病毒性肝炎发病机制中环氧合酶的作用

天狼星

ISSN 1009-3079 CN 14-1260/R 世界华人消化杂志 2004年 2月15日;12(2):417-419 病毒性肝炎发病机制中环氧合酶的作用 刘 敏, 成 军, 张树林 -------------------------------------------------------------------------------- 刘敏, 成军, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心, 全军病毒性肝炎防治研究重点实验室 北京市 100039 张树林, 西安交通大学第一医院传染科 陕西省西安市 710061 刘敏, 西安交通大学2000年内科 陕西省西安市 710061 国家自然科学基金项目, No. C39970674, No. C03011402, No. C39900130,No. C30070689, 军队“九、五”科技攻关项目, No. 98D063, 军队回国留学人员启动基金项目, No. 98H038, 军队“十、五”科技攻关青年基金项目No.01Q138，军队“十、五”科技攻关面上项目, No.01MB135 项目负责人: 成军, 100039, 北京市西四环中路100号, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心、全军病毒性肝炎防治研究重点实验室. [email protected] 电话: 010-66933391 传真: 010-63801283 收稿日期: 2003-07-12 接受日期: 2003-08-16 刘敏, 成军, 张树林. 病毒性肝炎发病机制中环氧合酶的作用. 世界华人消化杂志 2004;12(2):417-419 http://www.wjgnet.com/1009-3079/12/417.asp 0 引言 肝细胞癌(HCC)是世界上最常见的恶性肿瘤之一，常是慢性肝炎和肝纤维化的终末并发症. 对于HCC的治疗仅是姑息性的，长期存活很少. 肝内转移是肿瘤切除后复发和预后差的主要原因. 慢性HBV、HCV感染常发展成肝硬化、HCC. 环氧化酶(cyclooxygenase，COX)在维持组织内环境稳定，促进细胞生长，抑制凋亡等多种生命活动中发挥重要作用. 近年研究表明，COX在慢性乙型肝炎(HBV)、丙型肝炎(HCV)感染发展成肝硬化、HCC及肿瘤转移的发生中有重要作用. 1 COX的研究背景 COX是在前列腺素合成中起催化作用的限制性内切酶，故又称为前列腺素H合酶(prostaglandin H synthase，PGHS). 一般认为COX有两个亚型，COX-1和COX-2，将内质网及核膜的花生四烯酸转化成前列腺素H2，再进一步变形为地诺前列酮E2(PGE2)，PGF2a，PGD2及其他类花生酸类物质. 人体大多数细胞均可形成前列腺素. 前列腺素不是储存在机体内的，而是当有机械创伤或特有的细胞因子、生长因子和其他刺激时合成的[1-3]. 各种前列腺素以细胞型特有方式产生，通过信号穿透G蛋白连接膜受体诱导细胞功能，或通过核受体过氧化物酶体增生物激活受体(PPAR)发挥作用[3]. COX-1在许多组织是组成型表达，在维持组织内环境稳定中有重要作用. COX-2是可诱导的同功酶，生长因子、细胞因子和肿瘤启动子可刺激其在许多种细胞和组织表达. 在许多细胞和动物模型研究中，诱导COX-2可促进细胞生长，抑制凋亡，增加细胞运动性和附着力. COX-2利用花生四烯酸扰乱细胞内游离花生四烯酸水平从而影响细胞功能. 尽管这两个亚型结构相似，但他们的表达调节及在组织生物学、疾病中的作用有本质的不同. 非甾体抗炎药可选择性抑制COX-1、COX-2[1-5]. 2002年，Chandrasekharan et al [6]报道分离出COX-1的另一同功酶称为COX-3，是在细胞中以可诱导的方式表达. 人类COX-3 mRNA作为约5.2 kb的转录子表达，且大量存在于脑皮质和心脏. COX-1有10个内含子， COX-2有9个内含子. COX-1比COX-2多出内含子1. 哺乳动物COX-1的内含子1长度和序列高度保守. 这个内含子有一开放读码框，引导插入的一个30-34 aa的疏水性信号多肽可介导COX-1进入内质网膜腔和核胞膜. COX-3保留有内含子1. COX-3具有糖基化依赖的环氧化酶活性. 不同的非甾体抗炎药可选择性抑制COX-3，其中扑热息痛高度敏感. COX-3的作用还有待进一步研究和认同. 2 COX与病毒性肝炎的关系 Cheng et al [7]报道用免疫组化、western杂交、图像分析方法显示COX-2存在于肝细胞胞质，进展性肝纤维化患者COX-2信号强度明显增强，COX-2与透明质酸酶有明显相关性(P <0.01). 推测COX-2与肝纤维化有关. Cheng et al [8]报道慢性乙肝患者COX-2表达明显升高，但HBeAg阳性与阴性患者COX-2表达无明显差异，尽管后者炎性坏死明显少. 12例HBeAg阳性患者接受抗病毒治疗，其中拉米夫定7例，干扰素5例，治疗前后行肝穿病理检查. 成功的抗病毒治疗后COX-2仍持续高表达. 12例治疗后均有血清学转化和炎性坏死明显减轻，但COX-2表达无明显变化. Tabernero et al [9]用蛋白质印迹和免疫组化标记评估COX-2和iNOS表达、定位和体外血管反应性. 20例肝移植患者，其中暴发性肝衰竭(FHF)6例，病毒性肝炎肝硬化(CH)6例，对照组原发性肝癌8例. 结果FHF和CH患者动脉网膜动脉内COX-2和iNOS表达与对照比较明显上调. 认为病毒性肝炎患者不但肝组织中COX-2升高，而且外周血管中COX-2也升高. Begay et al [10]研究发现小鼠注入氯仿24 h后给予COX-2抑制剂NS-398和COX-1、COX-2抑制剂消炎痛，可阻止毒物引起的ALT升高和肝坏死，而不出现细胞活跃增生. 用NSAID 和 NS398处理HepG2细胞可提高对IFNa反应性，推测COX-2表达可引起对INFa治疗的耐药[11]. 这些结果表明COX抑制剂为肝细胞提供显著的抗氯仿作用，为进一步抗肝毒性治疗及提高干扰素疗效提供线索. 尽管有效的抑制COX是一种抗炎策略，但COX-1和COX-2的前列腺素产物在有些病理生理状态下仍有重要的调节功能. 内源性COX衍生物在对乙酰氨基酚引起的急性肝损害鼠模型中具有保护作用. 单用肝毒性药物可选择性诱导COX-2 mRNA表达，增加肝内PGD2 和 PGE2水平. COX-2缺如和减少的鼠对乙酰氨基酚引起的肝毒性和致死性明显增加. 表达COX-2的鼠使用选择性COX-2抑制剂则出现与COX-2缺陷鼠相似的明显增加的毒性且不改变药物蛋白内结构. 来源COX-2的产物具有重要的保护肝细胞功能，而COX抑制剂可能通过免疫或非免疫途径增加了药物引起的肝损害[12]. 3 COX在HCC中的作用机制 在过去10 a，关于COX在癌症发生发展中作用的研究取得了巨大进展. COX在HCC中的作用机制也成为研究热点. PTEN是一种新型肿瘤抑制剂，具有细胞发育循环和凋亡调节剂的功能. 恶性肿瘤包括HCC常有PTEN突变和缺失. 用免疫组化法对46例HCV阳性肝硬化HCC患者的切除肝组织PTEN的表达进行分析，42例(91.3%)患者周围正常肝组织PTEN强烈表达，HCC免疫染色密度29 (63.1%)例降低，17(36.9%)例升高. HCC中PTEN低表达与周围肝组织iNOS和COX-2表达增加明显相关. PTEN高表达的HCC患者存活时间明显比低表达者长. 肿瘤周围肝组织iNOS和COX-2表达上调与肝癌进展有关[4]. 但COX-2 mRNA表达在HCC附近非肿瘤肝组织高于HCC组织，可能与肝炎基础上的炎性坏死、肝再生有关. COX-2对于HCC进展作用相对较少[13]. 免疫组化和免疫印迹法研究44例外科切除HCC组织及邻近的非肿瘤肝组织(NTs)，其中慢性病毒性肝炎17例，肝硬化27例，对照外科切除的正常肝脏组织7例. 高分化HCC与低分化HCC或NTs相比COX-2表达频繁且强烈. 低分化HCC与NTs相比COX-2表达减少. 正常肝组织COX-2弱阳性. COX-1表达在肝肿瘤和非实体瘤细胞比COX-2低. 高分化HCC无COX-1表达增加. 免疫组化也证实对于高分化HCC是COX-2上调而不是COX-1. 这些研究推测COX-2在肝细胞癌的早期发挥作用而不是进展期，因此可能与HCC去分化有关[14]. 4 COX在HBV感染中的研究 原发性肿瘤扩散要求肿瘤细胞能够降解周围的细胞外基质并侵入淋巴管和血管. 金属蛋白酶(MMPs)介导细胞外基质重构和包括肿瘤转移的一系列病理生理过程. 白明胶酶 (MMP-2 和 MMP-9)可降解基底层主要成胶原蛋白IV. MMP-2/白明胶酶A作为酶原分泌，在细胞表面由膜型1基质金属蛋白酶(MT1-MMP)活化. MT1-MMP 和 MMP-2可被不同刺激素诱导且与肿瘤侵入、转移相关. 在肿瘤组织中MMP-2具有最高有效活性且与MT1-MMP表达和肿瘤扩散相关，纤维化肝脏存在一些激活的MMP-2，但肝肿瘤细胞中的绝大多数MMP-2是由周围基质中肝星状细胞产生并以无活性的前体分泌. MT1-MMP在强侵入性HCC超表达，MMP-2活性与HCC患者肿瘤进展、复发相关[3, 15-16]. HBV感染者COX-2表达明显增加[8]，COX-2可调节 MT1-MMP表达和MMP-2活性[17]，引起抗细胞凋亡能力增强[18]，与慢性HBV感染发展为HCC及肿瘤转移密切相关. 慢性HBV感染常发展成肝硬化、HCC. HBV DNA插入宿主基因组，即使在缺少其他病毒标记的肝细胞仍可见病毒蛋白HBx表达[18-19]. HBx诱导MT1-MMP表达对于HCC复发起了关键作用[20]. COX-2依赖性侵入和HBx诱导的转移均由CD44介导. 表达COX-2细胞通过上调不同前血管生成酶和生长因子如可诱导的一氧化氮合成酶(iNOS)、TGF-b和 VEGF诱导新生血管生成. [21]HBx这种病毒蛋白本身也具有诱导iNOS， TGF-β和VEGF表达和一种血管生成素作用[22-24]. 所以，COX-2与HBx之间有交互协同作用. HBx 诱导COX-2表达必需有NF-AT，而HBx 以钙调磷酸酶依赖方式激活 NF-AT，这种方式常引起细胞内钙增加和氧化应激产生. HBx 诱导COX-2表达有助于病毒逃避免疫系统，且与HBV慢性感染进展到肝硬化、HCC有关. 通过调节COX-2，MT1-MMP，和CD44，HBx可能激活一种复杂的机制最终导致肿瘤细胞侵入[20]. 非甾体抗炎药(NSAIDs)对许多恶性肿瘤具有抗肿瘤活性，归功于他们能够抑制由COX-2合成的前列腺素. 因此，HBx诱导COX-2表达有助于解释这种病毒蛋白的多种前致癌作用，为治疗HBV引起的HCC治疗提供一个新方向. 5 COX在HCV感染中的研究 Rahman et al [25]报道HCV阳性患者iNOS及COX-2阴性表达相对于iNOS和COX-2不同程度表达者存活时间明显延长. Kondo et al报告HCV阳性HCC患者周围肝组织COX-2的过表达与存活时间呈负相关. HCV阳性HCC患者COX-2 和 iNOS 表达与肿瘤大小及微血管密度(MVD)高度相关. HCV阳性HCC患者肿瘤直径大于或等于4 cm COX-2表达较高. 推测COX-2 和 iNOS是HCV阳性HCC患者血管生成的重要因素. 血管生成是人类各种肿瘤生长发育的首要条件. COX-2通过增加血管生成素多肽(血管内源性生长因子，碱性成纤维细胞生长因子和NO)或直接增加前列腺素产物调控血管生成，进而辅助肿瘤生长，侵入，转移. iNOS可诱导COX-2 表达，iNOS和COX-2之间可能有交互作用，在肿瘤发生中有协同作用. 有报道肝硬化动物模型 iNOS表达增加. 推测肝硬化患者内毒素和/或循环中细胞因子水平增加可以诱导iNOS表达. iNOS异常表达可能是肝硬化患者肿瘤形成的表现形式之一. 也可能是肿瘤本身释放一些因子诱导周围硬化肝组织iNOS表达增加. HCV阳性HCC患者COX-2 和 iNOS高表达可能是HCV感染产生的细胞因子的继发作用或直接由HCV core蛋白激活. 尤其是这两个基因启动子均有NF-kB结合位点，而HCV可激活NF-kB. 在不同型的癌前损害和癌损害中iNOS和COX-2表达上调，肿瘤高水平COX-2和iNOS表达的生物学意义存在争议和未知. 许多研究显示高浓度的NO和前列腺素既可能是致突变物又可能是致癌物，且这些作用依赖于其浓度. COX-2抑制剂在几种来源于HCC的细胞系均引起生长停止和细胞凋亡. COX-2抑制剂可有效阻止癌症发生及HCC进展，进一步阐明 iNOS和COX-2在HCC发生中的作用，可为寻找新的治疗策略建立理论基础. 6 参考文献 略