發(fā)布時(shí)間:2019-10-11所屬分類(lèi):醫(yī)學(xué)論文瀏覽:1次
摘 要: 摘要:對(duì)氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是一種新發(fā)現(xiàn)的存在于血清中的對(duì)氧磷酶,它與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。本文闡述了PON3參與炎癥通路NF-B調(diào)控;參與改善胰島素抵抗、減少細(xì)胞凋亡作用;通過(guò)對(duì)肝臟中膽固醇-7羥化酶水平影響發(fā)揮了調(diào)節(jié)脂代謝的作用,
摘要:對(duì)氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是一種新發(fā)現(xiàn)的存在于血清中的對(duì)氧磷酶,它與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。本文闡述了PON3參與炎癥通路NF-κB調(diào)控;參與改善胰島素抵抗、減少細(xì)胞凋亡作用;通過(guò)對(duì)肝臟中膽固醇-7α羥化酶水平影響發(fā)揮了調(diào)節(jié)脂代謝的作用,參與肥胖的調(diào)控;還通過(guò)對(duì)氧化應(yīng)激的影響參與代謝性疾病的發(fā)生等等。總之,本文重點(diǎn)介紹近期與PON3相關(guān)的國(guó)內(nèi)外最新的研究進(jìn)展,探討可能的相關(guān)機(jī)制。
關(guān)鍵詞:對(duì)氧磷酶3;代謝性疾病;炎癥;肥胖
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人們生活水平逐漸提高,生活方式發(fā)生改變,人類(lèi)疾病譜也發(fā)生了變化。如今,代謝性疾病的發(fā)病率逐年攀高,嚴(yán)重影響了現(xiàn)代人們的生活并制約社會(huì)發(fā)展,已上升為重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題。代謝性疾病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,仍未被完全闡明。目前認(rèn)為,代謝性疾病如肥胖癥、糖尿病、非酒精脂肪肝等可能與機(jī)體炎癥、氧化應(yīng)激、胰島素抵抗等關(guān)系密切。對(duì)氧磷酶(Paraoxonase, PON)是存在血清的一種水解磷酸的酶,且不同程度的具有過(guò)氧化酶內(nèi)酯酶、芳香酯酶的活性,因以往研究以對(duì)氧磷為底物得名。對(duì)氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是氧磷酶基因家族的三個(gè)成員之一,近期關(guān)于PON3的研究發(fā)現(xiàn)它有抗炎、減輕肥胖及改善胰島抵抗、減輕脂代謝紊亂、抗氧化應(yīng)激及減少細(xì)胞凋亡作用[1-7],與代謝性疾病顯著相關(guān),本文就PON3影響代謝性疾病相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述,從而為尋找新的代謝性疾病治療及預(yù)防方案提供可能的線索。
1 PON3概述
1.1 PON3分布
哺乳動(dòng)物對(duì)氧磷酶基因家族包括三個(gè)家族成員,分別為PON1、PON2、PON3,它們分別位于人類(lèi)7號(hào)染色體的長(zhǎng)臂7q21-22和小鼠6號(hào)染色體的相關(guān)位置。三者氨基酸具有同源性,成熟的PON3 與PON1共同具有3個(gè)保守的半胱氨酸殘基。人類(lèi) PON3包含354個(gè)氨基酸,是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量約為 40000具有鈣依賴(lài)酯酶活性的糖蛋白。盡管PON3基因可在各組織中表達(dá)[8],但被證實(shí)主要在肝臟、脂肪組織、腎臟中表達(dá),PON3在肝細(xì)胞內(nèi)主要與線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜(Mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane, MAM)結(jié)合,而細(xì)胞外98%的PON3被觀察到與高密度脂蛋白(HDL)結(jié)合在一起存在于血清中[9-10]。
1.2 PON3功能
PON3的芳香酯酶活性作用局限,對(duì)氧磷酶活性完全喪失,但它可迅速水解許多內(nèi)酯酶,PON3 被廣泛認(rèn)為具有顯著催化他汀類(lèi)藥物內(nèi)酯環(huán)水解的作用。既往研究認(rèn)為人體內(nèi)PON3主要發(fā)揮了重要的抗氧化作用。已經(jīng)報(bào)道在慢性肝病[10]、艾滋病毒感染[11]和冠狀動(dòng)脈及外周動(dòng)脈疾病[12]患者血清中PON3濃度顯著增加,PON3可能是分析人類(lèi)氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的一個(gè)有用的生物標(biāo)志物。已證明Pon3具有保護(hù)小鼠巨噬細(xì)胞免受氧化損傷的作用,盡管細(xì)胞Pon3在氧化應(yīng)激下活性降低[13]。有報(bào)道在小鼠巨噬細(xì)胞、人類(lèi)和小鼠胃腸道的特定部分中檢測(cè)到PON3 mRNA和蛋白的表達(dá)[13-14],這提示小鼠Pon3可能在多種上皮細(xì)胞中發(fā)揮抗氧化作用。Schweikert等[1]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PON3能減少活性氧自由基(ROS)累積并減少NF-kB炎癥通路激活,這提示PON3可能具有減輕炎癥作用。Shih等[4]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí),Pon3基因敲除小鼠肥胖風(fēng)險(xiǎn)增加。這些后果提示PON3可能與炎癥、肥胖關(guān)系密切,可能對(duì)代謝性疾病的致病因素包括炎癥、肥胖、氧化應(yīng)激具有抑制作用。
2 PON3與糖脂代謝紊亂、肥胖及胰島素抵抗的關(guān)系
2.1 PON3減少炎癥
前期臨床研究發(fā)現(xiàn)PON3在T2DM患者中呈代償性增高,并且與糖尿病血管并發(fā)癥密切相關(guān)[15-16]。可能在糖尿病的發(fā)生中發(fā)揮了保護(hù)作用,并且我們前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠脂肪組織Pon3表達(dá)降低參與了胰島素抵抗糖尿病的發(fā)生。而上調(diào) Pon3的表達(dá),伴隨有糖代謝、胰島素抵抗改善。 Rothem等[8]在炎癥性腸病患者的腸組織活檢中發(fā)現(xiàn)不同程度的PON1與PON3高表達(dá),揭示了PON3與炎癥疾病的關(guān)聯(lián)。Beek等[17]發(fā)現(xiàn)肥胖的T2DM患者較正常人血清IL-6高,研究證實(shí),IL-6升高是 T2DM發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,相關(guān)機(jī)制研究認(rèn)為 IL-6可減少細(xì)胞表面葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4表達(dá),從而降低胰島素介導(dǎo)的葡萄糖及脂肪轉(zhuǎn)運(yùn),繼而誘發(fā)糖尿病[18]。Shih等[4]發(fā)現(xiàn)在PON3基因敲除的小鼠體內(nèi)炎癥趨化因子Mcp-1、炎癥因子IL-6都有增加。Peng等[19]研究發(fā)現(xiàn)PON3能通過(guò)抑制炎癥標(biāo)記物產(chǎn)生來(lái)減少四氯化碳(CCl 4)介導(dǎo)小鼠肝臟炎癥反應(yīng)。NF-κB是一種經(jīng)典的炎癥激活通路,肝臟低度的慢性炎性反應(yīng)被認(rèn)為是代謝性疾病如肥胖、非酒精性脂肪性肝病的致病因素,常與炎癥通路 NF-κB的活化有關(guān)。研究表明,持續(xù)高血糖可使胞漿內(nèi)NF-κB通路被激活,導(dǎo)致下游原件與核內(nèi)多種炎癥相關(guān)基因啟動(dòng)子結(jié)合,從而上調(diào)炎癥因子表達(dá),介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[20]。
研究發(fā)現(xiàn),肥胖的小鼠組織內(nèi)NF-κB的活化量顯著增加,并且肥胖時(shí)NF-κB 的活化是長(zhǎng)期存在的[21-22]。Schweikert等[1]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PON3能減少綠膿霉素介導(dǎo)的活性氧自由基(ROS)累積并減少 NF-kB炎癥通路激活,由此可見(jiàn)PON3通過(guò)減少 NF-kB炎癥通路激活可能是其抗炎作用的機(jī)制之一。臨床研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者血清中PON3水平與炎癥標(biāo)志物hsC-RP有顯著相關(guān)性[15,23],并且超敏C 反應(yīng)蛋白是PON3的獨(dú)立影響因素,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)上調(diào)PON3的表達(dá),IL-6水平下降[24],這提示 PON3對(duì)炎癥因子分泌具有抑制作用,并且炎癥誘導(dǎo)PON3上調(diào)參與體內(nèi)炎癥的負(fù)反饋調(diào)節(jié),因此認(rèn)為,PON3可能通過(guò)抑制炎癥在代謝性疾病中發(fā)揮了重要作用。
2.2 PON3減輕肥胖、改善脂代謝
研究認(rèn)為,肥胖參與了胰島素抵抗,肥胖引起的低度炎癥會(huì)損害胰島素受體信號(hào)途徑,并參與胰島素抵抗的發(fā)展[25]。Shih等[4]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí),經(jīng)過(guò)10周的高脂飲食喂養(yǎng),Pon3基因敲除小鼠體重增加比野生型高37%、性腺的脂肪細(xì)胞平均體積比野生型高25%。而且通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)Pon3 基因敲除的小鼠皮下脂肪、腹膜后脂肪、性腺脂肪的重量與野生型小鼠相比都有顯著增加。Shih等[3] 研究還證實(shí)Pon3對(duì)小鼠肝細(xì)胞和白色脂肪細(xì)胞的線粒體功能具有保護(hù)作用,這可能是PON3減輕肥胖的部分原因。此外,PI3K/AKT信號(hào)通路的失調(diào)被認(rèn)為與肥胖發(fā)生關(guān)系密切[26]。 Zhu等[2]發(fā)現(xiàn)PI3K/ AKT信號(hào)途徑能上調(diào)PON3的表達(dá),我們前期研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可能通過(guò)上調(diào)PI3K/AKT的表達(dá)影響 Pon3在糖尿病大鼠脂肪組織中的表達(dá)[24],提示 PI3K/AKT可能通過(guò)影響PON3的表達(dá)參與了肥胖。Diana等[27]還在雄性Pon3轉(zhuǎn)基因小鼠中檢測(cè)到瘦素比非轉(zhuǎn)基因小鼠低75%,這說(shuō)明PON3可能通過(guò)對(duì)瘦素的影響參與了代謝性疾病的發(fā)生,Pon3 轉(zhuǎn)基因鼠瘦素水平降低原因不明確,可能與Pon3 轉(zhuǎn)基因鼠體重下降導(dǎo)致脂肪組織來(lái)源的瘦素產(chǎn)生減少有關(guān),總之,PON3與瘦素的關(guān)系值得深入研究。Labrecque等[28]研究發(fā)現(xiàn)胖豬腎周和皮下脂肪組織中PON3 mRNA水平比瘦豬高,脂肪組織中 PON3 mRNA水平與皮下、內(nèi)臟和總體脂肪重量成正相關(guān),這進(jìn)一步支持了PON3參與肥胖相關(guān)疾病發(fā)生的論斷。因此認(rèn)為,PON3可顯著減輕肥胖的作用值得肯定,并且可能通過(guò)減輕肥胖影響了胰島素抵抗的發(fā)展進(jìn)程。
Shih等[3]在高脂喂養(yǎng)Pon3基因敲除的小鼠 16 周后,檢測(cè)發(fā)現(xiàn)血液中總膽固醇、甘油三脂及膽汁酸顯著增加。其原因是PON3能保護(hù)高膽固醇喂養(yǎng)小鼠肝臟中膽固醇-7α羥化酶(cytochrome P450, family 7, subfamily A, polypeptide 1)水平,進(jìn)而維持正常的膽固醇向膽汁酸轉(zhuǎn)化,減少膽固醇肝累積。另一方面,Pon3缺乏可導(dǎo)致膽固醇喂養(yǎng)小鼠促動(dòng)脈粥樣硬化的脂蛋白水平改變,包括中等密度脂蛋白、低密度脂蛋白水平升高,高密度脂蛋白降低。其原因可能是PON3增加了膽固醇代謝,并減少低密度脂蛋白氧化和增加高密度脂蛋白的抗氧化能力,從而增加了膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)。也有報(bào)道提示PON3能影響動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[29],由此可見(jiàn)PON3對(duì)脂代謝具有重要影響作用,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與非基因敲除小鼠比較,高脂喂養(yǎng)Pon3基因敲除的小鼠后,其肝臟膽固醇水平升高40%[3],這提示PON3的正常表達(dá)具有促進(jìn)膽固醇的正常代謝及保護(hù)脂蛋白作用。
3 PON3與氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡關(guān)系
3.1 PON3減少氧化應(yīng)激
氧化損傷的重要危害是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,加快細(xì)胞的病理性死亡,從而造成胰島素作用靶器官與組織的損傷和功能失調(diào),氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡是糖尿病發(fā)生的重要因素。在以往的研究中發(fā)現(xiàn) PON1、PON2有著很強(qiáng)的抗氧化作用,Draganov 等[5]發(fā)現(xiàn)雖然在兔子血清中PON3以?xún)杀稊?shù)量級(jí)低于PON 1的水平,但PON 3具有更強(qiáng)的保護(hù)低密度脂蛋白被氧化修飾的作用,從兔血清中純化的 PON3具有抑制體外銅誘導(dǎo)的LDL氧化的能力,并且兔PON3阻止LDL氧化的有效性比兔PON1高約 100倍。此外,Reddy等[30]發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)PON3的Hela 細(xì)胞亦可阻止輕度氧化LDL的形成、滅活己形成的輕度氧化LDL,并發(fā)現(xiàn)在HepG2細(xì)胞中PON3的表達(dá)不受磷脂氧化的影響,在鼠的肝臟中檢測(cè)到 Pon3的表達(dá)不受高脂飲食影響,這可能是PON3具有更強(qiáng)抗氧化作用原因之一。Lu等[31]通過(guò)克隆技術(shù)在大腸桿菌內(nèi)成功表達(dá)人類(lèi)PON3,重組人類(lèi) PON3的大腸桿菌能有效延遲和抑制體外LDL氧化。人體晶狀體和視網(wǎng)膜組織對(duì)氧化應(yīng)激高度敏感,Bharathidevi等[32]研究發(fā)現(xiàn)PNO3 mRNA在眼球組織中廣泛表達(dá),糖尿病患者視網(wǎng)膜組織PON3表達(dá)顯著上調(diào),這提示PON3可能是眼球視網(wǎng)膜組織中的一種重要抗氧化劑,在糖尿病視網(wǎng)膜組織中發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用。Ferreira等[33]在公牛睪丸組織中發(fā)現(xiàn)了PON3的表達(dá),其可能參與了阻止與男性生殖功能相關(guān)的氧化損傷。Meijide等[34]研究發(fā)現(xiàn)卵泡中PON3活性與卵泡的大小具有相關(guān)性, PON3的抗氧化作用可能對(duì)卵泡成熟具有促進(jìn)作用。Ozgun等[35]研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸可上調(diào)鏈脲霉素誘導(dǎo)的糖尿病鼠體內(nèi)Pon3水平發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,并認(rèn)為通過(guò)提高體內(nèi)PON3和PON1水平可預(yù)防糖尿病血管病變發(fā)生,因此認(rèn)為,PON3具有顯著抗氧化應(yīng)激作用,可能通過(guò)抗氧化應(yīng)激阻礙代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。
3.2 PON3減少細(xì)胞凋亡
PI3K/AKT信號(hào)通路在細(xì)胞增殖、分化和抗凋亡過(guò)程中均發(fā)揮重要作用。多種生長(zhǎng)因子均可通過(guò)PI3K途徑激活A(yù)kt/PKB。PI3K/AKT信號(hào)通路被活化后,AKT被磷酸化后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核,細(xì)胞核中磷酸化AKT可以調(diào)節(jié)NF-КB導(dǎo)致抗凋亡基因轉(zhuǎn)錄增加,促進(jìn)細(xì)胞存活。Zhu等[2]最近研究發(fā)現(xiàn)口腔鱗狀癌細(xì)胞通過(guò)AKT信號(hào)途徑上調(diào)PON3表達(dá)減少細(xì)胞凋亡,并通過(guò)特異性抑制AKT信號(hào)途徑來(lái)下調(diào)PON3的表達(dá)后,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞存活率顯著下降。研究發(fā)現(xiàn),PON3表達(dá)缺乏還可影響膽酸和膽固醇喂養(yǎng)后的小鼠牛磺膽汁酸鈉共轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(Na+-taurocholate cotransporting polypeptide, TNCP)表達(dá)[3],后者表達(dá)下降可導(dǎo)致小鼠肝臟中膽汁轉(zhuǎn)運(yùn)減少及血漿中膽汁酸上升,研究發(fā)現(xiàn),膽汁酸誘導(dǎo)活性氧生成,并誘導(dǎo)線粒體釋放細(xì)胞色素C和凋亡因子[36],這提示PON3很可能通過(guò)上調(diào)TNCP表達(dá)來(lái)減少膽汁酸誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmatic reticulum,ER)應(yīng)激可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中ROS的產(chǎn)生,ER相關(guān)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)鈣離子從ER鈣儲(chǔ)存庫(kù)中釋放出來(lái),隨后被吸收入線粒體。進(jìn)入線粒體內(nèi)的Ca2+能改變線粒體功能,增加線粒體內(nèi)ROS生產(chǎn),這又進(jìn)一步誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)和Ca2+釋放,這種惡性循環(huán)損害細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。據(jù)報(bào)道發(fā)現(xiàn),PON3能通過(guò)調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[6-7]。 Shih等[3]發(fā)現(xiàn)PON3在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的表達(dá)僅次于在線粒體膜中的表達(dá),這提示細(xì)胞內(nèi)PON3可能通過(guò)調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)減少細(xì)胞凋亡。研究還發(fā)現(xiàn)PON3在腫瘤細(xì)胞中還可以減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的MAPKs信號(hào)傳導(dǎo)而減少由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的細(xì)胞凋亡[22]。Peng等[19]研究也發(fā)現(xiàn)PON3高表達(dá)可上調(diào)肝損傷期小鼠超氧化物歧化酶SOD的活性和增加谷胱甘肽含量來(lái)減少氧化應(yīng)激,從而減少氧化應(yīng)激所致的細(xì)胞凋亡,可能PON3通過(guò)減少細(xì)胞凋亡的影響參與了糖尿病的發(fā)生。
細(xì)胞凋亡與細(xì)胞代謝關(guān)系密切,上述研究均提示PON3對(duì)減輕細(xì)胞凋亡具有重要作用[2-3,6-7,19],因此認(rèn)為,PON3減少細(xì)胞凋亡是其影響細(xì)胞代謝的重要機(jī)制,PON3與細(xì)胞代謝關(guān)系密切。
期刊推薦:《中國(guó)醫(yī)院藥學(xué)雜志》1981年創(chuàng)刊,是中國(guó)藥學(xué)會(huì)主辦、中國(guó)科協(xié)主管的國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的醫(yī)院藥學(xué)專(zhuān)業(yè)性學(xué)術(shù)期刊,為中國(guó)精品科技期刊。主要介紹國(guó)內(nèi)外醫(yī)院藥學(xué)創(chuàng)新性成果、藥學(xué)先進(jìn)技術(shù)、臨床合理用藥、中西藥制劑、醫(yī)院調(diào)劑、醫(yī)院藥學(xué)學(xué)科的科學(xué)管理與改革、藥學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及理論等。
4 問(wèn)題與展望
PON3能夠影響代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展,特異性的靶向基因敲除PON3在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了其保護(hù)性的作用[3]。主要表現(xiàn)在,通過(guò)減少炎癥標(biāo)志物產(chǎn)生、減少ROS產(chǎn)生而減少NF-κB炎癥通路激活發(fā)揮抗炎作用[1],細(xì)胞內(nèi)PON3通過(guò)上調(diào)TNCP表達(dá)減少線粒體釋放凋亡因子,穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)的線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能而起到抗氧化應(yīng)激作用[3]。通過(guò)影響肝細(xì)胞及白色脂肪細(xì)胞線粒體呼吸功能減少脂肪沉積、PON3還可保護(hù)肝臟中膽固醇-7α羥化酶水平,減少膽固醇肝累積以及減少肝毒性,并增加血液中HDL抗氧化作用,影響動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程[3]。硫辛酸是臨床常用的一種常用的營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)藥物,被廣泛用于與糖尿病周?chē)窠?jīng)病變的治療。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸藥物可能通過(guò)上調(diào)糖尿病小鼠 Pon3水平,從而在糖尿病周?chē)懿∽冎幸舶l(fā)揮干預(yù)作用[35]。在前期臨床研究發(fā)現(xiàn)阿托伐他汀鈣片治療T2DM患者合并頸動(dòng)脈中內(nèi)膜厚度(Carotid Intima Media Thickness, CIMT)降低,血清PON3水平升高,并能夠降低新診斷T2DM合并頸動(dòng)脈粥樣硬化患者CIMT[23],研究還發(fā)現(xiàn)PON3與糖尿病腎病密切相關(guān),參與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生[11],這說(shuō)明他汀類(lèi)藥物可能部分依賴(lài)上調(diào)血液中的PON3水平來(lái)減少糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生,但其確切機(jī)制尚不明確,值得我們深入研究,這為代謝性疾病發(fā)生、發(fā)展提供了新的線索,也提示我們可把血清PON3作為抗代謝疾病及其并發(fā)癥的重要作用靶點(diǎn),值得我們進(jìn)一步研究。