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1、肝脏缺血再灌注立早基因表达的研究进展邓小雨 马莉摘要肝脏缺血再灌注损伤是临床肝胆外科手术常见重要的并发症。其缺血及再灌注过程均可引起立早基因早期反应蛋白-1、c-Jun、c-Fos 表达上调，急性期调控肝组织细胞炎症反应，导致严重的肝功能异常和器官功能障碍;恢复期调控肝组织再生重建;还作用于肝脏能量代谢，对患者的生存预后产生重要影响。立早基因是一类受到刺激后可以被快速而短暂地诱导的基因，且其激活不需要任何新蛋白的合成，目前为止，已在细胞中发现100 多种立早基因。深入了解肝脏缺血再灌注立早基因表达及其调控过程可为改善肝缺血再灌注损伤及损伤后肝恢复提供新方向。本文对肝脏缺血再灌注立早基因表达的研

2、究进展进行综述。关键词肝缺血再灌注;早期反应蛋白-1;c-Fos;c-JunAbstract Hepatic ischemia reperfusion injury is a common and importantcomplications in clinical hepatobiliary surgery.During the process ofischemia and reperfusion early response protein-1，c-Jun，c-Fos of immediateearly genes expression was up-regulated，regulatin

3、g hepatic tissueinflammatory response，resulting in serious hepatic function abnormalitiesand organ dysfunction.Those immediate early genes also regulate hepatictissue regeneration and reconstruction in convalescent stage，playing animportant role in hepatic energy metabolism，which has an important im

4、pact onthe survival and prognosis of patients.Immediate early genes are a kind ofgenes which can be induced quickly and briefly after stimulation，and theiractivation do not require synthesis of any new proteins.So far，more than100 kinds of immediate early genes have been found in cells.In-depthunder

5、standing of the expression and regulation of immediate early genes inhepatic ischemia-reperfusion may provide a new direction for amelioratinghepatic ischemia reperfusion injury and hepatic recovery after injury.Thispaper reviews the research progress of early gene expression of liverischemia-reperf

6、usion.Key words Hepatic ischemia reperfusion;Early growth response-1;c-Fos;c-Jun缺血再灌注（ischemia reperfusion，IR）損伤是一种随着血及氧流量的重新建立而加重缺血或缺氧器官细胞损伤的现象1。肝脏 IR 损伤是世界范围内肝脏疾病的首要关注问题，与失血性休克、肝切除和肝移植等有关2。许多研究表明，肝脏 IR 损伤与立早基因（immediate early genes，IEGs）的表达存在关联1，3-4。IEGs 是一类含有亮氨酸拉链，在受到多种化学和物理的细胞外刺激（包括 IR 损伤）时表达的基因

7、，IEGs 编码转录因子，作为早期细胞质事件的核偶联器，调节损伤后细胞反应基因的表达，是基因-蛋白质相互作用的第一步3。IEGs 不仅在机体受到刺激时即时表达，还对损伤后恢复、生长反应、癌症形成等起着重要作用3。肝脏 IR 过程 IEGs 早期反应蛋白-1（earlygrowth response-1，Egr-1）、c-Jun、c-Fos 的表达增加，急性期调控下游基因表达，引发级联瀑布反应，导致肝脏炎症损伤;恢复期诱导肝脏再生重建。除此之外，IEGs 还可调节肝能量代谢。本文就 IEGs 对肝脏 IR 损伤调节的研究进展进行综述。1 Egr-1 基因对肝脏 IR 的调节作用Egr-1 也被称

8、为 NGFI-A、Krox-24、Zif268、TIS8 和 ZENK，是一种含锌指结构的IEGs5。Egr-1 基因于 1980 年发现在血清刺激的静止期小鼠成纤维细胞中，其对多种刺激表达：细胞分裂素、发育和分化的过程、组织或辐射损伤、神经元信号，是机体对缺血应激反应的“主调节因子”5-6。大鼠肝 IR 模型中，缺血和再灌注早期肝组织 Egr-1mRNA 及 Egr-1 蛋白的表达均明显增加;Egr-1 蛋白与 DNA 结合活性升高7。在小尺寸大鼠肝移植模型中再灌注后的前 24 h 内可发现 Egr-1 基因早期、过度表达4。1.1 肝脏 IR 过程 Egr-1 基因的表达机制肝脏受到 IR

9、 损伤时，Egr-1 基因在多种刺激下迅速而瞬时地表达，其能被多种细胞外激动剂如低氧、生长因子、炎症因子、活性氧化物、钙离子、脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）等和环境应激（如缺氧、流体剪切应力和血管损伤等）激活3，8。过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）在血管平滑肌细胞中会上调 Egr-1的表达，促进损伤后血管重建8。在大多数巨噬细胞中，LPS 作为机体的一种内毒素，其刺激 Egr-1 上调是完全激活 TNF-表达的必要条件9。小尺寸肝移植模型由于肝血流量相对较大，流入小移植物会受到与血流动力学相关的额外损伤。肝移植术后门脉高压引起的血流动力学力变化

10、导致剪应力改变对 Egr-1 的上调促进内皮素-1（endothelin-1，ET-1）和誘导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxidesynthase，iNOS）等细胞因子的上调，ET-1 可直接引起肝窦收缩，破坏腺泡血流动力学;同时 ET-1 也能有效诱导 Egr-1 的表达4。这表明 Egr-1 和 ET-1 的相互作用可能使 Egr-1表达呈现短时间内正反馈调节。而 iNOS 诱导一氧化氮（nitric oxide，NO）的表达，NO作为一种血管舒张因子，有助于改善微循环，同时 NO 可通过抑制细胞外信号调节激酶信号传导途径负反馈下调剪应力诱导的 Egr-1 表达，所

11、以 NO/ET-1 比值平衡是决定肝脏 IR损伤的重要因素4，10。1.2 Egr-1 基因在肝脏 IR 急性期的作用肝脏 IR 急性损伤包括组织缺血性损伤和淤血性损伤、胆汁淤积性损伤，以及恢复血供后自由基损伤。IR 急性期 Egr-1 基因上调，其主要作用是急性炎症期诱导大量炎症因子的生成，对机体造成炎症损伤;其次还对调节免疫反应、凝血、血管通透性、血管重建、伤口愈合反应等起着重要作用11-12;同时还可能与肝脏能量代谢相关13。Egr-1 能诱导一系列与细胞损伤和修复再生相关的基因产物，包括炎症因子肿瘤坏死因子-（tumor necrosis factor-，TNF-）、白介素-1（int

12、erleukin-1，IL-1），黏附因子细胞间黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1），生长因子，受体及蛋白酶等11，14。Wang 等15的研究表明，Egr-1 还参与肝糖原合成，调节肝脏糖代谢。Egr-1 过表达可抑制胰岛素信号通路，促进肝脏葡萄糖生成13。所以 Egr-1 可作为一种分子制动器，调节波动血糖水平，维持机体内稳态。而且Egr-1 可能在胆汁淤积性炎症中起核心作用，是抑制胆汁淤积所致炎症的潜在治疗靶点14。1.3 Egr-1 基因对肝脏 IR 恢复期肝组织细胞增殖的调节作用肝实质损伤或部分肝切除术后肝再生的能

13、力是基于肝细胞从静止转变为增殖状态并重新进入细胞周期的能力5。据推测，部分肝切除后短时间内激活 IEGs 是实现肝细胞向有丝分裂的进一步进展的启动机制，IEGs 表达模式可能代表移植肝的状态及其对移植肝损伤的长期反应，再生反应的程度与组织丢失量成正比，并受到复杂的相互作用信号机制的精确调控16。有研究表明，缺乏 Egr-1 基因的小鼠表现为延迟肝切除后肝细胞有丝分裂进展;在肝细胞 G0G1 进展后的肝再生过程中，Egr-1 基因和 Egr-1 蛋白在再生肝中的表达明显增加，与有丝分裂进程重叠;并通过纺锤体组装检查点以调节肝细胞有丝分裂进程16-17。Egr-1 可通过直接或间接诱导细胞分裂周期

14、基因 20（cell division cycle 20，CDC 20）的表达，而 CDC 20 是有丝分裂后期促分裂复合物的关键调节因子17。因此，Egr-1 基因对肝 IR 过程肝组织细胞增殖有着不可替代的作用。2 c-Fos、c-Jun 基因对肝脏 IR 的调节作用c-Fos、c-Jun 是较早发现的两种原癌基因，属于 IEGs，表达 c-Fos、c-Jun 蛋白。c-Jun、c-Fos 蛋白的稳定性受磷酸化调控，c-Jun 的转录活性由 c-Jun N-末端激酶（c-JunN-terminal kinase，JNK）磷酸化诱导，一旦 c-Jun 被磷酸化，就能二聚体化并结合到广泛基因启

15、动子元件上的识别位点，调节各种细胞效应的产生18。正常情况下 c-Fos mRNA 仅少量表达，许多研究表明，c-Fos 和 c-Jun 在肝、肾、脑、心、小肠 IR 早期激活，是 IR 损伤、再生增殖、凋亡的关键基因19-21。在大鼠、猪肝IR 模型中再灌注早期 c-Jun 和 c-Fos mRNA 表达均增加，c-Jun 和 c-Fos 的表达水平与缺血时间直接相关，在肝 IR 损伤刺激反应中起着重要的调节作用22-23。小鼠肝 IR 过程可分为急性期（13 h）和亚急性期（620 h），c-Jun 和 c-Fos 的表达有两种不同的表达模式：c-Jun 和 c-Fos mRNA 在急性灌

16、注期损伤肝组织中共表达，随后 c-Fos 表达下降，在亚急性灌注期 c-Jun 持续高水平表达23。2.1 肝脏 IR 过程 c-Fos、c-Jun 基因的表达机制c-Fos、c-Jun 基因表达由大量的细胞外刺激（包括氧化剂和细胞因子）诱导。在肝脏IR 损伤中 c-Fos、c-Jun 被 LPS、炎症因子（TNF-，IL-1）、活性氧化物（NO，H2O2等）、生长因子、细胞质 Ca2+超载等激活24-25。肝再灌注时，细胞外 Ca2+透过细胞膜进入细胞内，导致细胞质 Ca2+超载，胞内 Ca2+超载可增加 c-Fos 调控元件上游的敏感转录因子结合位点启动 IEGs 的表达，胞内钙信号还可通

17、过促进肝细胞周期进展来促进大鼠肝切除模型术后肝再生25。2.2 c-Fos、c-Jun 基因在肝脏 IR 急性期的作用c-Fos、c-Jun 基因可调控相应基因表达，不仅对炎症及抗炎基因表达，还对肝脏能量代谢，促癌、抗癌过程，胆固醇、胆汁酸的表达，肝纤维化的发生等的调节起着重要作用26-28。在肝脏 IR 急性期，c-Fos、c-Jun 基因可促进中心粒细胞相关炎症因子的表达27。c-Fos、c-Jun 基因可促进细胞因子 TNF-、IL-1、IL-6、iNOS 等的表达;c-JunmRNA 在体内可被诱导募集到 TNF-启动子中，这是 LPS 刺激 TNF-基因表达所必需的27。同时 c-J

18、un 的表达还可调节肝糖异生和机体体温变化18。2.3 c-Fos、c-Jun 基因对肝脏 IR 恢复期再生、重建、凋亡的影响有许多研究表明，c-Fos、c-Jun 能够诱导动物 IR 模型肝、肾、脑、心、小肠等器官的增殖或凋亡19-21。c-Jun 和 c-Fos 表達时间、器官可能决定了这些分子是否促进了再生或凋亡过程，在神经细胞中，c-Jun 和 c-Fos 的持续表达导致细胞死亡，而短暂的表达则与再生有关20，而大鼠肝脏、小肠的瞬时表达与再生凋亡均有关，细胞可通过阻断 c-Fos 蛋白而丧失对增殖信号的反应能力，缺乏 c-jun 基因的小鼠肝部分切除后肝细胞增殖减少，且肝生成受损21。

19、在大鼠门静脉分支结扎模型中，缺血肝萎缩及增殖部分早期反应中 c-Fos、c-Jun 的表达均有增加，表达差异并没有很明显。这可能提示细胞的增殖凋亡可能不仅仅由 IEGs早期的表达决定，还在于中后期某些基因在应激反应后数小时内位于反馈检查点上，以调整细胞的走向是增殖还是凋亡29;但这些早期反应 IEGs 的表达在恢复肝细胞对后期和更特异的细胞增殖信号的敏感性方面起着重要作用，这也提示增殖和凋亡都需要对细胞进行类似的初始修饰，或者至少使用一条最初的共同途径29。不同的 c-Fos 和 c-Jun mRNA表达水平对细胞凋亡、增殖过程有双重调节作用，c-Fos/c-Jun 异二聚体被认为能够促进细胞

20、再生，c-Jun 同型二聚体可能导致细胞凋亡23。3 小结肝脏 IR 损伤最初的机制来源于缺血及再灌注刺激后各基因的表达差异，Egr-1、c-Fos、c-Jun 表达上调在肝早期应激反应以及后期肝恢复过程中均有体现。这些 IEGs 对于IR 过程的调节与调控组织炎症损伤、再生重建以及能量代谢等相关，但这些机制仍未完全清楚。近年来某些基因治疗药物的问世，如 Zolgensma30，一种用于治疗脊髓性肌萎缩症基因药物，为临床基因疗法打开了一道曙光。如何通过调节上述基因表达，降低临床上肝脏 IR 损伤及促进肝恢复仍有一段很长的道路要走。参考文献1Zhang P，Ming Y，Cheng K，et a

21、l.Gene expression profiling in ischemicpostconditioning to alleviate mouse liver ischemia/reperfusion injuryJ.Int JMed Sci，2019，16（2）：343-354.2Wang W，Wu L，Li J，et al.Alleviation of hepatic ischemia reperfusioninjury by oleanolic acid pretreating via reducing HMGB1 release and inhibitingapoptosis and

22、 autophagyJ.Mediators Inflamm，2019，2019：3 240 713.3Nishii K，Brodin E，Renshaw T，et al.Shear stress upregulatesregeneration-related immediate early genes in liver progenitors in 3D ECM-likemicroenvironmentsJ.J Cell Physiol，2018，233（5）：4272-4281.4Liang TB，Man K，Kin-Wah Lee T，et al.Distinct intragraft r

23、esponsepattern in relation to graft size in livertransplantationJ.Transplantation，2003，75（5）：673-678.5Santiago FS，Sanchez-Guerrero E，Zhang G，et al.Extracellular signal-regulated kinase-1 phosphorylates early growth response-1 at serine26J.Biochem Biophys Res Commun，2019，510（3）：345-351.6Foster AD，Vic

24、ente D，Clark N，et al.FTY720 effects on inflammation andliver damage in a rat model of renal ischemia-reperfusion injuryJ.MediatorsInflamm，2019，2019：3 496 836.7张劭，张静.缺血再灌注损伤对大鼠肝细胞周期 G2M 期相关基因 Gadd45a 和 Egr-1表达的影响J.中华器官移植杂志，2012，33（8）：466-469.8Rondeau V，Jain A，Truong V，et al.Involvement of the Akt-dep

25、endentCREB signaling pathway in hydrogen-peroxide-induced early growth responseprotein-1 expression in rat vascular smooth muscle cellsJ.Can J PhysiolPharmacol，2019，97（9）：885-892.9Mcmullen MR，Pritchard MT，Wang Q，et al.Early growth response-1transcription factor is essential for ethanol-induced fatty

26、 liver injury inmiceJ.Gastroenterology，2005，128（7）：2066-2076.23Schlossberg H，Zhang Y，Dudus L，et al.Expression of c-Fos and c-Junduring hepatocellular remodeling following ischemia/reperfusion in mouseliverJ.Hepatology，1996，23（6）：1546-155524Lee YS，Kim YH，Jung YS，et al.Hepatocyte toll-like receptor 4m

27、ediates lipopolysaccharide-induced hepcidin expressionJ.Exp Mol Med，2017，49：e408.25Langfermann DS，Schmidt T，Rssler OG，et al.Calcineurin controlsgene transcription following stimulation of a Gq-coupled designerreceptorJ.Exp Cell Res，2019，383（2）：111 553.26Wilhelm A，Aldridge V，Haldar D，et al.CD248/endo

28、sialin criticallyregulates hepatic stellate cell proliferation during chronic liver injury viaa PDGF-regulated mechanismJ.Gut，2016，65（7）：1175-1185.27Bakiri L，Hamacher R，Grana O，et al.Liver carcinogenesis by FOS-dependent inflammation and cholesterol dysregulationJ.J Exp Med，2017，214（5）：1387-1409.28S

29、chulien I，Hockenjos B，Schmitt-Graeff A，et al.The transcriptionfactor c-Jun/AP-1 promotes liver fibrosis during non-alcoholic steatohepatitisby regulating Osteopontin expressionJ.Cell Death Differ，2019，26（9）：1688-1699.29Starkel P，Horsmans Y，Sempoux C，et al.After portal branch ligationin rat，nuclear f

30、actor b，interleukin-6，signal transducers and activatorsof transcription 3，c-Fos，c-myc，and c-Jun are similarly induced in theligated and nonligated lobesJ.Hepatology，1999，29（5）：1463-1470.30夏訓明.美国 FDA 批准 Zolgensma（onasemnogene abeparvovec-xioi）治疗儿童脊髓性肌萎缩症J.广东药科大学学报，2019，35（3）：332.（收稿日期：2020-02-19本文编辑：闫佩）