氨基脲敏感性胺氧化酶與心血管病及糖尿病的研究進(jìn)展

李潮生(綜述)，陳 軍(審校)

(1.廣東醫(yī)學(xué)院研究生部，廣東 湛江 524000； 2.深圳寶安區(qū)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣東 深圳 518100)

氨基脲敏感性胺氧化酶(semicarbazide-sensitive amine oxidase,SSAO)是一類(lèi)含有銅離子和多巴胺醌基的胺氧化酶，在體內(nèi)廣泛存在，主要催化內(nèi)源性短鏈伯胺氧化脫氨生成相應(yīng)的醛類(lèi)、過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)和氨。在動(dòng)脈粥樣硬化、充血性心力衰竭、高血壓、糖尿病、肥胖、多發(fā)性腦梗死等患者發(fā)現(xiàn)血漿SSAO活性顯著升高[1-3]，目前認(rèn)為SSAO和底物及其催化產(chǎn)物可能具有多種生理功能，參與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。

1 SSAO的定義

根據(jù)活性部位輔助因子的性質(zhì)常將胺氧化酶分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)胺氧化酶輔基含有黃素腺嘌呤二核甘酸，主要包括單胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)-A和MAO-B及多胺氧化酶。另一類(lèi)酶輔基上具有一個(gè)或多個(gè)羰基，能被氨基脲、酰肼等氧化劑所抑制，因此稱(chēng)為對(duì)氨基脲敏感的胺氧化酶，即SSAO，主要包括二胺氧化酶、賴(lài)氨酰氧化酶、可溶性或膜結(jié)合型SSAO及血管黏附蛋白1(vascular adhesion protein-1,VAP-1)[4]。SSAO與MAO的另一個(gè)區(qū)別是在MAO抑制劑存在的條件下，SSAO仍能使芐胺氧化脫氨生成苯甲醛[5]。

2 SSAO的分子生物學(xué)特性

2.1SSAO的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) SSAO是一個(gè)心型折疊結(jié)構(gòu)，含有D2、D3、D4三個(gè)折疊區(qū)域，是一種典型的二聚體[6]。特征性的羥多巴胺醌輔助因子和銅離子位于SSAO活性位點(diǎn)上，SSAO分子包含6個(gè)糖基化位點(diǎn)，其中多個(gè)位點(diǎn)上的碳水化合物與天冬氨酸相結(jié)合，由于該結(jié)合部位位于活性位點(diǎn)入口處，可能影響SSAO底物的特異性[7]。SSAO表面還含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列，與SSAO的酶活性及其介導(dǎo)的白細(xì)胞黏附、外滲及組織炎性反應(yīng)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，SSAO相對(duì)分子質(zhì)量約為180×103，每1 mol SSAO含有2 mol銅離子、1 mol羰基輔基及1個(gè)6-羥多巴胺醌殘基，這樣的化學(xué)特性使SSAO對(duì)氧化試劑很敏感[8]。

2.2SSAO的基因及分布特點(diǎn) SSAO的基因位于人第17號(hào)染色體17q21，人類(lèi)SSAO基因包括AOC1、AOC2、AOC3、AOC4。其中AOC1編碼二胺氧化酶，主要分布于腎臟、肺、腸道，起著代謝組胺的作用[9]，AOC2編碼視網(wǎng)膜特異SSAO[10]，AOC3編碼大部分SSAO/VAP-1,主要分布于脂肪細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞，同時(shí)在肺部、主動(dòng)脈、肝臟、腸道高度表達(dá)[11]。AOC4在225位點(diǎn)上出現(xiàn)突變，形成一個(gè)終止密碼子，編碼一個(gè)無(wú)功能性的截?cái)嗟鞍譡12]。

SSAO包括血漿SSAO和組織型SSAO，血漿SSAO為可溶性酶，組織型SSAO存在各種組織的質(zhì)膜，屬于膜結(jié)合酶。無(wú)論是血漿SSAO還是組織型SSAO，都存在相似的酶生物學(xué)特性，兩者基因序列至少有80%的同源性[5]。

2.3SSAO的氧化脫氨基作用 SSAO主要催化短鏈伯胺氧化脫氨并生成相應(yīng)的醛類(lèi)、H2O2和氨。甲胺和氨基丙酮是SSAO的生理性底物，其中甲胺只能被SSAO氧化脫氨，不能被MAO氧化，內(nèi)源性甲胺主要由腎上腺素、肌氨酸和肌酸代謝產(chǎn)生，氨基丙酮由蘇氨酸和甘氨酸代謝產(chǎn)生。甲胺、氨基丙酮能分別被SSAO氧化脫氨生成甲醛、丙酮醛，同時(shí)產(chǎn)生H2O2和氨[13]。正常生理?xiàng)l件下，SSAO的氧化脫氨基作用是體內(nèi)代謝的不可缺少的重要部分。

3 SSAO與心血管疾病

目前已證實(shí)，VAP-1與SSAO是同一種物質(zhì)，其廣泛存在于血管平滑肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，具有胺氧化酶和黏附分子雙重生物學(xué)活性[14]。SSAO/VAP-1催化底物氧化脫氨生成的毒性產(chǎn)物，如醛類(lèi)、H2O2可引起動(dòng)脈粥樣硬化、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，尤其糖尿病患者，這種損傷效應(yīng)更強(qiáng)烈。SSAO催化內(nèi)源性甲胺產(chǎn)生的甲醛對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞具有直接的毒性作用，可促進(jìn)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)-DNA之間相互交聯(lián)。生成的H2O2則能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氧自由基，可造成氧化應(yīng)激水平升高，導(dǎo)致多種心血管疾病的發(fā)病。SSAO催化生成的產(chǎn)物H2O2可與醛類(lèi)、葡萄糖共同修飾多種蛋白，產(chǎn)生晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycated end products,AGEs),AGEs的產(chǎn)生是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的重要因素[15]。

動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)以高度特異性的細(xì)胞分子反應(yīng)為特征的慢性炎癥過(guò)程[16]，VAP-1作為黏附分子參與白細(xì)胞的移行、黏附、趨化過(guò)程，在動(dòng)脈粥樣硬化的炎性反應(yīng)過(guò)程中起主要作用[15]。研究發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞表面的糖蛋白屬于唾液酸黏附素家族[17]，而唾液酸黏附素是SSAO/VAP-1在白細(xì)胞表面的配體，SSAO/VAP-1可與其表面的胺基相結(jié)合，使白細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞之間形成一種短暫的共價(jià)鍵，介導(dǎo)白細(xì)胞外滲過(guò)程[18]。

SSAO/VAP-1可能通過(guò)毒性產(chǎn)物、氧化應(yīng)激、炎性作用等多種途徑影響動(dòng)脈粥樣硬化。在高血壓、缺血性心臟病、心力衰竭等患者亦發(fā)現(xiàn)SSAO活性升高。在SSAO/VAP-1缺省小鼠發(fā)現(xiàn)腸道缺血/再灌注損傷程度比野生型對(duì)照組減少40%，SSAO/VAP-1通過(guò)調(diào)節(jié)白細(xì)胞外滲，介導(dǎo)缺血/再灌注損傷[19]。Yang等[20]通過(guò)建立心肌缺血/再灌注SD大鼠模型，發(fā)現(xiàn)缺血對(duì)心肌SSAO活性起上調(diào)作用，并于再灌注前3 min給予SSAO抑制劑，通過(guò)抑制心肌SSAO活性可中斷白細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞黏附及減少后續(xù)的白細(xì)胞炎性浸潤(rùn)，心肌缺損再灌注損傷明顯減少。Marinho等[21]則報(bào)道充血性心力衰竭的患者血漿SSAO活性升高，SSAO可能通過(guò)毒性產(chǎn)物、氧化應(yīng)激等方式參與心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展。Li等[22]一項(xiàng)納入661例2型糖尿病患者的長(zhǎng)期隊(duì)列研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)血漿VAP-1進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化校正后，發(fā)生心血管病死率的風(fēng)險(xiǎn)比值為5.83(95%CI1.17～28.97)。同時(shí)認(rèn)為血漿VAP-1水平可作為2型糖尿病患者心血管事件全因病死率的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)。

4 SSAO與糖尿病及其并發(fā)癥

糖尿病是最常見(jiàn)的老年性疾病，嚴(yán)重危害人類(lèi)的生命健康。血管性疾病、動(dòng)脈粥樣硬化、神經(jīng)性病變等并發(fā)癥是糖尿病患者發(fā)病和死亡的主要原因。如前所述，糖尿病患者血漿SSAO水平及活性明顯升高，提示SSAO可能與糖尿病的發(fā)生、發(fā)展明顯相關(guān)。

SSAO催化內(nèi)源性甲胺、氨基丙酮氧化脫氨產(chǎn)生的毒性產(chǎn)物可直接損傷血管內(nèi)皮，促進(jìn)糖基化和增強(qiáng)氧化應(yīng)激作用，從而加劇糖尿病及其血管并發(fā)癥的發(fā)生。Almulki等[23]研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞高度表達(dá)VAP-1，在白細(xì)胞炎性趨附至視網(wǎng)膜血管中起重要角色，使血視網(wǎng)膜屏障被打破，引起視水腫，嚴(yán)重影響視力，在糖尿病患者中甚至可導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜病變引起失明。Yoshikawa等[24]研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病視網(wǎng)膜病變患者血漿VAP-1水平顯著升高，并且與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子呈正相關(guān)，該研究認(rèn)為SSAO/VAP-1參與糖尿病及其血管并發(fā)癥的病理生理機(jī)制主要是通過(guò)增加氧化應(yīng)激和AGEs的產(chǎn)生，SSAO活性升高與糖尿病后期動(dòng)脈粥樣硬化、視網(wǎng)膜病變、腎臟病變密切相關(guān)[25]。

Valente等[3]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病合并阿爾茨海默病患者海馬體鄰近血管SSAO/VAP-1水平明顯高于單純阿爾茨海默病患者，并且在受損的血管處可見(jiàn)AGEs、AGEs受體、超氧化物歧化酶1等氧化損傷標(biāo)志物升高，可能與SSAO/VAP-1毒性產(chǎn)物的生成及炎性作用有關(guān)。此外，Li等[26]對(duì)115例非糖尿病患者行糖耐量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)給予糖負(fù)荷30 min后血漿SSAO/VAP-1水平顯著升高并持續(xù)2 h，血漿SSAO/VAP-1的變化與全身氧化應(yīng)激、AGEs、頸動(dòng)脈內(nèi)中膜厚度獨(dú)立相關(guān)，認(rèn)為血漿SSAO/VAP-1水平的急性變化程度是高糖所致動(dòng)脈粥樣硬化的一個(gè)新標(biāo)志物。可見(jiàn)，SSAO/VAP-1可能通過(guò)炎癥、氧化應(yīng)激、AGEs的產(chǎn)生等多種機(jī)制參與糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展。

5 SSAO的抑制劑

SSAO活性的升高與多種疾病明顯相關(guān)，甚至介導(dǎo)這些疾病的發(fā)生、發(fā)展。通過(guò)抑制SSAO活性可以減少SSAO的氧化脫氨基作用，減少毒性產(chǎn)物的生成，降低內(nèi)皮細(xì)胞損傷、氧化應(yīng)激反應(yīng)、AGEs的產(chǎn)生。研究亦證明，通過(guò)抑制SSAO活性能有效地降低白細(xì)胞炎性滲出，減少組織炎性反應(yīng)[27]。

目前較為常見(jiàn)的SSAO抑制劑主要包括非選擇性抑制劑和選擇性抑制劑。非選擇性抑制劑包括由肼類(lèi)衍生而來(lái)的羰基化合物，如氨基脲(semicarbazide)、氨基胍(aminoguanidine)等，丙烯胺衍生而來(lái)的鹵素化合物,如(E)-2-(4-氟苯乙基)-3-氟丙烯基胺鹽酸鹽(MDL72974A)、(E)-2-(3,4-二甲氧基苯基)-3-氟丙烯基胺鹽酸鹽(MDL72145)等。高選擇性抑制劑主要包括2-溴乙胺。然而，這些化合物最初的目的并不是用于SSAO的研究，此類(lèi)化合物在抑制效率、酶選擇性甚至毒理學(xué)方面存在較大的差異。至今為止高效率、高選擇性、低毒性SSAO抑制劑仍在研究中，新型SSAO抑制劑用于治療或預(yù)防心血管疾病和2型糖尿病將是今后研究的熱點(diǎn)[22,28]。

6 結(jié) 語(yǔ)

在充血性心力衰竭、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病及炎癥等多種疾病情況下，血漿SSAO水平及活性顯著升高。如上所述，目前對(duì)于SSAO/VAP-1的組織分布、作用底物及抑制劑已有大量的研究報(bào)道，SSAO/VAP-1已成為多種疾病的潛在治療靶點(diǎn)。然而，目前關(guān)于SSAO在多種疾病的確切病理生理機(jī)制及其抑制劑的藥理學(xué)作用仍認(rèn)識(shí)不充分。新型高效專(zhuān)一的SSAO抑制劑對(duì)SSAO病理生理功能的研究和對(duì)心血管疾病、糖尿病的治療將是未來(lái)研究的發(fā)展方向。

[1] Noda K,Nakao S,Zandi S,etal.Vascular adhesion protein-1 regulates leukocyte transmigration rate in the retina during diabetes[J].Exp Eye Res,2009,89(5):774-781.

[2] Mercader J,Iffiu-Soltesz Z,Brenachot X,etal.SSAO substrates exhibiting insulin-like effects in adipocytes as a promising treatment option for metabolic disorders[J].Future Med Chem,2010,2(12):1735-1749.

[3] Valente T,Gella A,Sole M,etal.Immunohistochemical study of semicarbazide-sensitive amine oxidase/vascular adhesion protein-1 in the hippocampal vasculature:pathological synergy of Alzheimer′s disease and diabetes mellitus[J].J Neurosci Res,2012,90(10):1989-1996.

[4] Inoue T,Morita M,Tojo T,etal.Synthesis and SAR study of new thiazole derivatives as vascular adhesion protein-1 (VAP-1) inhibitors for the treatment of diabetic macular edema[J].Bioorg Med Chem,2013,21(5):1219-1233.

[5] Matyus P,Dajka-Halasz B,Foldi A,etal.Semicarbazide-sensitive amine oxidase:current status and perspectives[J].Curr Med Chem,2004,11(10):1285-1298.

[6] Airenne TT,Nymalm Y,Kidron H,etal.Crystal structure of the human vascular adhesion protein-1:unique structural features with functional implications[J].Protein Sci,2005,14(8):1964-1974.

[7] Jakobsson E,Nilsson J,Ogg D,etal.Structure of human semicarbazide-sensitive amine oxidase/vascular adhesion protein-1[J].Acta Crystallogr D Biol Crystallogr,2005,61(Pt 11):1550-1562.

[8] Lizcano JM,Tipton KF,Unzeta M.Time-dependent activation of the semicarbazide-sensitive amine oxidase (SSAO) from ox lung microsomes[J].Biochem J,2000,351(Pt 3)：789-794.

[9] McGrath AP,Hilmer KM,Collyer CA,etal.Structure and inhibition of human diamine oxidase[J].Biochemistry,2009,48(41):9810-9822.

[10] Kaitaniemi S,Elovaara H,Gron K,etal.The unique substrate specificity of human AOC2,a semicarbazide-sensitive amine oxidase[J].Cell Mol Life Sci,2009,66(16):2743-2757.

[11] Andres N,Lizcano JM,Rodriguez MJ,etal.Tissue activity and cellular localization of human semicarbazide-sensitive amine oxidase[J].J Histochem Cytochem,2001,49(2):209-217.

[12] Schwelberger HG.Origins of plasma amine oxidases in different mammalian species[J].Inflamm Res,2006,55 Suppl 1:S57-58.

[13] Hernandez M,Sole M,Boada M,etal.Soluble semicarbazide sensitive amine oxidase (SSAO) catalysis induces apoptosis in vascular smooth muscle cells[J].Biochim Biophys Acta,2006,1763(2):164-173.

[14] Bonaiuto E,Lunelli M,Scarpa M,etal.A structure-activity study to identify novel and efficient substrates of the human semicarbazide-sensitive amine oxidase/VAP-1 enzyme[J].Biochimie,2010,92(7):858-868.

[15] Mazzone T,Chait A,Plutzky J.Cardiovascular disease risk in type 2 diabetes mellitus:insights from mechanistic studies[J].Lancet,2008,371(9626):1800-1809.

[16] McLaren JE,Michael DR,Ashlin TG,etal.Cytokines,macrophage lipid metabolism and foam cells:implications for cardiovascular disease therapy[J].Prog Lipid Res,2011,50(4):331-347.

[17] Kivi E,Elima K,Aalto K,etal.Human Siglec-10 can bind to vascular adhesion protein-1 and serves as its substrate[J].Blood,2009,114(26):5385-5392.

[18] Salmi M,Yegutkin GG,Lehvonen R,etal.A cell surface amine oxidase directly controls lymphocyte migration[J].Immunity,2001,14(3):265-276.

[19] Kiss J,Jalkanen S,Fulop F,etal.Ischemia-reperfusion injury is attenuated in VAP-1-deficient mice and by VAP-1 inhibitors[J].Eur J Immunol,2008,38(11):3041-3049.

[20] Yang W,Li H,Luo H,etal.Inhibition of semicarbazide-sensitive amine oxidase attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury in an in vivo rat model[J].Life Sci,2011,88(7/8):302-306.

[21] Marinho C,Arduino D,Falcao LM,etal.Alterations in plasma semicarbazide-sensitive amine oxidase activity in hypertensive heart disease with left ventricular systolic dysfunction[J].Rev Port Cardiol,2010,29(1):37-47.

[22] Li HY,Jiang YD,Chang TJ,etal.Serum vascular adhesion protein-1 predicts 10-year cardiovascular and cancer mortality in individuals with type 2 diabetes[J].Diabetes,2011,60(3):993-999.

[23] Almulki L,Noda K,Nakao S,etal.Localization of vascular adhesion protein-1 (VAP-1) in the human eye[J].Exp Eye Res,2010,90(1):26-32.

[24] Yoshikawa N,Noda K,Shinoda H,etal.Serum vascular adhesion protein-1 correlates with vascular endothelial growth factor in patients with type Ⅱ diabetes[J].J Diabetes Complications,2013,27(2):162-166.

[25] Mathys KC,Ponnampalam SN,Padival S,etal.Semicarbazide-sensitive amine oxidase in aortic smooth muscle cells mediates synthesis of a methylglyoxal-AGE:implications for vascular complications in diabetes[J].Biochem Biophys Res Commun,2002,297(4):863-869.

[26] Li HY,Lin MS,Wei JN,etal.Change of serum vascular adhesion protein-1 after glucose loading correlates to carotid intima-medial thickness in non-diabetic subjects[J].Clin Chim Acta,2009,403(1/2):97-101.

[27] Jalkanen S,Salmi M.VAP-1 and CD73,endothelial cell surface enzymes in leukocyte extravasation[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2008,28(1):18-26.

[28] Foot JS,Deodhar M,Turner CI,etal.The discovery and development of selective 3-fluoro-4-aryloxyallylamine inhibitors of the amine oxidase activity of semicarbazide-sensitive amine oxidase/vascular adhesion protein-1 (SSAO/VAP-1)[J].Bioorg Med Chem Lett,2012,22(12):3935-3940.