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摘 要 HO-1是机体的一种保护因子，具有抗炎、抗氧化及抗细胞增生的作用。不同个体HO-1的表达量，受HO-1基因启动子处的两个多态性位点控制。能使HO-1表达增多的HO-1基因启动子，对机体是一种保护性因子，能降低某些疾病的发病危险。
关键词 血红素氧化酶-1 基因多头性 氧化应激
HO-1对氧化应激的机体保护作用
哺乳动物细胞HO有三种亚型：HO-1、HO-2和HO-3，而起抗氧化作用的主要是HO-1。HO-1属于热休克蛋白家族(HSP-32)，其表达可以被多种应激刺激触发，包括低氧、重金属、紫外辐射损伤、活性氧族(ROS)以及NO等还原性氮氧化物[1]。机体通过HO-1的表达增多，对环境应激产生再次免疫应答，减轻氧化应激造成的损伤。使用HO-1诱导剂、抑制剂以及HO-1基因缺陷的转基因小鼠等实验均证实，HO-1在抵抗缺氧、急性肾损伤、氧化损伤和炎症等导致的急性细胞毒性过程中，发挥重要的机体保护功能。
HO-1催化血红素降解生成铁、CO和胆绿素，胆绿素随即被还原成胆红素。胆红素、CO被认为是HO-1发挥抗氧化作用的重要介质。胆绿素和胆红素可以消除活性氧以及抑制脂质过氧化，也可以减弱血管壁细胞对氧化应激产生的炎症反应。诱导的HO也可以提高血浆中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度，以抵抗血管的动脉粥样硬化的程度。HO的另一产物CO，可以抑制细胞周期基因以及抗血小板凝聚。
HO-1基因启动子多态性
人类HO-1基因定位于22号染色体长臂1区2带(22q12)，(GT)n二核苷酸微卫星重复序列位于HO-1基因5’侧翼启动子区[2]。迄今为止，在HO-15’端启动子已发现了三个多态性位点：(GT)n二核苷酸多态性(属于微卫星多态性)和两个单核苷酸多态性(SNPs)，G(-1135)A和T(-413)A。HO-1启动子的结构中，(GT)n重复序列多态性和T(-413)A单核苷酸多态性可能发挥重要的功能性作用。
(GT)n重复序列多态性：①(GT)n重复序列多态性的构象：HO-1等位基因(GT)n串联重复序列多样性所导致的HO-1基因多样性，对于区分正常和潜在致病染色体有很重要的意义。此嘌呤-嘧啶二核苷酸重复序列可能属于Z-DNA构象，是符合左手法则的双螺旋结构，不同于常见的B-DNA构象。在真核细胞质中，通过特殊的Z-DNA抗体已经检测到这种Z-DNA构象的存在，这种构象可以抑制转录活性。在现有的文献中，这种构象改变被认为是HO-1启动子(GT)n重复序列长度不同影响转录活性的基础。体内没有发现能与(GT)n重复区结合的阻遏蛋白，提示可能是构象改变导致了HO-1转录活性的改变。②(GT)n重复序列的频率分布：在不同人群，23和30个重复个数是两个集中分布点。(GT)n重复序列长度和HO-1基因启动子的转录活性的关系，已经通过将不同长度、荧光标记的启动子转染细胞而得到了证实，<25个重复序列显示出增高的HO-1启动子活性，能对不同的刺激(如H2O2)提高HO-1的转录活性，>25个重复序列则相反。通过体外实验，将已知长度的(GT)n重复序列转染淋巴母细胞细胞系，也可以解释不同的(GT)n重复序列对HO-1转录活性的影响，在氧化应激条件下，短重复序列使HO-1的表达增多，并且短重复序列对氧化诱导的细胞程序性死亡起保护性作用。
G(-1135)A和T(-413)A单核苷酸多态性：用实时定量PCR的方法，利用突变-特异性的探针可以检测单核苷酸多态性。将含有不同的HO-1基因启动子瞬时转染牛主动脉内皮细胞，检测单核苷酸多态性的功能性差异，结果表明含有A(-413)-(GT)30等位基因的结构细胞，表现出显著性高的生物学活性。但是，由于研究者使用的细胞系的基础表达活性比较低，因而使用了一个滤过性的增强子，并且研究者对研究时的氧化应激条件也没有明确说明，所以这些实验结果还必须进一步证实。
HO-1启动子多态性对疾病的影响
HO-1和肺疾病：在吸烟诱导的慢性阻塞型肺疾病(COPD)发病机制中，氧化应激起着重要的作用。但是，只有10%~15%的吸烟者发展成COPD，COPD的发病具有家族聚集性也已经被公认[3]，这表明内源性因子调控个体COPD发病的敏感性。氧化应激状诚下HO-1可以保护肺部，可能是机体保持氧化-抗氧化平衡的重要组成部分。Yamada等研究了101名患COPD的吸烟者和100名未患COPD的吸烟者发现，携带短等位基因(n<25)个体，可以保护机体免于遭受COPD。这些发现表明，长GT重复序列使吸烟者降低了HO-1的敏感性，从而增加患COPD的危险。
HO-1和心血管疾病：HO-1基因型和不同心血管疾病(CAD)之间的关系也作了一些相关研究。Ono等发现，日本女性T(-413)A多态性的异致的A(-413)A基因型可以使高血压发病率降低，男性却没有这种关系。Ono等推测，雌激素诱导的NO含酶表达和HO-1介导的CO之间互相影响，这削弱了NO-诱导的扩血管作用，从而导致了上述发现。但是，对于男性和女性之间出现的不同结果，研究小组没有给出解释。此研究小组最近又发表了一篇文章，在对597例病人和1972名正常对照进行队列研究发现，T(-413)A多态性的AA基因型能降低心肌局部缺血的发病率。
主动脉和外周静脉的经皮植入血管形成术，其再狭窄的发展涉及到很多被HO-1抑制的因子：血管壁的感染、血管紧缩性重构和通过平滑肌细胞增生产生血管内膜重构[4]。在囊状血管形成术导致的切变应激时，HO-1表达上调，抑制平滑肌细胞与肌成纤维细胞增生和减少负面的血管重构。考虑到HO-1启动子的基因型，相比于GT长重复序列，GT短重复序列能减少机体对因血管形成术造成的炎症反应程度，因此携带有GT短重复序列的病人，其血管狭窄危险降低。事实上，在96和381例接受外周PTA两个独立队列病人发现，携带(GT)n短重复序列(n<25)的患者，再狭窄的危险度从0.43降到0.24。
通过阻塞性血管疾病研究发现，HO-1启动子GT重复序列和腹主动脉瘤的发病密切相关，患腹主动脉瘤的病人携带GT短重复(n<25)的几率较小，这表明短重复序列使HO-1表达上调而发挥保护性的抗炎作用。
HO-1和肾移植：很多证据表明HO-1在器官移植时，对机体提供保护作用。一项研究阐明，那些曾经接受过多巴胺治疗的供体，当其器官移植到受体之后，受体表现出更长的存活时间，体外实验表明，氧化机制下内皮细胞HO-1的诱导可能导致了这种结果。HO-1可以抑制机体的局部缺血/再灌注损伤以及免疫排斥损伤，实验数据还证实HO-1的过表达可以使移值的肝、心免于局部缺血/再灌注损伤。而且，HO-1表达还能抑制动脉粥样硬化瘤的产生，在小鼠、大鼠异种移植模型中发现，HO-1的过表达可以提高异种移植的存活率。研究表明，依赖于HO-1启动子基因型的个体HO-1产量，对器官移植时机体出现免疫和损作反应，能够提供有效的细胞保护作用。
总之，HO-1启动子基因型对器官移植的预后，是一种预测因子。这些实验提示，当我们在器官移植时，可以通过对HO-1的上调而使受体获得比较好的预后。
HO-1和产科疾病：内皮性损作、微血管形成受损以及免疫适应不良，被认为是反复性流产的病因。HO-1具有调控免疫功能作用(如调控T辅助细胞)，还能够降低发生内皮损伤的危险性。
HO-1和神经性疾病：Kimpara等首先描述了(GT)n重复序列多态性和不同疾病之间存在着相关性。氧化应激参与了一些神经性疾病如帕金森氏病等的发病，根据HO-1的抗氧化能力，Kimpara认为人类HO-1启动子存在高度多态性，虽然具体是哪种多态性参与了神经性疾病并不清楚。遗憾的是，HO-1在神经性疾病领域的研究没有继续下去。
综上所述，在给予刺激后，HO-1基因启动子区存在两种功能性多态性能调控HO-1基因的转录活性及HO-1的量。通过几项研究表明，携带某种基因型的病人，能上调HO-1的转录，可能是一种内在的保护性因子。对不同种族背景的不同疾病研究表明，HO-1基因启动子(GT)n重复序列和多种疾病相关。但是，我们还需要进行更多的分子流行病研究来证明HO-1基因多态性与疾病的确切相关性。
参考文献
1 Tanaka S， Akaike T，Fang J，et al.Antiapoptotic effect of heme oxygenase-1 induced by nitric oxide in experimental solid tumor .Cancer，2003，88：902-903.
2 Lavrovsky Y， Schwartzman MC， Levere RD，et al. ldentification of binding sites for gene.Proc Natl Acad Sci，1994，91：5987-5991.
3 Silverman E K，Chapman H A，Drazen J M，et al.Genetic epidemiology of severe，early-onset chronic obstructive pulmonary disease：risk to relatives for airflow obstruction and chronic bronchitis.Am.Respir.Crit.Care Med，1998，157：1770-1778.
4 Orford J L，Selwyn A P，Ganz P，et al.The comparative pathobiology of atherosclerosis and restenosis.J.Cardiol，2000，86：6H-11H.
关键词 血红素氧化酶-1 基因多头性 氧化应激
HO-1对氧化应激的机体保护作用
哺乳动物细胞HO有三种亚型：HO-1、HO-2和HO-3，而起抗氧化作用的主要是HO-1。HO-1属于热休克蛋白家族(HSP-32)，其表达可以被多种应激刺激触发，包括低氧、重金属、紫外辐射损伤、活性氧族(ROS)以及NO等还原性氮氧化物[1]。机体通过HO-1的表达增多，对环境应激产生再次免疫应答，减轻氧化应激造成的损伤。使用HO-1诱导剂、抑制剂以及HO-1基因缺陷的转基因小鼠等实验均证实，HO-1在抵抗缺氧、急性肾损伤、氧化损伤和炎症等导致的急性细胞毒性过程中，发挥重要的机体保护功能。
HO-1催化血红素降解生成铁、CO和胆绿素，胆绿素随即被还原成胆红素。胆红素、CO被认为是HO-1发挥抗氧化作用的重要介质。胆绿素和胆红素可以消除活性氧以及抑制脂质过氧化，也可以减弱血管壁细胞对氧化应激产生的炎症反应。诱导的HO也可以提高血浆中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度，以抵抗血管的动脉粥样硬化的程度。HO的另一产物CO，可以抑制细胞周期基因以及抗血小板凝聚。
HO-1基因启动子多态性
人类HO-1基因定位于22号染色体长臂1区2带(22q12)，(GT)n二核苷酸微卫星重复序列位于HO-1基因5’侧翼启动子区[2]。迄今为止，在HO-15’端启动子已发现了三个多态性位点：(GT)n二核苷酸多态性(属于微卫星多态性)和两个单核苷酸多态性(SNPs)，G(-1135)A和T(-413)A。HO-1启动子的结构中，(GT)n重复序列多态性和T(-413)A单核苷酸多态性可能发挥重要的功能性作用。
(GT)n重复序列多态性：①(GT)n重复序列多态性的构象：HO-1等位基因(GT)n串联重复序列多样性所导致的HO-1基因多样性，对于区分正常和潜在致病染色体有很重要的意义。此嘌呤-嘧啶二核苷酸重复序列可能属于Z-DNA构象，是符合左手法则的双螺旋结构，不同于常见的B-DNA构象。在真核细胞质中，通过特殊的Z-DNA抗体已经检测到这种Z-DNA构象的存在，这种构象可以抑制转录活性。在现有的文献中，这种构象改变被认为是HO-1启动子(GT)n重复序列长度不同影响转录活性的基础。体内没有发现能与(GT)n重复区结合的阻遏蛋白，提示可能是构象改变导致了HO-1转录活性的改变。②(GT)n重复序列的频率分布：在不同人群，23和30个重复个数是两个集中分布点。(GT)n重复序列长度和HO-1基因启动子的转录活性的关系，已经通过将不同长度、荧光标记的启动子转染细胞而得到了证实，<25个重复序列显示出增高的HO-1启动子活性，能对不同的刺激(如H2O2)提高HO-1的转录活性，>25个重复序列则相反。通过体外实验，将已知长度的(GT)n重复序列转染淋巴母细胞细胞系，也可以解释不同的(GT)n重复序列对HO-1转录活性的影响，在氧化应激条件下，短重复序列使HO-1的表达增多，并且短重复序列对氧化诱导的细胞程序性死亡起保护性作用。
G(-1135)A和T(-413)A单核苷酸多态性：用实时定量PCR的方法，利用突变-特异性的探针可以检测单核苷酸多态性。将含有不同的HO-1基因启动子瞬时转染牛主动脉内皮细胞，检测单核苷酸多态性的功能性差异，结果表明含有A(-413)-(GT)30等位基因的结构细胞，表现出显著性高的生物学活性。但是，由于研究者使用的细胞系的基础表达活性比较低，因而使用了一个滤过性的增强子，并且研究者对研究时的氧化应激条件也没有明确说明，所以这些实验结果还必须进一步证实。
HO-1启动子多态性对疾病的影响
HO-1和肺疾病：在吸烟诱导的慢性阻塞型肺疾病(COPD)发病机制中，氧化应激起着重要的作用。但是，只有10%~15%的吸烟者发展成COPD，COPD的发病具有家族聚集性也已经被公认[3]，这表明内源性因子调控个体COPD发病的敏感性。氧化应激状诚下HO-1可以保护肺部，可能是机体保持氧化-抗氧化平衡的重要组成部分。Yamada等研究了101名患COPD的吸烟者和100名未患COPD的吸烟者发现，携带短等位基因(n<25)个体，可以保护机体免于遭受COPD。这些发现表明，长GT重复序列使吸烟者降低了HO-1的敏感性，从而增加患COPD的危险。
HO-1和心血管疾病：HO-1基因型和不同心血管疾病(CAD)之间的关系也作了一些相关研究。Ono等发现，日本女性T(-413)A多态性的异致的A(-413)A基因型可以使高血压发病率降低，男性却没有这种关系。Ono等推测，雌激素诱导的NO含酶表达和HO-1介导的CO之间互相影响，这削弱了NO-诱导的扩血管作用，从而导致了上述发现。但是，对于男性和女性之间出现的不同结果，研究小组没有给出解释。此研究小组最近又发表了一篇文章，在对597例病人和1972名正常对照进行队列研究发现，T(-413)A多态性的AA基因型能降低心肌局部缺血的发病率。
主动脉和外周静脉的经皮植入血管形成术，其再狭窄的发展涉及到很多被HO-1抑制的因子：血管壁的感染、血管紧缩性重构和通过平滑肌细胞增生产生血管内膜重构[4]。在囊状血管形成术导致的切变应激时，HO-1表达上调，抑制平滑肌细胞与肌成纤维细胞增生和减少负面的血管重构。考虑到HO-1启动子的基因型，相比于GT长重复序列，GT短重复序列能减少机体对因血管形成术造成的炎症反应程度，因此携带有GT短重复序列的病人，其血管狭窄危险降低。事实上，在96和381例接受外周PTA两个独立队列病人发现，携带(GT)n短重复序列(n<25)的患者，再狭窄的危险度从0.43降到0.24。
通过阻塞性血管疾病研究发现，HO-1启动子GT重复序列和腹主动脉瘤的发病密切相关，患腹主动脉瘤的病人携带GT短重复(n<25)的几率较小，这表明短重复序列使HO-1表达上调而发挥保护性的抗炎作用。
HO-1和肾移植：很多证据表明HO-1在器官移植时，对机体提供保护作用。一项研究阐明，那些曾经接受过多巴胺治疗的供体，当其器官移植到受体之后，受体表现出更长的存活时间，体外实验表明，氧化机制下内皮细胞HO-1的诱导可能导致了这种结果。HO-1可以抑制机体的局部缺血/再灌注损伤以及免疫排斥损伤，实验数据还证实HO-1的过表达可以使移值的肝、心免于局部缺血/再灌注损伤。而且，HO-1表达还能抑制动脉粥样硬化瘤的产生，在小鼠、大鼠异种移植模型中发现，HO-1的过表达可以提高异种移植的存活率。研究表明，依赖于HO-1启动子基因型的个体HO-1产量，对器官移植时机体出现免疫和损作反应，能够提供有效的细胞保护作用。
总之，HO-1启动子基因型对器官移植的预后，是一种预测因子。这些实验提示，当我们在器官移植时，可以通过对HO-1的上调而使受体获得比较好的预后。
HO-1和产科疾病：内皮性损作、微血管形成受损以及免疫适应不良，被认为是反复性流产的病因。HO-1具有调控免疫功能作用(如调控T辅助细胞)，还能够降低发生内皮损伤的危险性。
HO-1和神经性疾病：Kimpara等首先描述了(GT)n重复序列多态性和不同疾病之间存在着相关性。氧化应激参与了一些神经性疾病如帕金森氏病等的发病，根据HO-1的抗氧化能力，Kimpara认为人类HO-1启动子存在高度多态性，虽然具体是哪种多态性参与了神经性疾病并不清楚。遗憾的是，HO-1在神经性疾病领域的研究没有继续下去。
综上所述，在给予刺激后，HO-1基因启动子区存在两种功能性多态性能调控HO-1基因的转录活性及HO-1的量。通过几项研究表明，携带某种基因型的病人，能上调HO-1的转录，可能是一种内在的保护性因子。对不同种族背景的不同疾病研究表明，HO-1基因启动子(GT)n重复序列和多种疾病相关。但是，我们还需要进行更多的分子流行病研究来证明HO-1基因多态性与疾病的确切相关性。
参考文献
1 Tanaka S， Akaike T，Fang J，et al.Antiapoptotic effect of heme oxygenase-1 induced by nitric oxide in experimental solid tumor .Cancer，2003，88：902-903.
2 Lavrovsky Y， Schwartzman MC， Levere RD，et al. ldentification of binding sites for gene.Proc Natl Acad Sci，1994，91：5987-5991.
3 Silverman E K，Chapman H A，Drazen J M，et al.Genetic epidemiology of severe，early-onset chronic obstructive pulmonary disease：risk to relatives for airflow obstruction and chronic bronchitis.Am.Respir.Crit.Care Med，1998，157：1770-1778.
4 Orford J L，Selwyn A P，Ganz P，et al.The comparative pathobiology of atherosclerosis and restenosis.J.Cardiol，2000，86：6H-11H.