氨基脲敏感性胺氧化酶病理生理功能的研究进展
2014-03-08王振花综述审校
王振花(综述),陈 军(审校)
(1.广东医学院研究生部,广东 湛江 524000; 2.深圳市宝安区人民医院心血管内科,广东 深圳 518100)
氨基脲敏感性胺氧化酶(semicarbaide-sensitive amine oxidase,SSAO)是一类对氨基脲敏感的胺氧化酶。在哺乳动物,SSAO主要以膜结合形式存在于大多组织,尤其是血管内皮细胞、脂肪细胞和平滑肌细胞,又以游离形式存在于血浆。SSAO是一种多功能酶,其病理生理功能因SSAO的组织分布不同而具有多样性。SSAO能催化体内内源性甲胺、丙酮胺脱氨基,生成醛类、过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)和氨等细胞毒性物质。在脂肪细胞,SSAO可以促进葡萄糖转运蛋白4(glucose transport 4,GLUT 4)从脂肪细胞胞内转移至细胞膜,进而调节葡萄糖转运。在内皮细胞,SSAO以血管黏附蛋白1(vascular adhesion protein-1,VAP-1)的形式存在,介导白细胞与内皮细胞的黏附、渗出过程。大量研究证实,SSAO及其代谢产物与动脉粥样硬化、糖尿病血管并发症、肥胖、阿尔茨海默病等密切相关[1-3]。深入研究SSAO的病理生理功能有助于阐明其在上述疾病中的作用机制,并为疾病的防治提供理论依据。
1 SSAO的概述
SSAO是一类含有二价铜离子、以6-羟基多巴醌为辅酶对氨基脲特别敏感的胺氧化酶,SSAO主要以二聚体形式存在,包含一个短的细胞质链、一段独立的跨膜区域以及细胞膜外高度糖基化的活性中心区域,6-羟基多巴醌和铜离子位于其活性位点[4]。SSAO在哺乳动物体内有两种存在形式,一种是以膜结合形式存在于多种组织,尤其是血管内皮细胞、脂肪细胞、平滑肌细胞,另一种是以游离形式存在于血浆,而血浆SSAO可能来源于膜结合型的SSAO与细胞膜分离后释放入血以及富含SSAO的组织损伤后释放SSAO入血[5]。哺乳动物胺氧化酶主要由AOC1、AOC2、AOC3和AOC4编码,AOC1编码二胺氧化酶,储存于细胞内,AOC2和AOC3编码膜结合型SSAO,其中AOC2编码视网膜特异SSAO,而AOC3编码的SSAO分布于大多器官组织,AOC4在猪、犬、牛等动物编码血浆SSAO[6-7]。
2 SSAO的氧化脱氨基作用
2.1SSAO的内源性底物 甲胺和丙酮胺是SSAO的主要内源性底物,经SSAO催化脱氨基生成甲醛、丙酮醛、H2O2和氨。尿液和组织中均存在甲胺,体内肾上腺素、肌酸、胆碱等代谢产生内源性甲胺,同时也可以从食物、饮料及香烟烟雾中摄取外源性甲胺,导致体内甲胺浓度升高。丙酮胺在体内主要由苏氨酸和甘氨酸代谢产生。早期研究证实,给予大鼠喂食SSAO抑制剂2-溴乙胺后,其尿中甲胺含量增加,表明SSAO是体内甲胺代谢的关键酶[8]。
2.2SSAO酶促反应产物的细胞毒性作用 内源性甲醛主要由SAAO催化甲胺、组胺等胺类物质脱氨基而生成,广泛存在于动物体内多种组织细胞。正常生理状态下,甲醛在人体血液中维持在0.01~0.09 mmol/L,而随着年龄的增加甲醛浓度逐渐升高[9]。为保持机体甲醛浓度的平衡,甲醛在人体内主要通过甲醛脱氢酶催化生成甲酸随尿液排出体外,或转化成二氧化碳随呼吸排出体外。甲醛的生物活性很强,可以与单胺、酰胺类物质形成羟甲基、希夫碱、亚甲桥,进一步导致蛋白质之间或蛋白质与单链DNA形成不可逆的共价交联物,从而影响蛋白质的结构功能和基因的正常表达,具有强烈的细胞毒性作用[10]。Lin等[11]使用甲醛、H2O2及甲醛联合H2O2分别处理体外培养的大鼠主动脉内皮细胞的研究发现,甲醛能诱导大鼠主动脉内皮细胞产生DNA蛋白交联物(DNA-protein cross-links,DPC),并且呈剂量及时间依赖性,人体生理浓度的甲醛短时间内并不能明显增加DPC的生成,然而其长期作用产生的DPC可能对内皮细胞产生长期慢性损伤,最终引起机体病理生理改变。临床研究证实,糖尿病合并血管并发症患者SSAO活性较高,导致细胞毒性代谢产物增加,损伤内皮细胞,介导糖尿病血管并发症的发生[12]。Tang等[13]给大鼠侧脑室注射甲醛,发现甲醛能抑制大鼠海马胱硫醚合酶,减少内源性硫化氢的生成,诱发学习记忆障碍。Lu等[14]的研究证实,内源性甲醛能诱导大鼠脑细胞和体外培养的神经母细胞瘤细胞内Tau蛋白高度磷酸化,导致Tau蛋白错误折叠并在细胞内聚集,引发细胞变性死亡。
H2O2是SSAO氧化脱氨基作用的另一种反应产物,可自由渗透到细胞膜,经芬顿(Fenton)反应转变为毒性更大的羟自由基,诱导产生DPC,甚至直接引起DNA链的断裂及DNA碱基序列改变。H2O2还可以与甲醛发生相互作用后产生氧自由基,同时改变甲醛活性,使甲醛变形能力增强,穿透性增强,更容易渗透至生物膜屏障区域,进一步加强蛋白交联、氧化应激,损伤内皮细胞[11]。
3 SSAO在能量代谢中的作用
在葡萄糖转运系统中,胰岛素主要通过促进GLUT从细胞内转移至细胞膜,刺激脂肪组织、心肌、骨骼肌等胰岛素敏感组织对葡萄糖的摄取与利用。GLUT4是参与葡萄糖转运的一种重要GLUT亚型,主要以囊泡的形式储存在细胞质中。Enrique-Tarancon等[15]在研究SSAO促进脂肪细胞葡萄糖转运和GLUT4转移的作用机制中发现,大鼠脂肪细胞中的SSAO主要以膜结合型形式表达于脂肪细胞膜表面,18%~24%SSAO表达于大鼠脂肪细胞、3T3-L1脂肪细胞、大鼠骨骼肌细胞内含有GLUT4的囊泡中。SSAO底物苯甲胺与低剂量的钒盐能促进GLUT4转移至大鼠脂肪细胞膜表面参与葡萄糖的转运,可以达到胰岛素促葡萄糖转运效应的50%~60%;使用SSAO抑制剂氨基脲后,葡萄糖转运作用被抑制,显示SSAO的酶催化反应可以促进胰岛素敏感组织对葡萄糖的摄取利用,而SSAO催化产物H2O2可能在SSAO介导葡萄糖转运中起关键作用。Mercader等[16]的研究亦证实,SSAO底物苯甲胺具有类胰岛素作用,在没有钒盐的条件下也能促进葡萄糖的转运,主要与SSAO催化产物H2O2相关。给予小鼠高脂饮食并在饮水时加入苯甲胺3600 mmol/(kg·d)处理17周,与高脂饮食而未给予苯甲胺组比较血脂、体质量、血糖的变化,结果显示苯甲胺可以抑制脂肪分解,降低血脂,减轻体质量,调控葡糖糖转运[17]。Mercader等[18]给FVB/n雄性鼠饮用水中长期使用SSAO抑制剂氨基脲,发现FVB/n鼠体质量指数下降了31%,体质量下降了15%,表明氨基脲可以抑制小鼠脂肪沉积,减轻体质量,SSAO可能在调节脂肪代谢中发挥重要作用。
4 SSAO在炎症中的作用
VAP-1是一种唾液酸糖蛋白,主要表达于血管内皮细胞、平滑肌细胞,介导淋巴细胞与内皮细胞黏附、渗出,趋化至炎症部位参与炎性反应。从人类内脏平滑肌细胞分离纯化出编码VAP-1的cDNA序列与编码单胺氧化酶的序列完全一致[19]。VAP-1是一种含有两个跨膜链和一个短胞质链的二聚体,其相对分子质量在170×103~180×103之间,结构中含有共价醌,对氨基脲敏感,有催化甲胺氧化脱氨基的作用,分布情况也和SSAO相似,表明VAP-1也是一种膜结合型SSAO[20]。近年来,研究者通常将VAP-1等同于SSAO进行研究。
VAP-1表达于大多组织器官,生理状态下,VAP-1主要以囊泡的形式存在于胞质中,在炎性反应时,囊泡可迅速易位与细胞膜融合,VAP-1含有唾液酸,可与白细胞表面的唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素(sialic acid-binding Ig-like lectin,Siglec)家族共价结合,调控白细胞与血管内皮细胞黏附、渗出,同时Siglec中含有NH2基团的精氨酸侧链可作为VAP-1酶促反应的底物,产生H2O2,进一步调节炎症微环境。研究发现,白细胞表面含有可与VAP-1结合的两个Sigelec亚型:Siglec-9、Siglec-10[21-22]。Tabi等[23]的研究发现,SSAO抑制剂SzV-1287可以有效减弱急性及慢性炎性反应,且不会出现环氧酶抑制剂所诱发溃疡性疾病等不良反应,但是在炎症模型中,SSAO活性反而下降,考虑其原因可能为SSAO在炎症早期发挥短暂作用,随着白细胞的渗出至炎症部位,SSAO从细胞膜脱落或被溶酶体降解。SSAO在炎症的作用机制尚未完全阐明,仍需大量研究进一步证实。
5 SSAO在细胞分化中的作用
Valente等[24]研究SSAO/VAP-1在小鼠胚胎发育过程中表达时发现,SSAO/VAP-1在小鼠胚胎组织表达呈时间及空间依赖性,首先在血管系统表达,其次表达于感官器官、平滑肌、骨骼肌,而在胚胎发育早期,SSAO/VAP-1酶几乎不表达,随着器官组织发育成熟,其催化活性急剧升高,因此SSAO/VAP-1可能参与小鼠胚胎组织器官的分化成熟。
6 小 结
SSAO是一个功能强大的蛋白家族,其催化内源性胺类产生醛类及H2O2等导致蛋白交联、提高氧化应激,进而损伤细胞结构及功能。SSAO在能量代谢调控及炎症过程中也发挥重要作用。能量代谢紊乱引发的疾病与炎症的紧密联系日益受到关注,SSAO活性的变化与动脉粥样硬化、糖尿病血管并发症、神经退行性病变、炎症等密切相关。深入研究SSAO的生理功能及其在病理状态下的活性的变化,探讨其作用机制,可为推广应用SSAO抑制剂防治上述疾病提供理论依据。
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