前列腺素E2合酶的研究进展

膜磷脂
‘１）
磷脂酶Ａ。（ＰＬＡ。）卜～—一，溶血磷脂
花生四烯酸媳ｑ
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（２１环氧酶一１，２＝＝：尊列腺索‘毛（Ｐ６Ｇ２）
（ＣＯＸ－Ｉ，ＣＯＸ－２）＼＼．、｝
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（３）
ＰＧｈ
ＴＸＡ．
前列豫索啄ＰＧＥ２）
图１前列腺素Ｅ：生物合成途径
万方数据
目前已知至少有３种ＰＧＥＳ，即胞质型ＰＧＥＳ （ｃＰＧＥＳ）或称ＰＧＥＳ４，膜结合型ＰＧＥＳ－１（ｍＰＧＥＳ一 １）和膜结合型ＰＧＥＳ－２（ｍＰＧＥＳ－２）。ｃＰＧＥＳ通常与 ＣＯＸ．１偶联，基础表达于多种组织和细胞，主要介 导生理状态下ＰＧＥ：的产生，用以维持机体内环境 的稳定，如胃黏膜的保护，神经功能的维护及正常 肾脏血流调节等。ｍＰＧＥＳ．１主要与ＣＯＸ－２偶联，共 同参与血压调节、水盐代谢、生殖、炎症、肿瘤等多 种生理及病理生理过程，这也为ｍＰＧＥＳ一１作为多种 药物研发的靶点提供了可能。ｍＰＧＥＳ－２与ＣＯＸ一１ 及ＣＯｘ＿２均可偶联，其表达不易被调节，目前对 ｍＰＧＥＳ－２的了解尚少。此外，部分斗族谷胱甘肽Ｓ 转移酶（ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ Ｓ－ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ＧＳＴ）家族中的成 员也具有ＰＧＥＳ的活性。本文将就这几种ＰＧＥＳ的 克隆、分类、生物学特性及其生理和病理生理作用 作一综述。
前列腺素Ｅ２（ｐｒｏｓｔａｇｌａｎｄｉｎ Ｅ２，ＰＧＥ２）是一种 最常见的前列腺素（ＰＧ），参与机体多种生理及病 理生理过程。它的化学合成由三个连续的酶促反 应组成：（１）花生四烯酸（ａｒａｃｈｉｄｏｎｉｃ ａｃｉｄ，ＡＡ）在 磷脂酶Ａ２（ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐａｓｅ Ａ２，ＰＬＡ：）的催化下从膜 上的甘油磷脂中释放出来；（２）ＡＡ在环氧酶（ｃｙ． ｃｌｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ，ＣＯＸ）的作用下生成ＰＧＧ２和ＰＧＨ２； （３）ＰＧＥ２合酶（ｐｒｏｓｔａｇｌａｎｄｉｎ Ｅ２ ｓｙｎｔｈａｓｅ，ＰＧＥＳ）催 化ＰＧＨ：生成ＰＧＥ２（图１）。
万方数据
２．ｍＰＧＥＳ一１与动脉粥样硬化：有症状的动脉粥 样硬化患者与无症状患者相比，其硬化区的斑块组 织中ＣＯＸ－２与ｍＰＧＥＳ一１明显升高。其病理生理意 义可能在于ＣＯＸ－２和ｍＰＧＥＳ一１偶联产生的ＰＧＥ， 可诱导基质金属蛋白酶（ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ， ＭＭＰ）－２和－９表达，而这两种ＭＭＰ是公认的引起斑 块不稳定的因素¨引。另有研究表明，ｓｔａｔｉｎｓ类降脂 药的稳定动脉粥样硬化斑块的作用很可能是通过下 调ＣＯＸ－２及ｍＰＧＥＳ一１来实现的¨“。
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前列腺素Ｅ２合酶的研究进展冰
杨光锐管又飞 （北京大学医学部生理学与病理生理学系北京大学糖尿病中心，北京１０００８３）
目
录
一、前列腺素Ｅ：合酶的分类
二、胞质型前列腺素Ｅ：合酶 三、膜结合型前列腺素Ｅ：合酶一１（ｍＰＧＥＳ一１）
（一）ｍＰＧＥＳ．１的结构及酶学特性 （二）ｍＰＧＥＳ一１与ＣＯＸｓ偶联 （三）ｍＰＧＥＳ．１的生理及病理生理作用 四、膜结合型前列腺素Ｅ：合酶－２ 五、仙族谷胱甘肽Ｓ转移酶Fra Baidu bibliotek六、展望
（三）ｍＰＧＥＳ．１的生理及病理生理作用 通过 基因敲除技术及药理学研究已经对ＣＯＸ－２和四种 ＰＧＥ：受体的功能有了较多了解，用相似的技术也使 我们对ｍＰＧＥＳ．１的认识有了长足的进步。由于该 酶具有可诱导性，以及在众多生理及病理生理过程 中发挥重要的作用，使其成为最受关注的ＰＧＥＳ。
１．ｍＰＧＥＳ一１与炎症：ｍＰＧＥＳ．１与炎症关系密 切。在体内和体外，ｍＰＧＥＳ一１均可被前炎症因子诱 导。事实上，在ＬＰＳ处理的大鼠绝大多数组织中， ｍＰＧＥＳ一１的表达均升高ｕ Ｊ。其中，在血管组织中， 尤其是大脑的静脉，ｍＰＧＥＳ．１介导的ＰＧＥ：合成增 加后透过血脑屏障，触发发热效应（Ｙａｍａｇａｔａ等． ２００１）。在风湿性关节炎患者的滑膜细胞中的 ｍＰＧＥＳ．１的表达增加可能参与了炎症的发生归ｊ。 另外，有证据表明核受体ＰＰＡＲｌ的抗炎作用也与 ｍＰＧＥＳ．１有关，在培养的新生大鼠心室肌细胞及人 滑膜成纤维细胞中，ＰＰＡＲ＾ｙ激动剂１５ｄ—ＰＧＪ：及ｔｒｏ． ｇｌｉｔａｚｏｎｅ能抑制ＩＬ．１诱导的ｍＰＧＥＳ一１的上调－ｌ…。
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酶相比，从内源性ＡＡ和外源性ＡＡ来源的ＰＧＥ：均 明显升高…。相比之下，只有在ＡＡ浓度相当高时， ＣＯＸ．１才和ｍＰＧＥＳ．１偶联。这一研究充分说明 ｍＰＧＥＳ．１主要与ＣＯＸ－２相偶联，特别是在前炎症因 子引起的迟发反应中ｍＰＧＥＳ一１和ＣＯＸ－２共同介导 ＰＧＥ，合成的增加，ｍＰＧＥＳ一１和ＣＯＸ－２的功能相关 的另外一个证据是二者都是定位在微粒体膜上¨Ｊ。
量，有两个紧挨着的ＧＣ ｂｏｘ，无ＴＡＴＡ ｂｏｘ，含有Ｃ／ ＥＢＰｃｃ和１３，及ＡＰ－１的结合位点，两个孕酮受体结合 位点以及３个糖皮质激素反应元件（ｇｌｕｃｏｅｏｒｔｉｅｏｉｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ＧＲＥ）。在这些位点中，ＧＣ ｂｏｘｅｓ 是启动子活性必需的，转录因子Ｅｇｒ一１结合到近端 ＧＣ ｂｏｘ后启动转录。ｍＰＧＥＳ．１基因的３ ７区无 ＡＵＵＵＡ ｍＲＮＡ不稳定序列。
ＧＳＨ是ｍＰＧＥＳ．１活性必需的辅助因子。１，８Ｊ。 在体外，ｍＰＧＥＳ一１的活性可被ｃｏｘ－２抑制剂ＮＳＧ９８ 及ＦＬＡＰ抑制剂ＭＫ一８８６抑制。ＦＬＡＰ序列中与ＭＫ一 ８８６的结合域在ＬＴＣＳ和ｍＰＧＥＳ．１高度保守，该区 域序列的一致性以及对ＭＫ一８８６等吲哚类抑制剂的 敏感性提示，该区域可能与结合廿烷类物质有关。
３．ｍＰＧＥＳ一１与泌尿系统：ｍＰＧＥＳ一１也基础表达 于肾脏多个部位。在家兔，ｍＰＧＥＳ一１与ＣＯＸ．１共表 达于远曲小管远段和集合管，而与ＣＯＸ－２共表达在 致密斑及髓质问质细胞¨４。，研究发现低盐饮食能上 调致密斑细胞中ＣＯＸ－２和ｍＰＧＥＳ一１的表达，进而促 进ＰＧＥ：合成和释放¨５。，这提示ｍＰＧＥＳ一１可能与肾 脏血流调节和水盐代谢有关。另外ｍＰＧＥＳ．１在膀 胱和输尿管移行上皮细胞也有较高水平表达¨６Ｉ。
不同种属的ｍＰＧＥＳ一１蛋白的一级结构同源性 大于８０％Ｌ１，８ｊ。同时，ｍＰＧＥＳ．１还与其他ＭＡＰＥＧ 超家族成员有一定的同源性，包括ＭＧＳＴ—ｌ、ＭＧＳＴ． ２、ＭＧＳＴ－３、５一脂氧酶活化蛋白（５－１ｉｐｏｘｙｇｅｎａｓｅ ａｃｔｉｖａ． ｔｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ，ＦＬＡＰ），以及白三烯Ｃ４合酶（１ｅｕｋｏｔ－ ｒｉｅｎｅ Ｃ４ ｓｙｎｔｈａｓｅ，ＬＴＣＳ），其中与ＭＧＳＴ一１的同源性 最高，为４０％－８ Ｊ。除ＦＬＡＰ外所有ＭＡＰＥＧ超家族 成员蛋白的分子量均在１４—１８ｋＤ之间。在所有 ＭＡＰＥＧ蛋白中，Ａｒ９１００都是严格保守的，为ｍＰＧＥＳ一１ 的催化活性所必需Ｈｊ。
最近对ｍＰＧＥＳ．１基因敲除小鼠的研究为该酶 在炎症中的重要作用提供了强有力的证据。例如用 ＬＰＳ处理ｍＰＧＥＳ一１基因敲除小鼠后发现小鼠巨噬 细胞不再产生ＰＧＥ：，对ｍＰＧＥＳ．１基因敲除小鼠外 周给予ＬＰＳ不引起发热反应，脑中ＰＧＥ：水平也不 升高，但中枢给予ＰＧＥ，后与野生型小鼠一样可出 现发热反应¨１｜。另外，炎症引起的痛觉在ｍＰＧＥＳ．１ 基因敲除小鼠也比野生型小鼠温和得多（Ｄａｉｓｕｋｅ 等．２００４）。
一、前列腺素Ｅ：合酶的分类 １９９９年，Ｊａｋｏｂｓｓｏｎ发现一种新的ＭＡＰＥＧ （ｍｅｍｂｒａｎｅ－ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｅｉｃｏｓａｎｏｉｄ ａｎｄ ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ，与廿烷类物质及谷胱甘 肽代谢有关的膜相关蛋白）超家族成员，称为人微 粒体ＧＳＴ一１一ｌｉｋｅ－１（ＭＧＳＴｌ－Ｌ１），它能够非常特异地 将ＰＧＨ：转变成ＰＧＥ：。随后，其同源蛋白在其他几 个物种也相继克隆成功，将其命名为膜结合型ＰＧ— Ｅｓ…。紧接着又发现了几种存在于胞质但也具有 特异催化ＰＧＥ，合成的ＰＧＥＳ，它们在谷胱甘肽（ｇｌｕ． ｔａｔｈｉｏｎｅ，ＧＳＨ）存在时，可特异地将ＰＧＨ：转变成 ＰＧＥ，，其中一种胞质型ＰＧＥＳ与热休克蛋白９０ （Ｈｓｐ９０）有关，大小为２３ｋＤ，被命名为胞质型ＰＧ— ＥＳ旧ｊ。２００２年，Ｔａｎｉｋａｗａ等克隆成功另一种具有催 化活性的膜结合型ＰＧＥＳ，即ｍＰＧＥＳ．２。表１总结 了小鼠三种ＰＧＥＳ的基因特点和主要生物学特征。
＋国家自然科学基金资助课题（３０２７１５２１）
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表１小鼠三种前列腺素合酶的特性比较
６：在ＬＰＳ处理的大鼠大脑中ｃＰＧＥＳ水平升高；４：部分数据来源于人；＋：数据来源于人
二、胞质型前列腺素Ｅ：合酶 最初认为分子量为２３ｋＤ的ｃＰＧＥＳ是Ｈｓｐ９０的 一个辅助因子，故称为Ｈｓｐ９０相关蛋白２３拉ｊ，它在 不同物种之问高度保守（＞９０％），其基因在小鼠含 有８个外显子¨１。 ＧＳＨ是ｃＰＧＥＳ活性必需的辅助因子旧Ｊ。尽管 ｃＰＧＥＳ与其它已知胞质ＧＳＴｓ的同源性很低（约 ２０％），但Ｎ－末端附近的Ｔｙｒ９却高度保守。Ｔｙｒ９突 变将导致ｃＰＧＥＳ失活旧Ｊ，提示该残基可能是ＧＳＨ 的结合位点。除ＧＳＨ外，ｃＰＧＥＳ还需与Ｈｓｐ９０结 合＿４ Ｊ，且需在酪蛋白激酶２催化下磷酸化后才有活 性‘５｜。 ｃＰＧＥＳ作为一种看家基因广泛地表达在多种组 织和细胞，通过共转染技术研究显示ｃＰＧＥＳ主要与 ＣＯＸ一１偶联，介导生理状态下ＰＧＥ：的产生，尤其是 在ｃａ２＋触发的速发型ＰＧＥ：合成过程中心Ｊ。但也有 例外，在ＬＰＳ处理的大鼠脑内ｃＰＧＥＳ表达升高数 倍旧ｏ。经放射线照射后，小鼠脑组织中的ｃＰＧＥＳ表 达也被上调旧Ｊ。另外，最近的一项研究发现在猪和 大鼠的大脑及脑血管中的ｃＰＧＥＳ也可以和微粒体 结合，这种结合可能与其ｃ．末端的３５个氨基酸残 基以及Ｃｙｓ５８残基有关，由于其与微粒体的结合，脑 组织中这种ｃＰＧＥＳ既可与ＣＯＸ一１偶联又可与ＣＯＸ． ２偶联，从而介导ＰＧＥ：的合成一Ｊ。这可能是脑内 ｃＰＧＥＳ既有组成性表达，又能被诱导的基础。 三、膜结合型前列腺素Ｅ：合酶－１（ｍＰＧＥＳ－１） （一）ｍＰＧＥＳ．１的结构及酶学特性人ｍＰＧＥＳ一 １基因定位于２号染色体，有三个外显子。其一级 结构在内外显子交界处与ＭＧＳＴ．１相似，而与其他 ＭＡＰＥＧ不同。人ｍＰＧＥＳ．１的启动子具有高ＧＣ含 万方数据
事实证明ｍＰＧＥＳ一１和ＣＯＸ一２（而不是ＣＯＸ－１） 共转染的ＨＥＫ２９３细胞出现分化，表现为快速生长， 细胞堆积以及形态异常…。这两种酶共转染的细 胞在软琼脂培养基中形成许多大的细胞群落，将这 些细胞植入到裸鼠体内可导致肿瘤发生。另外，在 胃癌、直肠癌等肿瘤组织中ｍＰＧＥＳ．１和ＣＯＸ－２表达 也明显升高¨７｜。但是在肺癌模型小鼠高表达ｍＰＧ． ＥＳ．１后，并不引起癌组织过快生长¨８Ｉ，提示ｍＰＧ． ＥＳ一１在不同肿瘤中的病理生理作用可能存在差异。
另外，Ｔｈｏｒｅｎ等（２００３）发现ｍＰＧＥＳ一１还可以催 化ＰＧＧ：生成１５一氢过氧化ＰＧＥ：，然后该产物可能 在ＣＯＸ的过氧化物酶活性作用下，或者在其他依赖 ＧＳＨ的过氧化物酶作用下转化成ＰＧＥ：，对于这一 通路尚有待进一步研究。
（二）ｍＰＧＥＳ．１与ＣＯＸｓ偶联当给ＨＥＫ２９３细 胞同时转染ＣＯＸ－２和ｍＰＧＥＳ．１后，与单独转染一种
在前炎症因子刺激下，多种培养细胞的ｍＰＧ－ ＥＳ一１和ＣＯＸ－２表达明显上调，同时伴随ＰＧＥ：合成 增加ｕ’８ Ｊ，这三种变化均可被糖皮质激素完全阻 断¨Ｊ。然而，酶动力学研究发现，ＣＯＸ－２与ｍＰＧＥＳ一 １的诱导情况有时也不一致一Ｊ，因为某些情况下 ＣＯＸ－２还可以与ｍＰＧＥＳ－２偶联，ｍＰＧＥＳ一１也可以与 ＣＯＸ一１偶联，而且ＣＯＸ－２催化产生的ＰＧＨ：除在 ｍＰＧＥＳ．１的作用下生成ＰＧＥ：外，还可能生成其他 类型的前列腺素，所以ＣＯＸ－２与ｍＰＧＥＳ－１表达的调 节机制既有重叠又有区别。
４．ｍＰＧＥＳ．１与肿瘤：大量流行病学研究表明长 期使用非甾体类抗炎药（ＮＳＡＩＤｓ）能降低直结肠癌 患者的死亡率，ＮＳＡＩＤｓ还能有效地减少家族性腺瘤 息肉病患者的息肉发生。现在已经知道ＮＳＡＩＤｓ的 作用靶点是ＣＯＸｓ，尽管ＣＯＸｓ下游除ＰＧＥＳ外，还有 多种前列腺素合酶催化ＰＧＨ：生成相应的ＰＧｓ，但 有证据表明ＣＯＸ－２主要与ｍＰＧＥＳ．１偶联，因此推测 ｍＰＧＥＳ一１在肿瘤发生发展中可能发挥着与ＣＯＸ－２ 类似的作用。