血红素氧化酶_1与心血管病_高进辽

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另外, 氧化应激反应在 AS 的发生发展过程中发挥着重 要作用。 HO-1 可能通过其代谢产物胆红素、CO、亚铁离子发 挥抗氧化作用, 以保护低密度脂蛋白胆固醇免受过氧化,以 及抑制低密度脂蛋白诱导内皮细胞合成单核细胞趋化蛋白1 (MCP-1),减少 AS 的形成。 3.2 HO-1 与心肌缺血再灌注损伤 预计到 2020 年缺血性心 脏病将成为世界范围内导致死亡的首要病因,随着溶栓、经皮 冠 状 动 脉 腔 内 血 管 成 形 术 (PTCA)、冠 脉 搭 桥 术 (CABG)等 再灌注治疗临床应用的深入开展,缺血-再灌注损伤的防治已 成为目前研究的热点。
脂 联 素 (APN) 是 一 种 脂 肪 特 异 性 蛋 白 ,从 脂 肪 组 织 中 释放,与脂肪组织的代谢密切相关,具有促进葡萄糖分解代 谢、减轻胰岛素抵抗、调脂、抗炎、抗动脉粥样硬化等作用,同 时也与冠状动脉疾病 、心肌梗死有相关性[5]。 研究表明,APN 与冠状动脉病变严重程度密切相关, 使用 HO-1 诱导剂能同 时 使 HO-1 与 APN 在 心 肌 组 织 和 血 管 中 的 表 达 水 平 增 高 , 提示两者之间可能存在暂时的 HO-1-APN 轴[6]。 我们推测, HO-1-APN 轴可能在抗动脉粥样硬化过程中发挥重要作用。
中 通 过 提 高 胰 岛 素 增 敏 因 子 [APN、 腺 甘 酸 活 化 蛋 白 激 酶 (AMPK)、骨 骼 肌 细 胞 葡 萄 糖 转 运 蛋 白 4 (GLUT4)] 和 胰 岛 素信号通路中的某些信号分子 (cGMP、cAMP) 的水 平 来 改 善胰岛素的敏感性并促进糖代谢。 血红素的效应能够被 HO-1 的抑制剂铬中卟啉 (CrMP) 所阻断,并且在单用 CrMP 时还能够加重空腹血糖的升高和胰岛素抵抗。 有研究提示, 血 红 素 的 降 血 糖 、改 善 糖 耐 量 、增 强 胰 岛 素 敏 感 性 等 作 用 均 与上调 HO-1 有关,且基础水平的 HO-1 参与了糖代谢及胰 岛素信号通路的调控过程 。 [18]
HO-1 调节 SHR 血压的可能机制包括(1) HO-1 的代谢 产 物 CO 通 过 激 活 鸟 苷 酸 环 化 酶 而 增 加 环 单 磷 酸 鸟 苷 (cGMP),cGMP 通 过 降 低 血 管 内 血 管 平 滑 肌 细 胞 (VSMC) 内的钙离子浓度、 改变参与血管收缩的蛋白质的磷酸化、抑 制 内 电 压 依 赖 的 钙 通 道 等 多 种 机 制 ,导 致 血 管 舒 张 ;(2) CO 抑 制 细 胞 色 素 P450 依 赖 的 反 应 ,并 因 此 抑 制 缩 血 管 物质的 形成,延缓高血压的进展。 4 HO-1 与肥胖
肥胖、胰岛素抵抗、糖尿病等是心血管病的主要病因,患 有肥胖症的人群较正常人群发生心血管病的概率显著增高。 研究显示,肥胖、胰岛素抵抗、糖尿病等导致的心血管病,都 是由于氧化应激 、炎性反应、内皮功能失调等因素造成的 。 [14] 上 调 HO-1 可 以 减 轻 肥 胖 ,能 够 有 效 地 重 构 脂 肪 组 织 ,减 轻 腹型 ( 向心性) 肥胖,缓解肥胖相关性炎症及其所导致的胰 岛素抵抗 。 [15] 研究发现,与正常对照组比较,肥胖动物模型的 脂肪细胞炎性因子和过氧化产物升高,HO-1 表达明显减少, 如提高 HO-1 表达可抗炎症、抗氧化 。 [14]
HO-1 已 被 证 实 有 抗 氧 化 、抗 凋 亡 、抗 炎 、影 响 细 胞 增 殖 等多种作用,而 2 型糖尿病 (T2DM) 的发病机制与机体过度 的炎性反应及胰岛素敏感性的降低密切相关。 脂肪组织在 T2DM 及肥胖状态下表现出慢性炎性反应,炎性因子和 ROS 产 生增多打破了氧化-抗氧化作用的平衡,使氧化应激病理性 增强。 研究发现,肥胖 T2DM 大鼠 HO-1 蛋白明显下降,提示 HO-1 下 降 与 胰 岛 素 抵 抗 密 切 相 关 ,可 能 参 与 T2DM 的 发 生 发展;上调 HO-1 表达可升 高 脂 肪 细 胞 APN 表 达 ,纠 正 炎 性 因子增高。 基础研究发现,在 T2DM 大 鼠 模 型 中 HO-1 的 表 达 和 活 性 均 较 对 照 组 明 显 降 低 , 表 明 在 T2DM 中 , 存 在 着 HO-1 功 能 缺 陷 ;用 血 红 素 上 调 HO-1 能 够 在 GK 大 鼠 模 型
基金项目:北京市自然基金 (7122175);国家自然基金 (81270154) 作者单位:100853 北京,解放军总医院南楼心血管一科 通信作者:曹 剑,E-mail:calvin301@163.com
3 HO-1 与心血管病 3.1 HO-1 与冠状动脉粥样硬化性心脏病 研究发现,HO-1 在所有 AS 斑块中均有表达, 与病变处炎症损伤修复及斑块 内血管形成有关[2]。 动物实验表明,HO-1 表达缺失或减少的 小鼠氧化应激反应产物增加,表现为不同形式的 AS[3]。 研究 发 现 ,冠 心 病 患 者 外 周 单 核 细 胞 中 HO-1 的 表 达 降 低 ,且 表 达水平与冠状动脉评分呈显著负相关[4]。 但是,目前 HO-1 对 动脉粥样硬化的具体机制尚不清楚。
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中华保健医学杂志 2014 年 2 月第 16 卷 第 1 期 Chin J Health Care Med,February 2014,Vol 16,No. 1
·综 述·
血红素氧化酶-1 与心血管病
高进辽,曹 剑,范 利
[关键词] 血红素氧化酶; 心血管病
[中图分类号] R554
[文献标识ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ] A
HO-1 是体内参与亚铁血红素代谢的一种具有多种功能 的微粒体氧化酶,是血红素代谢的起始酶和限速酶,在氧化 应激过程中起重要的细胞保护作用。 HO-1 能降解血红素生 成 胆 绿 素 、一 氧 化 碳 (CO) 和 亚 铁 离 子 的 功 能 ,该 过 程 需 要 还原辅酶Ⅱ (NADPH) 提供电子。 HO-1 酶促反应及其产物 在人体内起调节和保护作用,胆绿素及还原产物胆红素是内 源 性 的 抗 氧 化 剂 ,能 清 除 活 性 氧 簇 (ROS) 和 抑 制 脂 质 过 氧 化。 生理条件下,CO 具有舒张血管的作用。 2 HO-1 代谢产物及其在心血管病中的作用
HO-1 通 过 降 解 血 红 素 生 成 胆 红 素 、CO 和 亚 铁 离 子 ,从 而发挥抗氧化损伤和对心血管系统的保护作用,并能增加一 氧化碳 (NO) 的生物利用度[1]。胆红素是内源性抗氧化剂,能 清除 ROS 和抑制脂质过氧 化 , 具 有 抗 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 作 用,其含量与冠心病的发病率呈负相关 。 HO-1 诱导产生的 CO 能 舒 张 血 管 平 滑 肌 ,抑 制 血 小 板 聚 集 和 血 管 平 滑 肌 细 胞 增殖,发挥抗氧化作用,保护血管内皮细胞及心肌细胞,减少 内皮细胞凋亡,促进血管平滑肌细胞凋亡,减轻血管损伤后 的不良重构,抑制心肌细胞肥大,降低左心室与体质量之比。 组织细胞中游离铁水平升高,可通过 Fenton’s 反应催化产生 氧自由基,导致氧化应激反应和氧化低密度脂蛋白 (ox-LDL) 生成,增加患动脉粥样硬化 (AS) 的危险性。 HO-1 活力增强 时使游离铁增加,同时上调铁蛋白的表达,使其与铁离子结 合成螯 合 物 ,进 一 步 降 低 了 游 离 铁 对 损 伤 性 ROS 形 成 的 促 进作用。
HO-1 诱导剂能同时使 HO-1 与 APN 水 平 升 高 ,HO-1APN 水平上调,增加小 脂 肪 细 胞 (“健 康 ”脂 肪 细 胞 ) 数 量 及 胰岛素敏感性,减少炎性介质的释放,显著降低腹部和皮下 脂肪含量,同时能降低血糖水平和骨髓中脂肪细胞的产生 。 [16] HO-1 上 调 还 能 促 进 肥 胖 小 鼠 的 机 体 代 谢 恢 复 正 常 水 平 。 [17] 提示两者之间可能存在暂时的 HO-1-APN 轴,在肥胖及其器 官损害中发挥重要作用,值得更深入的基础研究来验证。 5 HO-1 与糖尿病
血红素氧化酶 (HO) 家族主要包括 HO-1 (诱导型 )、 HO-2 (结构型),分别为不同的基因所编码。 HO-1 是诱导型 酶,主要分布于脾、心、肾、肺、肝、骨髓等的微粒体内,以脾中 的活性最高。 HO-1 在正常生 理 条 件 下 的 表 达 水 平 很 低 ,但 可以为多种有害刺激所诱导,包括氧化应激、炎症、热休克、 血红素、溶血、重金属、高温以及内毒素等。
近年研究发现,HO-1 对多种组织的缺血-再灌注能起到 显著保护作用,在许多应激性损伤和炎症反应中 HO-1 表 达 增加。 有研究表明,HO-1 上调具有心血管保护功能,可以降 低 心 肌 梗 死 自 发 性 高 血 压 大 鼠 (SHR) 的 血 压 ,并 且 可 以 减 轻病理性左心室重构,改善梗死后心功能[7]。 实验证明,HO-1 基因敲除后,小鼠缺血再灌性心律失常的发生率明显增高, 提 示增加 HO-1 的表达可对抗心肌损伤。 用 HO-1 诱导剂或 转基因技术使组织中 HO-1 表达增加,可明显增强 组 织 的 抗 氧 化 损 伤 能 力 ,抑 制 炎 症 反 应 ,减 轻 缺 血/再 灌 注 损 伤 ,对 缺 血/再 灌 注 组 织 具 有 明 显 的 保 护 作 用 ,但 其 作 用 机 制 尚 不 明 确 [8]。 诱 导 HO-1 的 表 达 上 调 , 可 抑 制 C/EBP 同 源 蛋 白 (CHOP) 表 达 ,引 起 内 质 网 应 激 介 导 的 细 胞 凋 亡 [9]。 研 究 显 示,APN 可能通过减轻内质网 应 激 改 善 内 质 网 功 能 的 稳 态 , 从 而 减 轻 心 脏 缺 氧/复 氧 导 致 的 心 肌 细 胞 凋 亡 ,这 为 心 脏 缺 血/再 灌 注 的 细 胞 保 护 治 疗 提供了新的方向 。 [10]
doi:10.3969/.issn.1674-3245.2014.01.027
血红素氧化酶-1 (HO-1) 在心血管系统中的作用逐渐 被人们所重视,并已成为相关领域的研究热点。 近年来研究 发现,HO-1 对多种心血管病具有重要的保护作用,如冠状动 脉疾病、心肌梗死等。 本文就 HO-1 的生物学特性、代谢产物 及对心血管系统的保护作用等作一综述。 1 HO-1 的一般生物学特性
中华保健医学杂志 2014 年 2 月第 16 卷 第 1 期 Chin J Health Care Med,February 2014,Vol 16,No. 1
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通过上调 HO-1 表 达 ,引 起 APN 水 平 增 加 ,进 而 减 轻 心 肌 缺 血/再 灌 注 损 伤 的 内 质 网 应 激 可 能 是 HO-1 发 挥 作 用 的 机制之一。 3.3 HO-1 与高血压 HO-1 与 高 血 压 的 关 系 逐 渐 成 为 研究 的热点。 研究表明,给予血红素能够降低 SHR 的血压[11]。 Cao 等 [12]发 现 , 氧 化 亚 锡 可 以 上 调 HO-1 表 达 以 及 增 强 HO 活 性 ,同 时 升 高 血 浆 APN 水 平 ,减 轻 氧 化 应 激 水 平 ,改 善 血 管 内 皮 功 能 ,从 而 降 低 糖 尿 病 SHR 的 血 压 水 平 。 有 研 究 应 用 基 因 转 导 的 方 法 ,将 人 类 重 组 HO-1 导 入 用 血 管 紧 张 素Ⅱ (AngⅡ) 诱 导 的 高 血 压 大 鼠 模 型 中 ,结 果 发 现 ,导 入 HO-1 基 因 可 以 降 低 血 压 ,提 高 血 浆 中 APN、内 皮 型 NOS (eNOS)、 磷 酸 化 的 内 皮 型 NOS (peNOS) 的 表 达 水 平 ,改 善 血 管 舒 张 功能,缓解 AngⅡ引发的高血压和与之相关的血管功能紊乱[13]。
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