摘要：肝臟缺血再灌注損傷是臨床肝膽外科手術常見重要的并發癥。其缺血及再灌注過程均可引起立早基因早期反應蛋白-1、c-Jun、c-Fos表達上調，急性期調控肝組織細胞炎癥反應，導致嚴重的肝功能異常和器官功能障礙；恢復期調控肝組織再生重建；還作用于肝臟能量代謝，對患者的生存預后產生重要影響。立早基因是一類受到刺激后可以被快速而短暫地誘導的基因，且其激活不需要任何新蛋白的合成，目前為止，已在細胞中發現100多種立早基因。深入了解肝臟缺血再灌注立早基因表達及其調控過程可為改善肝缺血再灌注損傷及損傷后肝恢復提供新方向。本文對肝臟缺血再灌注立早基因表達的研究進展進行綜述。
關鍵詞：肝缺血再灌注 早期反應蛋白-1 c-Fos c-Jun
缺血再灌注（ischemia reperfusion,IR）損傷是一種隨著血及氧流量的重新建立而加重缺血或缺氧器官細胞損傷的現象[1]。肝臟IR損傷是世界范圍內肝臟疾病的首要關注問題，與失血性休克、肝切除和肝移植等有關[2]。許多研究表明，肝臟IR損傷與立早基因（immediate early genes,IEGs）的表達存在關聯[1,3-4]。IEGs是一類含有亮氨酸拉鏈，在受到多種化學和物理的細胞外刺激（包括IR損傷）時表達的基因，IEGs編碼轉錄因子，作為早期細胞質事件的核偶聯器，調節損傷后細胞反應基因的表達，是基因-蛋白質相互作用的第一步[3]。IEGs不僅在機體受到刺激時即時表達，還對損傷后恢復、生長反應、癌癥形成等起著重要作用[3]。肝臟IR過程IEGs早期反應蛋白-1(early growth response-1,Egr-1）、c-Jun、c-Fos的表達增加，急性期調控下游基因表達，引發級聯瀑布反應，導致肝臟炎癥損傷；恢復期誘導肝臟再生重建。除此之外，IEGs還可調節肝能量代謝。本文就IEGs對肝臟IR損傷調節的研究進展進行綜述。
1 Egr-1基因對肝臟IR的調節作用
Egr-1也被稱為NGFI-A、Krox-24、Zif268、TIS8和ZENK，是一種含鋅指結構的IEGs[5]。Egr-1基因于1980年發現在血清刺激的靜止期小鼠成纖維細胞中，其對多種刺激表達：細胞分裂素、發育和分化的過程、組織或輻射損傷、神經元信號，是機體對缺血應激反應的“主調節因子”[5-6]。大鼠肝IR模型中，缺血和再灌注早期肝組織Egr-1mRNA及Egr-1蛋白的表達均明顯增加；Egr-1蛋白與DNA結合活性升高[7]。在小尺寸大鼠肝移植模型中再灌注后的前24 h內可發現Egr-1基因早期、過度表達[4]。
1.1 肝臟IR過程Egr-1基因的表達機制
肝臟受到IR損傷時，Egr-1基因在多種刺激下迅速而瞬時地表達，其能被多種細胞外激動劑[如低氧、生長因子、炎癥因子、活性氧化物、鈣離子、脂多糖（lipopolysaccharides,LPS）等]和環境應激（如缺氧、流體剪切應力和血管損傷等）激活[3,8]。過氧化氫（hy drogen peroxide,H2O2）在血管平滑肌細胞中會上調Egr-1的表達，促進損傷后血管重建[8]。在大多數巨噬細胞中，LPS作為機體的一種內毒素，其刺激Egr-1上調是完全激活TNF-α表達的必要條件[9]。
小尺寸肝移植模型由于肝血流量相對較大，流入小移植物會受到與血流動力學相關的額外損傷。肝移植術后門脈高壓引起的血流動力學力變化導致剪應力改變對Egr-1的上調促進內皮素-1(endothelin-1,ET-1）和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase,iNOS）等細胞因子的上調，ET-1可直接引起肝竇收縮，破壞腺泡血流動力學；同時ET-1也能有效誘導Egr-1的表達[4]。這表明Egr-1和ET-1的相互作用可能使Egr-1表達呈現短時間內正反饋調節。而iNOS誘導一氧化氮（nitric oxide,NO）的表達，NO作為一種血管舒張因子，有助于改善微循環，同時NO可通過抑制細胞外信號調節激酶信號傳導途徑負反饋下調剪應力誘導的Egr-1表達，所以NO/ET-1比值平衡是決定肝臟IR損傷的重要因素[4,10]。
1.2 Egr-1基因在肝臟IR急性期的作用
肝臟IR急性損傷包括組織缺血性損傷和淤血性損傷、膽汁淤積性損傷，以及恢復血供后自由基損傷。IR急性期Egr-1基因上調，其主要作用是急性炎癥期誘導大量炎癥因子的生成，對機體造成炎癥損傷；其次還對調節免疫反應、凝血、血管通透性、血管重建、傷口愈合反應等起著重要作用[11-12]；同時還可能與肝臟能量代謝相關[13]。
Egr-1能誘導一系列與細胞損傷和修復再生相關的基因產物，包括炎癥因子[腫瘤壞死因子-α（tu mor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-1(interleukin-1,IL-1）]，黏附因子[細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1）]，生長因子，受體及蛋白酶等[11,14]。Wang等[15]的研究表明，Egr-1還參與肝糖原合成，調節肝臟糖代謝。Egr-1過表達可抑制胰島素信號通路，促進肝臟葡萄糖生成[13]。所以Egr-1可作為一種分子制動器，調節波動血糖水平，維持機體內穩態。而且Egr-1可能在膽汁淤積性炎癥中起核心作用，是抑制膽汁淤積所致炎癥的潛在治療靶點[14]。
1.3 Egr-1基因對肝臟IR恢復期肝組織細胞增殖的調節作用
肝實質損傷或部分肝切除術后肝再生的能力是基于肝細胞從靜止轉變為增殖狀態并重新進入細胞周期的能力[5]。據推測，部分肝切除后短時間內激活IEGs是實現肝細胞向有絲分裂的進一步進展的啟動機制，IEGs表達模式可能代表移植肝的狀態及其對移植肝損傷的長期反應，再生反應的程度與組織丟失量成正比，并受到復雜的相互作用信號機制的精確調控[16]。
有研究表明，缺乏Egr-1基因的小鼠表現為延遲肝切除后肝細胞有絲分裂進展；在肝細胞G0～G1進展后的肝再生過程中，Egr-1基因和Egr-1蛋白在再生肝中的表達明顯增加，與有絲分裂進程重疊；并通過紡錘體組裝檢查點以調節肝細胞有絲分裂進程[16-17]。Egr-1可通過直接或間接誘導細胞分裂周期基因20(cell division cycle 20,CDC 20）的表達，而CDC 20是有絲分裂后期促分裂復合物的關鍵調節因子[17]。因此，Egr-1基因對肝IR過程肝組織細胞增殖有著不可替代的作用。
2 c-Fos、c-Jun基因對肝臟IR的調節作用
c-Fos、c-Jun是較早發現的兩種原癌基因，屬于IEGs，表達c-Fos、c-Jun蛋白。c-Jun、c-Fos蛋白的穩定性受磷酸化調控，c-Jun的轉錄活性由c-Jun N-末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）磷酸化誘導，一旦c-Jun被磷酸化，就能二聚體化并結合到廣泛基因啟動子元件上的識別位點，調節各種細胞效應的產生[18]。
正常情況下c-Fos mRNA僅少量表達，許多研究表明，c-Fos和c-Jun在肝、腎、腦、心、小腸IR早期激活，是IR損傷、再生增殖、凋亡的關鍵基因[19-21]。在大鼠、豬肝IR模型中再灌注早期c-Jun和c-Fos mRNA表達均增加，c-Jun和c-Fos的表達水平與缺血時間直接相關，在肝IR損傷刺激反應中起著重要的調節作用[22-23]。小鼠肝IR過程可分為急性期（1～3 h）和亞急性期（6～20 h),c-Jun和c-Fos的表達有兩種不同的表達模式：c-Jun和c-Fos mRNA在急性灌注期損傷肝組織中共表達，隨后c-Fos表達下降，在亞急性灌注期c-Jun持續高水平表達[23]。
2.1 肝臟IR過程c-Fos、c-Jun基因的表達機制
c-Fos、c-Jun基因表達由大量的細胞外刺激（包括氧化劑和細胞因子）誘導。在肝臟IR損傷中c-Fos、c-Jun被LPS、炎癥因子（TNF-α，IL-1β）、活性氧化物（NO,H2O2等）、生長因子、細胞質Ca2 超載等激活[24-25]。肝再灌注時，細胞外Ca2 透過細胞膜進入細胞內，導致細胞質Ca2 超載，胞內Ca2 超載可增加c-Fos調控元件上游的敏感轉錄因子結合位點啟動IEGs的表達，胞內鈣信號還可通過促進肝細胞周期進展來促進大鼠肝切除模型術后肝再生[25]。
2.2 c-Fos、c-Jun基因在肝臟IR急性期的作用
c-Fos、c-Jun基因可調控相應基因表達，不僅對炎癥及抗炎基因表達，還對肝臟能量代謝，促癌、抗癌過程，膽固醇、膽汁酸的表達，肝纖維化的發生等的調節起著重要作用[26-28]。在肝臟IR急性期，c-Fos、c-Jun基因可促進中心粒細胞相關炎癥因子的表達[27]。c-Fos、c-Jun基因可促進細胞因子TNF-α、IL-1、IL-6、i NOS等的表達；c-Jun mRNA在體內可被誘導募集到TNF-α啟動子中，這是LPS刺激TNF-α基因表達所必需的[27]。同時c-Jun的表達還可調節肝糖異生和機體體溫變化[18]。
2.3 c-Fos、c-Jun基因對肝臟IR恢復期再生、重建、凋亡的影響
有許多研究表明，c-Fos、c-Jun能夠誘導動物IR模型肝、腎、腦、心、小腸等器官的增殖或凋亡[19-21]。c-Jun和c-Fos表達時間、器官可能決定了這些分子是否促進了再生或凋亡過程，在神經細胞中，c-Jun和c-Fos的持續表達導致細胞死亡，而短暫的表達則與再生有關[20]，而大鼠肝臟、小腸的瞬時表達與再生凋亡均有關，細胞可通過阻斷c-Fos蛋白而喪失對增殖信號的反應能力，缺乏c-jun基因的小鼠肝部分切除后肝細胞增殖減少，且肝生成受損[21]。
在大鼠門靜脈分支結扎模型中，缺血肝萎縮及增殖部分早期反應中c-Fos、c-Jun的表達均有增加，表達差異并沒有很明顯。這可能提示細胞的增殖凋亡可能不僅僅由IEGs早期的表達決定，還在于中后期某些基因在應激反應后數小時內位于反饋檢查點上，以調整細胞的走向是增殖還是凋亡[29]；但這些早期反應IEGs的表達在恢復肝細胞對后期和更特異的細胞增殖信號的敏感性方面起著重要作用，這也提示增殖和凋亡都需要對細胞進行類似的初始修飾，或者至少使用一條最初的共同途徑[29]。不同的c-Fos和c-Jun mRNA表達水平對細胞凋亡、增殖過程有雙重調節作用，c-Fos/c-Jun異二聚體被認為能夠促進細胞再生，c-Jun同型二聚體可能導致細胞凋亡[23]。
3 小結
肝臟IR損傷最初的機制來源于缺血及再灌注刺激后各基因的表達差異，Egr-1、c-Fos、c-Jun表達上調在肝早期應激反應以及后期肝恢復過程中均有體現。這些IEGs對于IR過程的調節與調控組織炎癥損傷、再生重建以及能量代謝等相關，但這些機制仍未完全清楚。近年來某些基因治療藥物的問世，如Zolgensma[30]，一種用于治療脊髓性肌萎縮癥基因藥物，為臨床基因療法打開了一道曙光。如何通過調節上述基因表達，降低臨床上肝臟IR損傷及促進肝恢復仍有一段很長的道路要走。
參考文獻
[1]Zhang P,Ming Y,Cheng K,et al.Gene expression profiling in ischemic postconditioning to alleviate mouse liver ischemia/reperfusion injury[J].Int J Med Sci,2019,16(2):343-354.
[2]Wang W,Wu L,Li J,et al.All eviation of hepatic ischemia reperfusion injury by oleanolic acid pretreating via reducing HMGB1 release and inhibiting apoptosis and autophagy[J].Mediators Inflamm,2019,2019:3 240 713.
[3]Nishii K,Brodin E,Renshaw T,et al.Shear stress upregulates regeneration-related immediate early genes in liver progenitors in 3D ECM-like microenvironments[J].J Cell Physiol,2018,233(5):4272-4281.
[4]Liang TB,Man K,Kin-Wah Lee T,et al.Distinct intragraft response pattern in relation to graft size in liver transplantation[J].Transplantation,2003,75(5):673-678.
[5]Santiago FS,Sanchez-Guerrero E,Zhang G,et al.Extracellular signal-regulated kinase-1 phosphorylates early growth response-1 at serine 26[J].Biochem Biophys Res Commun,2019,510(3):345-351.
[6]Foster AD,Vicente D,Clark N,et al.FTY720 effects on inflammation and liver damage in a rat model of renal ischemia-reperfusion injury[J].Mediators Inflamm,2019,2019:3496 836.
[7]張劭，張靜.缺血再灌注損傷對大鼠肝細胞周期G2M期相關基因Gadd45a和Egr-1表達的影響[J].中華器官移植雜志，2012,33(8):466-469.
[8]Rondeau V,Jain A,Truong V,et al.Involvement of the Aktdependent CREB signaling pathway in hydrogen-peroxideinduced early growth response protein-1 expression in rat vascular smooth muscle cells[J].Can J Physiol Pharmacol,2019,97(9):885-892.
[9]Mcmullen MR,Pritchard MT,Wang Q,et al.Early growth response-1 transcription factor is essential for ethanol-induced fatty liver injury in mice[J].Gastroenterology,2005,128(7):2066-2076.
[10]Wang Y,Qiu R,Kong G,et al.Effects of propofol combined with remifentanil anesthesia on the NO,endothelin and inflammatory cytokines in the plasma of patients with liver cirrhosis during the perioperative period[J].Exp Ther Med,2019,17(5):3694-3700.
[11]Zhang Z,Jin X,Yang C,et al.Teneligliptin protects against hypoxia/reoxygenation-induced endothelial cell injury[J].Biomed Pharmacother,2019,109:468-474.
[12]Simo-Cheyou ER,Youreva V,Srivastava AK.cAMP attenuates angiotensin-Ⅱ-induced Egr-1 expression via PKAdependent signaling pathway in vascular smooth muscle cells[J].Can J Physiol Pharmacol,2017,95(8):928-937.
[13]Wu J,Tao W,Bu D,et al.Egr-1 transcriptionally activates protein phosphatase PTP1B to facilitate hyperinsulinemiainduced insulin resistance in the liver in type 2 diabetes[J].FEBS Lett,2019,593(21):3054-3063.
[14]Zhang Y,Lu Y,Ji H,et al.Anti-inflammatory,anti-oxidative stress and novel therapeutic targets for cholestatic liver injury[J].Biosci Trends,2019,13(1):23-31.
[15]Wang S,Liang C,Ai H,et al.Hepatic miR-181b-5p contributes to glycogen synthesis through targeting egr-1[J].Dig Dis Sci,2019,64(6):1548-1559.
[16]Lai S,Yuan J,Zhao D,et al.Regulation of mice liver regeneration by early growth response-1 through the GGPPS/RAS/MAPK pathway[J].Int J Biochem Cell Biol,2015,64:147-154.
[17]Liao Y,Shikapwashya ON,Shteyer E,et al.Delayed hepatocellular mitotic progression and impaired liver regeneration in early growth response-1-deficient mice[J].J Biol Chem,2004,279(41):43 107-43 116.
[18]Xiao F,Guo Y,Deng J,et al.Hepatic c-Jun regulates glucose metabolism via FGF21 and modulates body temperature through the neural signals[J].Mol Metab,2019,20:138-148.
[19]Huang S,Ju W,Zhu Z,et al.Comprehensive and combined omics analysis reveals factors of ischemia-reperfusion injury in liver transplantation[J].Epigenomics,2019,11(5):527-542.
[20]Whitfield PC,Pickard JD.Expression of the immediate early genes c-Fos and c-Jun after head injury in man[J].Neurol Res,2000,22(2):138-144.
[21]Itoh H,Yagi M,Fushida S,et al.Activation of immediate early gene,c-Fos,and c-Jun in the rat small intestine after Ischemia/Reperfusion[J].Transplantation,2000,69(4):598-604.
[22]Wieland E,Oellerich M,Braun F,et al.c-Fos and c-Jun mRNA expression in a pig liver model of ischemia/reperfusion:effect of extended cold storage and the antioxidant idebenone[J].Clin Biochem,2000,33(4):285-290.
[23]Schlossberg H,Zhang Y,Dudus L,et al.Expression of cFos and c-Jun during hepatocellular remodeling following ischemia/reperfusion in mouse liver[J].Hepatology,1996,23(6):1546-1555
[24]Lee YS,Kim YH,Jung YS,et al.Hepatocyte toll-like receptor 4 mediates lipopolysaccharide-induced hepcidin expression[J].Exp Mol Med,2017,49:e408.
[25]Langfermann DS,Schmidt T,Rossler OG,et al.Calcineurin controls gene transcription following stimulation of a Gαqcoupled designer receptor[J].Exp Cell Res,2019,383(2):111 553.
[26]Wilhelm A,Aldridge V,Haldar D,et al.CD248/endosialin critically regulates hepatic stellate cell proliferation during chronic liver injury via a PDGF-regulated mechanism[J].Gut,2016,65(7):1175-1185.
[27]Bakiri L,Hamacher R,Grana O,et al.Liver carcinogenesis by FOS-dependent inflammation and cholesterol dysregulation[J].J Exp Med,2017,214(5):1387-1409.
[28]Schulien I,Hockenjos B,Schmitt-Graeff A,et al.The transcription factor c-Jun/AP-1 promotes liver fibrosis during non-alcoholic steatohepatitis by regulating Osteopontin expression[J].Cell Death Differ,2019,26(9):1688-1699.
[29]Starkel P,Horsmans Y,Sempoux C,et al.After portal branch ligation in rat,nuclear factorκb,interleukin-6,signal transducers and activators of transcription 3,c-Fos,c-myc,and c-Jun are similarly induced in the ligated and nonligated lobes[J].Hepatology,1999,29(5):1463-1470.
[30]夏訓明.美國FDA批準Zolgensma(onasemnogene abeparvovec-xioi）治療兒童脊髓性肌萎縮癥[J].廣東藥科大學學報，2019,35(3):332.
臨床醫學是研究疾病的病因、診斷、治療和預后，提高臨床治療水平，促進人體健康的科學。 臨床即“親臨病床”之意，它根據病人的臨床表現，從整體出發結合研究疾病的病因、發病機理和病理過程，進而確定診斷，通過預防和治療以最大程度上減弱疾病、減輕病人痛苦、恢復病人健康、保護勞動力。
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