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        5-脂氧合酶的活性調(diào)節(jié)及抑制劑研究進(jìn)展*

        2016-02-21 07:00:20秦華迪綜述秦春常審校重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科心內(nèi)科重慶40007
        現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生 2016年2期
        關(guān)鍵詞:過氧化物磷酸化抑制劑

        秦華迪綜述,?!§o,秦春常△審校(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院:.麻醉科;.心內(nèi)科,重慶40007)

        5-脂氧合酶的活性調(diào)節(jié)及抑制劑研究進(jìn)展*

        秦華迪1綜述,常靜2,秦春常2△審校(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院:1.麻醉科;2.心內(nèi)科,重慶400017)

        花生四烯酸鹽5-脂氧合酶;脂氧合酶抑制劑;活化;調(diào)節(jié);綜述

        5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,5-LO)是催化花生四烯酸(AA)生成具有生物活性的白三烯(leukotrienes,LTs)的關(guān)鍵酶[1]。近年來研究發(fā)現(xiàn),5-LO的調(diào)節(jié)在哮喘、炎癥、過敏性鼻炎、組織缺血再灌注損傷、心血管疾病及部分惡性腫瘤等疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中均有非常重要的意義[2]。因此,關(guān)于5-LO酶活性的調(diào)節(jié)和抑制劑的研發(fā)已成為一個(gè)熱門課題,本文就其活性調(diào)節(jié)和抑制劑的研究進(jìn)展綜述如下。

        1 5-LO酶活性的調(diào)節(jié)

        1.15-LO5-LO在哺乳動(dòng)物各組織中分布十分廣泛,其相對(duì)分子質(zhì)量為72×103~80×103,是由672或673個(gè)氨基酸殘基組成的單體酶,主要由N-末端的β-barrel結(jié)構(gòu)和催化區(qū)域C-末端的α螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)成。α螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)含有1個(gè)非血紅蛋白Fe2+,是反應(yīng)時(shí)電荷的供體和遞體。氨基端擁有C2結(jié)構(gòu)含有典型配體結(jié)合環(huán),配體結(jié)合環(huán)能與Ca2+和細(xì)胞膜相結(jié)合[3],Ca2+通過誘導(dǎo)5-LO與細(xì)胞膜相結(jié)合,從而激活5-LO。靜息狀態(tài)下的5-LO在不同的細(xì)胞分布不同,如在中性粒細(xì)胞,嗜酸性粒細(xì)胞或腹膜巨噬細(xì)胞中,5-LO最主要分布在細(xì)胞質(zhì)區(qū)域;而在肺泡巨噬細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞中,5-LO主要分布在細(xì)胞核區(qū)域。

        1.2鐵離子與脂質(zhì)過氧化物5-LO活化中心的非血紅素鐵離子是5-LO激活所必需的,Hammarberg等[4]通過電子順磁共振發(fā)現(xiàn)靜息狀態(tài)下呈Fe2+形式,激活狀態(tài)下呈Fe3+形式,在催化過程中鐵離子在+2價(jià)和+3價(jià)之間循環(huán)。在細(xì)胞中,脂質(zhì)過氧化物能氧化5-LO中的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,使5-LO具有生物活性,但過氧化氫對(duì)5-LO無激活作用。Radmark等[5]發(fā)現(xiàn),谷胱甘肽過氧化物酶可以通過減少脂質(zhì)過氧化物的生成抑制5-LO的活性。

        1.3Ca2+5-LO的活性與Ca2+有關(guān),當(dāng)Ca2+濃度為4~10μmol/L,全部 5-LO的活性可激活;Ca2+濃度為 1~2μmol/L,僅有一半5-LO的活性可激活。但即使無Ca2+,5-LO也具有一定的生物活性[6]。細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)的5-LO激活就不依賴于Ca2+。每分子5-LO最多可以與2分子Ca2+可逆結(jié)合。Ca2+還可以調(diào)節(jié)5-LO與脂質(zhì)氫過氧化物的親和力;Ca2+激活 5-LO需要磷脂酰膽堿(Phos phatidylcholine,PC)或類毛狀蛋白(coactosin-likeprotein, CLP)存在,如此Ca2+才能有效地綁定到“支架”上。Ca2+還可對(duì)抗谷胱甘肽過氧化物酶對(duì)5-LO活性的抑制[7]。此外Mg2+、Ba2+、Sr2+和Mn2+可以部分激活5-LO的活性,但這些+2價(jià)陽離子不屬于催化機(jī)制。

        1.4三磷酸腺苷(ATP)最早發(fā)現(xiàn)對(duì)5-LO酶有激活作用的物質(zhì)是ATP,但單獨(dú)的ATP不能激活5-LO的活性,必須在Ca2+同時(shí)存在時(shí)才能激活5-LO。ATP與5-LO結(jié)合使5-LO酶活性增加,對(duì)5-LO酶具有穩(wěn)定作用,但目前ATP與5-LO的結(jié)合位點(diǎn)尚未確定。

        1.5PCPande等[6]在人類白細(xì)胞中提純5-LO發(fā)現(xiàn),PC能代替細(xì)胞膜作為5-LO活性的刺激因子,并且能穩(wěn)定5-LO活性酶活性。研究發(fā)現(xiàn),5-LO的C2結(jié)構(gòu)對(duì)陽性離子的PC的結(jié)合力高于陰性離子的磷脂酰絲氨酸和磷脂酰甘油。無Ca2+時(shí),雖然此時(shí)PC與5-LO的結(jié)合力最大,但這種結(jié)合不能激活5-LO[8];Ca2+存在時(shí),增加5-LO與PC結(jié)合的疏水性,變?yōu)椤吧a(chǎn)”模式[6]。有趣的是,加入膽固醇或膽固醇硫酸鹽可以抑制5-LO的活性[7]。

        1.6甘油酯和CLP研究發(fā)現(xiàn),多種甘油酯均可以激動(dòng)5-LO活性,但其中1-油?;?2-乙?;?sn-丙三醇(1-oleoyl-2-acetyl-sn-glycerol,OAG)作用最明顯。OAG主要作用于5-LO的C2區(qū)域[9]。Ca2+、磷脂、PC可以抑制OAG 對(duì)5-LO刺激效應(yīng)。同Ca2+一樣,OAG可對(duì)抗谷胱甘肽過氧化物酶對(duì)5-LO活性的抑制[10]。CLP是結(jié)合蛋白中的一員,CLP與5-LO的結(jié)合綁定需在完整的細(xì)胞中發(fā)生,5-LO與F-肌動(dòng)蛋白相競爭與CLP相結(jié)合。CLP可以上調(diào)激動(dòng)5-LO活性[11]。當(dāng)無PC時(shí),CLP可以替代PC激活5-LO,當(dāng)CLP和PC同時(shí)存在時(shí)可以提高5-LO的活性,這是通過色氨酸殘基與5-LO的配體結(jié)合環(huán)相結(jié)合,即蛋白的相互作用實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),CLP、5-LO以靜息狀態(tài)存在于胞質(zhì)區(qū)域,給予Ca2+載體刺激后,5-LO、CLP轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核區(qū)域,因此,沒有Ca2+,CLP依然可以綁定5-LO,但需要Ca2+才能激活5-LO[12]。

        1.75-LO激動(dòng)蛋白 (5-lipoxygenase actin protein,F(xiàn)LAP)FLAP相對(duì)分子質(zhì)量約為18×103,包含2個(gè)親水環(huán)和3個(gè)跨膜區(qū),主要分布在細(xì)胞核膜或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。缺乏FLAP或給予FLAP抑制劑,5-LO就不能將內(nèi)源性的AA催化生成LTA4,因此,F(xiàn)LAP是激活5-LO所必需的。一些觀點(diǎn)認(rèn)為,F(xiàn)LAP除了能為5-LO與膜結(jié)合提供位點(diǎn),還作為轉(zhuǎn)移蛋白結(jié)合AA,呈遞給5-LO。FLAP能增強(qiáng)5-LO的生物活性[13]。

        1.85-LO的磷酸化5-LO的氨基酸序列包含有幾個(gè)蛋白激酶的序列,5-LO的磷酸化受到激酶A(PKA)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)調(diào)節(jié)的MAPKAPK-2/3、ERK1/2的調(diào)節(jié)。給予細(xì)胞刺激(如細(xì)胞應(yīng)激、佛波醇酯),激活MAPKAPKs和ERKs誘導(dǎo)Ser271或Ser663磷酸化,促使5-LO異位,提高5-LO的活性,但易被蛋白激酶抑制劑所抑制[14]。細(xì)胞中,磷酸化的5-LO在很低的Ca2+濃度即可激活5-LO活性[15]。當(dāng)5-LO中Ser271或Ser663突變?yōu)楸彼釙r(shí),5-LO被p38MAP KAPK磷酸化明顯減少;外源性的腺苷和cAMP可激活PKA誘導(dǎo)Ser523磷酸化,細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的5-LO活性均可直接抑制[14]。AA和油酸可以促進(jìn)Ser271、Ser663磷酸化,同時(shí)抑制Ser523磷酸化,使5-LO活性增加,提高5-LO產(chǎn)物的合成[16]。

        2 5-LO及其產(chǎn)物抑制劑

        為了干預(yù)5-LO的活性及其產(chǎn)物的合成,5-LO及其產(chǎn)物抑制劑主要從以下3個(gè)途徑抑制:抑制cPLA2酶、FLAP抑制劑及直接抑制5-LO。

        2.1cPLA2酶抑制劑cPLA2酶抑制劑,如糖皮質(zhì)激素可抑制所有類花生酸的形成,cPLA2基因敲除小鼠也能抑制類花生酸合成。盡管實(shí)驗(yàn)中糖皮質(zhì)激素可明顯減少類花生酸,但在臨床研究中,cPLA2酶抑制劑對(duì)抑制LTs生成是無效的。有研究結(jié)果顯示,選擇性cPLA2酶抑制劑雖然對(duì)關(guān)節(jié)炎[17]、急性肺損傷[18]和(或)缺血再灌注損傷[19]的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型有一定的治療作用,但不能完全降低LTs水平。

        2.2FLAP抑制劑FLAP抑制劑即通過拮抗FLAP,干擾其結(jié)合底物AA呈遞給5-LO,并且干擾5-LO與FLAP定位結(jié)合。在完整的細(xì)胞內(nèi)FLAP抑制劑能抑制5-LO的活性,尤其在AA是內(nèi)源性的[20]。相反,如果AA是外源性的就會(huì)損傷其功效。FLAP抑制劑對(duì)提純的5-LO不能抑制其產(chǎn)物生成。雖然FLAP抑制劑MK886、Bay-X 1005或MK0591對(duì)分離的白細(xì)胞有效,但是在血液化驗(yàn)中,藥效要弱50~200倍,可能由于血漿中其他蛋白競爭綁定藥物或AA。研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)LAP抑制劑AM103是一種強(qiáng)有效的和選擇性FLAP抑制劑,在體內(nèi)具有卓越的藥效性能,對(duì)急、慢性炎癥和休克動(dòng)物模型均有效[21]。FLAP抑制劑AM803是一種吲哚衍生物,目前已完成臨床治療哮喘第二階段的部分研究,有望進(jìn)入臨床使用[22-23]。

        2.35-LO直接抑制劑

        2.3.1抗氧化/游離基清除抑制劑這類抑制劑包括許多天然植物提取物(如咖啡酸、黃酮類、香豆素類等)及合成物(如AA-861、BW755C),這些藥物使催化中心的鐵離子始終保持在Fe2+狀態(tài),不能進(jìn)入循環(huán),從而抑制5-LO活性。它們均是5-LO的高效抑制劑,但缺乏合適的口服生物利用度,因?yàn)檫@類抑制劑非特異性地抑制了體內(nèi)普遍存在的氧化還原系統(tǒng)或活性自由基,導(dǎo)致高鐵血紅蛋白血癥等嚴(yán)重不良反應(yīng),從而阻止這類藥物的廣泛運(yùn)用,發(fā)展緩慢。

        2.3.2鐵配位體抑制劑鐵配位體抑制劑代表異羥肟酸或N-羥基脲衍生物,其不僅可螯合催化中心的鐵離子,還具有較微弱的還原性能力,其代表藥物Zileuton,有效的高選擇性5-LO抑制劑,半衰期為2.5 h,清除率為7.0mL/(min·kg),主要代謝途徑為N-羥基脲基團(tuán)的葡萄糖醛酸化。Zileuton(IC50=0.5~1.0μm)可改善急性或慢性哮喘患者的氣道功能,減少β受體激動(dòng)劑或糖皮質(zhì)激素的用量,但作為美國唯一批準(zhǔn)上市的5-LO抑制劑,其用于治療過敏性鼻炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的療效一般。VIA-2291已完成動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病的二期臨床試驗(yàn),有可能在臨床應(yīng)用[24]。將VIA-2291的結(jié)構(gòu)優(yōu)化后得到ABT-761,在支氣管痙攣的動(dòng)物模型上其作用強(qiáng)于Zileuton4~5倍,半衰期為16h,但其臨床應(yīng)用還有待開發(fā)。

        2.3.3非氧化還原抑制劑非氧化還原抑制劑擁有與5-LO的自然底物不飽和脂肪酸類似結(jié)構(gòu),從而與AA 或LOOH競爭結(jié)合5-LO,它們經(jīng)5-LO催化主要生成的代謝產(chǎn)物L(fēng)TB5的生物活性僅為LTB4的1%。模擬底物抑制劑分子結(jié)構(gòu)不同,本身缺乏氧化還原性能力,但卻不能排除其能改變5-LO的氧化還原狀態(tài)。其代表藥物有ZD2138、ZM230487屬于甲氧基四氫吡喃,該類藥物升高過氧化物濃度和(或)升高M(jìn)APKAPK-2/3、ERK1/2調(diào)控的5-LO磷酸化水平,可影響藥物對(duì)5-LO的抑制作用[25]。CJ-13610屬于咪唑類5-LO抑制劑,研究顯示,CJ-13610有很好的止痛效果,且不受5-LO磷酸化激活狀態(tài)的干擾,能更好地應(yīng)用于哮喘、癌癥等疾?。?6]。

        3 小 結(jié)

        5-LO及其代謝產(chǎn)物參與了許多疾病的發(fā)生、發(fā)展過程,了解5-LO活性的調(diào)節(jié)及其抑制,對(duì)5-LO相關(guān)疾病的研究有著重要作用。目前,對(duì)5-LO活性調(diào)節(jié)的了解是有限的,5-LO抑制劑也存在著毒性反應(yīng)大、特異性低等問題,但相信不久的將來,有待研制出低毒、高效的5-LO抑制劑,造福人類的健康事業(yè)。

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        10.3969/j.issn.1009-5519.2016.02.017

        A

        1009-5519(2016)02-0209-03

        國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30900606)。

        ,E-mail:QCC3011@hotmail.com。

        2015-05-25

        2015-11-15)

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