血红素结合蛋白的研究进展

杨海娇，杨广民

(1.长春中医药大学，长春 130117；2.吉林省人民医院医学检验中心，长春 130021)

关键字：血红素结合蛋白；血红素；血红素加氧酶

血红素结合蛋白(hemopexin,Hpx)是一种大小为60 000的α2酸性糖蛋白，由两个非二硫键连接的结构相关结构域组成。N端和C端结构域均含有四叶β-螺旋桨并显示出高度的同源性(25%氨基酸同一性)。其中，N端结构域可以像完整的Hpx一样结合1个血红素分子，C端结构域则起到促进Hpx与其受体结合的作用。Hpx是一种完全唾液酸化的糖蛋白，而乏唾液酸化Hpx也能与血红素紧密结合，血红素-乏唾液酸化Hpx复合物可被Hpx受体和肝细胞半乳糖受体识别[1]。Hpx基因位于11p15.4～p15.5，该基因跨越大约12 kb的染色体DNA，具有10个外显子和9个内含子。Hpx的表达发生在转录和转录后水平，目前已知其表达有白细胞介素-1β、白细胞介素-6、白细胞介素-11及肿瘤坏死因子-α等的参与，在人类中主要的诱导因子为白细胞介素-6[2]。Hpx主要在肝细胞内合成，另外还可在神经细胞、视网膜细胞等细胞中合成。血红素-Hpx复合物在细胞表面由受体介导进入细胞，从而进一步发挥作用。但细胞表面的受体不是普遍表达，已知在人循环细胞(T 淋巴细胞白血病细胞、多形核细胞、人急性早幼粒细胞白血病细胞)中可检测到。另外，包括神经视网膜在内的胎盘和屏障组织也含有表达Hpx受体的特化细胞，如合体细胞和视网膜色素上皮细胞[3]。现就Hpx的生理功能及其与疾病发生发展的关系和临床应用等予以综述，探讨分析Hpx在疾病诊疗中的价值，以为其临床应用提供理论依据。

1 Hpx的生理功能

1.1抗氧化作用 血红素的亲脂结构不仅可以插入细胞表面的脂质双分子层破坏细胞膜，以减少红细胞寿命的方式推进溶血事件的发生，而且还会促使低密度脂蛋白转化成具有强烈细胞毒性的氧化物。血红素-Hpx复合物经受体介导进入细胞后释放血红素，血红素加氧酶(heme oxygenase，HO)可以将血红素降解成胆绿素、一氧化碳和Fe2+等。由于金属蛋白酶1分子中富含半胱氨酸，故可以结合具有活性的金属离子来钝化羟自由基和超氧化物。同时，血红素的降解产物也具有抗氧化功能，如胆绿素[4]。因此，Hpx通过诱导金属蛋白酶1和HO-1的基因表达，可以实现其抗氧化作用。另一方面，血红素-Hpx复合物可以阻断血红素促脂质过氧化反应过程，从而有效减少血红素带来的细胞氧化损伤[5]。

1.2神经保护作用 Hpx可以通过与血红素结合形成复合物来减少血红素在神经元中的积存，从而减轻血红素对神经元的神经毒性，并减少血红素对内皮细胞和血脑屏障的损伤[6]。同时，通过维持血红素的游离态和结合态之间的平衡，HO-1可以减轻游离血红素对皮质神经元的氧化损伤，而Hpx能通过诱导HO-1基因表达来加强这一功能。Hpx在寡突胶质细胞分化和髓鞘形成的环节中可能扮演重要角色，但其具体机制仍不明确[7]。另外，血红素-Hpx复合物还可以与一氧化氮和一氧化碳可逆性结合，减弱其毒性作用，保护血管壁的内皮细胞及神经元，调节机体免疫功能。且Hpx具有增进嗅受体神经元的成熟，抑制其凋亡过程及保持精细嗅觉的重要功能[8]。

1.3维持机体铁稳态 Hpx在肝的铁代谢过程中扮演重要角色。缺铁时，铁蛋白被大量消耗，而血红素-Hpx复合物被内吞进入肝细胞中，肝细胞内血红素浓度大量增加，血红素降解释放的铁会影响铁调节蛋白水平，铁调节蛋白通过结合铁反应元件调节转铁蛋白受体信使RNA和铁蛋白信使RNA的翻译，使肝细胞表面的转铁蛋白受体迅速下调，并伴随诱导铁蛋白合成，使血红素降解释放的铁增加以维持机体内的铁稳态[9]。此外，Hpx可以与二价金属离子结合降低金属毒性[10]。

1.4调控细胞内信号传递及基因表达 血红素-Hpx复合物可以通过启动蛋白激酶C引起核因子κB核转位，同时活化N端的c-Jun氨基端激酶。当细胞处于DNA破坏情况时，活化的炎症因子激活c-Jun氨基端激酶/应激活化蛋白激酶通路，阻断细胞凋亡过程，从而促进细胞存活。除上述途径外，血红素-Hpx复合物的受体可通过结合血小板衍生生长因子或组织型纤溶酶原激活物促进信号分子的活化，进而调节细胞增殖和凋亡。血红素-Hpx复合物不仅可以调控信号通路，还可上调抑癌基因p21与p53的表达[11]。

1.5促血管生成作用 当血管损伤时，骨髓内的内皮祖细胞释放到外周血并大量聚集在受损血管处，参与受损血管的内皮修复和功能再生。Hpx可增加HO-1的表达，通过调节机体自身抗氧化和抗炎通路，减少血红素对内皮祖细胞的损伤，保证内皮祖细胞的成熟分化，加速骨髓内皮祖细胞的增殖动员及迁移，提高其活力及抗氧化损伤能力，促进血管新生[12]。

1.6调节肾小球渗透性 在微小病变性肾病发生时，水平升高的Hpx可以调节肾小球的渗透性，同时Hpx的蛋白酶活性可减少肾小球血管表面ATP酶的表达，促使足突回缩，导致肾小球血管通路改建及蛋白尿的出现。可见，正常情况下Hpx可与血浆中有蛋白酶抑制剂活性的辅因子结合，而病理情况下抑制因子释放，隐藏的蛋白酶活性再次出现，从而导致病变。野生足细胞中的Hpx可引起肌动蛋白细胞骨架的可逆重组，而在正常情况下人体血浆和蛋白酶抑制剂可阻止Hpx的这一作用。Hpx能够破坏足细胞和肾小球内皮细胞的多糖-蛋白质复合物，增加肾小球内皮细胞单个细胞层的白蛋白清除率[13]。

2 临床意义及应用

2.1呼吸系统疾病 急性肺损伤发生时，致病因子诱导肺上皮细胞产生蛋白酶，蛋白酶和氧化应激会激活蛋白激酶C信号和核因子κB，从而诱导促炎因子基因的表达，继而引发机体组织损伤。Hpx通过抑制核因子κB途径减少促炎因子的形成，从而减轻全身炎症和急性肺损伤[14]。一项对哮喘和慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)的研究发现，与健康组相比，哮喘组及COPD组的血清铜蓝蛋白、触珠蛋白和Hpx水平明显升高，且哮喘组的蛋白水平明显高于COPD组；在鉴别哮喘和COPD时，铜蓝蛋白联合Hpx检验较三种标志物联合检验的敏感性更高；而触珠蛋白与Hpx联合较其他任意两种标志物联合在哮喘组和健康组、哮喘组和COPD组中的特异性更高[15]。因此，Hpx作为呼吸系统疾病诊断标志物在实验室检验中逐渐获得认可。

2.2内分泌系统疾病 在糖尿病中，氧化应激被认为是诱发糖尿病并发症发生发展的关键因素之一。高血糖及波动性高糖会进一步促进活性氧类的大量产生，可见过量葡萄糖诱导的氧化应激可以加快糖尿病并发症导致的组织损伤及临床进展。实验发现，葡萄糖浓度与Hpx表达呈正相关，并上调细胞中活性氧类水平[16]，证明糖尿病病理发展中的氧化应激过程与Hpx相关，但具体机制仍有待进一步探索。经胰岛素强化治疗2型糖尿病患者的糖化Hpx水平显著降低，而糖化Hpx水平的变化可以反映胰岛素治疗的效果[17]。因此，深入研究Hpx与糖尿病的关系，可能对糖尿病与其相关并发症的临床进展及治疗有更深的认识。

2.3脑血管疾病 脑血管意外导致血红素大量释放，进而引起严重的脑血管损伤，而血红素-Hpx复合物可以避免血红素对脑组织及皮质神经元的毒性损伤。在大鼠脑缺血再灌注24 h内，Hpx表达上调；同时在大鼠侧脑室进行Hpx给药发现，其对局灶性脑缺血再灌注损伤的神经保护作用呈剂量依赖性，且具有远期效应，目前可以持续观察7 d[18]。在缺血性脑卒中引起认知功能障碍的病理生理学中，缺血再灌注具有重要意义。用Morris水迷宫方法观察Hpx处理组缺血再灌注模型大鼠的学习和认知水平发现，与未处理组相比，处理组大鼠的学习和认知水平均提高，表明Hpx可以改善大鼠脑缺血再灌注所致的认知能力障碍[19]。急性脑梗死血清标本Hpx表达明显下调，但具体机制尚不清楚，需进一步试验证明[20]。

2.4消化系统疾病

2.4.1药物性肝损伤 对乙酰氨基酚是目前应用最广泛的解热镇痛药，常规服用安全，但大剂量或长期应用可能引起药物性肝损伤，同时也是急性肝衰竭的常见诱因。因此，提高临床对对乙酰氨基酚合理安全用药的重视程度及预防意识非常重要。试验证实，在对乙酰氨基酚诱导肝损伤中，易感个体Hpx的水平是基础水平的6倍[21]。故可以将Hpx水平作为应用对乙酰氨基酚所致肝损伤的监测指标，以避免相应的肝损害，但仍需大量临床试验证实。

2.4.2病毒性肝损伤 慢性丙型肝炎病毒感染是全球共同面对的一项公共卫生问题。由于感染早期公众对其认知率较低，故导致丙型肝炎病毒感染的早期诊断及治疗被延误。随着病情进一步进展，逐步发展为肝纤维化和肝硬化，甚至肝癌。研究发现，在丙型肝炎病毒诱导的肝纤维化和肝硬化等肝实质损伤中，可以对未分级患者血清中Hpx的唾液酸化O-糖形式进行液相色谱-串联质谱-多反应监测[22]，并作为肝脏疾病新兴的检测手段，在监测肝脏病理学进展中起关键作用。

2.4.3肝移植 肝移植是终末期肝病最有效的治疗措施，但存在移植后急性排斥反应的难题。有研究发现，在肝移植急性排斥反应过程中，早期可以通过Hpx抗炎反应特性减轻移植物所致损伤，随后适应性免疫被唤醒，Hpx通过改变辅助性T细胞1与辅助性T细胞2的比例加强适应性免疫，从而加重移植物损伤，因此可将Hpx视为肝移植急性排斥反应分级诊断的潜在指标[23]，但仍需更多体内研究的证实。

2.5神经系统疾病 在脊髓损伤期间，损伤初期会引发复杂的局部炎症反应，导致继发性发作，导致自毁性级联反应，并伴有更严重的脱髓鞘和神经退行性变。动物实验发现，Hpx以不依赖血红素清除的方式诱导脂多糖刺激原代培养的小胶质细胞从M1型转变为M2型来改善小鼠脊髓损伤[24]。基于以上结果，Hpx被认为是脊髓损伤发病过程中小胶质细胞极化的新型调节剂，其可能在脊髓损伤的恢复过程中起至关重要的作用。

2.6血液系统疾病 镰状细胞病主要表现为慢性溶血和血管闭塞反复发作导致的进行性器官损伤，主要为促氧化和抗氧化的失衡，而Hpx对人体具有抗氧化保护作用[25]。镰状细胞病的异常低脂蛋白水平与溶血标志物相关，其中高密度脂蛋白中Hpx显著减少[26]，表明Hpx可能在对溶血性疾病中血红素诱导的内皮功能障碍的防御中发挥重要作用。此外，Hpx还能够抑制镰状细胞病中高溶血性小鼠缺氧/复氧和脂多糖诱导的血管闭塞，抑制HO-1活性会阻断这一过程，表明该保护机制与HO-1的活性密切相关[27]。

2.7其他

2.7.1化学环境暴露 多环芳烃化合物分解代谢产生大量的活性氧类，长期暴露于多环芳烃环境会诱发机体的氧化损伤。Hpx的表达会随多环芳烃暴露程度的加重而增加[28]。因此，可以将机体内Hpx水平的变化作为化学环境暴露的监测指标，并作为化学环境所致活性氧中毒的诊断依据之一。

2.7.2先兆子痫 先兆子痫指妊娠24周左右，在高血压、蛋白尿的基础上，出现头晕头痛、恶心呕吐、上腹不适等症状者。在先兆子痫中，母体的血红素和胎儿血浆血红蛋白水平升高与HO-1和Hpx水平降低及Hpx活性降低有关[29]。其活性的降低抑制了胎盘组织中血管紧张素Ⅱ1型受体的脱落，增加了血管紧张素Ⅱ的敏感性，加重临床恶性高血压症状[29]。先兆子痫患者具有明显的心血管症状，其特征为较低的心排血量和较高的外周血管阻力，可能由于母体循环中胎儿胎盘来源的细胞外血红蛋白泄漏，血红素从细胞外血红蛋白释放并消耗Hpx，从而导致心血管功能受损。因此，在妊娠过程中，监测Hpx水平可以获得关于先兆子痫的动态临床信息[30-31]。

2.7.3临床急症 临床急危重症包括各类休克、恶性高血压、急性心肌梗死、急性呼吸窘迫综合征等，是临床上最为棘手的难题，患者死亡率极高。有学者发现，脓毒症、严重烧伤、急性呼吸窘迫综合征患者和大多数早产儿的早期血浆Hpx水平显著升高，随着病情进展，病理性血红素增多，血浆Hpx水平下降，故认为Hpx水平变化可能与血红素结合成复合物有关[32]。可以将这种变化视为一种保护机制，可减轻血红素对机体的氧化应激损伤，降低患者院内死亡风险。随后有研究显示，严重型脓毒症患者的血清Hpx水平较轻型脓毒症患者显著升高，且Hpx水平与脓毒症患者的病死率呈负相关[33]，证实了Hpx在脓毒症临床诊疗中的潜力。

2.7.4鼠疫 由鼠疫耶尔森氏菌引起的肺鼠疫是一种快速发展的传染病。鼠疫耶尔森氏菌的致病性主要源于两种毒素，一种称为鼠毒素或外毒素，对小鼠和大鼠有很强的毒性，另一种称为内毒素，其毒性较其他革兰阴性菌的内毒素毒性更强，能引起弥散性血管内溶血、组织器官内溶血、中毒休克等病理生理变化。经鼠疫菌EV76疫苗株免疫后，小鼠肺中Hpx快速上调[34]。Hpx可以加速游离血红素的清除，不仅能够减轻溶血所导致的损伤，还限制了细菌对铁的利用能力。EV76诱导Hpx快速表达的能力可以提高感染小鼠的存活率[34]。这为诊治鼠疫提供了新方向。

3 小 结

Hpx的理化特性和临床应用，充分证实了Hpx在现阶段临床疾病诊疗中的应用价值。在呼吸系统疾病中，Hpx可以通过下调炎症因子的释放来减轻肺损伤，且在哮喘和COPD的鉴别诊断中表现出显著的相关性，但其病理学机制需进一步探究。关于Hpx与糖尿病并发症的发生发展，目前的研究只证明Hpx与高糖水平所致的氧化应激相关；在肝脏移植排斥反应中，随着适应性免疫的唤醒，Hpx从早期的减轻移植损伤逐渐转变成加重其损伤。镰状细胞病与Hpx的关系是近年研究的热点，Hpx在抵抗镰状细胞病所致的溶血和血管闭塞中起关键作用。另外在先兆子痫、脓毒症及鼠疫等疾病中，虽然Hpx的研究也取得了巨大突破，但目前还处于探索阶段，具体机制尚不明确，仍需要进一步探究。随着现代精准医学和多学科诊疗模式在临床诊疗过程中的广泛应用以及科研人员对Hpx的不懈深入研究，Hpx将为相关疾病的临床诊疗提供新思路。