前列腺素合酶在肝臟疾病中的作用

蔡 杰，盧佶翃，高 航，萬志康，孫 瑩

1 徐州醫科大學 藥學院，江蘇 徐州 221000； 2 江蘇省新藥研究和臨床藥學重點實驗室，江蘇 徐州 221000

肝臟疾病目前已成為世界第五大致死疾病，且發病率逐年上升[1]。常見的肝臟疾病主要包括：肝炎、肝硬化、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、酒精性肝病、藥物性肝損傷(DILI)、肝癌等。

肝臟是前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)最主要的代謝器官[2]。近年有研究[3-5]表明，PGE2在肝損傷、肝臟切除后再生等多種原因誘導的肝臟損傷中具有調控肝臟細胞修復的功能。人們對于PGE2的研究非常廣泛，涉及炎癥、腫瘤、心血管、免疫等多個領域[6-7],并已成功開發出多種藥物。然而傳統藥物多是靶向花生四烯酸代謝途徑上游的環氧化酶(cyclooxygenase，COX)，雖然在一定程度上可以改善患者癥狀[8-9]，但同時也影響了其他前列腺素的生成，易產生胃腸道及心血管副作用，限制了其更廣泛的應用[10]。因此，越來越多的科學家開始關注前列腺素合酶(prostaglandin E synthases，PGES)。PGES是PGE2合成途徑中重要的末端限速酶，可以將COX合成的前列腺素H2(PGH2)最終轉化為PGE2[11-12]。靶向PGES可以減少藥物對其他前列腺素生成的影響，從而減少副作用的產生，很可能成為一種更加安全的治療策略。本文主要總結近年來PGES在肝臟疾病方面的研究進展，并簡要討論PGES作為肝臟疾病治療靶點的潛力，以期為深入研究PGES在肝臟疾病中的作用提供參考。

1 PGES的分類

目前已經發現至少存在3種PGES直接參與PGE2的合成，分別為位于微粒體中的微粒體前列腺素E合酶(microsomal prostaglandin E synthase，mPGES)-1，mPGES-2和位于胞質溶膠中的胞質前列腺素E合酶(cytosolic prostaglandin E synthase, cPGES)[13]。

mPGES-1是目前研究最早最深入的PGES，其與炎癥反應有十分密切的關系。在促炎因子刺激下表達增多，催化PGH2轉化為PGE2，具有嚴格的底物特異性[14]。已有研究[15]表明mPGES-1參與發熱、疼痛、免疫、腫瘤、生殖等多種生理病理過程，并且在不同的肝臟疾病中均有作用。

mPGES-2是一種特殊的雙向功能酶，其功能受谷胱甘肽(glutathione，GSH)和血紅素(heme)影響，不被促炎因子刺激[16]。其在體內一般情況下與GSH和heme結合形成復合物，將PGH2代謝生成丙二醛，只有在與heme分離的狀態下才有合成PGE2的活性。肝臟中含有豐富的heme，這與已有研究中發現其通過非PGE2途徑影響肝臟疾病相一致。

對于cPGES的研究還較少，它主要通過COX-1維持體內PGE2穩態[11-12]，并且可能與PGE2的滅活途徑相關[17]。

2 mPGES-1與肝臟疾病

mPGES-1是目前研究最多的PGES，在缺血再灌注誘導的急性肝損傷、NAFLD、病毒性肝炎及肝癌等疾病發生發展進程中均有作用。

2.1 mPGES-1與肝損傷 外力撞擊、嚴重低血壓、藥物副作用以及肝移植等情況均會誘發不同程度的肝損傷[14]，如果處理不及時極易誘發感染、休克、大出血等危及生命的癥狀。探究清楚mPGES-1在不同肝損傷中扮演的角色，并以其為靶點應用到肝損傷治療中，將具有十分重要的意義。

Nishizawa等[18]在缺血再灌注誘導的急性肝損傷小鼠模型中發現，mPGES-1催化合成PGE2通過PGE2/EP4信號通路影響巨噬細胞的分化，來調控肝臟組織修復。當肝臟受到損傷后肝臟Kupffer細胞(KCs)被激活，活化的KCs分泌炎癥趨化因子配體2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，進而誘導肝臟壞死區域Ly6Chigh單核細胞表達炎癥趨化因子受體2(C-C chemokine receptor 2，CCR2),最終分化成Ly6Chigh誘導的促炎性巨噬細胞。mPGES-1在這一過程中的作用是促使肝臟內表達CCR2的Ly6Chigh巨噬細胞積聚。因此，抑制mPGES-1將減少Ly6Chigh巨噬細胞生成，減輕肝臟的炎癥反應從而起到保護作用。

然而，Yao等[19]發現在Fas誘導的肝臟疾病小鼠模型中mPGES-1過表達卻能提高肝臟細胞的存活率。Fas是有關細胞凋亡的膜表面分子，屬于腫瘤壞死因子受體超家族，Fas誘導的肝細胞凋亡與各種肝臟疾病的發生發展機制相關[20-21]。肝臟內mPGES-1表達誘導PGE2的合成，通過EP4受體提高肝臟內p-Akt及抗凋亡因子水平，抵抗由Fas造成的細胞凋亡和肝損傷。這一過程不同于缺血再灌注誘導的急性肝損傷，可能是因為Fas誘導肝損傷主要是通過促進肝細胞凋亡實現的，mPGES-1提高細胞抗凋亡能力的作用在改善肝損傷過程中起到了主要作用。

2.2 mPGES-1與NAFLD NAFLD是由肝細胞中脂質病理性堆積導致的[22]，現階段已成為我國第一大慢性肝病。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是NAFLD進程中的一種病理類型，伴有炎癥、細胞死亡和纖維化，是NAFLD發展到肝硬化和肝癌的關鍵環節，尚無特異性藥物[23]。

PGE2在NASH中的作用一直存在爭議[24]。一方面，PGE2通過抑制極低密度脂蛋白合酶和β氧化來增加肝細胞脂質的積累；另一方面PGE2又能夠抑制肝臟脂肪酸的從頭合成來抵抗肝細胞脂肪變性，同時抑制巨噬細胞促炎性TNFα的分泌。不僅如此，在體外實驗[25]中觀察到PGE2能夠明顯抑制肝臟自然殺傷(NK)細胞的活性，而NK細胞被認為是促進NASH發生發展的重要因素。綜合以上因素，PGE2在NASH發生發展中很可能起到保護性的作用。Henkel等[26]用飲食誘導NASH小鼠模型觀察到，野生型(wild type, WT)NASH小鼠肝臟中出現同人類患者一樣的mPGES-1及COX-2表達升高的現象，而mPGES-1 敲除小鼠NASH癥狀較野生型小鼠更加嚴重。原來mPGES-1缺失使得NASH小鼠PGE2無法升高，從而破壞了PGE2限制巨噬細胞分泌TNFα的負反饋作用，過多的TNFα作用于肝細胞，誘導大量IL-1β生成，促進肝臟細胞炎癥反應及組織增生，使肝細胞凋亡增加。

2.3 mPGES-1與肝癌 肝細胞癌是肝臟最常見的原發性惡性腫瘤，每年新診斷病例超過50萬例，是全球第四大癌癥死亡原因[27]。肝細胞癌預后差主要與確診較晚及缺乏副作用易耐受的藥物有關。就已有的研究[28-30]結果看，mPGES-1不僅有希望成為治療肝癌的藥物作用靶點，其與HBV x蛋白(HBx)在肝癌細胞中共同表達的關系還有希望使其成為肝癌早期診斷的一個指標，很可能同時解決藥物缺乏及早期診斷困難的兩個問題。

2014年Ruan等[31]明確mPGES-1及COX生成的PGE2可以促進腫瘤細胞的生長。這與在人類患者和動物肝癌模型中觀察到mPGES-1表達增多；以及在肝癌細胞上過表達COX-2會使其增殖和侵襲能力增強的現象是一致的[28-29]。這些結果表明mPGES-1與肝癌的發生發展有密切關系。Lu等[28]報道，mPGES-1在肝癌細胞中過度表達可以通過抑制糖原合成酶激酶3，誘導早期生長因子1(early growth response factor-1，EGR1)活化β-連環蛋白，來提高腫瘤細胞的生長、侵襲、遷移和集落形成能力，如果敲除mPGES-1可以降低這些參數。

臨床數據表明，有很多肝癌患者是由慢性病毒性肝炎發展而來。Liu等[30]研究發現肝癌患者肝臟內mPGES-1表達的增高與HBx呈正相關。進一步研究mPGES-1和HBx的關系，發現HBx促進EGR1的表達，而EGR1是mPGES-1重要的轉錄因子結合位點，它可以直接結合mPGES-1啟動子區域中共有的結合位點，使mPGES-1表達增多。同時，研究還發現了一種PGE2抑制劑(15 d-PGJ2)可以阻礙HBx與過氧化物酶體增殖劑激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR)γ結合從而下調mPGES-1的表達。有趣的是，Ma等[32]發現咖啡因也可以通過特異性阻斷PPARγ-EGR1-mPGES-1途徑有效降低HBx陽性肝細胞中PGE2的合成，減緩HBV感染造成的肝臟炎癥及肝臟細胞癌變。

3 mPGES-2和肝臟疾病

DILI是一種由藥物或其代謝產物引起的肝臟毒性損傷。在大多數西方國家，DILI占所有急性肝衰竭病例的50%以上，近年來國內發病率也逐年上升[33-34]。目前還沒有明確的治療方法可用于治療特發性DILI。現有關于mPGES-2在肝臟疾病中的研究顯示其對不同藥物誘發的DILI有一定調控作用。

鏈脲霉素(streptozocin，STZ)是一種廣泛使用的1型糖尿病造模藥物，美國食品藥品監督管理局批準其作為治療胰島細胞轉移癌的藥物，主要通過葡萄糖轉運蛋白2轉運到細胞中[35-36]。筆者課題組的研究[37]發現，給予小鼠STZ處理，觀察到mPGES-2敲除小鼠的肝臟較WT小鼠表現出明顯的肝細胞凋亡壞死。進一步的機制研究發現mPGES-2敲除，使得小鼠胰島素水平升高，促進肝臟內SREBP-1C表達，誘導肝臟內葡萄糖轉運蛋白2水平升高，更多原本在細胞外的STZ可以進入細胞并在肝臟內積聚，從而造成了比WT小鼠更加嚴重的肝損傷。

對乙酰氨基酚(paracetamol，APAP)是一種常用的解熱鎮痛藥。早在1977年人們就已經意識到APAP對肝臟有毒性，是急性肝損傷的常見誘因。在肝臟中APAP被細胞色素P450代謝為毒性產物N-乙酰對苯醌亞胺(N-acetylbenzoquinoneimine，NAPQI)，其解毒依賴GSH。而在肝臟內mPGES-2與heme結合，將PGH2催化降解為丙二醛，而丙二醛會進一步消耗GSH，因此當APAP引起肝損傷時，能夠用來降解NAPQI的GSH不足，NAPQI與線粒體蛋白結合，引起細胞損傷和肝功能障礙，造成了WT小鼠較mPGES-2 敲除小鼠出現更加嚴重的肝損傷[38]。

4 cPGES和肝臟疾病

目前人們對cPGES的研究還比較少，有結果提示其可能與糖皮質激素受體有重要聯系，并且cPGES缺失會使小鼠發育不全在圍產期即死亡[39]，胚胎現象與糖皮質激素受體缺陷的嬰兒有一些相似[40]。但是在肝臟疾病方面的研究還處在空白階段。

5 總結和展望

PGES在肝臟疾病中的研究近年來有了不少的進展。在肝損傷方面，mPGES-1減輕Fas誘導的肝損傷，而加重缺血再灌注造成的肝損傷；對于NASH mPGES-1顯示出較好的保護作用；同時，多個團隊證實抑制mPGES-1表達有助于減緩肝癌的發生發展。mPGES-2在肝臟疾病中的作用主要集中在DILI方面，它可以改善STZ造成的肝損傷卻加重了APAP誘發的肝損傷。

綜上所述，目前的研究表明PGES在肝臟疾病多種方面都發揮著重要的作用，靶向PGES設計一系列藥物，為研發治療肝臟疾病的新藥物提供了很好的思路。但由于PGES作用范圍廣泛，涉及到多種復雜的生理機制，要想真正使其為肝臟疾病患者帶來福音，仍然需要更加深入的機制研究。

作者貢獻聲明：蔡杰負責資料收集分析，撰寫論文；盧佶翃、高航、萬志康參與收集資料，修改論文;孫瑩負責主題設計，擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。