劉玲艷，張學勤

·綜述·

血紅素加氧酶1與子癇前期發(fā)病機制的研究進展

劉玲艷，張學勤△

子癇前期是妊娠期最常見的疾病之一，其不僅能導致胎盤早剝、妊娠婦女肝腎功能受損、早產(chǎn)、胎兒生長受限等，也是孕產(chǎn)婦及圍生兒死亡的常見原因，由于其嚴重危害母兒健康，其發(fā)病機制一直是產(chǎn)科領域的研究熱點。子宮螺旋動脈重塑障礙、血管內(nèi)皮受損、遺傳、免疫失衡及炎癥反應等與子癇前期關系密切，其中廣泛的血管內(nèi)皮受損是該病發(fā)生的關鍵環(huán)節(jié)。近年研究發(fā)現(xiàn)，氧化應激及可溶性血管內(nèi)皮因子（sEng）、可溶性血管內(nèi)皮生長因子受體1（sFlt-1）升高是導致血管內(nèi)皮受損的主要原因，而血紅素加氧酶1（HO-1）是一種可誘導的抗氧化酶，HO-1及其催化代謝產(chǎn)物一氧化碳（CO）、膽紅素不僅對正常妊娠的胎盤形成、胎盤功能的維持及胎兒的生長發(fā)育具有重要保護作用，還能通過激活胎盤保護型信號通路、合成還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）還原酶來抑制子癇前期婦女體內(nèi)的氧化應激以及通過降低血管內(nèi)皮損傷因子如sEng、sFlt-1對血管內(nèi)皮的損害、促進血管內(nèi)皮保護因子如血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）對血管的保護作用來抑制子癇前期的發(fā)生，推測HO-1及其催化代謝產(chǎn)物能夠為子癇前期預防及治療帶來新的突破。

先兆子癇；血紅素氧化酶（脫環(huán)）；內(nèi)皮細胞；氧化性應激Corresponding author：ZHANG Xue-qin，E-mail：zxqyqsl@163.com

【Abstract】Pre-eclampsia is one of the most common complication in pregnancy，it can not only lead to placental abruption，maternal liver and kidney damage，premature delivery，fetal growth restriction，etc.，but also is the most common cause of maternal and perinatal mortality.Because of its serious harm to mother and child health，its pathogenesis has long been a hot issue of obstetrical research.Uterine spiral artery remodeling disorders，vascular endothelial damage，genetic，immune imbalance and inflammatory responses are related to the pre-eclampsia.Among these factors，a wide range damage of vascular endothelial cells is regarded as the key pathological mechanisms in the development of pre-eclampsia.Recent studies have proved that vascular endothelial damage is mainly caused by oxidative stress and the increased level of soluble endoglin（sEng），soluble vascular endothelial growth factor receptor 1（sFlt-1）.However，we found that heme oxygenase-1（HO-1），an inducible antioxidant enzyme，along with its metabolites such as carbon monoxide（CO），bilirubin can not only play an important role in normal pregnancy by maintaining placental function，promoting the development of placenta and fetal growth，but also has significant function in suppressing the occurrence of preeclampsia by reducing oxidative stress through activating the protective signaling pathways，increasing NADPH level and by protecting endothelial vascular function through reducing endothelial injury factors such as sEng，sFlt-1，promoting endothelial protective factor such as VEGF.Therefore，we expected that HO-1 and its metabolites can bring new breakthroughs in the prevention and treatment of pre-eclampsia.

【Keywords】Pre-eclampsia；Heme oxygenase（Decyclizing）；Endothelial cells；Oxidative stress

（J Int Obstet Gynecol，2015，42：65-68）

子癇前期（pre-eclampsia）是孕產(chǎn)婦及圍生兒病死率升高的主要原因，每年導致76 000例妊娠婦女及50萬例新生兒死亡，其發(fā)病率約占全部妊娠的6％～8％［1］，在中國其發(fā)病率約為9.4％～10.4％。其發(fā)病機制仍不清楚，尚無有效的預防方法。近年有學者認為胎盤缺血缺氧發(fā)生氧化應激及釋放血管內(nèi)皮損傷因子導致廣泛的血管內(nèi)皮受損是該病發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)［2］。血紅素加氧酶1也稱血紅素氧合酶1（heme oxygenase，HO-1），是一種廣泛參與體內(nèi)抗氧化的應激酶，近年研究表明HO-1及其催化代謝產(chǎn)物一氧化碳（CO）、膽紅素通過多種機制發(fā)揮對子癇前期血管內(nèi)皮細胞的保護作用，有望成為子癇前期的靶向治療分子。綜述HO-1與子癇前期發(fā)病的研究進展。

1　HO-1的結構及生物學功能

HO為血紅素降解的起始酶和限速酶，在還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）和細胞色素P450的作用下，其能將血紅素催化分解產(chǎn)生CO、膽綠素和Fe2+，隨后膽綠素在其還原酶的作用下轉化生成膽紅素。自20世紀80年代Maines等從動物及人體組織中分離純化獲得HO-1結構以來，至今共發(fā)現(xiàn)HO-1、HO-2及HO-3三種同工酶，分別由不同基因所編碼，具有抗損傷作用，HO-2主要在生理條件下發(fā)揮保護作用［3］，3種酶中以HO-1在病理妊娠中的研究最為深入。HO-1是一種微粒體催化酶，又稱為熱休克蛋白32（HSP32），分子質量約為32 ku，人的HO-1染色體定位于22q12，在細胞中定位于微粒體。HO-1有抗氧化應激、抗炎癥、抗細胞增殖、抗細胞凋亡、調(diào)節(jié)免疫及維持微循環(huán)等生物學功能［4］。HO-1在分解血紅素過程中不僅減少血紅素對組織的損傷，同時消耗O2，減少氧自由基對組織細胞的損傷；此外膽綠素在膽綠素還原酶催化下生成具有強大的抗氧化功能的膽紅素，從而在體內(nèi)發(fā)揮抗自由基等細胞保護作用；CO不僅具有抗凋亡、抗炎及舒張血管的功能，還可通過影響染色質的重塑，發(fā)揮調(diào)節(jié)血栓、促進血管生成的作用［5］。Fe2+可以促進鐵蛋白的表達，提高鐵儲存的數(shù)量，減少具有親氧化劑功能的游離鐵含量，從而抑制氧化應激［6］。可見，HO-1及其催化代謝的產(chǎn)物在抵抗因氧化應激對細胞或組織損傷、促進血管生成、擴張血管調(diào)節(jié)血壓中發(fā)揮關鍵作用。

2　HO-1及其催化代謝產(chǎn)物在正常妊娠中的作用

近年研究表明，HO-1對妊娠過程中胎盤生長及其功能的維持具有重要的調(diào)節(jié)作用。對于妊娠婦女，Appleton等［7］用免疫組化實驗發(fā)現(xiàn)，HO-1除表達于肝、脾臟、肺、腦等組織外，還大量表達于胎盤絨毛合體滋養(yǎng)細胞及血管內(nèi)皮細胞。Watanabe等［8］對小鼠模型進行研究發(fā)現(xiàn)，正常孕鼠胎盤組織中HO-1 mRNA水平與孕期胎盤功能變化一致，HO-1 mRNA于孕早期出現(xiàn)，孕中期穩(wěn)定增加，孕晚期下降，其含量明顯比子宮組織含量高，由此推斷HO-1是胎盤組織發(fā)育的必備物質。此外，Zhao等［9］利用HO-1基因敲除小鼠模型進行研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠的后代相比，HO-1基因敲除的雜合子小鼠（HO-1+/-）雜交后得到HO-1基因缺陷的純合子小鼠（HO-1-/-）體質量與身長均明顯降低；同時基因敲除組孕鼠胎盤中HO-1 mRNA及HO-1蛋白水平均比野生型小鼠低，而孕鼠血壓及血清可溶性血管內(nèi)皮生長因子受體1（sFlt-1）水平均比對照組明顯升高；Zenclussen等［10］對HO-1基因敲除的孕鼠，給予低劑量的外源性CO后能夠改善子鼠的體質量、身長和存活率。Zhao等［11］對基因型為（HO-1+/-）的雜合子即HO-1部分基因缺陷孕鼠胎盤組織進行分析，發(fā)現(xiàn)孕鼠胎盤組織中出現(xiàn)母胎界面形成不良，子宮螺旋動脈的重塑障礙，子宮自然殺傷（uNK）細胞的分化和成熟障礙，同時發(fā)現(xiàn)孕鼠血清中HO-1水平降低，這表明胎盤血管的形成需要一定量的HO-1。由于孕鼠體內(nèi)HO-1不足會導致孕鼠血壓升高，并影響胎盤功能及抑制子鼠在宮內(nèi)的生長發(fā)育，推測HO-1是胎兒生長發(fā)育、胎盤功能維持及血壓調(diào)節(jié)必不可少的成分。

3　HO-1及其催化代謝產(chǎn)物在子癇前期中的作用機制

正常妊娠時，子宮螺旋小動脈平滑肌細胞、血管內(nèi)皮細胞凋亡，代之以絨毛外滋養(yǎng)細胞，深達子宮壁淺肌層，滋養(yǎng)細胞的充分侵入能使螺旋動脈管徑增大，降低子宮胎盤循環(huán)的阻力，從而滿足胎兒不斷生長發(fā)育的需要；對于有子癇前期的妊娠婦女，由于滋養(yǎng)細胞浸潤過淺，子宮螺旋動脈重塑障礙，導致胎盤血液供應不足，胎盤組織缺血缺氧，發(fā)生氧化應激，釋放一些胎盤因子進入母體血液，導致母體血管內(nèi)皮細胞受損，從而出現(xiàn)子癇前期一系列的病理變化［12］。

3.1HO-1及其催化代謝產(chǎn)物能夠降低血管內(nèi)皮損傷因子可溶性內(nèi)皮因子（soluble endothelin，sEng）及sFlt-1是子癇前期主要的致病因子，在子癇前期婦女體內(nèi)sEng、sFlt-1含量明顯升高；sEng、sFlt-1由缺血缺氧的胎盤組織釋放后進入母體血液循環(huán)，并導致母體血管內(nèi)皮受到損傷；HO-1/CO通路能夠抑制胎盤絨毛及血管內(nèi)皮對sEng、sFlt-1的釋放，從而保護母體血管內(nèi)皮系統(tǒng)免受子癇前期的發(fā)生［13］。

3.2HO-1及其催化代謝產(chǎn)物能夠抑制氧化應激缺血缺氧及氧化應激反應是多種疾病中組織器官受損的主要機制，而HO-1能夠抑制氧化應激，并對子癇前期缺血缺氧的胎盤發(fā)揮保護作用。George等［14］研究表明，HO-1及其代謝產(chǎn)物CO及膽紅素不僅能夠降低子癇前期低氧導致的胎盤對sFlt-1的釋放，還能抑制母體內(nèi)的氧化應激反應。子宮低灌注壓（reduced uterine perfusion pressure，RUPP）模型是近年研究子癇前期發(fā)病機制中最常用的一個模型，該模型利用機械性收縮孕鼠子宮動脈而導致孕鼠發(fā)生子癇前期樣癥狀，研究表明RUPP模型小鼠體內(nèi)存在氧化應激反應［15］。George等［16］用HO-1治療RUPP模型小鼠，發(fā)現(xiàn)胎盤中出現(xiàn)促損傷型信號通路向促保護型信號通路轉換，即通過增加有保護性磷酸化介質如細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）、信號轉導及轉錄激活因子3（STAT3）和降低有損傷性磷酸化介質STAT1，從而增加胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3活化和增加細胞內(nèi)三磷酸腺苷（ATP）含量而降低氧化應激狀態(tài)，發(fā)揮對胎盤的保護作用。此外，對孕晚期血壓正常的孕鼠給予HO-1抑制劑后，孕鼠出現(xiàn)血壓增高、胎盤血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）水平降低及胎盤NADPH氧化酶活性增高，而還原型NADPH氧化酶在生理狀態(tài)下處于靜止狀態(tài)，被刺激后能活化細胞膜上的氧化酶復合體，從而釋放大量活性氧簇（ROS），參與氧化應激反應，因此提示HO-1有抑制氧化應激功能，其含量下降或功能失調(diào)時能夠導致妊娠期高血壓疾病及氧化應激的發(fā)生［17］。膽紅素是HO-1催化代謝的體內(nèi)重要的抗氧化應激分子，Breslin等［18］通過對50 712例妊娠婦女進行前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，膽紅素水平與子癇前期病情的嚴重程度呈負相關，膽紅素越低，病情越嚴重，說明子癇前期患者體內(nèi)低膽紅素水平導致抗氧化應激能力降低。

此外，對HO-1基因突變的小鼠給予低劑量HO-1催化代謝產(chǎn)物CO后，發(fā)現(xiàn)CO能調(diào)節(jié)uNK細胞的增殖及促進子宮螺旋動脈的重塑［19］。可見，HO-1及其代謝產(chǎn)物膽紅素、CO通過抑制氧化應激、促進血管內(nèi)皮保護因子如VEGF的生成及抑制血管內(nèi)皮損害因子生成等多種途徑來發(fā)揮對血管內(nèi)皮的保護作用。

4　HO-1及其代謝產(chǎn)物對子癇前期的預防及治療作用

HO-1及其催化生成的生物代謝成分能通過抑制氧化應激、增強子宮螺旋動脈重塑等機制發(fā)揮對血管內(nèi)皮的保護作用，因此很多學者對HO系統(tǒng)在子癇前期婦女早期診斷及防治中的應用進行探索。Farina等［20］利用病例對照研究從妊娠11周婦女體內(nèi)取絨毛樣本進行分析，結果顯示子癇前期組HO-1 mRNA水平明顯降低，推測HO-1可能成為早期預測子癇前期的生物標記物。此外，將孕鼠長期暴露于CO環(huán)境中，與非暴露組相比，暴露組子宮動脈血流量增加，胎盤血管直徑增粗、分支增多［21］。El-Mousleh等［22］研究表明，給予孕鼠小劑量的CO后能夠改變宮內(nèi)生長遲緩子鼠的體質量，同時能夠增加血管生成因子的含量；并且暴露于CO環(huán)境中如吸煙能夠降低子癇前期的發(fā)病率，因為煙草燃燒能夠產(chǎn)生CO，誘導HO-1在滋養(yǎng)細胞中的表達增強從而降低胎盤絨毛釋放sFlt-1［23］。此外，實驗表明他汀類降脂藥能夠通過刺激HO-1的產(chǎn)生同時降低sFlt而發(fā)揮對子癇前期的治療作用；由于他汀類藥物價格便宜，目前仍沒有合適的小分子HO-1誘導劑的情況下，CO及他汀類降脂藥可能用于治療子癇前期［24］。

子癇前期對母兒危害極大，其發(fā)病機制復雜，至今尚不清楚，也無有效的預防及治療方法；而HO-1及其催化代謝產(chǎn)物不僅對正常妊娠具有重要調(diào)節(jié)作用，而且能夠通過多種機制抑制氧化應激及血管內(nèi)皮損傷等子癇前期發(fā)生發(fā)展中的關鍵環(huán)節(jié)。深入研究其與子癇前期的相互關系，有望為子癇前期的靶向治療開拓新的領域。

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Relationship between HO-1 and the Pathogenesis of Pre-eclampsia

LIU Ling-yan，ZHANG Xue-qin.
Department of Obstetrics，The Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650101，China

2014-06-19）

［本文編輯秦娟］

650101昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院產(chǎn)科通信作者：張學勤，E-mail：zxqyqsl@163.com

△審校者