COX-2在血管重构中的作用

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(南华大学,1.药物药理研究所血管生物学实验室,2.衡阳医学院应用解剖与生殖研究所,3.附属南华医院临床研究所,湖南 衡阳 421001)

血管重构是血管随着机体内环境的改变所发生的血管结构与功能性的改变[1]。血管平滑肌细胞(vascular smooth muscule cells, VSMCs)的增殖与增生是血管重构的主要增殖性疾病的主要病理特征，导致VSMCs增殖和增生的因素有多种，并且机制复杂[2]。环氧合酶2(cyclooxygenase 2, COX-2)为环氧化物水解酶家族成员，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)形成前列腺素类，COX-2是合成前列腺素类的关键限速酶之一[3]。COX-2衍生的前列腺素类(prostaglandins, PGs)是一种短暂的脂质介质，可激活受体与G蛋白偶联，进而促进或抑制VSMCs的增殖作用，其信号传递涉及到多种信号通路[4]。研究发现，激活COX2/PGE2/EP3(或EP1)信号通路能促进血管损伤后的血管重构，例如，在特发性和继发性肺动脉高压患者中血管内皮细胞和平滑肌细胞的COX-2表达上调[5]。然而COX2/PGI2/IP 信号通路的激活则抑制血管重构[6]。目前COX-2在血管增殖性疾病中的作用机制尚未完全阐明。本文综述COX-2的结构与功能，不同的刺激因子通过激活不同的信号通路调控COX-2的表达水平以及COX-2衍生的前列腺素类在血管增殖性疾病的作用及机理。

1 COX-2结构与表达调控

环氧化物水解酶(COX)主要表达于血管内皮细胞和平滑肌细胞，并以同源二聚体或异源二聚体的形式主要存在于内质网(ER)的管腔表面或质膜上[7]。COX同工酶有3种形式，分别为COX-1、COX-2、COX-3。COX-1为结构型酶，维持机体大多数细胞正常生理功能； COX-2为诱导型酶，主要位于细胞膜上，静息时低表达或不表达，在低氧诱导或炎症反应中表达上调，参与调节细胞的生长、增殖等；COX-3在机体大脑皮质和心脏处表达，其功能目前尚不清楚[7]。 COX-2基因 5′-UTR启动子区域转录调控元件包括：TATA盒、CAAT/EBP 反应元件、 CRE(cAMP )反应元件、激活蛋白(AP-2)结合位点和核因子-κB(NF-κB)结合位点、NF-IL-6序列、SPL位点、糖皮质激素反应元件；3′ 端非翻译区(3′-UTR)包含23个 “ATTTA” RNA 不稳定元件的拷贝，上述结构特点参与调节COX-2表达的转录，进而影响翻译。尤为重要的是，COX-2表达的调控主要体现在转录水平上[8]。有研究发现，VSMCs受到外界损伤、有丝分裂原等炎症介质、晚期糖基化、低氧处理等因素刺激，经过一系列信号转导如G蛋白偶联机制、TPA活化的蛋白激酶C介导的通路以及生长因子受体、Src 活化的酪氨酸激酶介导的通路，而作用于COX-2的5′ 端的调控序列，促进COX-2转录，从而诱导COX-2的表达[4]。

2 COX-2的功能

COX-2二聚体的每个亚基由表皮生长因子结构域、膜结合区和催化结构域构成；其中COX-2催化结构域又包含血红素两侧的酶活性位点和过氧化物酶活性位点，参与前列腺素类的合成过程[7]。COX-2酶将花生四烯酸代谢为中间体环前列腺素G2(PGG2)，COX-2过氧化物酶将PGG2还原为前列腺素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类有五类，包括PGI2、PGE2、PGF2α、PGD2、TXA2[9-10]。COX-2主要以催化结构域启动下游的信号通路进而促进前列腺素类的合成。前列腺素类(PGs)是含二十碳的不饱和脂肪酸花生四烯酸经酶促代谢产生的一类脂质介质，半衰期短。在人类，由于基因的选择性剪切，受体分别为 IP、EP(EP1、EP2、EP3和EP4)、FP、DP(DP1、DP2)、TP(TPα、TPβ)。其中PGE2受体有3种微粒体，分别为线粒体微粒体PGES1(mPGES1)、PGES2(mPGES2)、胞浆PGES(cPGES)，其中mPGES1的催化活性最高[9-10]。不同类型的前列腺素类具有不同的功能，通过旁分泌或自分泌的方式作用于同种细胞或邻近周围组织的细胞，COX-2衍生的前列腺素类通过活化细胞膜上不同的前列腺素类受体进而与G蛋白偶联，激活Ca2+或cAMP浓度而发挥不同的作用。

3 COX-2调节血管重构的分子机制

COX-2在不同的刺激情况下，衍生的不同前列腺素类及其受体对VSMCs的增殖作用不同。COX-2可以形成血管舒张性和保护性的PGI2；也能产生强有力的炎症性PGE2，促进平滑肌细胞增殖；COX-1活化TXA2，促进血小板聚集，促进血栓形成，进而诱导血管重构[11]。值得注意的是，受生长因子、细胞因子、丝裂原、脂多糖、胆固醇、低氧等因素刺激后，通过涉及一系列高度保守的细胞内信号分子途径，比如丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)家族相关信号通路，NF-κB通路等，可调节COX-2的表达。其中，受体AngⅡ、吸烟、棕榈酸盐等可激活p38MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB信号通路，可促进COX-2的表达和PGE2产生，进而诱导病理性血管重构；此外，氧化应激、低氧等炎症因子可激活p38MAPK/JNK通路进而促进COX-2的表达，依次激活PGI2和IP 受体通路，从而缓解血管重构。

3.1 COX-2/PGE2/EP信号途径可促进血管重构

研究证实，COX-2及其促炎产物PGE2在肺动脉高压、动脉粥样硬化等多种炎症性疾病中发挥了重要作用，比如 AngⅡ、吸烟、棕榈酸盐等因素经由MAPK家族 p38MAPK、p42/44 MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB通路可促进COX-2表达，进而活化PGE2下调cAMP水平，促进VSMCs增殖加重血管重构[12-15]。另外，在炎症介质刺激下，COX-2促使内源性PGE2表达上调，导致EP3受体与Gi蛋白偶联，诱导Ca2+活化与释放，进而抑制cAMP的释放，促进VSMCs增殖血管重构；COX-2也可通过核内过氧化物酶增殖体激活前列腺素类受体促进VSMCs的增生，COX-2特异性抑制剂NS-398可抑制 PGE2产生进而抑制AngⅡ诱导VSMCs的生长和增殖[16]。研究证实，COX-2生成的PGE2、TXA2、PGF2等可促进Gq蛋白与EP1、TP、FP受体偶联，进而激活EP1、TP、FP受体表达，增加Ca2+浓度，促进血管平滑肌收缩。值得注意的是，在大多数的血管系统中，PGF2α 在血管平滑肌中的含量相对较低，对血管收缩作用很小[9-10]。以往研究报道，COX-2激活TXA2，其TP受体可促进血小板聚集，促进血栓形成，进而诱导血管重构[15]。PGE2可上调EP3 α/β 进而激活cAMP/PKa/PI3K途径促进损伤后的血管内膜增生，促进血管重构[16]。

研究发现，AngⅡ可激活p42/44 MAPK和p38MAPK两种信号通路，显著上调大鼠VSMCs中的COX-2 mRNA和蛋白表达，并通过诱导PGE2的产生，促进VSMCs的生长和增殖[12]；骨髓间充质干细胞(MSCs)通过下调p38MAPK/ERK信号通路抑制肺泡巨噬细胞中COX-2/PGE2的产生，减轻吸烟诱导的气道炎症和肺气肿[13]。Puneet 等[14]研究发现，游离脂肪酸，如棕榈酸盐可呈剂量依赖性地引起COX-2蛋白表达的增加，进而使PGE2表达水平升高，促进血管炎症的发生，导致动脉粥样硬化斑块的不稳定，并增加血栓事件的风险。此外，高糖或晚期糖基化终产物受体配体(RAGE)对单核细胞COX-2活性和表达均有促进作用，其主要作用在于RAGE可激活NF-κB，激活的NF-κB能够转运到核内与COX-2基因启动子区的NF-κB结合位点相结合进而调节COX-2基因的表达，调控PGE2及下游通路，也可促进VSMCs增殖[15]。

3.2 COX-2/PGI2/IP信号途径可逆转血管重构

在血管平滑肌受损后，COX-2/PGI2通路是血管平滑肌中重要保护机制之一。前列环素I2(PGI2)是由全身血管组织中的花生四烯酸(AA)经COX-2代谢和前列环素合成酶(PGIS)催化产生的一种血管扩张剂和血小板抑制剂[6]。研究发现，在野百合碱诱导的肺动脉高压模型中，骨髓内皮祖细胞可旁分泌血管内皮生长因子(VEGF)、转化生长因子(TGF-β)、白介素-8(IL-8)等生长因子和细胞因子，激活p38MAPK/JNK通路上调COX-2酶活性，增强内皮细胞PGI2的释放和升高cAMP的水平，修复内皮损伤，改善野百合碱诱导的肺动脉高压肺血管重构[17]。在CoCl2诱导的低氧性肺动脉高压中，外源性H2S通过上调COX-2/PGI2信号通路抑制VSMCs的增殖[18]。在TNF-α 的刺激下，NO促进鸟嘌呤环化酶(GMP)生成cAMP，上调COX-2蛋白表达和PGI2的合成，抑制VSMCs增殖[19]。

研究证实，选择性的COX-2抑制剂(NS-398)可降低PGI2水平，促进VSMCs的收缩活动。在贝前列腺素(beraprost)诱导的VSMCs增殖中，活化的COX-2可促进PGI2的上调，促进IP受体与Gs蛋白偶联，进而升高腺苷酸环化酶(AC)和cAMP的水平，cAMP作为第二信使激活依赖性蛋白激酶PKA，PKA使靶细胞发生磷酸化，使组蛋白与DNA分离，抑制VSMCs的增殖[20]。此外，无论是体内还是体外，PGI2均能抑制血栓素A2(TXA2)对血管平滑肌的收缩以及抑制血小板的聚集。氧化应激、低氧、生长因子、细胞因子等因素可激活p38MAPK/JNK通路进而促进COX-2的表达，依次激活PGI2和IP受体通路，从而缓解血管重构。

4 小结与展望

COX-2是在病理条件下诱导产生的一种环氧化酶，在调节血管增殖性疾病血管重构中发挥重要作用。AngⅡ、吸烟、棕榈酸盐等有害因素可激活p38MAPK、p42/44 MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB通路可促进下游COX-2/PGE2/EP信号通路表达，从而下调cAMP水平，促进VSMCs增殖，促进血管重构；某些药物、肽类物质、细胞因子等因素可激活p38MAPK/JNK通路，通过COX-2/PGI2/IP途径升高腺苷酸环化酶(AC)和cAMP的水平，增强VSMCs的舒张，抑制VSMCs增殖，从而抑制血管重构。进一步研究COX-2在相关疾病血管重构中的作用，对阐明血管增殖性疾病中的病理生理机制以及发现新药靶点有重要意义。