王 帆 白 濤 李鵬鵬 程 熠 鄭 楊
(吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院心血管診治中心,吉林 長春 130021)
對氧磷酶又稱對氧磷脂酶(PON),普遍存在于哺乳動物中,不存在于鳥類和魚類中。對氧磷酶家族包括三個成員:PON1、PON2、PON3,它們均為內(nèi)酯酶,能夠分解從花生四烯酸衍生的二十二碳六烯酸〔1,2〕。三種PON基因均位于7q 21.3~22.1〔3〕,上述基因序列很大程度上具有相似性,結(jié)構(gòu)也相近,可能是由同一個原始基因進(jìn)化而來。在哺乳動物中,PON1、PON2、PON3蛋白大約60%的氨基酸序列相同,三者70%的核苷酸序列相同〔4〕。近年來研究發(fā)現(xiàn),PON具有抗低密度脂蛋白(LDL)氧化作用,在抑制慢性心血管疾病(尤其是冠心病)的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用,現(xiàn)將PON的結(jié)構(gòu)、活性以及基因多態(tài)性與冠心病關(guān)系綜述如下。
PON1是由354個氨基酸組成的分子量為43 kD的糖蛋白。N-端信號肽對PON1與HDL的結(jié)合起重要作用,沒有信號肽的PON1不能與HDL結(jié)合,而其抗氧化活性不受影響。PON1有兩個鈣結(jié)合位點(diǎn),色氨酸殘基、天門冬氨酸殘基、谷氨酸殘基構(gòu)成了PON1的活性中心和鈣離子結(jié)合部位,鈣螯合劑能使PON1穩(wěn)定性降低,而不影響其抗LDL氧化作用。PON1有三個半胱氨酸殘基,其中兩個形成分子內(nèi)二硫鍵,Cys284為其抗LDL氧化所必需。與PON2和PON3不同,PON1對有機(jī)磷酸酯類具有較強(qiáng)的酯酶活性,能水解許多種類的有機(jī)磷類如對氧磷、對硫磷以及其他同類的神經(jīng)毒劑〔5〕。
PON1主要由肝臟合成,PON1蛋白被類似出塢的方式分泌到細(xì)胞外,攜帶PON1蛋白的HDL顆粒短暫地與細(xì)胞膜融合,并從細(xì)胞膜上把PON1卸載下來〔6〕。在血清中,它幾乎僅存在于高密度脂蛋白(HDL)上,借助于極端疏水的N端和包含載脂蛋白A1及clasterin的HDL緊密結(jié)合。
PON1能水解人工底物,如有機(jī)磷化合物,PON1是HDL的組成部分,LDL的磷脂可能是其生理底物。人類不同個體間甚至同一種族的個體間血清PON1蛋白水平和活性差異較大(差值可達(dá)13倍〔7〕),疾病、飲食、生活方式等也影響PON1蛋白水平和活性,冠心病患者的PON1蛋白水平及活性與健康人相比差別更為顯著,冠心病患者中PON1血清濃度降低〔8〕;冠心病患者中HDL的構(gòu)象由于某種因素而發(fā)生變化,直接影響PONl與載脂蛋白A1的結(jié)合,從而影響血中PON1酶的活性;PON1活性降低、體內(nèi)的抗氧化能力減弱,導(dǎo)致氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)增加,這樣形成致動脈粥樣硬化的惡性循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn):心肌梗死的患者在心肌缺血胸痛發(fā)作前的數(shù)小時內(nèi)PON1活性就有明顯降低〔9〕。楊玉恒等〔10〕以冠狀動脈造影結(jié)果作為分組依據(jù),發(fā)現(xiàn)冠心病組血清PON1活性明顯低于對照組;血清PON1活性單支病變組明顯高于雙支、三支病變組;而雙支和三支病變組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義,隨著病變程度加重,血清PON1活性水平降低。由此可見,PON1活性確實影響冠心病的發(fā)病率,PON1活性的降低可作為冠心病發(fā)病的獨(dú)立危險因素〔11~13〕;關(guān)于PONl是否影響冠心病預(yù)后,目前尚無報道。
3.1 PON1編碼區(qū)基因多態(tài)性與冠心病 PON1編碼區(qū)有2個常見的遺傳多態(tài)性,Q192R(編碼區(qū)序列第192位谷氨酰胺殘基突變?yōu)榫彼酭殘基)及L55M(編碼區(qū)序列第55位亮氨酸殘基突變?yōu)榧琢虬彼釟埢?,上述變化是個體間PON1酶學(xué)活性不同的分子基礎(chǔ),這些多態(tài)性可以影響血清中PON1濃度、活性及對多種底物的水解效率〔14,15〕;PON1第192位氨基酸殘基是影響PON1酶活性的重要部位〔16〕,PON1 Q192R基因型可改變PON1體外保護(hù)低密度脂蛋白免遭氧化的活性,而L55M不影響PON1與底物的相互作用,但其與血清中PON1濃度及活性的低水平關(guān)聯(lián)〔17〕。Leviev等〔18〕也發(fā)現(xiàn),PON1 mRNA 水平較低的個體多攜帶M等位基因。研究表明,Q192R和L55M兩種基因型與冠心病以及血漿總膽固醇和LDL膽固醇水平變化關(guān)聯(lián)〔19~23〕;另有研究發(fā)現(xiàn):漢族人群PON1 Q192R基因多態(tài)性與冠心病發(fā)病之間無關(guān)聯(lián)〔24〕。Q192R和L55M兩種基因型在保護(hù)LDL免受氧化以及在冠心病發(fā)生發(fā)展中的作用是否存在差異,目前還沒有一致的研究結(jié)果〔25〕。上述研究結(jié)果的差異可能是由樣本設(shè)計、基因型測定方法、觀察終點(diǎn)和種族的不同導(dǎo)致的。
3.2 PON1啟動子基因多態(tài)性與冠心病 PON1啟動子基因存在5個基因多態(tài)性位點(diǎn):-909/907(C或G);-832/824(A或G);-162(A或 G);-126(C或 G);-108/107(C或T)〔26〕,啟動子序列基因多態(tài)性與PON1血清水平及活性之間有很好的關(guān)聯(lián) 。研究表明:C(-107)T這種基因型是影響PON1水平變化的主要因素,約占變化的23% ~24%〔25〕;在青少年和2型糖尿病患者中,第107位上堿基為T的基因型低度表達(dá)與心血管疾病發(fā)生呈正相關(guān)〔28,29〕。A(-162)G基因型僅構(gòu)成一小部分,約占整個的1.1%;第909位和第832位上的基因序列的變化對PON1水平影響甚微或基本無影響〔27〕,PONl基因啟動子-909C/G多態(tài)性與中國人冠心病無關(guān)聯(lián)〔30〕。
PON2在人類所有組織中均有表達(dá),在肝臟、肺臟、睪丸和心臟中表達(dá)較高,具有細(xì)胞水平上的抗氧化作用,阻止LDL脂質(zhì)過氧化,逆轉(zhuǎn)弱氧化修飾LDL(LDL),抑制MM-LDL誘導(dǎo)的單核細(xì)胞趨化作用;同時,PON2能降低細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激,并能阻止LDL的細(xì)胞介導(dǎo)LDL氧化,過度表達(dá)PON2的細(xì)胞ox-LDL的能力下降,并且當(dāng)接觸到H2O2或氧化型磷脂時,細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激能力也顯著降低〔31〕。研究表明:NADPH氧化酶活化能使單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變,在轉(zhuǎn)變過程中,單核細(xì)胞表達(dá)PON2增加。PON2的活化、表達(dá)增加代表了一種應(yīng)對細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶、自由基的蓄積的代償機(jī)制,對機(jī)體實施保護(hù),以免發(fā)生動脈粥樣硬化〔32〕。關(guān)于PON2基因多態(tài)性和冠心病關(guān)系的研究不少。在一項對亞裔印度人的研究中發(fā)現(xiàn):PON2第311位點(diǎn)(Cys→Ser)的基因型是冠心病的危險因素,進(jìn)一步分析上述基因型與PON1-192B基因型(Gln→Arg)共存時才與冠心病有關(guān)聯(lián),提示兩種基因型遺傳上具有連鎖性〔33〕。
PON3基因在PON基因家族中處于PON1和PON2基因之間。與PON1和PON2相反,PON3是HDL結(jié)合蛋白,分子量43 kD。主要由肝臟合成,與PON1共同具有3個保守的半胱氨酸殘基。與PON1、PON2不同,PON3芳基酯酶活性很低。然而,PON3可迅速水解內(nèi)酯類化合物如他汀類藥物。PON3與PON1一樣,主要與HDL結(jié)合存在于血清中而發(fā)揮生物學(xué)活性。PON3具有抗動脈粥樣硬化的作用,但其具體機(jī)制不是很確切〔34〕。目前對 PON3了解的較少,進(jìn)一步的研究如利用PON3基因敲除小鼠和PON3轉(zhuǎn)基因小鼠模型會進(jìn)一步證實體內(nèi)抗動脈粥樣硬化是否需要PON3的參與。
綜上所述,近年來對PON1進(jìn)行了較為深入的研究,但許多問題尚未闡明,如不同位點(diǎn)多態(tài)性對酶活性的影響及對不同毒物保護(hù)作用的機(jī)制、PON1基因多態(tài)性在血管病變及糖尿病并發(fā)冠心病中的確切機(jī)制等,一些報道之間尚有不一致的結(jié)論,是環(huán)境還是遺傳因素差異造成的尚待探討,通過對PON1更為深入的研究,將對篩選心腦血管疾病的高危人群,早期發(fā)現(xiàn)及防治心血管疾病有重要意義。PON2和PON3的研究文獻(xiàn)較少,其具體生理功能尚待進(jìn)一步研究。
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