Войти
Эпоксигеназы представляют собой набор мембраносвязанных, гем -содержащих цитохрома P450 (CYP P450 или просто CYP) ферменты, которые метаболизируют полиненасыщенные жирные кислоты в эпоксид, обладающие рядом биологических активностей. Наиболее изученным субстратом эпоксилгеназ CYP является арахидоновая кислота. Эта полиненасыщенная жирная кислота метаболизируется циклооксигеназами в различные метаболиты простагландина, тромбоксана и простациклина в составе был назван первым путем производства эйкозаноидов ; он также метаболизируется различными липоксигеназами в гидроксиэйкозатетраеновые кислоты (например, 5-гидроксиэйкозатетраеновая кислота, 12-гидроксиэйкозатетраеновая кислота, 15-гидроксиикозатетраеновая кислота ) и лейкотриены (например, лейкотриен B4, лейкотриен C4 ) в том, что было названо вторым путем производства эйкозаноидов. Метаболизм арахидоновой кислоты в эпоксиэйкозатриеновые кислоты с помощью эпоксигеназ CYP был назван третьим путем метаболизма эйкозаноидов. Подобно первым двум путям продукции эйкозаноидов, этот третий путь действует как сигнальный путь, в котором набор ферментов (эпоксигеназы) метаболизирует арахидоновую кислоту до набора продуктов (эйкозатриеновая кислота эпоксиды, сокращенно EETs, которые классифицируются как неклассические эйкозаноиды ), которые действуют как вторичные сигналы для активации своих родительских или близлежащих клеток и, таким образом, управления функциональными ответами. Однако ни один из этих трех путей не ограничивается метаболизмом арахидоновой кислоты до эйкозаноидов. Скорее, они также метаболизируют другие полиненасыщенные жирные кислоты в продукты, которые структурно аналогичны эйкозаноидам, но часто имеют разные профили биоактивности. Это особенно верно для эпоксигеназ CYP, которые в целом действуют на более широкий спектр полиненасыщенных жирных кислот, образуя более широкий спектр метаболитов, чем первый и второй пути производства эйкозаноидов. Более того, последние пути образуют метаболиты, многие из которых действуют на клетки, связываясь и тем самым активируя специфические и хорошо охарактеризованные белки рецептора ; такие рецепторы для метаболитов эпоксида полностью не охарактеризованы. Наконец, существует относительно мало липоксигеназ и циклооксигеназ, образующих метаболит, в первом и втором путях, и эти ферменты оксигеназы имеют сходство между людьми и другими моделями животных-млекопитающих. Третий путь состоит из большого количества образующих метаболит эпоксигеназ CYP, а эпоксигеназы человека имеют важные отличия от таковых на моделях на животных. Частично из-за этих различий было трудно определить четкую роль путей эпоксигеназа-эпоксид в физиологии и патологии человека.
Суперсемейство цитохромов P450 (CYP) мембраносвязанных (обычно эндоплазматических -зависимых) ферментов содержит кофактор гема и, следовательно, гемопротеины. Суперсемейство включает более 11000 генов, разделенных на 1000 семейств, которые широко распространены среди бактерий, архей, грибов, растений, животных и даже вирусов (см. цитохром P450 ). Ферменты CYP метаболизируют огромное количество маленьких и больших молекул, включая чужеродные химические вещества, например ксенобиотики и фармацевтические препараты, а также множество эндогенно образованных веществ, таких как различные стероиды, витамин D, билирубин, холестерин и жирные кислоты. У людей есть 57 предположительно активных генов CYP и 58 псевдогенов CYP , из которых лишь немногие являются эпоксигеназами полиненасыщенных жирных кислот (PUFA), то есть ферментами, способными присоединять атомарный кислород (см. Аллотропы кислорода # Атомарный кислород ) к двойным связям углерод-углерод длинноцепочечных ПНЖК с образованием соответствующих эпоксидов. Эти эпоксигеназы CYP представляют собой семейство ферментов, которое состоит из нескольких членов подсемейств CYP1 и CYP2. Метаболизм 20-углеродных полиненасыщенных жирных кислот с прямой цепью эйкозатетраеновой кислоты, арахидоновой кислоты некоторыми эпоксигеназами CYP является хорошим примером их действия. Арахидоновая кислота имеет 4 двойных связи цис-конфигурации (см. цис-транс-изомерию ), расположенных между атомами углерода 5-6, 8-9, 11-12 и 14-15 двойными связями. (Цис-конфигурация обозначается Z в используемой здесь химической номенклатуре ИЮПАК.). Следовательно, это 5Z, 8Z, 11Z, 14Z-эйкозатетраеновая кислота. Некоторые эпоксигеназы CYP атакуют эти двойные связи с образованием соответствующих региоизомеров эпоксида эйкозатриеновой кислоты (см. Структурный изомер, раздел, посвященный изомерии положения [региоизомерии]). Таким образом, продуктами являются 5,6-EET (т.е. 5,6-эпокси-8Z, 11Z, 14Z-эйкозатетриеновая кислота), 8,9-EET (т.е. 5,6-эпокси-8Z, 11Z, 14Z-эйкозатетриеновая кислота), 11,12-EET (т.е. 11,12-эпокси-5Z, 8Z, 14Z-эйкозатетриеновая кислота) и / или 14,15-EET (т.е. 14,15-эпокси-5Z, 8Z, 11Z-эйкозатетриеновая кислота, структура из которых показано на прилагаемом рисунке). Следует отметить, что субстрат эйкозатетраеноата теряет одну двойную связь, становясь эйкозатриеновой кислотой с тремя двойными связями, и что эпоксигеназы обычно образуют смесь энантиомеров R / S в пораженном положении двойной связи. Таким образом, эпоксигеназы CYP, которые атакуют двойную связь арахидоновой кислоты между углеродом 14 и 15, образуют смесь 14R, 15S-ETE и 14S, 15R-ETE. Однако каждая эпоксигеназа CYP часто демонстрирует предпочтения в положении двойной связи, на которую они действуют, частичную селективность в соотношениях энантиомеров R / S, которые они создают в каждом положении двойной связи, и различные предпочтения положения двойной связи и отношения селективности R / S. с различными субстратами из ПНЖК. Наконец, эпоксидные продукты являются короткоживущими в клетках, обычно существуют всего несколько секунд, прежде чем они будут преобразованы растворимой эпоксидгидролазой (также называемой эпоксидгидролазой 2 или sEH) в соответствующую им дигидрокси-эйкозатетраеновую кислоту (diHETE).) продукты, например 14,15-HETE быстро превращается в смесь 14 (S), 15 (R) -diHETE и 14 (R), 15 (S) -diHETE. Хотя есть исключения, продукты diHETE обычно гораздо менее активны, чем их предшественники эпоксидов; Таким образом, путь sEH рассматривается как инактивирующий путь, который ограничивает активность эпоксида.
Каталитическая активность ферментов цитохрома P450, связанных с эндоплазматическим ретикулумом, включая эпоксигеназы, зависит от редуктазы цитохрома P450 (ПОР); он передает электроны и, таким образом, восстанавливает активность CYP. Ген человека, который экспрессирует ПОР, является высокополиморфным (см. Полиморфизм гена ); многие из полиморфных вариантных ПОР вызывают значительное снижение или повышение активности CYP, включая эпоксигеназы.
Было показано, что множество лекарств либо ингибируют, либо индуцируют одну или несколько эпоксигеназ CYP;
Наиболее изученным субстратом эпоксигеназ CYP является омега-6 жирная кислота, арахидоновая кислота. Однако эпоксигеназы CYP также метаболизируют другие жирные кислоты омега-6, такие как линолевая кислота и жирные кислоты омега-3, эйкозапентаеновая кислота и докозагексаеновая кислота. кислота. Различие между субстратами жирных кислот омега-6 и омега-3 важно, потому что метаболиты омега-3 жирных кислот могут иметь меньшую или отличную от активности активность, чем метаболиты омега-6 жирных кислот; кроме того, они конкурируют с омега-6 жирными кислотами за эпоксигеназы CYP, тем самым снижая выработку метаболитов омега-6 жирных кислот. Ферменты CYP P450 человека, обладающие эпоксигеназной активностью в отношении одной или нескольких ПНЖК, включают CYP1A1, CYP1A2, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2E1, CYP2J2, CYP2S1, CYP3A4, CYP4F2, CYP4F3 A, CYP4F3 B, CYP4A11, CYP4F8 и CYP4F12. CYP2C8 и CYP2C9 образуют особенно большие количества аниона супероксида (химическая формула O. 2) во время метаболизма полиненасыщенных жирных кислот; эти активные формы кислорода токсичны для клеток и могут быть ответственны за некоторые из активностей, приписываемых эпоксидам, производимым двумя CYP.
У людей CYP1A1, CYP1A2, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18, CYP2C19, CYP2E1, CYP2J2 и CYP2S1 изоформы метаболизируют арахидоновую кислоту до эпоксиэйкозатриеновых кислот (т.е. EET), как определено с использованием рекомбинантных CYP в анализе In vitro микросом. CYP2C9 и CYP2J2, по-видимому, являются основными продуцентами EET у людей, при этом CYPP2C9 является основным производителем эпоксида ненасыщенных жирных кислот в эндотелиальных клетках сосудов, а CYP2J2 высоко экспрессируется (хотя и менее каталитически активен, чем CYP2C9), особенно в сердечной мышце, но также и в почках., поджелудочная железа, легкие и мозг; CYP2C8, CYP2C19, CYP2J2 также участвуют в превращении арахидоновой кислоты в эпоксиды у людей. Большинство этих CYP предпочтительно образуют 14,15-ETE, несколько более низкие уровни 11,12-EET и гораздо более низкие, следовые или необнаруживаемые уровни 8,9-ETE и 4,5-ETE. Есть исключения из этого правила, например, CYPE1 формирует 14,15-EET почти исключительно, CYP2C19 формирует 8,9-EET на немного более высоких уровнях, чем 14,15-EET, а CYP3A4 формирует 11,12-EET на немного более высоких уровнях. уровней, чем 14,15-ЕТЕ. 14,15-EET и 11,12-EET являются основными EET, продуцируемыми тканями млекопитающих, включая человека. CYP2C9, CYP2JP и, возможно, недавно охарактеризованный CYP2S1, по-видимому, являются основными продуцентами EET у людей, причем CYPP2C9 является основным продуцентом EET в эндотелиальных клетках сосудов, а CYP2JP высоко экспрессируется (хотя и менее каталитически активен, чем CYP2C) в сердечной мышце. почки, поджелудочная железа, легкие и мозг. CYP2S1 экспрессируется в макрофагах, печени, легких, кишечнике и селезенке и широко встречается в бляшках атеросклероза (т.е. атерома ) человека и мышей, а также в воспаленных миндалинах.. CYP2S1 экспрессируется в макрофагах, печени, легких, кишечнике и селезенке; имеется в большом количестве в бляшках атеросклероза (т.е. атерома ) мыши и человека, а также в воспаленных миндалинах; и, помимо образования эпоксидов арахидоновой кислоты (и других полиненасыщенных жирных кислот), CYP2S1 метаболизирует простагландин G2 и простагландин H2 в 12-гидроксигептадекатриеновую кислоту. Возможно, из-за метаболизма и, таким образом, инактивации простагландинов и / или из-за образования биоактивного метаболита, 12-гиддроксигептадекатриеновой кислоты, а не EET, CYP2S1 может действовать, подавляя функцию моноцитов и тем самым ограничивая воспаление, а также другие иммунные ответы. Активность и клиническое значение ЕЕТ приведены на странице эпоксиэйкозатриеновой кислоты.
Известно, что CYP2C9 и CYP2S1, и многие или все другие CYP, действующие на арахидоновую кислоту, метаболизируют 18-углеродную незаменимую жирную кислоту, 9 (Z), 12 (Z) -октадекадиеновая кислота, то есть линолевая кислота, при 12,13 углерод-углеродных двойных связях с образованием (+) и (-) эпокси оптических изомеров а именно, 9S, 10R-эпокси-12 (Z) -октадекаеновая и 9R, 10S-эпокси-12 (Z) -октадекаеновая кислоты; этот набор оптических изомеров также называется верноловой кислотой, линолевой кислотой 9: 10-оксидом и лейкотоксином. CYPC2C9 известен, и другие CYP, метаболизирующие арахидоновую кислоту, как полагают, аналогичным образом атакуют линолевую кислоту по ее 9,10 углерод-углеродной двойной связи с образованием 12S, 13R-эпокси-9 (Z) -октадекаеновой кислоты и 12R, 13S-эпокси-9. (Z) оптические изомеры октадекаеновой кислоты; этот набор оптических изомеров также называется коронаровой кислотой, 12,13-оксидом линолевой кислоты и изолейкотоксином. Эти наборы оптических изомеров лейкотоксина и изолейкотоксина, производные линолевой кислоты, обладают активностью, аналогичной активности других лейкотоксинов, таких как Семейство порообразующих лейкотоксинов токсина RTX белков фактора вирулентности, секретируемых грамотрицательными бактериями, например Aggregatibacter actinomycetemcomitans и E. coli. То есть они токсичны для лейкоцитов, а также для многих других типов клеток, и при введении грызунам вызывают полиорганную недостаточность и респираторный дистресс. Эти эффекты появляются из-за превращения лейкотоксина в его дигидрокси-аналоги, 9S, 10R- и 9R, 10S-дигидрокси-12 (Z) -октадекаеновые кислоты и изолейкотоксин в его 12R, 13S- и 12S, 13R-дигидрокси-9 ( Z) -октадеценовой кислоты аналоги растворимой эпоксидгидролазой. Некоторые исследования предполагают, но не доказали, что лейкотоксин и изолейкотоксин, действующие главным образом, если не исключительно, через их соответствующие дигидроксильные аналоги, ответственны за полиорганную недостаточность, респираторный дистресс и некоторые другие катастрофические заболевания у людей или способствуют им.
Адреновая кислота или 7 (Z), 10 (Z), 13 (Z), 16 (Z) -докозатетраеновая кислота, жирная кислота в большом количестве в надпочечниках, почках, сосудистой сети и раннем человеке мозг метаболизируется в основном до 7 (Z), 10 (Z), 13 (Z) -16,17-эпоксидокозатриеновой кислоты и меньших количеств ее 7,8-, 10,11- и 13,14-эпоксида. -докозатриеновые кислоты коронарными артериями крупного рогатого скота и клетками клубочковой зоны надпочечников за счет очевидного действия неидентифицированной эпоксигеназы (ов) CYP; eSH-зависимый метаболизм этих эоксидных, 7,8-, 10,11- и 13,14-дигидроксидокозатриеновых кислот расслабляет предварительно сокращенные коронарные артерии и артерии надпочечников, что позволяет предположить, что дигидрокси метаболиты могут действовать как производные сосудистого эндотелия Расслабляющие факторы эндотелия.
5 (Z), 8 (Z), 11 (Z), 14 (Z), 17 (Z) - эйкозапентаеновая кислота (EPA) метаболизируется теми же эпоксигеназами CYP, которые метаболизируют арахидоновую кислоту в основном до 17,18-эпокси-5 (Z), 8 (Z), 11 (Z), 14 (Z) -эйкозатетрановая кислота и обычно гораздо меньшие или необнаруживаемые количества 5,6-, 8,9-, 11,12- или 14,15-эпоксидов EPA; однако CYP2C9 метаболизирует EPA в основном до 14,15-эпокси-5 (Z), 8 (Z), 11 (Z), 17 (Z) -эйкозатетрановой кислоты, CYP2C11 образует заметные количества этого 14,15-эпоксида в дополнение к 17,18-эпоксид и CYP2C18 образуют заметные количества эпоксида 11,12 (11,12-эпокси-5 (Z), 8 (Z), 14 (Z), 17 (Z) -эйкозатетрановая кислота) в дополнение до 17,18-эпоксида. Кроме того, CYP4A11, CYP4F8 и CYP4F12, которые являются монооксигеназой CYP, а не эпоксигеансом CYP, в том смысле, что они метаболизируют арахидоновую кислоту до продуктов моногидроксиэикозатетраеновой кислоты (см. 20-гидроксиэйкозатетраеновая кислота ), т.е. 18-гидрокси-эйкозатетрановая кислота, проявляет активность эпоксигеназы в превращении EPA, прежде всего, в его 17,18-эпоксиметаболит (см. эпоксиэйкозатетраеновая кислота ).
4 (Z), 7 (Z), 10 (Z), 13 (Z), 16 (Z), 19 (Z) - докозагексаеновая кислота (DHA) метаболизируется теми же эпоксигеназами CYP, которые метаболизируют арахидоновую кислоту с образованием эпоксидсодержащего продукты докозапентаеновой кислоты, в частности 19,20-эпокси-4 (Z), 7 (Z), 10 (Z), 13 (Z), 16 (Z) -докозапентаеновая кислота. Эти эпоксиды докозапентаеновой кислоты или Эпоксидокозапентаеновые кислоты (EDP) имеют несколько иной набор активностей, чем EET, и, таким образом, могут частично служить им в качестве противовеса; EDP также могут нести ответственность за некоторые положительные эффекты, связанные с обогащены до жирных кислот омега-6, таких как рыбий жир (см. эпоксидокозапентаеновая кислота ).
18 углерод незаменимая жирная кислота, 9 α-линоленовая кислота или 9 (Z), 12 (Z), 15 (Z) -октадекатриеновая кислота, метаболизируется в основном до 9 (Z), 12 ( Z) -15,16-эпокси-октадекадиеновой кислоты, но также с меньшими количествами ее 8,10- и 12,13-эпоксидов в сыворотке, печени, легких и селезенке мышей, получавших лекарство, которое увеличивает экспрессию CYP1A1, CYP1A2 и / или CYP1B1. Эти эпоксиды также обнаруживаются в плазме крови человека, и их уровни значительно повышаются у субъектов, получающих диету, богатую α-линоленовой кислотой.
Гены эпоксигеназы CYP человека входят в состав множество вариантов полиморфизма одного нуклеотида (SNP), некоторые из которых кодируют продукты эпоксигеназы с измененной активностью. Изучение влияния этих вариантов на здоровье носителей (т.е. фенотип ) является бесценной областью исследований, которая дает возможность определить функцию эпоксигеназ и их метаболитов полиненасыщенных жирных кислот у людей. Однако варианты SNP, которые вызывают измененный метаболизм полиненасыщенных жирных кислот, могут также вызывать измененный метаболизм их других субстратов, то есть различных ксенобиотических (например, NSAID ) и эндотиотических (например, основного женского полового гормона, эстрадиол ) соединения: последние эффекты могут привести к клиническим проявлениям, которые затмевают любые проявления, возникающие в результате изменений метаболизма полиненасыщенных жирных кислот.
Наиболее распространены следующие варианты эпоксигеназы SNP. 1) CYP2C8 * 3 (30411A>G, rs10509681, Lys399Arg) превращает арахидоновую кислоту в 11,12-EET и 14,15-EET со скоростью обмена менее половины, чем у CYP2C8 дикого типа; в одном недавнем отчете мужчины, но не женщины, носители аллеля CYP2C8 * 3 имели повышенный риск эссенциальной гипертензии. Носители этого SNP могут проявлять или не проявлять повышенный риск развития острого желудочно-кишечного кровотечения во время применения нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), которые являются его субстратами, такими как ацеклофенак, целекоксиб, диклофенак, ибупрофен, индометацин, лорноксикам, мелоксикам, напроксен, пироксикам, теноксикам и вальдекоксиб. 2)CYP2J2 * 7 (-76G>T, rs890293, вышестоящий Промотор (генетика) сайт) снижает связывание фактора транскрипции Sp1, что приводит к его пониженной экспрессии и пониженным уровням EET в плазме. Носители этого SNP среди уйгурского населения Китая имели более высокий риск ишемической болезни сердца. Однако носители CYP2J2 * 7 не выявили связи с гипертонией, сердечным приступом или инсультом в исследовании с участием 5740 участников сердечно-сосудистой когорты исследования Malmö Diet and Cancer; поскольку другие исследования дали противоречивые результаты, этот аллель в настоящее время считается не связанным с сердечно-сосудистыми заболеваниями (см. Эпоксиэйкозатриеновая кислота № Клиническое значение ). У носителей этого SNP в китайской популяции был более высокий риск более молодого начала диабета 2 типа, а среди китайской хань популяции был более высокий риск болезни Альцгеймера.3)CYP2C8 * 2 (11054A>T, rs11572103, Ile269Phe) и CYP2C8 * 4 (11041C>, rs1058930, варианты обладают пониженной активностью метаболизма арахидоновой кислоты, но не были четко связаны с сердечно-сосудистыми или другими заболеваниями. 4) CYPC28 * 4 (3608C>T, rs1058930, Ile264Met) имеет пониженную активность метаболизма арахидоновой кислоты. Он не связан с сердечно-сосудистыми заболеваниями, но чаще встречается у пациентов с диабетом типа II в небольшой выборке европеоидов в Германии. 5) CYP2C9 * 2 (3608C>T, rs1799853, Arg144Cys) имеет 50% снижение активности метаболизма полиненасыщенных жирных кислот по сравнению с CYP2C9 дикого типа; его носители не связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями, но демонстрируют плохой метаболизм антикоагулирующего, разжижающего кровь агента, варфарина. Эти носители восприимчивы к побочным эффектам желудочно-кишечного кровотечения варфарина и упомянутых выше НПВП. 6) CYP2C9 * 3 (42624A>C, rs1057910, Iso359Leu) кодирует экспоксигеназу с пониженной активностью метаболизма арахидоновой кислоты. Этот аллель не был напрямую связан с сердечно-сосудистыми заболеваниями, но может быть связан с плохим метаболизмом и, следовательно, с побочными реакциями на варфарин, НПВП, пероральные гипогликемические агенты, содержащие сульфонилмочевину, и противоэпилептический препарат фенитоин.. 7) CYP2C19 * 2 (19154G>A, rs4244285, Il264Met) и CYP2C19 * 3 (17948G>A, rs4986893, His212X) имеют потерю функции null аллели ; носители аллеля CYP2C19 * 3, но не аллеля CYP2C19 * 2 показали снижение риска развития гипертонической болезни в крупном корейском популяционном исследовании. Ожидается, что носители нулевых аллелей будут слабыми метаболизаторами некоторых лекарств, которые являются субстратами CYP2C19 * 2 или CYP2C19 * 3. Это особенно касается клопидогреля, лекарственного средства, используемого для блокирования активации тромбоцитов, свертывания крови и, следовательно, сердечного приступа, инсульта и окклюзии периферических артерий у людей с высоким риском этих событий; CYP2C19 метаболизирует клопидогрель до его активной формы. Следовательно, пациенты с тяжелым дефицитом этого CYP, то есть носители аллелей CYP2C19 * 3 или CYP2C19 * 2, не могут получить защиту от клопидогреля и имеют более высокий риск упомянутых сердечно-сосудистых событий, чем пациенты, принимающие клопидогрел с аллелями CYP2C19 дикого типа. 132>8) CYPC19 * 17 (-800C>T, rs12248560, сайт выше промотора гена сайт промотора ) вызывает избыточное производство его эпоксигеназы и, таким образом, сверхбыстрый метаболизм арахидоновой кислоты. Носители этого аллеля не были связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями, но явно демонстрируют снижение риска развития рака груди и эндометриоза, возможного, потому что их быстрый метаболизм эстрогена приводит к более низким уровням эстрогена и, таким образом, к снижению риска этих эстроген- разжигаемые болезни. Эти носители также имеют более высокую скорость метаболизма и, следовательно, сниженную чувствительность к некоторым препаратам ингибитора протонной помпы и антидепрессанта.
Как указано выше, редуктаза цитохрома P450 (POR) отвечает за регенерацию активности CYP, включая эпоксигеназы. Несколько генетических вариантов гена POR человека влияют на активность эпоксигеназы. Например, миссенс-мутации POR A287P и R457H приводят к снижению активности CYP2C19 и CYP2C9 соответственно, тогда как миссенс-мутации A503V и Q153R приводят к небольшому увеличению активности CYP2C9. Хотя эти и другие генетические варианты ПОР еще не были связаны с заболеванием, связанным с эпоксигеназой, они вносят вклад в заметную вариабельность активности эпоксигеназ у разных людей.
