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世界华人消化杂志. 2004-02-15; 12(2): 412-414
在线出版日期: 2004-02-15. doi: 10.11569/wcjd.v12.i2.412
活性氧簇与肝炎病毒的关系
梁耀东, 成军, 吴君, 程明亮
梁耀东, 成军, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心, 全军病毒性肝炎研究重点实验室 北京市 100039
吴君, 程明亮, 贵阳医学院第一附属医院感染科 贵州省贵阳市 550004
基金项目: 国家自然科学基金项目, No. C03011402, No. C30070689, 军队"九、五"科技攻关项目, No. 98D063, 军队回国留学人员启动基金项目, No. 98H038, 军队"十、五"科技攻关青年基金项目No. 01Q138, 军队"十、五"科技攻关面上项目, No. 01MB135.
通讯作者: 成军, 100039, 北京市西四环中路100号, 中国人民解放军第302医院传染病研究所基因治疗研究中心、全军病毒性肝炎防治研究重点实验室. cj@genetherapy.com.cn
电话: 010-66933391 传真: 010-63801283
收稿日期: 2003-07-12
修回日期: 2003-08-10
接受日期: 2003-08-16
在线出版日期: 2004-02-15

N/A

关键词: N/A
引文著录: 梁耀东, 成军, 吴君, 程明亮. 活性氧簇与肝炎病毒的关系. 世界华人消化杂志 2004; 12(2): 412-414
N/A
N/A
Correspondence to: N/A
Received: July 12, 2003
Revised: August 10, 2003
Accepted: August 16, 2003
Published online: February 15, 2004

N/A

Key Words: N/A
0 引言

细胞凋亡(apoptosis)是多细胞有机体为调控机体发育, 维护内环境稳定, 由基因控制的细胞主动死亡过程, 有多种生理病理因子如炎症递质和细胞因子等的参与, 其中, 氧应激(oxygen stress)造成大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生及其继发性细胞损伤过程在细胞凋亡过程中起重要作用. 近年来, 由于实验模型和检测方法的完善, 细胞凋亡的研究突飞猛进, 获得了重大突破. 肝炎病毒严重危害着人类的健康, 研究ROS与肝炎病毒的关系, 将为了解肝炎病毒尤其是乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒(HCV)的致病机制提供新的线索[1-2].

1 活性氧的性质及功能

ROS是指氧的某些代谢产物和一些反应的含氧产物. 主要有超氧化物自由基(O2-)、过氧化氢(H2O2)、单线态分子氧(1O2)、氢氧自由基(·OH)及过氧化脂质(LOOH)等, 其活性较大, 这种活性氧的毒害作用称为氧的毒性. 其中, 超氧化物自由基(O2-)也可以HO2形式存在, 大部分以O2-形成存在, O2-是O2被一个电子还原生成的, O2-是造成氧毒性的主要物质, O2-既可起氧化作用, 也可作为还原剂, O2-的消除主要经超氧化物歧化酶(SOD)催化生成O2和H2O2. 过氧化氢(H2O2)可由O2-的歧化反应生成, 在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶及亚硫酸盐氧化酶等作用下, 把O2作为电子受体, 经两个电子还原生成H2O2, 在线粒体中也能直接生成H2O2. H2O经放射线照射, 一次生成·OH, 再生成H2O2. H2O2较稳定, 反应性低, 在体内浓度也比较低(大鼠肝脏中为10-9 mol/L), 对机体几乎无毒性, H2O2可与铁离子生成反应性非常高的氢氧自由基(·OH). H2O2的消除依赖于两种酶, 一是过氧化氢酶, 催化H2O2歧化反应; 二是谷胱甘肽(GSH)过氧化物酶. 在GSH参与下使H2O2分解, GSH则变成氧化型谷胱甘肽. 这2种酶可消除体内H2O2及过氧化物, 防止血红蛋白及肝细胞膜部分被氧化破坏的可能. 体内·OH从O2直接生成, 但反应尚不清楚, 机体可由O2-生成系与H2O2生成系共同形成·OH自由基. 水经放射线照射后的一级反应产物是·OH, 由于·OH氧化能力很强, 因此对机体毒性很大. 单线态分子氧(1O2)是一个强的亲电子性的氧化剂, 可用化学方法生成, 也可由H2O2经氧化生成, 即H2O2由次氯酸氧化生成1O2. 其可与芳香族碳氢化合物进行一系列的反应. 人体内的过氧化脂类物质主要有亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸, 多以磷脂形式存在于质膜等生物膜中. 这些不饱和脂肪酸可受1O2氧化, 也可经·OH氧化生成过氧化脂质, 生物膜上脂类既可在O2-作用下生成过氧化脂质(LO·、LOO·、LOOH), 也可经放射线照射生成脂类自由基(L·), 这种在脂类中微量存在的L·, 在氧参与下进行链锁反应, 加速过氧化过程. 过氧化脂质化学性质活泼, 易进一步使脂类分解引起自由基反应, 也可使GSH氧化, 而本身变成较稳定的脂类羟基化合物(LOOH).

近来研究发现, 一氧化氮(NO)自由基在细胞凋亡中也起到相当重要的作用. NO是由一氧化氮合酶(NOS)催化L-精氨酸脱胍基而产生的, 是一种自由基气体, 带不成对电子, 化学性质非常活跃, 能迅速与氧分子、O2-及铁、镁和铜离子反应.

活性氧可以通过脂质过氧化损伤、使蛋白质和酶分子失活及损伤DNA分子等途径造成对细胞的损伤. 大量研究发现, 活性氧升高或耗竭内源性抗氧化剂可导致细胞凋亡; 内源性或外源性抗氧化剂可抑制细胞凋亡; 细胞凋亡与细胞内活性氧水平增加有关; 活性氧相关生物活性递质可诱导细胞凋亡. 以上研究, 为证实氧自由基参与介导细胞凋亡提供了证据. 活性氧诱导细胞凋亡的机制尚未完全阐明, 可能与其活化细胞凋亡程序及调节凋亡相关基因的表达有关[3-6].

NO是一种具有广泛生物学效应的小分子化合物, 有大量文献报道其能诱导细胞凋亡. 其可能通过直接损伤作用、氧化生成ONOO-途径、作用于细胞凋亡的信号通路、与细胞因子协同诱导及干扰能量代谢等环节来诱导细胞凋亡[7-9].

ROS与ATP的生成和肿瘤的启动、进展有关[10]. 正常细胞线粒体可摄取机体90%以上的氧, 1-2%用于转化为ROS超氧化物和过氧化物等; 线粒体DNA(mtDNA)的突变可以增加ROS的产生, 而ROS的增多又加重了突变效应, 从而加剧了ROS超氧化物和过氧化物的氧化损伤作用, 影响线粒体基因组的生物发生并激活核基因组[11]. 肿瘤细胞mtDNA的转录水平(mRNA)常常增高, 而过氧化氢等ROS可以影响mtDNA的表达[12]. Wang et al[13]认为mtDNA的转录水平增高, 可以造成细胞凋亡降低, 可能与其致癌有关; 而表达降低可能与衰老更有关.

2 活性氧与肝炎病毒的关系

在慢性丙型肝炎病毒感染过程中有氧化应激的发生. 从衰老的吞噬细胞和活化的巨噬细胞中释放的ROS在肝脏细胞的氧化应激中起到主要作用. 然而, 单核细胞产生的ROS与丙型肝炎病毒蛋白发生应答的能力却知之甚少. 为了观察人单核细胞产生的ROS与几种丙肝病毒蛋白的作用, Bureau et al[14]将健康志愿人群血单核细胞与HCV的核心、NS3、NS4和NS5蛋白的重组蛋白进行孵育, 通过冷光法测定ROS的产量. 结果发现只有NS3蛋白可以触发单核细胞释放ROS. 产生的ROS主要是阴离子超氧化物. 通过数字显像显微技术发现NS3蛋白可以快速诱导细胞内钙离子的聚集或瞬时升高. 通过利用不同的代谢抑制剂研究发现, ROS的产生需要钙离子内流通道、酪氨酸激酶和蛋白活化应激激酶p38. 对蛋白活化应激激酶p47的磷酸化作用和易位杂交研究发现, NS3蛋白可以激活还原型辅酶 II(NADPH), 从而诱导ROS的产生; 另一研究发现, NS3蛋白可以通过(12-)十四酸佛波酯(-13-)乙酸盐抑制氧化裂解. 以上结果显示NS3蛋白可以激活还原NADPH和调控ROS的产生, 这可能与丙型肝炎病毒的自然感染过程有关.

在慢性丙型肝炎患者中, 有肿瘤坏死因子α(TNFα)的增加, 这一细胞因子能通过刺激ROS的产生而激发氧化应激的发生. 细胞对ROS的防御主要有锰-超氧化物歧化酶(Mn-SOD), 其是一种可诱导线粒体的酶. 为研究丙型肝炎病毒感染的细胞防御氧化应激的机制, Larrea et al[15]从慢性丙型肝炎患者肝细胞和周围血液单核细胞的Mn-SOD mRNA进行分析, 结果发现, 周围血液单核细胞中的Mn-SOD表达显著增加, 经过治疗后, 病毒血症持续应答者Mn-SOD量较阳性者明显减低. 然而, 在慢性丙型肝炎患者肝细胞中, Mn-SOD mRNA的表达并不增高. Mn-SOD mRNA的表达与TNFα mRNA的表达、HCV含量及活动度无明显相关作用. Mn-SOD在慢性丙型肝炎患者周围血液单核细胞中增加, 而在肝细胞中缺如, 表明肝脏组织细胞缺乏抗氧化损伤的保护系统, 从而使氧化应激参与到HCV的致病过程中.

乙型肝炎病毒X蛋白(HBxAg)在病毒复制和肝细胞癌(HCC)的发生中扮演着重要的角色, 但是他的具体功能还不是很清楚[16-19]. 有资料显示, HBxAg可与p53形成复合体, 从而抑制其DNA共识系列的结合和转录的转式激活活性[20]. Elmore et al[21]研究发现HBxAg与p53的C-末端结合, 抑制一些重要p53介导的细胞过程, 包括DNA系列特异的结合、转录的转式激活和凋亡. HBxAg以其远侧C末端(111-154 aa)结合谷胱甘肽S-转移酶(GST), 在HBxAg与p53的相互作用中是关键. HBxAg的C末端区与p53在胞质内复杂连接, 部分防止p53进入胞核内, 抑制引起细胞凋亡的能力.

HBxAg 已被证实是通过结合电压依赖阴离子通道(VDAC3)而改变线粒体的跨膜电位的. Waris et al[22]研究发现, HBxAg与线粒体相结合的结果是不断地诱导转录因子包括STAT-3和NF-κB因子的激活, 这种诱导激活对N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)和四氢化吡咯二硫代氨基甲酸盐氧化剂敏感, 正如其对 Mn-SOD敏感一样. 以上结果提示ROS在最终导致STAT-3和NF-κB因子激活的过程中起着某种作用. HBxAg 诱导激活STAT-3和NF-κB因子的能力通过从转染了HBxAg的肝癌细胞(HepG2)裂解物的泳动试验和报告基因表达检测得以证实, 这也证实了HBxAg确能诱导ROS的产生. 当HBxAg的C-端99位发生缺失突变时, HBxAg将不能与VDAC3结合, 从而也不能激活STAT-3和NF-κB因子. 这一研究揭示了HBxAg与线粒体结合所致的氧化应激与HBV感染对肝脏组织损伤的致病机制有关.

肝细胞凋亡发生在肝发育时和成人肝细胞更新时, 是正常细胞现象; 但也可发生在各种病毒、免疫、肿瘤或药物引起的肝脏疾病. 病毒清除和组织损伤, 主要有细胞毒性T细胞(CTL)或单核巨噬细胞(M)经靶细胞表面分子和细胞内转导途径, 引起细胞凋亡和坏死. 近年来, 关于肝细胞凋亡的研究较多, 但ROS与各型肝炎病毒感染时发生细胞凋亡的关系研究不多, 他们的关系值得我们进一步探索.

编辑: N/A

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