平滑肌细胞（VSMCs）增殖的调节[20-21]。HO-1释放铁并改变铁储存也与冠心病危险性有关。

　　6. 3  免疫反应和炎症    　　已证实胆红素参与免疫反应和炎症过程。Nakagami等发现胆绿素和胆红素可抑制体外补体依赖性反应，胆绿素可抑制豚鼠体内福斯曼过敏反应，并提出胆红素可能具有抗补体作用的内源性保护剂。Wills等[22]发现HO活性增加时，炎症消退加快，而抑制HO活性可促进炎症反应，提示胆红素代谢与炎症反应有关。Li P等[18]研究表明HO-1基因启动子微小卫星多态性与血浆IL-6水平有关。

　　6. 4  其它    　　另一种可能，低胆红素浓度本身并不是CAD发生的原因，而是CAD的一种表现。根据这一观点，低胆红素是CAD倾向患者氧化活性增加导致天然抗氧化剂消耗的结果。

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