對(duì)氧磷酶1與2型糖尿病、牙周病關(guān)系的研究概況

杜蔚蓮 宋 莉 王 勇

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院口腔科，江西 南昌 330006)

牙周病是糖尿病等全身性疾病的重要危險(xiǎn)因素，兩者互相影響、互為因果。對(duì)氧磷酶(PON)基因家族是由PON1、PON2、PON3三大成員組成，它們位于人類(lèi)7號(hào)染色體長(zhǎng)臂上，在結(jié)構(gòu)和功能上具有很大相似性。目前研究最多的是與高密度脂蛋白(HDL)緊密結(jié)合的PON1，具有水解有機(jī)磷、對(duì)抗氧化應(yīng)激和抗炎的功能，因此它在動(dòng)脈硬化、糖尿病、精神障礙以及感染性疾病等的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起至關(guān)重要的作用。本文就PON1對(duì)T2DM、牙周病關(guān)系的相關(guān)性研究進(jìn)行綜述。

1 PON1結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特征

1.1PON1的結(jié)構(gòu)及分布 人類(lèi)PON是由肝臟合成繼而分泌到血液中的一類(lèi)與HDL結(jié)合的芳香醇〔1〕，PON1是一種含355個(gè)氨基酸殘基的糖蛋白，分子量約44 kD，通過(guò)疏水性極強(qiáng)的N端與HDL的載脂蛋白A-I緊密結(jié)合并固定在HDL顆粒上。Harel等〔2〕報(bào)道其晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于6葉螺旋槳，每葉均由4條鏈組成，兩個(gè)鈣離子位于螺旋槳結(jié)構(gòu)的中心孔道部位，因分別與PON1的結(jié)構(gòu)和水解活性有關(guān)，而被稱(chēng)為“結(jié)構(gòu)鈣”和“水解鈣”。PON1廣泛分布于哺乳動(dòng)物肝、血、腎、脾、腦等組織中，以肝臟和血液中酶活性最高，其活性在人群中分布相差非常大，不同個(gè)體間可相差30倍，即使相同基因型也可相差13倍。

1.2PON1的生物學(xué)特性和基因多態(tài)性 PON1最主要的生物學(xué)特性是在脂質(zhì)代謝過(guò)程中保護(hù)低密度脂蛋白(LDL)過(guò)氧化，也可以保護(hù)組織細(xì)胞免受內(nèi)毒素的侵害，此外，它還有一些其他的生物學(xué)特性：對(duì)HDL具有高度特異性；抑制巨噬細(xì)胞的形成；在感染過(guò)程中發(fā)揮重要的作用；具有同型半胱氨酸內(nèi)酯酶的活性等。

PON基因家族是由PON1、PON2、PON3三個(gè)高度同源的基因組成，該基因家族位于7號(hào)染色體長(zhǎng)臂q21.3-22.1之間〔3〕，進(jìn)化上具有高度保守性。有研究表明，PON1啟動(dòng)子基因多態(tài)性位點(diǎn)(-108C>T,-162A>G,-824G>A,-907G>C)影響該酶的表達(dá)及血清濃度〔4〕。其中，-108C>T多態(tài)性位點(diǎn)起決定性作用〔5〕。PON1編碼區(qū)的基因多態(tài)性位點(diǎn)主要集中在192位和55位氨基酸，192位是CGA/CAA置換導(dǎo)致谷氨酸(Gln)/精氨酸(Arg)多態(tài)性(等位基因A/B或R/Q),稱(chēng)為Q192R多態(tài)性；55位是ATG/TTG顛倒導(dǎo)致蛋氨酸(Met)/亮氨酸(Leu)多態(tài)性(等位基因M/L)，稱(chēng)為M55L多態(tài)性〔6，7〕。PON1的等位基因在人群中的分布有人種和地區(qū)差異。

2 PON1與T2DM的關(guān)系

T2DM的根本原因是胰島素分泌能力下降和胰島素抵抗(IR)〔8〕。氧化應(yīng)激與糖尿病關(guān)系非常密切，氧化應(yīng)激可以誘發(fā)IR和β細(xì)胞功能損傷〔9〕，不僅在糖尿病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起到了重要作用，還可以引起糖尿病其他并發(fā)癥〔10〕。PON是重要的抗氧化劑酶，是內(nèi)源性自由基清除劑通過(guò)單獨(dú)或與HDL共同作用，發(fā)揮抑制LDL氧化修飾的作用。

有研究表明，在糖尿病早期PON1活性下降程度低于晚期，脂蛋白酯酶(LPL)與PON1活性呈正相關(guān)，HDL抗氧化能力降低〔11〕。 糖尿病患者血清PON1活性低于正常組，當(dāng)DM患者出現(xiàn)糖尿病并發(fā)癥時(shí)，其血清PON1活性低于單純DM患者〔12〕。PON1與脂代謝、糖代謝相關(guān)指標(biāo)聯(lián)合研究也是PON1研究的熱點(diǎn)。HDL-PON活性隨HDL過(guò)氧化物水平的增加而降低，與HDL保護(hù)紅細(xì)胞膜免受氧化物損傷的能力呈正比。在糖尿病患者中PON1活性的降低、HDL的保護(hù)細(xì)胞膜免受氧化的能力降低共同導(dǎo)致糖尿病型動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生〔13〕。

從基因水平上看，PONl基因多態(tài)性與T2DM有著密切關(guān)系，且主要涉及PONl與T2DM患者并發(fā)心血管疾病問(wèn)題。PON1編碼區(qū)192位點(diǎn)的基因多態(tài)性、基因環(huán)境和(或)基因相互作用，三者決定了不同人群不同個(gè)體血清中PON1的活性的不同〔14〕。具有較高氧化應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)的糖尿病患者，具有更高的血管性疾病及其他并發(fā)癥的并發(fā)率。在DM患者中有過(guò)多的氧化產(chǎn)物可能是由于慢性高血糖，高胰島素血癥，升高游離脂肪酸(FFA)和血脂異?！?5〕。其活性的降低不是由于合成減少，而是由于PON1蛋白的糖基化〔16〕。Li等〔17〕通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)人PON1Q192R基因多態(tài)性加重了糖尿病的肥胖患者患心肌炎的危險(xiǎn)性。Mackness等〔18〕指出PON1活性降低以及PON1R和L位點(diǎn)的基因多態(tài)性與T2DM發(fā)生有直接的關(guān)系。Altuner等〔19〕通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，PON1192位點(diǎn)與55位點(diǎn)的基因多態(tài)性與糖尿病及其并發(fā)癥相關(guān)，且192位點(diǎn)基因多態(tài)性相關(guān)性更大。

3 PON1與牙周病的關(guān)系

牙周病的主要感染源為堆積在牙頸部及齦溝內(nèi)的牙菌斑中的微生物。牙菌斑是牙周疾病發(fā)生的始動(dòng)因子，在牙周細(xì)菌的致病機(jī)制中，內(nèi)毒素(LPS)即革蘭陰性菌細(xì)胞壁外膜中的脂多糖對(duì)牙周組織具有很高的毒性和抗原性，被認(rèn)為是牙周炎癥的重要病因之一，在牙周病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起重要的作用〔20〕。許多體內(nèi)抗氧化因子如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物歧化酶等已被證實(shí)與牙周炎的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。牙周局部環(huán)境自由基活性降低，造成抗氧化能力下降，出現(xiàn)牙周病的臨床癥狀。由于PON1具有抗氧化性，可催化分解過(guò)氧化物，降低單核細(xì)胞對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的黏附能力和趨化性，從而使細(xì)胞因子產(chǎn)生減少，這對(duì)牙周組織起了保護(hù)作用。

PON1在牙周炎和心血管疾病間流行病學(xué)的相關(guān)性有重要作用，并且PONl可能通過(guò)LPS依賴(lài)或非LPS依賴(lài)來(lái)聯(lián)系牙周炎與動(dòng)脈粥樣硬化。也有研究表明，牙周細(xì)菌的產(chǎn)物L(fēng)PS在mRNA水平調(diào)節(jié)PON1的活性A。

4 PON1的影響因素及調(diào)節(jié)

影響PON1活性的因素主要包括遺傳因素、環(huán)境因素、代謝變量三個(gè)方面：人群中PON1活性具有明顯差異的原因，一是遺傳因素，包括基因多態(tài)性，其影響程度占60%，高活性的基因192Q基因在非洲和亞洲人種更常見(jiàn)；二是年齡、性別等人口環(huán)境因素，其影響程度約占16%；三是代謝協(xié)變量，其影響程度約占4%～19%〔21〕。

4.1遺傳因素 遺傳因素包括基因多態(tài)性，影響程度占60%。Q192R的多態(tài)性對(duì)PON1的活性影響較大，而對(duì)PON1的濃度沒(méi)有影響〔22〕。最初的研究報(bào)告指出，PON1192R等位基因的存在時(shí)，PON活性最高〔7〕，這一點(diǎn)也同時(shí)被其他人所證實(shí)〔21，23〕。然而在其他報(bào)道卻指出等位基因?yàn)镼Q的人群該酶活性最高〔24〕。在L55M的多態(tài)性研究中，有學(xué)者指出PON155L等位基因存在時(shí)，該酶具有較高的表達(dá)水平。在啟動(dòng)子基因多態(tài)性位點(diǎn)中，T(-108)C起決定性作用，在此位點(diǎn)上有一個(gè)潛在的轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合位點(diǎn)〔25〕。

4.2環(huán)境因素及代謝協(xié)變量 環(huán)境因素包括年齡、性別等人口環(huán)境因素，影響程度約占1%～6%。生活方式和營(yíng)養(yǎng)攝入的差異可能是一個(gè)原因，飲食中的抗氧化劑可保護(hù)PON1的活性。然而，關(guān)于維生素C，E是否影響PONl活性研究結(jié)論相差較大：有報(bào)道稱(chēng)維生素C，E與PONl活性呈負(fù)相關(guān)〔26〕，但也有體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)即使達(dá)到藥物劑量的維生素E的攝入也不會(huì)影響PONl活性〔20〕。Ferré等〔27〕通過(guò)對(duì)西班牙388名個(gè)體的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)PONl活性與血清中膽固醇濃度、高密度脂蛋白膽固醇濃度、吸煙有相關(guān)性，而維生素C，E的攝入與PONl活性無(wú)關(guān)。高膽固醇血癥和胰島素抵抗與PONl活性降低有關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)〔27〕也發(fā)現(xiàn)：吸煙可直接抑制PON1活性，據(jù)此推測(cè)吸煙可通過(guò)削弱機(jī)體抗氧化能力、增強(qiáng)氧化強(qiáng)度來(lái)誘發(fā)心血管疾病。

5 應(yīng)用與展望

近年來(lái)對(duì)PON1有了較多的研究，但很多問(wèn)題尚未闡明，一些報(bào)道之間尚有結(jié)論不一致，固有必要進(jìn)行更深入的研究。隨著對(duì)PON1研究的深入，有望進(jìn)一步明確其在糖尿病及牙周病中細(xì)胞和分子水平的發(fā)病機(jī)制，為臨床診斷、療效觀(guān)察、預(yù)后判斷提供新的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)指標(biāo)。有望通過(guò)檢測(cè)人群PON1基因型，篩選DM和牙周病人的高危人群，有針對(duì)性地做好預(yù)防工作，這為糖尿病與牙周病的預(yù)防和治療提供一個(gè)新思路，從基因角度對(duì)糖尿病與牙周病的關(guān)系有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。研究調(diào)控PON1產(chǎn)生及生物活性的藥物，可能是治療糖尿病和牙周病的重要突破點(diǎn)。比較不同人群PON1等位基因分布的差異，探討慢性牙周炎可能的發(fā)病機(jī)制，為篩選遺傳易感基因提供線(xiàn)索，為慢性牙周炎及DM伴慢性牙周炎的預(yù)防和治療提供一個(gè)新思路，在臨床上具有重要實(shí)用價(jià)值。

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