人血红素加氧酶介导的血红素与一氧化碳代谢：从解毒机制到多向性生理调控

《Journal of Inorganic Biochemistry》：Heme and CO metabolism by the canonical human heme oxygenases

本综述系统阐述了人血红素加氧酶（HO）介导的血红素代谢通路，重点解析HO1与HO2双亚型在维持血红素稳态中的差异化功能（降解vs. sequestration）。文章深入探讨反应底物（O2、NADPH/CPR电子传递）与产物（CO、铁、胆绿素）的多向性生理效应，为血红素相关病理（镰状细胞贫血、疟疾等）提供机制洞察。

　　

研究亮点

我们在此重点探讨HO2的新型功能——其通过隔离（而非降解）血红素参与稳态调控，并将该机制置于更广阔的生物学背景中，阐释血红素降解反应的发生条件（how, when, why）及其调控因素（包括反应必需组分：氧气和经细胞色素P450还原酶（CPR）传递的NADPH电子）。此外，我们综述了血红素降解产物（胆绿素、铁和一氧化碳）在人类健康中的重要作用。因此，HO通过反应底物与产物构成多维度调控网络，彰显出血红素降解与隔离机制的广泛生理影响力。

哺乳动物HO的血红素降解机制

HO1和HO2均能催化血红素转化为α-胆绿素、一氧化碳（CO）和铁，两种亚型表现出相似的催化效率（图2）。HO1于1960年代末从大鼠中首次发现并分离，而HO2的特征则在1980年代末得以解析。HO1与HO2属于"经典"HO亚型（本综述焦点），其在机制和结构上区别于病原菌中的非经典HO及日益增多的新类别酶。

血红素降解产物的生理功能

血红素降解产物——CO、铁和胆绿素——的影响远超出降解反应本身，彰显出HO反应的广泛生理效应。CO虽尚未被证实能直接从HO转移至其他蛋白，但其作为信号分子在低浓度下具有细胞保护效应。血红素降解释放的铁推测可经HO转移至铁伴侣蛋白poly(rC)-结合蛋白2，并最终储存于铁蛋白中。

讨论：研究空白与未来方向

我们通过总结HO反应底物（血红素、氧气、经CPR传递的NADPH电子）与产物（CO、游离铁、胆绿素/胆红素）所构成的多维度调控网络，强调了血红素降解与隔离机制的广泛生理影响。特别值得注意的是人类表达两种HO亚型（HO1与HO2）的现象。我们通过呈现各亚型的相关信息表明：二者在调控血红素稳态中扮演的角色仍需深入研究。