血紅素結合蛋白的研究進展

楊海嬌，楊廣民

(1.長春中醫藥大學，長春 130117；2.吉林省人民醫院醫學檢驗中心，長春 130021)

關鍵字：血紅素結合蛋白；血紅素；血紅素加氧酶

血紅素結合蛋白(hemopexin,Hpx)是一種大小為60 000的α2酸性糖蛋白，由兩個非二硫鍵連接的結構相關結構域組成。N端和C端結構域均含有四葉β-螺旋槳并顯示出高度的同源性(25%氨基酸同一性)。其中，N端結構域可以像完整的Hpx一樣結合1個血紅素分子，C端結構域則起到促進Hpx與其受體結合的作用。Hpx是一種完全唾液酸化的糖蛋白，而乏唾液酸化Hpx也能與血紅素緊密結合，血紅素-乏唾液酸化Hpx復合物可被Hpx受體和肝細胞半乳糖受體識別[1]。Hpx基因位于11p15.4～p15.5，該基因跨越大約12 kb的染色體DNA，具有10個外顯子和9個內含子。Hpx的表達發生在轉錄和轉錄后水平，目前已知其表達有白細胞介素-1β、白細胞介素-6、白細胞介素-11及腫瘤壞死因子-α等的參與，在人類中主要的誘導因子為白細胞介素-6[2]。Hpx主要在肝細胞內合成，另外還可在神經細胞、視網膜細胞等細胞中合成。血紅素-Hpx復合物在細胞表面由受體介導進入細胞，從而進一步發揮作用。但細胞表面的受體不是普遍表達，已知在人循環細胞(T 淋巴細胞白血病細胞、多形核細胞、人急性早幼粒細胞白血病細胞)中可檢測到。另外，包括神經視網膜在內的胎盤和屏障組織也含有表達Hpx受體的特化細胞，如合體細胞和視網膜色素上皮細胞[3]。現就Hpx的生理功能及其與疾病發生發展的關系和臨床應用等予以綜述，探討分析Hpx在疾病診療中的價值，以為其臨床應用提供理論依據。

1 Hpx的生理功能

1.1抗氧化作用 血紅素的親脂結構不僅可以插入細胞表面的脂質雙分子層破壞細胞膜，以減少紅細胞壽命的方式推進溶血事件的發生，而且還會促使低密度脂蛋白轉化成具有強烈細胞毒性的氧化物。血紅素-Hpx復合物經受體介導進入細胞后釋放血紅素，血紅素加氧酶(heme oxygenase，HO)可以將血紅素降解成膽綠素、一氧化碳和Fe2+等。由于金屬蛋白酶1分子中富含半胱氨酸，故可以結合具有活性的金屬離子來鈍化羥自由基和超氧化物。同時，血紅素的降解產物也具有抗氧化功能，如膽綠素[4]。因此，Hpx通過誘導金屬蛋白酶1和HO-1的基因表達，可以實現其抗氧化作用。另一方面，血紅素-Hpx復合物可以阻斷血紅素促脂質過氧化反應過程，從而有效減少血紅素帶來的細胞氧化損傷[5]。

1.2神經保護作用 Hpx可以通過與血紅素結合形成復合物來減少血紅素在神經元中的積存，從而減輕血紅素對神經元的神經毒性，并減少血紅素對內皮細胞和血腦屏障的損傷[6]。同時，通過維持血紅素的游離態和結合態之間的平衡，HO-1可以減輕游離血紅素對皮質神經元的氧化損傷，而Hpx能通過誘導HO-1基因表達來加強這一功能。Hpx在寡突膠質細胞分化和髓鞘形成的環節中可能扮演重要角色，但其具體機制仍不明確[7]。另外，血紅素-Hpx復合物還可以與一氧化氮和一氧化碳可逆性結合，減弱其毒性作用，保護血管壁的內皮細胞及神經元，調節機體免疫功能。且Hpx具有增進嗅受體神經元的成熟，抑制其凋亡過程及保持精細嗅覺的重要功能[8]。

1.3維持機體鐵穩態 Hpx在肝的鐵代謝過程中扮演重要角色。缺鐵時，鐵蛋白被大量消耗，而血紅素-Hpx復合物被內吞進入肝細胞中，肝細胞內血紅素濃度大量增加，血紅素降解釋放的鐵會影響鐵調節蛋白水平，鐵調節蛋白通過結合鐵反應元件調節轉鐵蛋白受體信使RNA和鐵蛋白信使RNA的翻譯，使肝細胞表面的轉鐵蛋白受體迅速下調，并伴隨誘導鐵蛋白合成，使血紅素降解釋放的鐵增加以維持機體內的鐵穩態[9]。此外，Hpx可以與二價金屬離子結合降低金屬毒性[10]。

1.4調控細胞內信號傳遞及基因表達 血紅素-Hpx復合物可以通過啟動蛋白激酶C引起核因子κB核轉位，同時活化N端的c-Jun氨基端激酶。當細胞處于DNA破壞情況時，活化的炎癥因子激活c-Jun氨基端激酶/應激活化蛋白激酶通路，阻斷細胞凋亡過程，從而促進細胞存活。除上述途徑外，血紅素-Hpx復合物的受體可通過結合血小板衍生生長因子或組織型纖溶酶原激活物促進信號分子的活化，進而調節細胞增殖和凋亡。血紅素-Hpx復合物不僅可以調控信號通路，還可上調抑癌基因p21與p53的表達[11]。

1.5促血管生成作用 當血管損傷時，骨髓內的內皮祖細胞釋放到外周血并大量聚集在受損血管處，參與受損血管的內皮修復和功能再生。Hpx可增加HO-1的表達，通過調節機體自身抗氧化和抗炎通路，減少血紅素對內皮祖細胞的損傷，保證內皮祖細胞的成熟分化，加速骨髓內皮祖細胞的增殖動員及遷移，提高其活力及抗氧化損傷能力，促進血管新生[12]。

1.6調節腎小球滲透性 在微小病變性腎病發生時，水平升高的Hpx可以調節腎小球的滲透性，同時Hpx的蛋白酶活性可減少腎小球血管表面ATP酶的表達，促使足突回縮，導致腎小球血管通路改建及蛋白尿的出現。可見，正常情況下Hpx可與血漿中有蛋白酶抑制劑活性的輔因子結合，而病理情況下抑制因子釋放，隱藏的蛋白酶活性再次出現，從而導致病變。野生足細胞中的Hpx可引起肌動蛋白細胞骨架的可逆重組，而在正常情況下人體血漿和蛋白酶抑制劑可阻止Hpx的這一作用。Hpx能夠破壞足細胞和腎小球內皮細胞的多糖-蛋白質復合物，增加腎小球內皮細胞單個細胞層的白蛋白清除率[13]。

2 臨床意義及應用

2.1呼吸系統疾病 急性肺損傷發生時，致病因子誘導肺上皮細胞產生蛋白酶，蛋白酶和氧化應激會激活蛋白激酶C信號和核因子κB，從而誘導促炎因子基因的表達，繼而引發機體組織損傷。Hpx通過抑制核因子κB途徑減少促炎因子的形成，從而減輕全身炎癥和急性肺損傷[14]。一項對哮喘和慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)的研究發現，與健康組相比，哮喘組及COPD組的血清銅藍蛋白、觸珠蛋白和Hpx水平明顯升高，且哮喘組的蛋白水平明顯高于COPD組；在鑒別哮喘和COPD時，銅藍蛋白聯合Hpx檢驗較三種標志物聯合檢驗的敏感性更高；而觸珠蛋白與Hpx聯合較其他任意兩種標志物聯合在哮喘組和健康組、哮喘組和COPD組中的特異性更高[15]。因此，Hpx作為呼吸系統疾病診斷標志物在實驗室檢驗中逐漸獲得認可。

2.2內分泌系統疾病 在糖尿病中，氧化應激被認為是誘發糖尿病并發癥發生發展的關鍵因素之一。高血糖及波動性高糖會進一步促進活性氧類的大量產生，可見過量葡萄糖誘導的氧化應激可以加快糖尿病并發癥導致的組織損傷及臨床進展。實驗發現，葡萄糖濃度與Hpx表達呈正相關，并上調細胞中活性氧類水平[16]，證明糖尿病病理發展中的氧化應激過程與Hpx相關，但具體機制仍有待進一步探索。經胰島素強化治療2型糖尿病患者的糖化Hpx水平顯著降低，而糖化Hpx水平的變化可以反映胰島素治療的效果[17]。因此，深入研究Hpx與糖尿病的關系，可能對糖尿病與其相關并發癥的臨床進展及治療有更深的認識。

2.3腦血管疾病 腦血管意外導致血紅素大量釋放，進而引起嚴重的腦血管損傷，而血紅素-Hpx復合物可以避免血紅素對腦組織及皮質神經元的毒性損傷。在大鼠腦缺血再灌注24 h內，Hpx表達上調；同時在大鼠側腦室進行Hpx給藥發現，其對局灶性腦缺血再灌注損傷的神經保護作用呈劑量依賴性，且具有遠期效應，目前可以持續觀察7 d[18]。在缺血性腦卒中引起認知功能障礙的病理生理學中，缺血再灌注具有重要意義。用Morris水迷宮方法觀察Hpx處理組缺血再灌注模型大鼠的學習和認知水平發現，與未處理組相比，處理組大鼠的學習和認知水平均提高，表明Hpx可以改善大鼠腦缺血再灌注所致的認知能力障礙[19]。急性腦梗死血清標本Hpx表達明顯下調，但具體機制尚不清楚，需進一步試驗證明[20]。

2.4消化系統疾病

2.4.1藥物性肝損傷 對乙酰氨基酚是目前應用最廣泛的解熱鎮痛藥，常規服用安全，但大劑量或長期應用可能引起藥物性肝損傷，同時也是急性肝衰竭的常見誘因。因此，提高臨床對對乙酰氨基酚合理安全用藥的重視程度及預防意識非常重要。試驗證實，在對乙酰氨基酚誘導肝損傷中，易感個體Hpx的水平是基礎水平的6倍[21]。故可以將Hpx水平作為應用對乙酰氨基酚所致肝損傷的監測指標，以避免相應的肝損害，但仍需大量臨床試驗證實。

2.4.2病毒性肝損傷 慢性丙型肝炎病毒感染是全球共同面對的一項公共衛生問題。由于感染早期公眾對其認知率較低，故導致丙型肝炎病毒感染的早期診斷及治療被延誤。隨著病情進一步進展，逐步發展為肝纖維化和肝硬化，甚至肝癌。研究發現，在丙型肝炎病毒誘導的肝纖維化和肝硬化等肝實質損傷中，可以對未分級患者血清中Hpx的唾液酸化O-糖形式進行液相色譜-串聯質譜-多反應監測[22]，并作為肝臟疾病新興的檢測手段，在監測肝臟病理學進展中起關鍵作用。

2.4.3肝移植 肝移植是終末期肝病最有效的治療措施，但存在移植后急性排斥反應的難題。有研究發現，在肝移植急性排斥反應過程中，早期可以通過Hpx抗炎反應特性減輕移植物所致損傷，隨后適應性免疫被喚醒，Hpx通過改變輔助性T細胞1與輔助性T細胞2的比例加強適應性免疫，從而加重移植物損傷，因此可將Hpx視為肝移植急性排斥反應分級診斷的潛在指標[23]，但仍需更多體內研究的證實。

2.5神經系統疾病 在脊髓損傷期間，損傷初期會引發復雜的局部炎癥反應，導致繼發性發作，導致自毀性級聯反應，并伴有更嚴重的脫髓鞘和神經退行性變。動物實驗發現，Hpx以不依賴血紅素清除的方式誘導脂多糖刺激原代培養的小膠質細胞從M1型轉變為M2型來改善小鼠脊髓損傷[24]。基于以上結果，Hpx被認為是脊髓損傷發病過程中小膠質細胞極化的新型調節劑，其可能在脊髓損傷的恢復過程中起至關重要的作用。

2.6血液系統疾病 鐮狀細胞病主要表現為慢性溶血和血管閉塞反復發作導致的進行性器官損傷，主要為促氧化和抗氧化的失衡，而Hpx對人體具有抗氧化保護作用[25]。鐮狀細胞病的異常低脂蛋白水平與溶血標志物相關，其中高密度脂蛋白中Hpx顯著減少[26]，表明Hpx可能在對溶血性疾病中血紅素誘導的內皮功能障礙的防御中發揮重要作用。此外，Hpx還能夠抑制鐮狀細胞病中高溶血性小鼠缺氧/復氧和脂多糖誘導的血管閉塞，抑制HO-1活性會阻斷這一過程，表明該保護機制與HO-1的活性密切相關[27]。

2.7其他

2.7.1化學環境暴露 多環芳烴化合物分解代謝產生大量的活性氧類，長期暴露于多環芳烴環境會誘發機體的氧化損傷。Hpx的表達會隨多環芳烴暴露程度的加重而增加[28]。因此，可以將機體內Hpx水平的變化作為化學環境暴露的監測指標，并作為化學環境所致活性氧中毒的診斷依據之一。

2.7.2先兆子癇 先兆子癇指妊娠24周左右，在高血壓、蛋白尿的基礎上，出現頭暈頭痛、惡心嘔吐、上腹不適等癥狀者。在先兆子癇中，母體的血紅素和胎兒血漿血紅蛋白水平升高與HO-1和Hpx水平降低及Hpx活性降低有關[29]。其活性的降低抑制了胎盤組織中血管緊張素Ⅱ1型受體的脫落，增加了血管緊張素Ⅱ的敏感性，加重臨床惡性高血壓癥狀[29]。先兆子癇患者具有明顯的心血管癥狀，其特征為較低的心排血量和較高的外周血管阻力，可能由于母體循環中胎兒胎盤來源的細胞外血紅蛋白泄漏，血紅素從細胞外血紅蛋白釋放并消耗Hpx，從而導致心血管功能受損。因此，在妊娠過程中，監測Hpx水平可以獲得關于先兆子癇的動態臨床信息[30-31]。

2.7.3臨床急癥 臨床急危重癥包括各類休克、惡性高血壓、急性心肌梗死、急性呼吸窘迫綜合征等，是臨床上最為棘手的難題，患者死亡率極高。有學者發現，膿毒癥、嚴重燒傷、急性呼吸窘迫綜合征患者和大多數早產兒的早期血漿Hpx水平顯著升高，隨著病情進展，病理性血紅素增多，血漿Hpx水平下降，故認為Hpx水平變化可能與血紅素結合成復合物有關[32]。可以將這種變化視為一種保護機制，可減輕血紅素對機體的氧化應激損傷，降低患者院內死亡風險。隨后有研究顯示，嚴重型膿毒癥患者的血清Hpx水平較輕型膿毒癥患者顯著升高，且Hpx水平與膿毒癥患者的病死率呈負相關[33]，證實了Hpx在膿毒癥臨床診療中的潛力。

2.7.4鼠疫 由鼠疫耶爾森氏菌引起的肺鼠疫是一種快速發展的傳染病。鼠疫耶爾森氏菌的致病性主要源于兩種毒素，一種稱為鼠毒素或外毒素，對小鼠和大鼠有很強的毒性，另一種稱為內毒素，其毒性較其他革蘭陰性菌的內毒素毒性更強，能引起彌散性血管內溶血、組織器官內溶血、中毒休克等病理生理變化。經鼠疫菌EV76疫苗株免疫后，小鼠肺中Hpx快速上調[34]。Hpx可以加速游離血紅素的清除，不僅能夠減輕溶血所導致的損傷，還限制了細菌對鐵的利用能力。EV76誘導Hpx快速表達的能力可以提高感染小鼠的存活率[34]。這為診治鼠疫提供了新方向。

3 小 結

Hpx的理化特性和臨床應用，充分證實了Hpx在現階段臨床疾病診療中的應用價值。在呼吸系統疾病中，Hpx可以通過下調炎癥因子的釋放來減輕肺損傷，且在哮喘和COPD的鑒別診斷中表現出顯著的相關性，但其病理學機制需進一步探究。關于Hpx與糖尿病并發癥的發生發展，目前的研究只證明Hpx與高糖水平所致的氧化應激相關；在肝臟移植排斥反應中，隨著適應性免疫的喚醒，Hpx從早期的減輕移植損傷逐漸轉變成加重其損傷。鐮狀細胞病與Hpx的關系是近年研究的熱點，Hpx在抵抗鐮狀細胞病所致的溶血和血管閉塞中起關鍵作用。另外在先兆子癇、膿毒癥及鼠疫等疾病中，雖然Hpx的研究也取得了巨大突破，但目前還處于探索階段，具體機制尚不明確，仍需要進一步探究。隨著現代精準醫學和多學科診療模式在臨床診療過程中的廣泛應用以及科研人員對Hpx的不懈深入研究，Hpx將為相關疾病的臨床診療提供新思路。