血红素加氧酶

血红素加氧酶

血红素加氧酶

【关键词】 血红素加氧酶

　　血红素加氧酶1；心脏疾病；文献综述

　　人类在进化过程中一种适应性变化就是能够抵御外界氧化损伤而保持自身稳定。超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和一些非酶类物质维生素E、维生素C在抵御外界氧化损伤中都起了重要作用，还有鲜为人知的血红素加氧酶（HO）在应激条件下保持细胞的稳定性也至关重要。HO基因缺失的个体不能正常生长并且对氧化损伤的敏感性增加，直至最后死亡。HO是血红素氧化的限速酶，在体内有3种同工酶，HO1、 HO2和HO3，分别由不同的基因编码，其氨基酸序列的同源性HO1与HO2之间是40%，HO2与HO3是90%。他们在分子结构、表达调节和组织分布中有很大差异。HO1为诱导型而HO2为构成型。HO的第3种亚型HO3最近才被发现，与HO2结构相似,但对血红素的分解功能较弱。HO1在组织氧化损伤的病理条件下起着保护细胞作用，而HO2则起着生理性调节作用。目前研究主要集中在对HO1的基因表达、调控以及与疾病的关系等方面。

　　1 HO1的一般生物学特性与功能

　　HO1也称之为热休克蛋白32（HSP32），是目前研究最多的一种同工酶。相对分子质量为32000，染色体定位22q12，在细胞中定位于微粒体，诱导性表达于肝、脾、心、肺、血管平滑肌、脑等组织，诱导因素为应激、缺氧、内毒素、过氧化氢、重金属、紫外线、细胞因子、生长因子等。作为血红素降解的限速酶，HO1降解由衰老或破损的红细胞释放出血红素，首先生成胆绿素、一氧化碳(CO)和Fe2 ，然后胆绿素在胆绿素还原酶作用下转换成胆红素，Fe2 诱导并参与了体内铁蛋白的合成。在血红素降解过程中需要烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）供氢并消耗O2 。以往认为血红素代谢产物不仅对机体无益，过量时还可对机体造成损害。如游离胆红素如果不能和葡萄糖醛酸充分结合并排出体外，就容易透过血脑屏障对神经系统造成损伤；Fe2 可产生活性羟基引起严重的氧化应激，导致细胞膜损坏和组织的损伤；而CO和血红蛋白结合后可造成组织缺氧。随着研究深入，人们对HO1及其催化产物在机体中的作用有了更深入的了解。首先HO1分解血红素，避免了血红素对细胞的损伤，催化过程中消耗了O2，减少了氧自由基生成。其次HO1的催化产物铁蛋白、CO、胆红素在氧化应激中起着保护组织细胞的作用，其中铁蛋白可降低细胞内Fe2 的浓度，同时HO1还可以上调内质网上的Fe2 通道，促进细胞内Fe2 泵出，防止由Fe2 介导的氧化应激损伤；胆红素作为HO1的代谢产物，能有效地清除氧自由基，防止细胞脂质层过氧化，而且游离胆红素比结合胆红素更能有效地抑制低密度脂蛋白分解；CO可以促使血管舒张，其机制为CO和NO一样可以活化鸟甘酸环化酶，使三磷酸鸟嘌呤核苷（GTP）转化成环磷酸鸟甙（cGMP），使血管舒张；CO还可以通过刺激平滑肌细胞膜上的K 通道促使血管舒张，以及抑制缩血管内皮素(ET1)的释放所引起的血管收缩。另外，CO还通过鸟甘酸环化酶活化P38有始分裂原活化MAPK信号转导途径，既可抑制炎症因子的基因表达，又可促进抗炎因子的产生来抑制炎症反应。除此以外，CO还有防止血管平滑肌细胞过度增生、抗血小板聚集、抗凋亡等作用。

　　2 HO1的诱导与表达

　　调控HO1可以被许多不同种类的因素所诱导，这些因素的共同特点是都能引起氧化应激，并通过有丝分裂原活化MAPK、蛋白激酶C、cAMP依赖性蛋白激酶A、cGMP依赖性蛋白激酶G等不同的信号途径来诱导HO1基因表达。 研究表明，HO1基因表达调控主要在转录水平上， HO1启动子区域包含不同的顺式反应元件,包括激活蛋白1(AP1)结合位点、金属反应元件、抗氧化反应元件、热休克和血红素反应元件等，转录因子如氧化应激反应转录因子NFκB和AP1等与这些特殊元件结合可导致HO1基因激活。但HO1基因调控在不同细胞种类和物种之间有很大差异，如在大鼠HO1的启动子上有热休克反应元件，热休克可促使热休克核因子聚集到相应的基因片段使HO1基因稳定。但在人类，两者结合则会引起HO1基因的表达。目前研究最多的转录因子是激活蛋白因子1（AP1）家族，其中NFE2相关因子2（Nrf2）最为重要。Nrf2可以和HO1基因抗氧化反应片段结合，调节相关基因，在氧化应激细胞反应中起重要作用。动物试验证实在小鼠HO1基因的增强区有一10bp序列，被称为应激反应元件（StRＥ），对于缺氧以外各种因子引起的应激反应非常重要，StRE中包含了AP1家族结合位点，两者结合可诱导HO1基因表达，而StRE突变会使HO1基因在应激状况下不能被活化，显示了AP1蛋白在HO1基因表达调控中的作用。 其他转录因子如低氧诱导因子1（HIF1），在与HO1基因相应片段结合后可诱导缺氧状况下的HO1基因表达。HIF1在含氧量正常情况下也可被一些受体介导因子如生长因子、细胞因子所诱导，但效应远低于低氧因素，低氧可以通过MAPK或磷脂酰肌醇3激酶信号通道介导HIF1蛋白合成。