12/15-脂氧合酶与心血管疾病

张鹏 综述 张冬颖 覃数 审校

(重庆医科大学附属第一医院心血管内科，重庆 400016)

1 12/15-脂氧合酶的表达、代谢产物及其作用

12/15-脂氧合酶(12/15-lipoxygenase)在动植物体内均有不同程度的表达，人类12/15-脂氧合酶基因位于17号染色体。根据花生四烯酸的氧化位点，将哺乳动物组织内主要表达脂氧合酶命名为5-脂氧合酶、8-脂氧合酶、12-脂氧合酶、15-脂氧合酶，其中12-脂氧合酶和15-脂氧合酶的氨基酸序列的同源性达到80% ～90%，因此被称为12/15-脂氧合酶。12/15-脂氧合酶催化一系列多不饱和脂肪酸产生花生四烯酸，其下游代谢产物主要是脂氧素。脂氧素已被证明是一种有抗炎效应的脂类分子。Chinthamani等[1]研究显示，脂氧素可以通过抑制免疫细胞与血管内皮细胞的黏附以及血管黏附分子-1的上调发挥抗炎作用。Chan等[2]研究报道，脂氧素的高表达同样能够显著减慢炎症的发展，提示12/15-脂氧合酶的下游产物脂氧素能显著发挥抗炎作用。同时，12/15-脂氧合酶自身的生物学活性也和炎症密切相关。Lindley等[3]研究显示，白介素介导12/15-脂氧合酶过表达，12/15-脂氧合酶的过表达进而加重了气道过敏性炎症，炎症发生后产生的炎性介质转而上调12/15-脂氧合酶在体内的表达，提示12/15-脂氧合酶有促进炎症的作用。12/15-脂氧合酶代谢产物脂氧素在体内以抗炎效应为主，12/15-脂氧合酶自身生物学活性可能起着促进炎症的作用，因此，12/15-脂氧合酶有促进或者抑制炎症的双重作用。

2 12/15-脂氧合酶在心血管疾病中的作用

2.1 动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，研究显示12/15-脂氧合酶经调节炎症反应参与动脉粥样的发生发展过程，在这一过程中12/15-脂氧合酶的作用呈现双向性，脂氧素A4具有显著抗炎作用。细胞实验中，Dioszeghy等[4]报道敲除12/15-脂氧合酶的小鼠巨噬细胞内，可检测到一系列炎性因子如白介素-1，3，6，和8的高表达，提示抑制12/15-脂氧合酶表达可能显著加重炎症反应。Kronke等[5]在动物实验中从两个方向证实了前述结论:12/15-脂氧合酶-/-小鼠体内，随着12/15-脂氧合酶表达的减低，体内炎症反应和组织损伤逐渐加重;而12/15-脂氧合酶+/+兔体内，随着12/15-脂氧合酶高表达，体内炎症反应和组织损伤逐渐减轻，提示抑制12/15-脂氧合酶表达可能加重炎症反应，而上调12/15-脂氧合酶表达可能抑制炎症反应。此外，Glass等[6]报道:12/15-脂氧合酶可能激活过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator activated receptors，PPARγ、PPARα)而参与抗炎效应，但具体作用机制不明。这些研究都提示12/15-脂氧合酶及其代谢产物与炎症反应密切相关，上调12/15-脂氧合酶表达可能减轻炎症反应从而减缓动脉粥样硬化发展，但是更多的实验研究却发现12/15-脂氧合酶具有促进动脉粥样硬化的发生作用。

Lu等[7]研究显示，12/15脂氧合酶通过上调一系列炎性因子如血管黏附分子、单核细胞趋化蛋白的表达能促进单核巨噬细胞的黏附和聚集，提示12/15脂氧合酶能够促进炎性因子的释放，加速动脉粥样硬化的发生。也有研究报道12/15脂氧合酶能激活一系列生物信号通路，介导血管张力变化，诱导血管内皮生长因子生成以及单核细胞和内皮细胞结合，导致一氧化氮耗竭，提示12/15脂氧合酶有损伤血管内皮功能，促进动脉粥样硬化进展的作用[8-9]。此外，Reddy等[10]报道:抑制12/15脂氧合酶活性后能阻断内皮细胞与单核细胞结合、血管平滑肌细胞的迁移，从而延缓或阻止动脉粥样硬化的进展，提示激活12/15脂氧合酶可刺激炎性因子大量释放，损伤内皮功能，从而在早期就推动了动脉粥样硬化的发展。目前，12/15脂氧合酶在动脉粥样硬化中的作用仍然存在争论，也有少部分研究认为12/15脂氧合酶起着抑制动脉粥样硬化的作用。动物实验中，Merched等[11]研究显示12/15脂氧合酶－/－的小鼠比12/15脂氧合酶+/+的小鼠出现更严重的动脉粥样硬化，并且发现12/15脂氧合酶－/－小鼠体内脂氧素A4较12/15脂氧合酶+/+发生显著的下降，提示脂氧素A4在这种动脉粥样硬化的动物模型中可能发挥了主要抗炎作用。该作者做了后续研究，用高脂饮食代替常规饮食喂养这种小鼠，却得出了相反的结论，12/15脂氧合酶又发挥了促动脉粥样硬化的作用，提示12/15脂氧合酶对炎症的影响可能与饮食结构或机体状态存在某种联系[12]。因此，12/15脂氧合酶对动脉粥样硬化的影响可能是双向性的，目前大多数研究认为12/15脂氧合酶低表达延缓动脉粥样硬化的发展，而12/15脂氧合酶过表达加速了动脉粥样硬化的发展，这种作用可能是通过对低密度脂蛋白(LDL)的氧化来实现的。

LDL的氧化是动脉粥样硬化发生发展过程中非常关键的一个环节。Mitra等[13]认为LDL氧化生成氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)后，毒性作用增强并且显著加速冠状动脉粥样硬化的发生发展。Tiewe等研究报道 ox-LDL刺激活性氧(reactive oxygen species，ROS)的释放，引起平滑肌增殖和内皮功能紊乱，提示ox-LDL在动脉粥样硬化早期作用显著[8]。炎症因子释放与脂质在内膜下的沉积是动脉粥样硬化早期的病理变化，ox-LDL能显著加重炎症因子的释放且作为一种脂质成分存在于早期损伤的内膜下，促进动脉粥样硬化的发展。研究显示，12/15脂氧合酶参与LDL的氧化，12/15脂氧合酶和LDL共孵育即可导致LDL颗粒中胆固醇的氧化[14]。Harkewicz等[15]研究显示，apoE－/－小鼠动脉粥样硬化损伤区域存在大量12/15脂氧合酶，导致ox-LDL在内膜下聚集，进一步加重动脉粥样硬化。总的来说，这些研究都提示12/15脂氧合酶对LDL的氧化起着重要的作用，而12/15脂氧合酶可能是通过氧化LDL发挥促动脉粥样硬化的作用。

综合上述研究，一方面12/15脂氧合酶的代谢产物脂氧素A4在生物体内主要发挥一种抗炎效应，阻断单核细胞的聚集和炎症的扩散，有效地保护心血管系统;另一方面12/15脂氧合酶直接上调血管黏附分子、单核趋化蛋白等炎性介质的表达，导致单核巨噬细胞的黏附聚集、血管平滑肌细胞的增殖和移位等一系列病理过程，对心血管系统起着损伤作用。更重要的是，12/15脂氧合酶氧化LDL，启动了下游信号的级联反应，而ox-LDL在内膜下沉积是动脉粥样硬化的始动环节，因此，12/15脂氧合酶可能更多地促进了动脉粥样硬化的发生发展。

2.2 高血压

研究显示，12/15脂氧合酶参与了高血压的发生发展。动物实验中，DelliPizzi等[16]在高血压大鼠体内检测到高水平的12/15脂氧合酶水平，给予脂氧合酶特异性抑制剂可明显降低大鼠血压，提示血压升高可以引起12/15脂氧合酶的升高，抑制12/15脂氧合酶可能会使血压降低。与此同时，Anning等[17]研究报道12/15脂氧合酶-/-小鼠对血管紧张素Ⅱ升高血压的作用不敏感，12/15脂氧合酶-/-小鼠体内一氧化氮合酶和一氧化氮(NO)的生物学活性显著上升，而血管紧张素Ⅱ也能直接引起12/15脂氧合酶的高表达，提示12/15脂氧合酶低表达可能导致机体对肾素-血管紧张素系统敏感性的下降，抑制12/15脂氧合酶表达能有效保护血管内皮功能。这些研究提示12/15脂氧合酶可能具有破坏自身血管张力，改变血压动态平衡的作用，12/15脂氧合酶的低表达可能降低机体对血管紧张素升高血压的敏感性，而这种作用可能与体内血管紧张素Ⅱ及其受体、NO的释放有关。

2.3 心功能不全

研究显示12/15脂氧合酶经调节炎症反应参与心功能不全的发生发展过程。动物实验中，Kayama等[18]报道，12/15脂氧合酶+/+小鼠心脏收缩功能明显下降，而12/15脂氧合酶-/-小鼠可以抑制炎性因子如单核细胞趋化蛋白的表达，以及巨噬细胞的黏附聚集，且能显著改善心脏收缩功能，提示了12/15脂氧合酶过表达可导致心功能不全，而12/15脂氧合酶低表达可以显著改善心功能，其具体机制似乎仍与炎症有较大关联。

2.4 代谢综合征

糖尿病和心血管疾病互为高危因素，糖尿病晚期的心血管并发症往往是疾病致残、致死的主要因素。氧化应激和胰岛素抵抗参与了糖尿病的发生发展，而研究显示12/15脂氧合酶参与了氧化应激和胰岛素抵抗。动物实验中，Cole等[19]报道，高脂饮食会诱导内质网应激水平升高，但12/15脂氧合酶-/-小鼠经高脂饮食处理后内质网应激水平并未上升，反而显著下降，提示抑制12/15脂氧合酶表达可以改善体内氧化应激状态。在细胞实验中，Ma等[20]研究显示用12/15脂氧合酶处理人胰岛细胞后胰岛素分泌下降，而敲除12/15脂氧合酶后炎症因子的表达显著下降，胰岛细胞功能改善，提示抑制12/15脂氧合酶表达可减轻炎症因子的释放，改善胰岛细胞功能，促进胰岛素释放。此外，Green-Mitchell等[21]研究报道12/15脂氧合酶-/-的早期非肥胖性糖尿病小鼠巨噬细胞和胰岛细胞功能明显改善，并且延缓了1型糖尿病的发展。这些研究一致提示上调12/15脂氧合酶的表达能降低胰岛素分泌，而抑制12/15脂氧合酶表达能改善胰岛细胞功能，这种作用的机制可能主要集中在对氧化应激损伤和胰岛素释放的影响，而炎症同样处于这些机制的中心地位。

3 总结与展望

12/15脂氧合酶作为体内一种催化脂肪酸氧化的关键酶在心血管疾病中发挥重要的作用。但是其作用的具体分子机制、与疾病的类型、细胞的内外环境、外界影响因素的关系仍不十分清楚，而其对心血管系统的危害作用表现更为明显，对12/15脂氧合酶及脂氧合酶家族其他成员的不断深入研究有可能将为今后临床治疗提供更多的理论依据。

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