COX-2在血管重構中的作用

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(南華大學,1.藥物藥理研究所血管生物學實驗室,2.衡陽醫(yī)學院應用解剖與生殖研究所,3.附屬南華醫(yī)院臨床研究所,湖南 衡陽 421001)

血管重構是血管隨著機體內環(huán)境的改變所發(fā)生的血管結構與功能性的改變[1]。血管平滑肌細胞(vascular smooth muscule cells, VSMCs)的增殖與增生是血管重構的主要增殖性疾病的主要病理特征，導致VSMCs增殖和增生的因素有多種，并且機制復雜[2]。環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase 2, COX-2)為環(huán)氧化物水解酶家族成員，其作用是在磷脂酶A2(phopholipase A2, PLA2)的作用下，催化花生四烯酸(arachidonic acid, AA)形成前列腺素類，COX-2是合成前列腺素類的關鍵限速酶之一[3]。COX-2衍生的前列腺素類(prostaglandins, PGs)是一種短暫的脂質介質，可激活受體與G蛋白偶聯(lián)，進而促進或抑制VSMCs的增殖作用，其信號傳遞涉及到多種信號通路[4]。研究發(fā)現，激活COX2/PGE2/EP3(或EP1)信號通路能促進血管損傷后的血管重構，例如，在特發(fā)性和繼發(fā)性肺動脈高壓患者中血管內皮細胞和平滑肌細胞的COX-2表達上調[5]。然而COX2/PGI2/IP 信號通路的激活則抑制血管重構[6]。目前COX-2在血管增殖性疾病中的作用機制尚未完全闡明。本文綜述COX-2的結構與功能，不同的刺激因子通過激活不同的信號通路調控COX-2的表達水平以及COX-2衍生的前列腺素類在血管增殖性疾病的作用及機理。

1 COX-2結構與表達調控

環(huán)氧化物水解酶(COX)主要表達于血管內皮細胞和平滑肌細胞，并以同源二聚體或異源二聚體的形式主要存在于內質網(ER)的管腔表面或質膜上[7]。COX同工酶有3種形式，分別為COX-1、COX-2、COX-3。COX-1為結構型酶，維持機體大多數細胞正常生理功能； COX-2為誘導型酶，主要位于細胞膜上，靜息時低表達或不表達，在低氧誘導或炎癥反應中表達上調，參與調節(jié)細胞的生長、增殖等；COX-3在機體大腦皮質和心臟處表達，其功能目前尚不清楚[7]。 COX-2基因 5′-UTR啟動子區(qū)域轉錄調控元件包括：TATA盒、CAAT/EBP 反應元件、 CRE(cAMP )反應元件、激活蛋白(AP-2)結合位點和核因子-κB(NF-κB)結合位點、NF-IL-6序列、SPL位點、糖皮質激素反應元件；3′ 端非翻譯區(qū)(3′-UTR)包含23個 “ATTTA” RNA 不穩(wěn)定元件的拷貝，上述結構特點參與調節(jié)COX-2表達的轉錄，進而影響翻譯。尤為重要的是，COX-2表達的調控主要體現在轉錄水平上[8]。有研究發(fā)現，VSMCs受到外界損傷、有絲分裂原等炎癥介質、晚期糖基化、低氧處理等因素刺激，經過一系列信號轉導如G蛋白偶聯(lián)機制、TPA活化的蛋白激酶C介導的通路以及生長因子受體、Src 活化的酪氨酸激酶介導的通路，而作用于COX-2的5′ 端的調控序列，促進COX-2轉錄，從而誘導COX-2的表達[4]。

2 COX-2的功能

COX-2二聚體的每個亞基由表皮生長因子結構域、膜結合區(qū)和催化結構域構成；其中COX-2催化結構域又包含血紅素兩側的酶活性位點和過氧化物酶活性位點，參與前列腺素類的合成過程[7]。COX-2酶將花生四烯酸代謝為中間體環(huán)前列腺素G2(PGG2)，COX-2過氧化物酶將PGG2還原為前列腺素H2(PGH2)。在前列腺素合成酶催化下生成有生物活性的前列腺素類有五類，包括PGI2、PGE2、PGF2α、PGD2、TXA2[9-10]。COX-2主要以催化結構域啟動下游的信號通路進而促進前列腺素類的合成。前列腺素類(PGs)是含二十碳的不飽和脂肪酸花生四烯酸經酶促代謝產生的一類脂質介質，半衰期短。在人類，由于基因的選擇性剪切，受體分別為 IP、EP(EP1、EP2、EP3和EP4)、FP、DP(DP1、DP2)、TP(TPα、TPβ)。其中PGE2受體有3種微粒體，分別為線粒體微粒體PGES1(mPGES1)、PGES2(mPGES2)、胞漿PGES(cPGES)，其中mPGES1的催化活性最高[9-10]。不同類型的前列腺素類具有不同的功能，通過旁分泌或自分泌的方式作用于同種細胞或鄰近周圍組織的細胞，COX-2衍生的前列腺素類通過活化細胞膜上不同的前列腺素類受體進而與G蛋白偶聯(lián)，激活Ca2+或cAMP濃度而發(fā)揮不同的作用。

3 COX-2調節(jié)血管重構的分子機制

COX-2在不同的刺激情況下，衍生的不同前列腺素類及其受體對VSMCs的增殖作用不同。COX-2可以形成血管舒張性和保護性的PGI2；也能產生強有力的炎癥性PGE2，促進平滑肌細胞增殖；COX-1活化TXA2，促進血小板聚集，促進血栓形成，進而誘導血管重構[11]。值得注意的是，受生長因子、細胞因子、絲裂原、脂多糖、膽固醇、低氧等因素刺激后，通過涉及一系列高度保守的細胞內信號分子途徑，比如絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)家族相關信號通路，NF-κB通路等，可調節(jié)COX-2的表達。其中，受體AngⅡ、吸煙、棕櫚酸鹽等可激活p38MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB信號通路，可促進COX-2的表達和PGE2產生，進而誘導病理性血管重構；此外，氧化應激、低氧等炎癥因子可激活p38MAPK/JNK通路進而促進COX-2的表達，依次激活PGI2和IP 受體通路，從而緩解血管重構。

3.1 COX-2/PGE2/EP信號途徑可促進血管重構

研究證實，COX-2及其促炎產物PGE2在肺動脈高壓、動脈粥樣硬化等多種炎癥性疾病中發(fā)揮了重要作用，比如 AngⅡ、吸煙、棕櫚酸鹽等因素經由MAPK家族 p38MAPK、p42/44 MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB通路可促進COX-2表達，進而活化PGE2下調cAMP水平，促進VSMCs增殖加重血管重構[12-15]。另外，在炎癥介質刺激下，COX-2促使內源性PGE2表達上調，導致EP3受體與Gi蛋白偶聯(lián)，誘導Ca2+活化與釋放，進而抑制cAMP的釋放，促進VSMCs增殖血管重構；COX-2也可通過核內過氧化物酶增殖體激活前列腺素類受體促進VSMCs的增生，COX-2特異性抑制劑NS-398可抑制 PGE2產生進而抑制AngⅡ誘導VSMCs的生長和增殖[16]。研究證實，COX-2生成的PGE2、TXA2、PGF2等可促進Gq蛋白與EP1、TP、FP受體偶聯(lián)，進而激活EP1、TP、FP受體表達，增加Ca2+濃度，促進血管平滑肌收縮。值得注意的是，在大多數的血管系統(tǒng)中，PGF2α 在血管平滑肌中的含量相對較低，對血管收縮作用很小[9-10]。以往研究報道，COX-2激活TXA2，其TP受體可促進血小板聚集，促進血栓形成，進而誘導血管重構[15]。PGE2可上調EP3 α/β 進而激活cAMP/PKa/PI3K途徑促進損傷后的血管內膜增生，促進血管重構[16]。

研究發(fā)現，AngⅡ可激活p42/44 MAPK和p38MAPK兩種信號通路，顯著上調大鼠VSMCs中的COX-2 mRNA和蛋白表達，并通過誘導PGE2的產生，促進VSMCs的生長和增殖[12]；骨髓間充質干細胞(MSCs)通過下調p38MAPK/ERK信號通路抑制肺泡巨噬細胞中COX-2/PGE2的產生，減輕吸煙誘導的氣道炎癥和肺氣腫[13]。Puneet 等[14]研究發(fā)現，游離脂肪酸，如棕櫚酸鹽可呈劑量依賴性地引起COX-2蛋白表達的增加，進而使PGE2表達水平升高，促進血管炎癥的發(fā)生，導致動脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定，并增加血栓事件的風險。此外，高糖或晚期糖基化終產物受體配體(RAGE)對單核細胞COX-2活性和表達均有促進作用，其主要作用在于RAGE可激活NF-κB，激活的NF-κB能夠轉運到核內與COX-2基因啟動子區(qū)的NF-κB結合位點相結合進而調節(jié)COX-2基因的表達，調控PGE2及下游通路，也可促進VSMCs增殖[15]。

3.2 COX-2/PGI2/IP信號途徑可逆轉血管重構

在血管平滑肌受損后，COX-2/PGI2通路是血管平滑肌中重要保護機制之一。前列環(huán)素I2(PGI2)是由全身血管組織中的花生四烯酸(AA)經COX-2代謝和前列環(huán)素合成酶(PGIS)催化產生的一種血管擴張劑和血小板抑制劑[6]。研究發(fā)現，在野百合堿誘導的肺動脈高壓模型中，骨髓內皮祖細胞可旁分泌血管內皮生長因子(VEGF)、轉化生長因子(TGF-β)、白介素-8(IL-8)等生長因子和細胞因子，激活p38MAPK/JNK通路上調COX-2酶活性，增強內皮細胞PGI2的釋放和升高cAMP的水平，修復內皮損傷，改善野百合堿誘導的肺動脈高壓肺血管重構[17]。在CoCl2誘導的低氧性肺動脈高壓中，外源性H2S通過上調COX-2/PGI2信號通路抑制VSMCs的增殖[18]。在TNF-α 的刺激下，NO促進鳥嘌呤環(huán)化酶(GMP)生成cAMP，上調COX-2蛋白表達和PGI2的合成，抑制VSMCs增殖[19]。

研究證實，選擇性的COX-2抑制劑(NS-398)可降低PGI2水平，促進VSMCs的收縮活動。在貝前列腺素(beraprost)誘導的VSMCs增殖中，活化的COX-2可促進PGI2的上調，促進IP受體與Gs蛋白偶聯(lián)，進而升高腺苷酸環(huán)化酶(AC)和cAMP的水平，cAMP作為第二信使激活依賴性蛋白激酶PKA，PKA使靶細胞發(fā)生磷酸化，使組蛋白與DNA分離，抑制VSMCs的增殖[20]。此外，無論是體內還是體外，PGI2均能抑制血栓素A2(TXA2)對血管平滑肌的收縮以及抑制血小板的聚集。氧化應激、低氧、生長因子、細胞因子等因素可激活p38MAPK/JNK通路進而促進COX-2的表達，依次激活PGI2和IP受體通路，從而緩解血管重構。

4 小結與展望

COX-2是在病理條件下誘導產生的一種環(huán)氧化酶，在調節(jié)血管增殖性疾病血管重構中發(fā)揮重要作用。AngⅡ、吸煙、棕櫚酸鹽等有害因素可激活p38MAPK、p42/44 MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB通路可促進下游COX-2/PGE2/EP信號通路表達，從而下調cAMP水平，促進VSMCs增殖，促進血管重構；某些藥物、肽類物質、細胞因子等因素可激活p38MAPK/JNK通路，通過COX-2/PGI2/IP途徑升高腺苷酸環(huán)化酶(AC)和cAMP的水平，增強VSMCs的舒張，抑制VSMCs增殖，從而抑制血管重構。進一步研究COX-2在相關疾病血管重構中的作用，對闡明血管增殖性疾病中的病理生理機制以及發(fā)現新藥靶點有重要意義。