對氧磷酶的結(jié)構(gòu)、活性及基因多態(tài)性與冠心病的關系

王 帆 白 濤 李鵬鵬 程 熠 鄭 楊

(吉林大學白求恩第一醫(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)性與冠心病關系綜述如下。

1 PON1結(jié)構(gòu)、合成與分布

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，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對有機磷酸酯類具有較強的酯酶活性，能水解許多種類的有機磷類如對氧磷、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胞外，攜帶PON1蛋白的HDL顆粒短暫地與細胞膜融合，并從細胞膜上把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。

2 PON1蛋白水平、活性與冠心病相關性

PON1能水解人工底物，如有機磷化合物，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)病的獨立危險因素〔11～13〕;關于PONl是否影響冠心病預后，目前尚無報道。

3 PON1編碼區(qū)和啟動子基因多態(tài)性與冠心病的關系

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酶學活性不同的分子基礎，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)病之間無關聯(lián)〔24〕。Q192R和L55M兩種基因型在保護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計、基因型測定方法、觀察終點和種族的不同導致的。

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:－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的基因型低度表達與心血管疾病發(fā)生呈正相關〔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聯(lián)〔30〕。

4 PON2的生物學特性及與冠心病的關系

PON2在人類所有組織中均有表達，在肝臟、肺臟、睪丸和心臟中表達較高，具有細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誘導的單核細胞趨化作用;同時，PON2能降低細胞內(nèi)的氧化應激，并能阻止LDL的細胞介導LDL氧化，過度表達PON2的細胞ox-LDL的能力下降，并且當接觸到H2O2或氧化型磷脂時，細胞內(nèi)的氧化應激能力也顯著降低〔31〕。研究表明:NADPH氧化酶活化能使單核細胞向巨噬細胞轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變過程中，單核細胞表達PON2增加。PON2的活化、表達增加代表了一種應對細胞內(nèi)超氧化物歧化酶、自由基的蓄積的代償機制，對機體實施保護，以免發(fā)生動脈粥樣硬化〔32〕。關于PON2基因多態(tài)性和冠心病關系的研究不少。在一項對亞裔印度人的研究中發(fā)現(xiàn):PON2第311位點(Cys→Ser)的基因型是冠心病的危險因素，進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聯(lián)，提示兩種基因型遺傳上具有連鎖性〔33〕。

5 PON3的生物學特性及與冠心病的關系

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)揮生物學活性。PON3具有抗動脈粥樣硬化的作用，但其具體機制不是很確切〔34〕。目前對 PON3了解的較少，進一步的研究如利用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進行了較為深入的研究，但許多問題尚未闡明，如不同位點多態(tài)性對酶活性的影響及對不同毒物保護作用的機制、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的研究文獻較少，其具體生理功能尚待進一步研究。

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