COX-2和PPARγ在肝纖維化中的研究進展

尹 微(綜述)，陽學風(審校)

(南華大學附屬南華醫院消化內科，湖南 衡陽 421000)

肝纖維化是由于肝臟持續性損傷使肝臟纖維結締組織異常增生的病理過程，它不是一個獨立的疾病，而是各種慢性肝病的共同病理基礎，是慢性肝病向肝硬化發展的必然病理過程。現認為肝纖維化尚有逆轉至正常的可能，而肝硬化則否。目前研究重點已放在分子與分子、分子與細胞及細胞與細胞間的相互作用方面。從基因水平上，全面了解環加氧酶(cyclo-oxygenase,COX)2和過氧化物酶體增值物活化受體(peroxisome proliferatorsactivated receptors,PPARs)γ并掌握其引起肝纖維化發生、發展的相關機制，能為臨床上防治肝纖維化提供新的策略和理論依據。

1 COX-2的結構、功能及生物學活性

1976年Miyamoto等從牛的精囊腺中提純出COX-1,COX是花生四烯酸合成前列腺素(Prostaglandinm,PGs)的限速酶，至今發現COX-1、COX-2與COX-3三種異構體[1-2]。人類COX-2基因由9個內含子和10個外顯子組成，長8.3 kb，定位于第1號染色體q25.2～25.3。在其啟動子區含有許多轉錄調控序列,與激活COX-2轉錄密切相關的有白細胞介素6、核因子κB、激活蛋白2、糖皮質類固醇激素反應元件和腺苷環磷酸反應元件等。

COX-2是一種膜結合蛋白，約600個氨基酸構成。應用X射線晶體衍射法結構分析表明，COX以同源二聚體的形式存在，而每個單體由3個獨立的結構域構成，分別為N端類表皮生長因子區、膜結構區和C端球狀催化區；并在空間結構上形成一個長疏水通道。COX-2在疏水通道中含有纈氨酸，而且在C端球狀催化區含有一段18個氨基酸的序列，這與其有多個活動位點及能快速降解有關[3]。COX-2主要作用于核膜,催化所產生的前列腺素能優先進入核內調節靶基因的轉錄。合成的前列腺素為炎性介質，介導疼痛、炎癥、發熱等反應。特異性COX-2抑制劑包括第一代塞來昔布、羅非昔布，第二代伐地昔布、帕瑞昔布、艾托昔布，這些藥物均能抑制COX-2催化作用從而抑制炎性反應。COX-2屬誘導型酶,在正常生理狀態下多數組織內不表達或低表達，當細胞受到外在因素如生長因子、炎性介質、細胞因子、細菌內毒素等刺激時表達上調。研究表明COX-2參與了機體多種病理過程，不僅可以啟動炎性反應，還促進細胞增殖、抑制凋亡、抑制免疫功能，參與腫瘤發生和發展[4]。

2 PPARγ的結構、功能及生物學活性

1990年Issemann等[5]首先從小鼠肝臟中成功克隆PPARs基因，PPARs屬于激素核受體超家族，是一類能被過氧化物酶體增殖物激活的核內受體。至今發現三種PPARs亞型分別是PPARα、PPARβ/δ、PPARγ，其結構和功能相似。PPARγ有6個區域(A～F)，分為4個功能結構區域。N端結構域是A/B區構成的轉錄活化調節區；C區形成DNA結合結構域；轉錄活性調節結構域是D區形成的可變形鉸鏈區；位于C端的E/F區形成配基結合結構域。配基結合結構域與配體結合及與轉錄活化區相互作用影響轉錄調節[6]。雖然三種亞型在大多數組織中共同表達，但是在組織分布上相差懸殊。PPARγ在脂肪組織中高表達，在結腸、免疫系統及視網膜上有一定的表達。PPARγ還可分為3個亞型：PPARγ1、PPARγ2、PPARγ3,PPARγ1在全身均有表達，尤其是脂肪組織及巨噬細胞；PPARγ2在脂肪組織中高表達，高脂飲食可誘導表達，多位于肝星狀細胞；PPARγ3高表達于巨噬細胞、脂肪組織及結腸上皮細胞[7]。PPARγ主要通過和配體結合活化后發揮作用。PPARγ的配體主要包括天然配體與合成配體，其中天然配體主要包括花生四烯酸及其代謝產物、多不飽和脂肪酸氧化代謝產物和氧化型低密度脂蛋白等，而合成配體主要包括噻唑烷二酮類藥物和一些非甾體類消炎藥，如消炎痛、布洛芬等。PPARγ拮抗劑包括GW9662、BADGE、L-764406等。PPARγ經配體活化后，與視黃酸受體形成異二聚體，再與靶基因啟動子區的過氧化物酶體增殖物反應元件(peroxisome proliferator resposive element，PPRE)結合，激活靶基因轉錄發揮調控作用。另外，PPARγ可通過干擾核因子κB、轉錄激活子、信號轉導子及激活蛋白1的轉錄表達干擾它們介導的信號通路，從而實現其調控作用[8]。PPAR具有多種生物學效應并發揮重要作用，如影響脂質代謝、抑制炎性反應、抑制細胞增殖和分化、誘導細胞凋亡等[9]。

3 COX-2、PPARγ與肝纖維化

正常肝組織中位于肝竇Disse 間隙的肝星狀細胞(hepatic stellate cells，HSC)處于靜息狀態，其數目約占肝內細胞總數的5%～15%。HSC的生理功能包括：①代謝和貯存維生素A；②儲存脂肪；③合成和分泌膠原蛋白、糖蛋白、蛋白多糖等基質成分；④合成基質金屬蛋白酶及其組織抑制劑(tissueinhibitorofmetalloproteinases，TIMP)；⑤表達細胞因子及受體，如血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)及其受體β亞單位、轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)β1及其Ⅰ型受體等；⑥調節肝竇血流。病理條件下受到多種損傷因素刺激后，HSC被活化后形態改變，細胞增生頻率增加并向肝損傷部位遷徙，轉化為肌成纖維細胞的過程中表達α平滑肌肌動蛋白(α-smoothmuscleactin，α-SMA)；肝臟細胞外基質(extracellular matrix,ECM)的合成分泌增加；TIMP合成及分泌增加，減少ECM降解；細胞因子、趨化因子及受體分泌增加。同時細胞內維生素A 及其代謝產物減少，脂滴消失。ECM的沉積是肝纖維化形成的關鍵因素，ECM主要是由HSC產生的，從而HSC的激活及增殖成為肝纖維化發生、發展中的核心環節[10-11]。

3.1COX-2在肝纖維化中的表達及意義 在正常生理情況下，COX-2幾乎在肝內細胞中不表達，當受到炎性介質、細胞因子、細菌內毒素等多種外在因素刺激下表達上調，促進 HSC 活化、增殖，誘導肝纖維化的進展。Cheng等[12]、He等[13]通過在體外培養人HSC發現使用選擇性COX-2抑制劑NS-398后，COX-2的表達降低，α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表達明顯被抑制，且存在一定劑量依賴性。同時增殖細胞核抗原的表達下降，表明NS-398可抑制HSC的活化及增殖。COX-2可通過參與炎性反應誘導PDGF、TGF促進HSC的增殖,并分泌大量細胞因子進一步激活HSC又導致HSC的增殖。研究表明,PDGF是促HSC活化、增殖最強的細胞因子,具有刺激特定細胞群分裂增殖的能力,是肝纖維化的始動因子[14],而HSC不僅是PDGF作用的靶細胞,又是PDGF產生的細胞，這使得HSC 的增殖、活化得以持續。Hui等[15]研究表明,COX-2能上調促因子PDGF的表達誘導人類HSC增殖,在應用人工合成的前列環素E2的類似物抗增殖時,COX-2和前列腺素E2可介導PDGF刺激人類肝星形細胞增殖。COX-2通過TGF-β途徑促進HSC增殖，研究表明TGF-β可通過增加PDGF的表達促進HSC的增殖，而且在活化后的HSC中被大量分泌，使HSC轉化為肌纖維母細胞并分泌膠原，TGF-β還能通過促進TIMPs的合成、阻滯ECM 的降解，ECM 不斷沉積促進HSC增殖與激活[16]。Flisiak 等[17]報道TGF-β及TIMP-1表達與肝纖維化有關，TGF-β可引起TIMP-1基因表達增加而減少ECM 降解而促進肝纖維化的進展。

3.2PPARγ在肝纖維化中的表達及意義 最近研究表明，PPARγ抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加。Wang 等[18]研究在正常肝臟的HSC中也有PPARγ的表達，而炎癥或損傷刺激下HSC 被活化，靜止型轉變為激活型。HSC 激活的過程中PPARγ表達逐漸減少，表明PPARγ有抑制HSC的活化、維持HSC 靜止狀態的作用。Yavrom等[19]通過應用PPARγ腺病毒載體轉染HSC，使PPARγ表達上調。證實PPPARγ易位表達減少HSC的活化，而I型膠原表達減少最顯著。其可能的機制為PPARγ抑制p300從而抑制核因子1和α(Ⅰ)前膠原啟動子結合后對其的轉錄激活作用。Guo等[20]應用PPARγ的合成激動劑--羅格列酮后，活化HSC中PPARγ mRNA和蛋白水平顯著增加，而I型膠原與α-SMA合成減少，HSC的增殖顯著減少但凋亡顯著增加，其機制與羅格列酮激活HSC中PPARγ活性有關，且存在一定劑量依賴性[20]。Miyahara等[21]通過應用PPARγ特異性配體15-脫氧前列腺素J2作用激活后的HSC發現α-SMS、α(Ⅰ)前膠原及單核細胞趨化蛋白1的合成被抑制而細胞的活性沒有受到影響。同時應用PPARγ的拮抗劑GW9662后上述抑制作用消除。其機制為PPARγ在肝纖維化中HSC內表達下降，PPRE與細胞核蛋白結合力降低，而與核轉錄因子的結合增加。另有相關研究報道，PPARγ活化還可以抑制ECM mRNA表達，使ECM合成減少[22]。

3.3COX-2與PPARγ在肝纖維化中的相互作用 COX-2在肝纖維化中的作用不僅是前列腺素炎性介質作用的綜合效應、也是細胞因子網絡相互作用的結果。COX-2的表達上調，啟動炎性反應促進肝損傷參與肝纖維化的進程。COX-2可通過誘導細胞因子作用于HSC，調節其活化和增殖。COX-2具有COX和過氧化物酶兩種酶的活性，一方面可催化花生四烯酸轉化為前列腺素G2，另一方面可催化前列腺素G2轉化為前列腺H2。而PPARγ天然配體主要包括花生四烯酸及其代謝產物，其中15dPGJ2是PPARγ的轉錄激活劑，COX-2表達上調可增加15dPGJ2的表達，PPARγ與視黃酸受體形成雜二聚體，在基因調控區內的PPRE結合后調節基因的轉錄。很多與脂肪代謝有關的基因調控區都含有PPRE，COX-2基因可能是其中的一個，因而COX-2的誘導產生內源性PPARγ配體來活化該信號，進一步引起COX-2轉錄表達形成自分泌環[3]。然而，COX-2抑制劑不僅能抑制COX-2的活性，減少炎性介質的合成與分泌，也可減弱HSC的活化、增殖，誘導HSC凋亡，抑制肝纖維化的發生,同時又可以作為PPARγ的配體，其機制可能是通過激活PPARγ，抑制細胞外信號調節激酶和活性蛋白激酶的激活密切相關。Planaguma等[23]研究四氯化碳所致肝纖維化動物模型后應用選擇性COX-2抑制劑SC-236治療發現SMA表達減少，金屬蛋白酶2活性也降低，而SC-236標化15dPDJ2水平，恢復PPARγ表達后發現，與PPAR 配體羅格列酮一樣，SC-236能作為有效的PPARγ顯效劑誘導其在HSC中表達，減少HSC的活化。有研究表明，PPARγ激動劑可抑制COX-2表達，從而抑制前列腺素生成，而且COX-2抑制劑與PPARγ激動劑聯合用藥可以起到協同作用，對正常細胞無副作用[24]。

4 小結與展望

COX-2可以通過多種途徑參與肝纖維化的進程。COX-2抑制劑不僅可以抑制COX-2的活性從而減少炎性介質的產生和抑制HSC的活化和增殖，而且可能通過誘導PPARγ在HSC中高表達，抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加，從而達到抗肝纖維化的功效。

根據目前的研究現狀，COX-2、PPARγ與肝纖維化的發生、發展密切相關，如何通過抑制COX-2及激活PPARγ以抑制HSC活化、增殖及ECM生成、增加,對肝纖維化的逆轉防治具有重要的意義。進一步研究COX-2、PPARγ及其信號通路在肝纖維化中的作用機制，從基因水平進行靶向基因治療技術，將為肝纖維化的防治開辟新的途徑,為新型抗肝纖維化藥物的研發奠定基礎。

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