血紅素加氧酶—1與病毒感染相互作用的研究進展

要：血紅素加氧酶-1（Heme oxygenase-1，HO-1）是血紅素代謝的限速酶，也稱為熱休克蛋白32（Heat shock protein 32，HSP32），能被多種刺激因素誘導表達，具有細胞保護作用。研究發現病毒感染可調控HO-1的表達，HO-1的上調表達也可對抗病毒的感染，進而發揮其對細胞的保護作用。盡管HO-1與病毒相互作用的分子機制尚不清楚，但是HO-1與病毒感染的相關性研究已取得了一些成果，可為病毒性疾病的治療提供新的方法。從病毒感染對HO-1表達的影響和HO-1的表達對病毒感染的影響兩方面闡述了HO-1與病毒相互作用的研究進展。

關鍵詞：血紅素加氧酶-1（HO-1）；病毒感染；相互作用

中圖分類號：Q55；R511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）01-0001-04

血紅素加氧酶（Heme oxygenase，HO）是血紅素代謝的限速酶，其催化血紅素（Heme）生成膽綠素（Biliverdin）、一氧化碳（Carbon monoxide，CO）和游離鐵（Fe2+）[1]。多種生物包括細菌、藻類、植物、昆蟲、鳥類、魚類、哺乳類等都能夠表達HO[2，3]。HO共有3種同工酶，HO-1，HO-2和HO-3。HO-1是誘導型的同工酶，HO-2是組成型的同工酶，HO-3是最晚發現的同工酶[4，5]。

HO-1也稱熱休克蛋白32（Heat shock protein 32，HSP32）[6]，能夠被多種刺激因素如熱休克、內毒素、細胞因子、紫外線照射、重金屬離子、一氧化氮（NO）、高氧及低氧狀態等引起的氧化應激和它的亞基血紅素誘導[7]。HO-1具有細胞保護作用，能夠抗氧化、抗凋亡、抗炎癥、抗增殖等，其細胞保護作用與其催化反應的產物CO、鐵和膽綠素相關[8]。

HO-1與心血管疾病、腫瘤等多種疾病病理相關[9，10]。越來越多的研究亦顯示HO-1可對抗微生物感染[11]，如結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）感染可誘導HO-1的表達，HO-1及CO在MTB的休眠子調節中發揮重要作用[12]。病毒感染機體可誘發活性氧（ROS）的生成及氧化應激狀態，伴隨的炎癥反應導致組織損傷，推測HO-1在病毒感染中可能也具有保護作用。因而HO-1與病毒相互作用的研究也獲得了較多的關注。主要集中于對哺乳動物病毒的研究，以醫學病毒為主，包括A型流感病毒（H1N1）、乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus，HBV）、丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus，HCV）、人類免疫缺陷病毒（Human immunodeficiency virus，HIV）、腸道病毒71（Enterovirus 71，EV71）等。有關畜禽和魚類相關病毒與HO-1的相互作用研究較少，僅見豬瘟病毒（Classical swine fever virus，CSFV）及鯉春病毒血癥病毒（Spring viraemia of carp virus，SVCV）。近來有研究顯示魚類病毒感染亦可誘導機體的氧化應激反應，提示HO-1也可對抗魚類病毒的感染。本文擬對HO-1與病毒感染的研究進展進行綜述，從病毒感染對HO-1表達的影響和HO-1的表達對病毒感染的影響兩方面進行闡述。

1 病毒感染對HO-1表達的影響

HO-1的表達能被多種誘導氧化應激的刺激因素所誘導，包括病毒的感染。在生理狀態下，有些病毒感染可誘導宿主HO-1的表達，激活機體的防御反應來對抗病毒的感染。Choi等[13]以H1N1感染鼠，證實H1N1感染能夠誘導HO-1的表達。Abdalla等[14]發現HBV感染的病人的肝細胞中HO-1的表達上調，Protzer等[15]以攜帶HBV基因的重組腺病毒（AdHBV）感染鼠模擬HBV的急性感染，證實鼠肝臟中的HO-1表達上調，史子學等[16]以CSFV感染PK-15細胞，然后用Western blot方法檢測HO-1的表達情況，發現CFSV能夠誘導細胞的HO-1表達。病毒感染可激活體內的免疫細胞，包括巨噬細胞和單核細胞等，這些細胞被激活后可以釋放大量的自由基，如活性氧（Reactive oxygen species，ROS）及活性氮（Reactive nitrogen species，RNS），從而誘導HO-1的表達。除了病毒感染外，一些病毒蛋白的單獨表達也能夠誘導HO-1的表達，Abdalla等[17]和Wen等[18]研究發現在細胞中超表達HCV-NS蛋白（Nonstructural protein）能夠上調HO-1的表達，Ghaziani等[19]運用定量RT-PCR等技術檢測攜帶HCV部分基因（能夠穩定表達HCV核蛋白及NS蛋白基因）的人肝癌細胞系內HO-1的表達水平時發現HO-1表達被上調。HO-1的上調表達可促進抗炎癥因子（如IL-10）的表達，同時可抑制促炎癥因子（如TNF alpha）的表達，進而促進干擾素等抗病毒因子的釋放。因此靶向于HO-1的抗病毒策略成為一種新型的抗病毒策略。

有些病毒感染可下調HO-1的表達，并同其致病機理密切相關。HO-1的表達下調可導致機體對ROS更敏感。Abdalla等[14]發現感染HCV的病人肝組織中HO-1的表達被下調，且HO-1 mRNA和蛋白水平比正常組織的低很多。Abdalla等[14]和Wen等[18]在細胞水平上也證實HCV的核蛋白能夠抑制肝細胞中HO-1的表達。Yuan等[20]用SVCV感染EPC細胞及鯉魚，然后用定量RT-PCR方法檢測感染后不同時間細胞及魚體的HO-1表達情況，結果顯示在魚體及細胞水平上，SVCV的感染都能夠抑制HO-1的表達。病毒感染能夠影響HO-1表達，而且不同的病毒對HO-1表達的影響不同，甚至同一種病毒的不同組分或同一種病毒在不同的條件下對HO-1的表達影響也不同。如HBV感染后在活體水平上引起HO-1的表達上調，而在細胞水平上則下調HO-1的表達，其原因可能是HBV復制能夠抑制HO-1表達，而HBV感染后引起的炎癥則能夠引起HO-1的表達上調[15]。與HBV類似，HCV的復制也能夠抑制HO-1的表達，且HCV抑制HO-1的表達主要依賴于其核蛋白[14，18]，而HCV的囊膜及非結構蛋白能夠誘導HO-1表達[17-19]，因此HCV感染后引起HO-1的表達下調可能是HCV的核蛋白和非結構蛋白共同作用的結果，但其具體機制目前并不清楚。

2 HO-1表達對病毒感染的影響

HO-1被視為機體主要的“保護型酶”，誘導HO-1的表達可抑制多種病毒的感染。多項研究證實藥物誘導HO-1的內源表達或是外源HO-1的超表達都能夠抑制病毒的復制，為開展靶向于HO-1的抗病毒治療奠定了理論基礎。在細胞水平上，已有的研究顯示HO-1能抑制包括HCV、HBV以及HIV的多種病毒的感染。Zhu等[21]發現用載體表達外源HO-1及用血紅素誘導內源HO-1均能夠抑制HCV的復制，而用HO-1 siRNA處理細胞沉默HO-1后可以逆轉HCV的復制。Shan等[22]也證明CoPP（Cobalt protoporphyrin-IX，CoPP）能夠誘導內源HO-1的表達從而抑制HCV的復制。Protzer等[15]、Qiu等[23]的研究也發現用CoPP及Ad-HO-1都能上調HO-1的表達，同時能夠抑制HBV的復制，且HO-1抑制HBV的作用能夠被HO-1 siRNA逆轉。Devadas等[24]研究發現在HIV-1感染前24 h、感染時及感染后24 h，以血紅素誘導HO-1都能夠抑制HIV-1在單核細胞中的表達，且在單核細胞及T細胞中以血紅素誘導HO-1后均能夠抑制HIV的感染。Tung等[25]在SK-N-SH細胞中超表達HO-1也可抑制EV71的復制，且ZnPP（Zinc protoporphyrin）能夠抑制HO-1的抗病毒作用。Hashiba等[26]以鼠為模型，先用攜帶鼠HO-1基因的重組腺病毒（Ad-HO-1）感染鼠，再用H1N1感染證實超表達HO-1能夠抑制H1N1的復制和鼠的肺出血，增加鼠的成活率。Protzer等[15]研究發現用CoPP誘導或是Ad-HO-1超表達HO-1能夠抑制急性肝炎（以HBV腺病毒載體感染鼠模擬）、慢性肝炎（以攜帶HBV基因的轉基因鼠模擬，不引起炎癥及肝損傷）的鼠體內的HBV的復制，且能夠減輕急性HBV感染引起的鼠的肝損傷及慢性HBV感染引起的鼠的病毒血癥。

3 HO-1抑制病毒感染的機理

病毒缺乏活細胞所具備的細胞器，也缺乏代謝所必需的酶和能量。病毒只能在活細胞內進行復制和增殖，且依賴于宿主細胞提供原料、能量和復制場所。病毒的感染過程包括以下幾個階段：即吸附、侵入、脫殼、生物合成、裝配及釋放。明確HO-1抑制病毒感染的機理將有助于靶向于HO-1開發特異性的抗病毒藥物。已有的研究顯示HO-1抑制病毒的感染可能涉及到干擾病毒復制周期中的某一個或某幾個階段。HO-1對病毒的抑制作用可能與其催化產物有關，Tung等[25]研究發現CO也能夠抑制EV71的復制及ROS的生成，且CO的抑制作用能夠被血紅蛋白逆轉。

HO-1對病毒的感染抑制作用可能涉及到其干擾病毒的吸附過程，從而干擾病毒侵入細胞。Devadas等[24]在HIV-1感染之前24 h用血紅素誘導HO-1的表達，然后再用HIV-1感染，發現HIV-1的DNA的量與對照組相比顯著下降，并認為HO-1能夠阻止部分HIV-1進入細胞。HIV-1感染細胞需要兩種受體，即主要受體CD4和輔助受體CCR5或CXCR4[27]，HO-1對HIV-1感染的抑制作用是否通過阻止HIV-1與細胞受體相結合來減少或阻止HIV-1進入細胞，從而起到抑制HIV-1感染的作用，還有待進一步研究。Protzer等[15]也證明感染前誘導HO-1能夠降低感染AdHBV的鼠體內的HBV核蛋白，抑制HBV的復制。

HO-1對病毒感染的抑制作用可能通過抑制病毒大分子的合成，病毒大分子合成包括核酸的復制和蛋白質的合成。Protzer等[15]發現HO-1被誘導后，感染AdHBV的鼠體內的HBV核蛋白量明顯降低，且在細胞水平上也發現HO-1的誘導能夠使HBV核蛋白的量減少，并能夠減少HBV的cccDNA量，cccDNA是乙肝病毒前基因組RNA復制的模板，對HBV的復制以及感染狀態的建立具有十分重要的意義。Tung等[25]發現HO-1的誘導能夠降低病毒蛋白及病毒RNA的量。Zhu等[21]也發現HO-1能夠顯著抑制HCV的RNA的復制。Devadas等[24]也發現血紅素誘導的HO-1能夠下調HIV-1的RNA和DNA水平，且HO-1對HIV感染的抑制作用可能與其抑制HIV-1的TAT（Transactivator of transcription）蛋白的合成有關，HIV-1的TAT蛋白與反式激活應答（Transactivating response，TAR）RNA序列相結合起始基因的轉錄[28]。

HO-1對病毒感染的抑制作用也可能通過干擾病毒的組裝成為完整病毒粒子。Protzer等[15]研究發現HO-1抑制HBV的復制主要通過影響HBV核蛋白的穩定性，干擾HBV核衣殼的組裝，且能減少HBV的cccDNA，阻止HBV cccDNA組裝入核衣殼。

HO-1的抗病毒作用也體現在其可增加機體的抗病毒反應。Lehmann等[29]在細胞水平上研究血紅素的代謝產物CO、鐵及膽綠素對HCV復制影響時發現CO和鐵不能對HCV的復制產生影響，而膽綠素可以通過激活干擾素的表達來抑制HCV的復制。

4 展望

HO-1是一種應激蛋白，具有細胞保護作用，也可對抗病毒的感染，深入研究HO-1與病毒的相互調控可為研制新的特異性抗病毒藥物提供理論依據。已有研究發現LPS、抗逆轉錄病毒藥、Ritonavir等對病毒的抑制作用也依賴于HO-1。LPS來自于革蘭氏陰性細菌的細胞壁，其能夠誘導HO-1，且LPS能夠抑制HIV感染單核細胞、巨噬細胞和T細胞[30，31]，Devadas等[32]研究發現LPS對HIV的抑制作用依賴于其誘導的HO-1。Ritonavir是一種高效的抗逆轉錄病毒的藥物，能夠抑制HIV等逆轉錄病毒的合成蛋白酶，Mühl等[33]指出Ritonavir的抗HIV等逆轉錄病毒的作用可能部分依賴于其誘導的HO-1。

目前有關HO-1與病毒感染的關聯研究主要集中于哺乳動物病毒，而關于HO-1對水生動物病毒感染的影響等研究較少。中國是一個水產養殖大國，水生動物的病毒性疾病對中國的水產養殖業危害巨大，但缺乏特異性的抗病毒藥物。深入研究HO-1與水生動物病毒的相互作用，可為水生動物病毒性疾病的治療提供新的策略。

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