前列腺素E2合酶的研究进展.pdf
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1、 专题讲座 前列腺素E 2 合酶的研究进展 杨光锐管又飞 ( 北京大学医学部生理学与病理生理学系 北京大学糖尿病中心, 北京 1 0 0 0 8 3 ) 目录 一、 前列腺素E : 合酶的 分类 二、 胞质型前列腺素E : 合酶 三、 膜结合型前列腺素E : 合酶- 1 ( m P G E S - 1 ) ( 一) m P G E S - 1 的 结构及酶学特性 ( 二) m P G E S - 1 与C O X s 偶联 ( 三) m P G E S - 1 的生理及病理生理作用 四、 膜结合型前列腺素E : 合酶- 2 五, W族谷胧甘肤S 转移酶 六、 展望 前列腺素E Z ( p r
2、o s t a g l a n d i n E z , P G E Z ) 是一种 最常见的前列腺素( P G ) , 参与机体多种生理及病 理生理过程。它的化学合成由三个连续的酶促反 应组成: ( 1 ) 花生四烯酸( a r a c h i d o n i c a c i d , A A ) 在 磷脂酶A Z ( p h o s p h o l ip a s e A , , P L A Z ) 的催化下从膜 上的甘油磷脂中释放出来; ( 2 ) A A在环氧酶( c y - c l o o x y g e n a s e , C O X ) 的作用下生成P G G Z 和P G H Z ;
3、 ( 3 ) P G E : 合酶( p r o s t a g l a n d i n E Z s y n t h a s e , P G E S ) 催 化P G H Z 生成P G E Z ( 图1 ) 。 ( 1 ) 磷 脂酶 A , ( P L A )卜 一一 , 溶血磷脂 花生四烯酸( A ,A ) 一 - 一 O z 前列腺素瓦( P G R ,) t B _ .“l . zh -, 、 -A - 塑气火 、_, i 1 P G i: 前 列 腺素E 2 ( P G E 1) 目 前已知至少有3种P G E S , 即胞质型P G E S ( c P G E S ) 或称 P G
4、 E S - 3 , 膜结合型 P G E S - 1 ( m P G E S - 1 ) 和膜结合型P G E S - 2 ( m P G E S - 2 ) 。 c P G E S 通常与 C O X - 1 偶联, 基础表达于多种组织和细胞, 主要介 导生理状态下P G E : 的产生, 用以维持机体内环境 的稳定, 如胃薪膜的保护, 神经功能的维护及正常 肾脏血流调节等。m P G E S - 1 主要与C O X 一偶联, 共 同参与血压调节、 水盐代谢、 生殖、 炎症、 肿瘤等多 种生理及病理生理过程, 这也为m P G E S - 1 作为多种 药物研发的靶点提供了可能。m P
5、G E S 一与C O X - 1 及C O X 一均可偶联, 其表达不易被调节, 目前对 m P G E S 一的了 解尚 少。此外, 部分P 族谷胧甘肤S 转移酶( g l u t a t h i o n e S - t r a n s f e r a s e , G S T ) 家族中的成 员也具有P G E S 的活性。本文将就这几种P G E S 的 克隆、 分类、 生物学特性及其生理和病理生理作用 作一综述。 一、 前列腺素E : 合酶的分类 1 9 9 9年, J a k o b s s o n发现一种新 的 M A P E G ( m e m b r a n e - a s s
6、 o c i a t e d p r o t e i n s i n v o l v e d i n e i c o s a n o i d a n d g l u t a t h i o n e m e t a b o l i s m , 与廿烷类物质及谷胧甘 肤代谢有关的膜相关蛋白) 超家族成员, 称为人微 粒体G S T - 1 - l i k e - 1 ( M G S T 1 - L 1 ) , 它能够非常特异地 将P G H : 转变成P G E Z 。随后, 其同源蛋白在其他几 个物种也相继克隆成功, 将其命名为膜结合型P G - E S 1 。 紧 接着又发现了几种存在于胞质但
7、也具有 特异催化P G E : 合成的P G E S , 它们在谷胧甘肤( g l u - ta t h i o n e , G S H ) 存在时, 可特异地将P G H 2 转变成 P G E Z , 其中一种胞质型 P G E S与热休克蛋白9 0 ( H s p 9 0 ) 有关, 大小为2 3 k D , 被命名为胞质型P G - E S t 2 j 。 2 0 0 2 年, T a n i k a w a 等 克隆 成功 另一种具 有 催 化活性的膜结合型P G E S , 即m P G E S - 2 。表1 总结 了小鼠三种P G E S 的基因特点和主要生物学特征。 图1 前
8、列腺素E Z 生物合成途径 国家自 然科学基金资助课题( 3 0 2 7 1 5 2 1 ) 生理科学进展2 0 0 63 7 卷第2 期 表1 小鼠三种前列腺素合酶的特性比较 项 目 c DNA 分子量 细胞定位 基因长度及外显子个数 染色体定位 诱导性 G S H依赖性 主要的组织分布 与C O X偶联情况 mP GE S - 1mP GE S - 2 1 . 7 k 6 2 3 k D 胞质 2 2 k b / 9 1 0 0 . 8 / 1 . 3 / 3 . O k b 1 6 k D 微粒体 1 0 . 6 k b / 3 2 2 . O k b 3 3 k D 微粒体 7 k b
9、 / 7 2 胃、 辜丸、 心、 卵巢、 膀胧、 肾 CoX- 1 骨骼肌、 心、 肾、 肝、 脑 * COX- 1 / 2 基因敲除小鼠表型尚无基因敲除小鼠 肇丸、 胎盘、 卵巢、 肾、 肺# C OX- 2 疼痛、 发热、 炎症、 胃部肿 瘤发生等均减弱或降低 尚无基因敲除小鼠 : 在L P S 处理的大鼠大脑中。 P G E S 水平升高; “ : 部分数据来源于人; : 数据来源于人 二、 胞质型前列腺素E : 合酶 最初认为分子量为2 3 k D的c P G E S 是H s p 9 0 的 一 个 辅助因 子, 故 称为H s p 9 0 相关蛋白2 3 2 1 , 它 在 不同物
10、种之间高度保守( 9 0 %) , 其基因在小鼠含 有 8 个 外 显 子 3 。 G S H 是c P G E S 活性必需的辅助因子 。 尽管 c P G E S 与其它已知胞质 G S T s 的同源性很低( 约 2 0 %) , 但N 一 末 端附近的T y r , 却高度 保守。 T y r , 突 变 将导致c P G E S 失活 , 提示该残基可能是G S H 的结合位点。除G S H外, c P G E S还需与H s p 9 0结 合 a , 且需在酪蛋白 激酶2 催化下磷酸化后才有活 q 51 。 c P G E S 作为一种看家基因广泛地表达在多种组 织和细胞, 通过共
11、转染技术研究显示c P G E S 主要与 C O X - 1 偶联, 介导生理状态下P G E : 的产生, 尤其是 在C a , 十 触发的 速 发型P G E 2 合 成 过 程中 上 。 但 也 有 例外, 在 L P S处理的大鼠脑内 c P G E S表达升高数 倍 z 。经放射线照射后, 小鼠 脑组织中的c P G E S 表 达也被上调 “ 。另外, 最近的一项研究发现在猪和 大鼠的大脑及脑血管中的c P G E S 也可以和微粒体 结合, 这种结合可能与其 C 一 末端的3 5 个氨基酸残 基以 及C y s s a 残基有关, 由于其与微粒体的结合, 脑 组织中这种c P
12、G E S 既可与 C O X - 1 偶联又可与C O X - 2 偶联, 从而介导P G E 2 的 合成7 。 这可能是脑内 c P G E S 既有组成性表达, 又能被诱导的基础。 三、 膜结合型前列腺素E : 合酶- 1 ( m P G E S - 1 ) ( 一) m P G E S - 1 的结构及酶学特性人 m P G E S - 1 基因 定位于2 号染色体, 有三个外显子。其一级 结构在内外显子交界处与 M G S T - 1 相似, 而与其他 M A P E G不同。人m P G E S - 1 的启动子具有高G C含 量, 有两个紧挨着的G C b o x , 无T A
13、 T A b o x , 含有C / E B P o t 和R , 及A P - 1 的 结 合 位 点, 两 个 孕 酮 受 体 结 合 位点以及3 个糖皮质激素反应元件( g l u c o c o r t i c o i d r e s p o n s e e l e m e n t , G R E ) 。在这些位点中, G C b o x e s 是启动子活性必需的, 转录因子E g r - 1 结合到近端 G C b o x后启动转录。m P G E S - 1基因的 3 区无 A U U U A m R N A不稳定序列。 不同种属的m P G E S - 1 蛋白的一级结构同源性
14、 大于8 0 % 1 ,8 1 。同时, m P G E S - 1 还与其他M A P E G 超家族成员有一定的同源性, 包括 M G S T - 1 , M G S T - 2 , M G S T - 3 , 5 一 脂氧酶活化蛋白( 5 - l i p o x y g e n a s e a c t i v a - t i n g p r o t e i n , F L A P ) , 以及白三烯C 4合酶( l e u k o t - r i e n e C 4 s y n t h a s e , L T C S ) , 其中 与M G S T - 1 的同 源性 最高, 为4 0
15、% a 7 。除F L A P 外所有M A P E G超家族 成员蛋白的分子量均在 1 4一 1 8 k D之间。在所有 M A P E G 蛋白 中, A r g lo o 都 是 严格 保守的, 为m P G E S - 1 的 催 化 活 性 所 必 需 川 。 G S H是m P G E S - 1 活性必需的辅助因子 1 ,8 0 在体外, m P G E S - 1 的活性可被C o x 一抑制剂N S - 3 9 8 及F L A P 抑制剂M K - 8 8 6 抑制。F L A P 序列中与M K - 8 8 6 的结合域在L T C S 和m P G E S - 1 高度
16、保守, 该区 域序列的一致性以及对M K - 8 8 6 等叫噪类抑制剂的 敏感性提示, 该区域可能与结合廿烷类物质有关。 另外, T h o r e n 等( 2 0 0 3 ) 发现m P G E S - 1 还可以催 化P G G : 生成1 5 - 氢过氧化P G E Z , 然后该产物可能 在C o x的过氧化物酶活性作用下, 或者在其他依赖 G S H的过氧化物酶作用下转化成 P G E Z , 对于这一 通路尚有待进一步研究。 ( 二) m P G E S - 1 与C O X s 偶联当给H E K 2 9 3 细 胞同时转染C o x 一和m P G E S - 1 后, 与
17、单独转染一种 酶相比, 从内源性A A和外源性A A来源的P G E : 均 明 显升高川。 相比 之下, 只 有在A A 浓度相当 高时, C O X - 1 才和 m P G E S - 1 偶联。这一研究充分说明 m P G E S - 1 主要与C O X 一相偶联, 特别是在前炎症因 子引起的迟发反应中m P G E S - 1 和C O X 一共同介导 P G E : 合成的增加, m P G E S - 1 和C O X 一的功能相关 的另外一个证据是二者都是定位在微粒体膜上 。 在前炎症因子刺激下, 多种培养细胞的m P G - E S - 1 和C O X 一表达明显上调,
18、同时伴随P G E : 合成 增加 1 ,s , 这三种变化均可被糖皮质激素完全阻 断 。 然 而, 酶 动 力学研究发现, C O X - 2 与m P G E S - 1 的诱导情况有时也不一致川, 因为某些情况下 C O X 一还可以与m P G E S 一偶联, m P G E S - 1 也可以与 C O X - 1 偶联, 而且 C O X 一催化产生的P G H 2 除在 m P G E S - 1 的作用下生成P G E : 外, 还可能生成其他 类型的前列腺素, 所以C O X - 2 与m P G E S - 1 表达的调 节机制既有重叠又有区别。 ( 三) m P G E
19、 S - 1 的生理及病理生理作用通过 基因敲除技术及药理学研究已经对 C O X 一和四种 P G E Z 受体的 功能 有了 较多了 解, 用相 似的 技术也使 我们对m P G E S - 1 的认识有了长足的进步。由于该 酶具有可诱导性, 以及在众多生理及病理生理过程 中 发挥重要的作用, 使其成为最受关注的P G E S o l . m P G E S - 1与炎症: m P G E S - 1 与炎症关系密 切。在体内和体外, m P G E S - 1 均可被前炎症因子诱 导。事实上, 在 L P S 处理的大鼠绝大多数组织中, m P G E S - 1 的 表达均升高 。 其
20、中, 在血管组织中, 尤其是大脑的静脉, m P G E S - 1 介导的 P G E : 合成增 加后透过血脑屏障, 触发发热效应( Y a m a g a t a 等. 2 0 0 1 ) 。在风湿性关节炎患者的滑膜细胞中的 m P G E S - 1 的表达增加可能参与了炎症的发生 9 a 另外, 有证据表明核受体P P A R ,的抗炎作用也与 m P G E S - 1 有关, 在培养的新生大鼠心室肌细胞及人 滑膜成纤维细胞中, P P A R y 激动剂1 5 d - P G J Z 及t r o - g l i t a z o n e 能 抑 制I L - 1 诱导的m P G
21、 E S - 1 的 上调 10 0 最近对m P G E S - 1 基因敲除小鼠的研究为该酶 在炎症中的重要作用提供了强有力的证据。例如用 L P S 处理m P G E S - 1 基因敲除小鼠后发现小鼠巨噬 细胞不再产生P G E Z , 对 m P G E S - 1 基因敲除小鼠外 周给予L P S 不引起发热反应, 脑中P G E : 水平也不 升高, 但中枢给予 P G E : 后与野生型小鼠一样可出 现 发 热 反 应 。 另 外, 炎 症引 起的 痛 觉在m P G E S - 1 基因敲除小鼠也比野生型小鼠温和得多( D a i s u k e 等. 2 0 0 4 )
22、。 2 . m P G E S - 1 与动脉粥样硬化: 有症状的动脉粥 样硬化患者与无症状患者相比, 其硬化区的斑块组 织中C O X 一与m P G E S - 1 明显升高。其病理生理意 义可能在于C O X 一和m P G E S - 1 偶联产生的P G E 2 可 诱导基质金属蛋白酶( m a tr i x m e t a ll o p r o t e i n a s e , M M P ) 一和一表达, 而这两种M M P 是公认的引起斑 块不稳定的因素 , 。另有研究表明, s t a t i n s 类降脂 药的稳定动脉粥样硬化斑块的作用很可能是通过下 调C O X 一及m
23、P G E S - 1 来实现的 13 a 3 . m P G E S - 1 与泌尿系统: m P G E S - 1 也基础表达 于肾脏多个部位。 在家兔, m P G E S - 1 与C O X - 1 共表 达于远曲小管远段和集合管, 而与C O X 一共表达在 致密斑及髓质间质细胞 14 , 研究发现低盐饮食能上 调致密斑细胞中C O X 一和m P G E S - 1 的表达, 进而促 进P G E Z 合 成和 释 放 , , 这 提 示m P G E S - 1 可 能 与 肾 脏血流调节和水盐代谢有关。另外m P G E S - 1 在膀 胧和输尿管移行上皮细 胞也有较高水
24、平表达 “ 。 4 . m P G E S - 1 与肿瘤: 大量流行病学研究表明长 期使用非街体类抗炎药( N S A I D s ) 能降低直结肠癌 患者的死亡率, N S A I D s 还能有效地减少家族性腺瘤 息肉 病患者的息肉发生。现在已 经知道N S A I D s 的 作用靶点是C O X s , 尽管C O X s 下游除P G E S 外, 还有 多种前列腺素合酶催化P G H : 生成相应的P G s , 但 有证据表明C O X 一主要与m P G E S - 1 偶联, 因此推测 m P G E S - 1 在肿瘤发生发展中可能发挥着与 C O X - 2 类似的作用
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- 前列腺素 E2 研究进展
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