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摘 要： 摘要：對氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是一種新發(fā)現(xiàn)的存在于血清中的對氧磷酶，它與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展關系密切。本文闡述了PON3參與炎癥通路NF-B調控;參與改善胰島素抵抗、減少細胞凋亡作用;通過對肝臟中膽固醇-7羥化酶水平影響發(fā)揮了調節(jié)脂代謝的作用，
摘要：對氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是一種新發(fā)現(xiàn)的存在于血清中的對氧磷酶，它與代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展關系密切。本文闡述了PON3參與炎癥通路NF-κB調控;參與改善胰島素抵抗、減少細胞凋亡作用;通過對肝臟中膽固醇-7α羥化酶水平影響發(fā)揮了調節(jié)脂代謝的作用，參與肥胖的調控;還通過對氧化應激的影響參與代謝性疾病的發(fā)生等等。總之，本文重點介紹近期與PON3相關的國內外最新的研究進展，探討可能的相關機制。
關鍵詞：對氧磷酶3;代謝性疾病;炎癥;肥胖
隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平逐漸提高，生活方式發(fā)生改變，人類疾病譜也發(fā)生了變化。如今，代謝性疾病的發(fā)病率逐年攀高，嚴重影響了現(xiàn)代人們的生活并制約社會發(fā)展，已上升為重要的公共衛(wèi)生問題。代謝性疾病的發(fā)病機制復雜，仍未被完全闡明。目前認為，代謝性疾病如肥胖癥、糖尿病、非酒精脂肪肝等可能與機體炎癥、氧化應激、胰島素抵抗等關系密切。對氧磷酶(Paraoxonase, PON)是存在血清的一種水解磷酸的酶，且不同程度的具有過氧化酶內酯酶、芳香酯酶的活性，因以往研究以對氧磷為底物得名。對氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是氧磷酶基因家族的三個成員之一，近期關于PON3的研究發(fā)現(xiàn)它有抗炎、減輕肥胖及改善胰島抵抗、減輕脂代謝紊亂、抗氧化應激及減少細胞凋亡作用[1-7]，與代謝性疾病顯著相關，本文就PON3影響代謝性疾病相關機制的研究進展作一綜述，從而為尋找新的代謝性疾病治療及預防方案提供可能的線索。
1 PON3概述
1.1 PON3分布
哺乳動物對氧磷酶基因家族包括三個家族成員，分別為PON1、PON2、PON3，它們分別位于人類7號染色體的長臂7q21-22和小鼠6號染色體的相關位置。三者氨基酸具有同源性，成熟的PON3 與PON1共同具有3個保守的半胱氨酸殘基。人類 PON3包含354個氨基酸，是一個相對分子質量約為 40000具有鈣依賴酯酶活性的糖蛋白。盡管PON3基因可在各組織中表達[8]，但被證實主要在肝臟、脂肪組織、腎臟中表達，PON3在肝細胞內主要與線粒體相關內質網(wǎng)膜(Mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane, MAM)結合，而細胞外98%的PON3被觀察到與高密度脂蛋白(HDL)結合在一起存在于血清中[9-10]。
1.2 PON3功能
PON3的芳香酯酶活性作用局限，對氧磷酶活性完全喪失，但它可迅速水解許多內酯酶，PON3 被廣泛認為具有顯著催化他汀類藥物內酯環(huán)水解的作用。既往研究認為人體內PON3主要發(fā)揮了重要的抗氧化作用。已經(jīng)報道在慢性肝病[10]、艾滋病毒感染[11]和冠狀動脈及外周動脈疾病[12]患者血清中PON3濃度顯著增加，PON3可能是分析人類氧化應激相關疾病的一個有用的生物標志物。已證明Pon3具有保護小鼠巨噬細胞免受氧化損傷的作用，盡管細胞Pon3在氧化應激下活性降低[13]。有報道在小鼠巨噬細胞、人類和小鼠胃腸道的特定部分中檢測到PON3 mRNA和蛋白的表達[13-14]，這提示小鼠Pon3可能在多種上皮細胞中發(fā)揮抗氧化作用。Schweikert等[1]實驗發(fā)現(xiàn)，PON3能減少活性氧自由基(ROS)累積并減少NF-kB炎癥通路激活，這提示PON3可能具有減輕炎癥作用。Shih等[4]在動物實驗中已經(jīng)證實，Pon3基因敲除小鼠肥胖風險增加。這些后果提示PON3可能與炎癥、肥胖關系密切，可能對代謝性疾病的致病因素包括炎癥、肥胖、氧化應激具有抑制作用。
2 PON3與糖脂代謝紊亂、肥胖及胰島素抵抗的關系
2.1 PON3減少炎癥
前期臨床研究發(fā)現(xiàn)PON3在T2DM患者中呈代償性增高，并且與糖尿病血管并發(fā)癥密切相關[15-16]。可能在糖尿病的發(fā)生中發(fā)揮了保護作用，并且我們前期動物實驗發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠脂肪組織Pon3表達降低參與了胰島素抵抗糖尿病的發(fā)生。而上調 Pon3的表達，伴隨有糖代謝、胰島素抵抗改善。 Rothem等[8]在炎癥性腸病患者的腸組織活檢中發(fā)現(xiàn)不同程度的PON1與PON3高表達，揭示了PON3與炎癥疾病的關聯(lián)。Beek等[17]發(fā)現(xiàn)肥胖的T2DM患者較正常人血清IL-6高，研究證實，IL-6升高是 T2DM發(fā)生的獨立危險因素，相關機制研究認為 IL-6可減少細胞表面葡萄糖轉運蛋白4表達，從而降低胰島素介導的葡萄糖及脂肪轉運，繼而誘發(fā)糖尿病[18]。Shih等[4]發(fā)現(xiàn)在PON3基因敲除的小鼠體內炎癥趨化因子Mcp-1、炎癥因子IL-6都有增加。Peng等[19]研究發(fā)現(xiàn)PON3能通過抑制炎癥標記物產生來減少四氯化碳(CCl 4)介導小鼠肝臟炎癥反應。NF-κB是一種經(jīng)典的炎癥激活通路，肝臟低度的慢性炎性反應被認為是代謝性疾病如肥胖、非酒精性脂肪性肝病的致病因素，常與炎癥通路 NF-κB的活化有關。研究表明,持續(xù)高血糖可使胞漿內NF-κB通路被激活，導致下游原件與核內多種炎癥相關基因啟動子結合，從而上調炎癥因子表達，介導炎癥反應的發(fā)生[20]。
研究發(fā)現(xiàn)，肥胖的小鼠組織內NF-κB的活化量顯著增加，并且肥胖時NF-κB 的活化是長期存在的[21-22]。Schweikert等[1]實驗發(fā)現(xiàn)，PON3能減少綠膿霉素介導的活性氧自由基(ROS)累積并減少 NF-kB炎癥通路激活，由此可見PON3通過減少 NF-kB炎癥通路激活可能是其抗炎作用的機制之一。臨床研究發(fā)現(xiàn)T2DM患者血清中PON3水平與炎癥標志物hsC-RP有顯著相關性[15,23]，并且超敏C 反應蛋白是PON3的獨立影響因素，動物實驗也發(fā)現(xiàn)上調PON3的表達，IL-6水平下降[24]，這提示 PON3對炎癥因子分泌具有抑制作用，并且炎癥誘導PON3上調參與體內炎癥的負反饋調節(jié)，因此認為，PON3可能通過抑制炎癥在代謝性疾病中發(fā)揮了重要作用。
2.2 PON3減輕肥胖、改善脂代謝
研究認為，肥胖參與了胰島素抵抗，肥胖引起的低度炎癥會損害胰島素受體信號途徑，并參與胰島素抵抗的發(fā)展[25]。Shih等[4]在動物實驗已經(jīng)證實，經(jīng)過10周的高脂飲食喂養(yǎng)，Pon3基因敲除小鼠體重增加比野生型高37%、性腺的脂肪細胞平均體積比野生型高25%。而且通過解剖發(fā)現(xiàn)Pon3 基因敲除的小鼠皮下脂肪、腹膜后脂肪、性腺脂肪的重量與野生型小鼠相比都有顯著增加。Shih等[3] 研究還證實Pon3對小鼠肝細胞和白色脂肪細胞的線粒體功能具有保護作用，這可能是PON3減輕肥胖的部分原因。此外，PI3K/AKT信號通路的失調被認為與肥胖發(fā)生關系密切[26]。 Zhu等[2]發(fā)現(xiàn)PI3K/ AKT信號途徑能上調PON3的表達，我們前期研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可能通過上調PI3K/AKT的表達影響 Pon3在糖尿病大鼠脂肪組織中的表達[24]，提示 PI3K/AKT可能通過影響PON3的表達參與了肥胖。Diana等[27]還在雄性Pon3轉基因小鼠中檢測到瘦素比非轉基因小鼠低75%，這說明PON3可能通過對瘦素的影響參與了代謝性疾病的發(fā)生，Pon3 轉基因鼠瘦素水平降低原因不明確，可能與Pon3 轉基因鼠體重下降導致脂肪組織來源的瘦素產生減少有關，總之，PON3與瘦素的關系值得深入研究。Labrecque等[28]研究發(fā)現(xiàn)胖豬腎周和皮下脂肪組織中PON3 mRNA水平比瘦豬高，脂肪組織中 PON3 mRNA水平與皮下、內臟和總體脂肪重量成正相關，這進一步支持了PON3參與肥胖相關疾病發(fā)生的論斷。因此認為，PON3可顯著減輕肥胖的作用值得肯定，并且可能通過減輕肥胖影響了胰島素抵抗的發(fā)展進程。
Shih等[3]在高脂喂養(yǎng)Pon3基因敲除的小鼠 16 周后，檢測發(fā)現(xiàn)血液中總膽固醇、甘油三脂及膽汁酸顯著增加。其原因是PON3能保護高膽固醇喂養(yǎng)小鼠肝臟中膽固醇-7α羥化酶(cytochrome P450, family 7, subfamily A, polypeptide 1)水平，進而維持正常的膽固醇向膽汁酸轉化，減少膽固醇肝累積。另一方面，Pon3缺乏可導致膽固醇喂養(yǎng)小鼠促動脈粥樣硬化的脂蛋白水平改變，包括中等密度脂蛋白、低密度脂蛋白水平升高，高密度脂蛋白降低。其原因可能是PON3增加了膽固醇代謝，并減少低密度脂蛋白氧化和增加高密度脂蛋白的抗氧化能力，從而增加了膽固醇向肝臟轉運。也有報道提示PON3能影響動脈粥樣硬化進程[29]，由此可見PON3對脂代謝具有重要影響作用，實驗發(fā)現(xiàn)與非基因敲除小鼠比較，高脂喂養(yǎng)Pon3基因敲除的小鼠后，其肝臟膽固醇水平升高40%[3]，這提示PON3的正常表達具有促進膽固醇的正常代謝及保護脂蛋白作用。
3 PON3與氧化應激及細胞凋亡關系
3.1 PON3減少氧化應激
氧化損傷的重要危害是誘導細胞凋亡，加快細胞的病理性死亡，從而造成胰島素作用靶器官與組織的損傷和功能失調，氧化應激與細胞凋亡是糖尿病發(fā)生的重要因素。在以往的研究中發(fā)現(xiàn) PON1、PON2有著很強的抗氧化作用，Draganov 等[5]發(fā)現(xiàn)雖然在兔子血清中PON3以兩倍數(shù)量級低于PON 1的水平，但PON 3具有更強的保護低密度脂蛋白被氧化修飾的作用，從兔血清中純化的 PON3具有抑制體外銅誘導的LDL氧化的能力，并且兔PON3阻止LDL氧化的有效性比兔PON1高約 100倍。此外，Reddy等[30]發(fā)現(xiàn)過表達PON3的Hela 細胞亦可阻止輕度氧化LDL的形成、滅活己形成的輕度氧化LDL,并發(fā)現(xiàn)在HepG2細胞中PON3的表達不受磷脂氧化的影響，在鼠的肝臟中檢測到 Pon3的表達不受高脂飲食影響，這可能是PON3具有更強抗氧化作用原因之一。Lu等[31]通過克隆技術在大腸桿菌內成功表達人類PON3，重組人類 PON3的大腸桿菌能有效延遲和抑制體外LDL氧化。人體晶狀體和視網(wǎng)膜組織對氧化應激高度敏感，Bharathidevi等[32]研究發(fā)現(xiàn)PNO3 mRNA在眼球組織中廣泛表達，糖尿病患者視網(wǎng)膜組織PON3表達顯著上調，這提示PON3可能是眼球視網(wǎng)膜組織中的一種重要抗氧化劑，在糖尿病視網(wǎng)膜組織中發(fā)揮抗氧化應激作用。Ferreira等[33]在公牛睪丸組織中發(fā)現(xiàn)了PON3的表達，其可能參與了阻止與男性生殖功能相關的氧化損傷。Meijide等[34]研究發(fā)現(xiàn)卵泡中PON3活性與卵泡的大小具有相關性， PON3的抗氧化作用可能對卵泡成熟具有促進作用。Ozgun等[35]研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸可上調鏈脲霉素誘導的糖尿病鼠體內Pon3水平發(fā)揮抗氧化應激作用，并認為通過提高體內PON3和PON1水平可預防糖尿病血管病變發(fā)生，因此認為，PON3具有顯著抗氧化應激作用，可能通過抗氧化應激阻礙代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。
3.2 PON3減少細胞凋亡
PI3K/AKT信號通路在細胞增殖、分化和抗凋亡過程中均發(fā)揮重要作用。多種生長因子均可通過PI3K途徑激活Akt/PKB。PI3K/AKT信號通路被活化后，AKT被磷酸化后轉移到細胞核，細胞核中磷酸化AKT可以調節(jié)NF-КB導致抗凋亡基因轉錄增加，促進細胞存活。Zhu等[2]最近研究發(fā)現(xiàn)口腔鱗狀癌細胞通過AKT信號途徑上調PON3表達減少細胞凋亡，并通過特異性抑制AKT信號途徑來下調PON3的表達后，發(fā)現(xiàn)細胞存活率顯著下降。研究發(fā)現(xiàn)，PON3表達缺乏還可影響膽酸和膽固醇喂養(yǎng)后的小鼠牛磺膽汁酸鈉共轉運多肽(Na+-taurocholate cotransporting polypeptide, TNCP)表達[3]，后者表達下降可導致小鼠肝臟中膽汁轉運減少及血漿中膽汁酸上升，研究發(fā)現(xiàn)，膽汁酸誘導活性氧生成，并誘導線粒體釋放細胞色素C和凋亡因子[36]，這提示PON3很可能通過上調TNCP表達來減少膽汁酸誘導的細胞凋亡。
內質網(wǎng)(Endoplasmatic reticulum,ER)應激可引起內質網(wǎng)中ROS的產生，ER相關氧化應激誘導鈣離子從ER鈣儲存庫中釋放出來，隨后被吸收入線粒體。進入線粒體內的Ca2+能改變線粒體功能，增加線粒體內ROS生產，這又進一步誘發(fā)內質網(wǎng)應激反應和Ca2+釋放，這種惡性循環(huán)損害細胞內穩(wěn)態(tài)并導致細胞凋亡。據(jù)報道發(fā)現(xiàn)，PON3能通過調節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)來保護細胞免受內質網(wǎng)應激誘導細胞凋亡[6-7]。 Shih等[3]發(fā)現(xiàn)PON3在內質網(wǎng)中的表達僅次于在線粒體膜中的表達，這提示細胞內PON3可能通過調節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)減少細胞凋亡。研究還發(fā)現(xiàn)PON3在腫瘤細胞中還可以減少內質網(wǎng)的MAPKs信號傳導而減少由內質網(wǎng)應激引起的細胞凋亡[22]。Peng等[19]研究也發(fā)現(xiàn)PON3高表達可上調肝損傷期小鼠超氧化物歧化酶SOD的活性和增加谷胱甘肽含量來減少氧化應激，從而減少氧化應激所致的細胞凋亡，可能PON3通過減少細胞凋亡的影響參與了糖尿病的發(fā)生。
細胞凋亡與細胞代謝關系密切，上述研究均提示PON3對減輕細胞凋亡具有重要作用[2-3,6-7,19]，因此認為，PON3減少細胞凋亡是其影響細胞代謝的重要機制，PON3與細胞代謝關系密切。
期刊推薦：《中國醫(yī)院藥學雜志》1981年創(chuàng)刊，是中國藥學會主辦、中國科協(xié)主管的國內外公開發(fā)行的醫(yī)院藥學專業(yè)性學術期刊，為中國精品科技期刊。主要介紹國內外醫(yī)院藥學創(chuàng)新性成果、藥學先進技術、臨床合理用藥、中西藥制劑、醫(yī)院調劑、醫(yī)院藥學學科的科學管理與改革、藥學基礎知識及理論等。
4 問題與展望
PON3能夠影響代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展，特異性的靶向基因敲除PON3在動物實驗中證實了其保護性的作用[3]。主要表現(xiàn)在，通過減少炎癥標志物產生、減少ROS產生而減少NF-κB炎癥通路激活發(fā)揮抗炎作用[1]，細胞內PON3通過上調TNCP表達減少線粒體釋放凋亡因子，穩(wěn)定細胞內的線粒體、內質網(wǎng)功能而起到抗氧化應激作用[3]。通過影響肝細胞及白色脂肪細胞線粒體呼吸功能減少脂肪沉積、PON3還可保護肝臟中膽固醇-7α羥化酶水平，減少膽固醇肝累積以及減少肝毒性，并增加血液中HDL抗氧化作用，影響動脈粥樣硬化的進程[3]。硫辛酸是臨床常用的一種常用的營養(yǎng)神經(jīng)藥物，被廣泛用于與糖尿病周圍神經(jīng)病變的治療。國外研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸藥物可能通過上調糖尿病小鼠 Pon3水平，從而在糖尿病周圍血管病變中也發(fā)揮干預作用[35]。在前期臨床研究發(fā)現(xiàn)阿托伐他汀鈣片治療T2DM患者合并頸動脈中內膜厚度(Carotid Intima Media Thickness, CIMT)降低，血清PON3水平升高，并能夠降低新診斷T2DM合并頸動脈粥樣硬化患者CIMT[23]，研究還發(fā)現(xiàn)PON3與糖尿病腎病密切相關，參與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生[11]，這說明他汀類藥物可能部分依賴上調血液中的PON3水平來減少糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生，但其確切機制尚不明確，值得我們深入研究，這為代謝性疾病發(fā)生、發(fā)展提供了新的線索，也提示我們可把血清PON3作為抗代謝疾病及其并發(fā)癥的重要作用靶點，值得我們進一步研究。