花生四烯酸5-脂氧合酶

花生四烯酸5-脂氧合酶。花生四烯酸5-脂氧合酶是脂氧合酶家族的成員。它將必需脂肪酸底物轉化為白三烯以及多種其他生物活性產品。ALOX5是目前對多種疾病進行藥物干預的靶點。基因.ALOX5基因在10號染色體上佔據71.9千鹼基對；包含Sp1/Egr-1位點的富含GC的核心區域可能對基礎5-LO啟動子活性至關重要。表達.主要參與調節炎症、過敏和其他免疫反應的細胞，例如：中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、嗜鹼性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞、肥大細胞、樹突狀細胞和B細胞表達ALOX5。血小板、T細胞和紅血球為ALOX5陰性。在皮膚中，朗格漢斯細胞強烈表達ALOX5。成纖維細胞、平滑肌細胞和內皮細胞表達低水平的ALOX5。ALOX5的上調可能發生在白血球成熟期間和用粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子處理然後用生理劑刺激的人中性粒細胞中。ALOX5的異常表達見於體內各種型別的人類癌症腫瘤以及體外各種型別的人類癌細胞系中；這些腫瘤和細胞系包括胰腺、前列腺和結腸的腫瘤和細胞系。ALOX5產品，特別是5-羥基二十碳四烯酸和5-氧代-二十碳四烯酸，促進了這些異常表達ALOX5的腫瘤細胞系的增殖，這表明ALOX5作為它們的促惡性因子並延伸到它們的母體腫瘤。對培養的人類細胞的研究發現，由於選擇性剪接，存在大量的ALOX5 mRNA剪接變體。這種切片的生理和/或病理後果尚未確定。然而，在一項研究中，除了完整的8.6lb物種外，人腦腫瘤還表達出三種mRNA剪接變體。變體的丰度與這些腫瘤的惡性程度相關，表明它們可能在這些腫瘤的發展中發揮作用。生物化學.人類的ALOX5是一種可溶性單體蛋白，由673個氨基酸組成，分子量約為78kDa。在結構上，ALOX5擁有：如花生四烯酸的代謝所示，該酶具有兩種催化活性。ALOX5的雙加氧酶活性在其1,4二烯基團底物遵循相似的代謝途徑形成類似的產物。像齧齒動物中的亞人類哺乳動物ALOX5酶似乎至少在一般情況下具有與人類ALOX5相似的結構、分佈、活性和功能。因此，齧齒動物中的模型ALOX5研究似乎對於確定ALOX5在人類中的功能很有價值。調節.ALOX5主要存在於細胞的細胞質和核質中。在細胞刺激後，ALOX5：a)可能在絲氨酸663、523 和/或271上被MAPK、S6激酶、PKA、PKC、CDK1和/或Ca2+/CAMK磷酸化；b)移動以與核膜中的磷脂結合，並且可能與內質網膜中的磷脂結合；c)能夠接受由嵌入這些膜中的5-脂氧合酶啟用蛋白呈遞的底物脂肪酸；d)從而變得適合高代謝活性。這些事情，連同細胞溶質Ca2+水平的升高使酶完全失活並阻止其核定位；導致細胞啟用蛋白激酶A的刺激可以因此阻斷ALOX5代謝物的產生。除了啟用之外，ALOX5還必須獲得其PUFA底物，這些底物通常以酯鍵結合到膜磷脂的sn2位置。這兩個事情使cPLA2釋放PUFA酯化為膜磷脂到FLAP，然後將它們呈遞給ALOX5進行代謝。已知其他因素在體外調節ALOX5活性，但在細胞刺激期間尚未完全整合到其生理啟用中。ALOX5與F肌動蛋白結合蛋白、肌動蛋白樣蛋白結合。根據體外研究，這種蛋白質結合透過充當伴侶產品的相對水平。ALOX5與膜的結合以及它與FLAP的相互作用同樣導致酶改變其氫過氧相對於環氧化物產生的相對水平，在這些情況下有利於環氧化物產物的產生。某些二醯基甘油的存在，例如1-油醯基-2-乙醯-sn-基甘油、1-十六烷基-2-乙醯基-sn-甘油、1-O-十六烷基-2-乙醯基-sn-甘油和1,2-二辛醯基-sn-甘油但不是1-硬脂醯基-2-花生四烯基-sn-甘油在體外增加ALOX5的催化活性。底物、代謝物合代謝物活性.ALOX5將各種ω-3和ω-6 PUFA代謝成各種具有不同且有時相反的生物活性的產品。下面列出了這些底物及其主要代謝物和代謝物活性。花生四烯酸.ALOX5 將ω-6脂肪酸、花生四烯酸。GPX、5-HEDH、白三烯A4水解酶、白三烯C4合酶、ABCC1和細胞表面肽酶可能對其他PUFA的ALOX5衍生代謝物起類似作用。白三烯B4、5-HETE和5-氧代-ETE作為白血球趨化性因子可能有助於先天免疫反應，即它們將迴圈血液中性粒細胞和單核細胞募集並進一步啟用到微生物入侵、組織損傷和異物的部位。然而，當過量產生時，它們可能會導致廣泛的病理性炎症反應。這些代謝物也可能導致某些癌症的進展，例如前列腺癌、乳癌、肺癌、卵巢癌和胰腺癌。ALOX5可能在其中一些癌症中過度表達；5-氧代-ETE和較小程度的5-HETE刺激源自這些癌症的人類細胞系增殖；並且這些人類細胞系中ALOX5的藥理學抑制導致它們透過進入細胞凋亡而死亡。ALOX5及其白三烯B4代謝物以及該代謝物的BLT1和BLT2受體也已被證明可促進培養中各種型別的人類癌細胞系的生長。白三烯C4、白三烯D4和白三烯E4透過收縮這些氣道並促進這些氣道炎症、微血管通透性和黏液分泌，導致過敏性氣道反應，例如哮喘、某些非過敏性過敏性氣道反應和其他涉及支氣管收縮的肺部疾病；它們同樣會導致各種過敏和非過敏反應，包括鼻炎、結膜炎和蕁麻疹。這些肽-白三烯中的某些已被證明可促進培養的人乳腺癌和慢性淋巴細胞白血病細胞系的生長，從而表明ALOX5可能有助於這些疾病的進展。脂氧素A4和脂氧素B4是多不飽和脂肪酸代謝物的專業促分解介質類的成員。它們在炎症反應中的形成晚於ALOX5衍生的趨化性因子，並且被認為透過例如抑制迴圈白血球進入發炎組織、抑制白血球的促炎作用、促進白血球來限制或解決這些反應從炎症部位退出，並刺激白血球凋亡。米德酸.米德酸、白三烯A3和白三烯C3；由於白三烯A3抑制白三烯A4水解酶，米德酸代謝細胞產生的白三烯B3相對較少，並且被阻止將花生四烯酸代謝為白三烯B4。另一方面，5-氧代-ETrE作為嗜酸性粒細胞趨化性因子幾乎與5-氧代-ETE一樣有效，因此可能有助於生理和病理過敏反應的發展。據推測，遵循ALOX5將花生四烯酸代謝為4系列代謝物的相同代謝途徑同樣作用於米德酸以形成這些產物。二十碳五烯酸.ALOX5將ω-3脂肪酸、二十碳五烯酸，即消退素E1和E2。5-HEPE、5-氧代-HEPE、LTB5、LTC5、LTD5 和LTE5在刺激細胞和組織方面的效力通常低於其花生四烯酸衍生的對應物；由於它們的產生與其花生四烯酸衍生對應物的產量減少有關，因此它們可能間接用於降低其花生四烯酸衍生對應物的促炎和促過敏活性。消退素E1和E2是專門的促解決介質，有助於解決炎症和其他反應。二十二碳六烯酸.ALOX5與ALOX15串聯作用，將ω-3脂肪酸、二十二碳六烯酸。D系列消退素。轉基因研究.對刪除或過表達ALOX5基因的模型動物系統的研究給出了看似矛盾的結果。例如，在小鼠中，ALOX5過表達可能會減少某些型別造成的損害，但會增加其他型別的侵入性病原體造成的損害。這可能反映了由ALOX5酶產生的一系列代謝物，其中一些具有相反的活性，如促炎趨化性因子和抗炎專用促分解介質。ALOX5和可能的人類ALOX5功能可能因刺激它們的物質和它們形成的代謝物型別而有很大差異；對這些試劑有反應的特定組織；進行觀察的時間；並且很可能還有其他各種因素。ALOX5基因敲除小鼠更容易受到肺炎克雷伯氏菌、伯氏疏螺旋體和巴西副球孢子菌的實驗性感染的發展和病理併發症的影響。在盲腸穿孔誘發的敗血症模型中，ALOX5基因敲除小鼠的中性粒細胞數量減少，而在其腹膜中積累的細菌數量增加。另一方面，ALOX5基因敲除小鼠對流產布魯氏菌感染和至少在其急性期的克氏錐蟲感染表現出增強的抵抗力和減少的病理學。此外，在人類呼吸道合胞病毒病、萊姆病、弓形蟲病和角膜損傷的實驗模型中，ALOX5-null小鼠表現出炎症成分惡化、無法解決炎症相關反應以及存活率降低。這些研究表明ALOX5可能透過產生代謝物，至少在某些基於齧齒動物炎症的模型系統中是這樣。這些遺傳研究表明ALOX5以及它們有助於製造的趨化性因子和SPM可能在人類中發揮類似的相反的促炎和抗炎功能。ALOX5基因敲除小鼠的肺腫瘤體積和直接植入肺的劉易斯肺癌細胞的肝轉移增加；這一結果不同於許多體外研究，這些研究表明人類ALOX5及其某些代謝物可促進癌細胞生長，因為它發現小鼠ALOX5及其某些代謝物可能抑制癌細胞生長。該模型的研究表明，ALOX5透過其一種或多種代謝物發揮作用，透過將抑制癌症的CD4+輔助性T細胞和CD8+細胞毒性T細胞募集到植入部位來減少劉易斯癌的生長和進展。人類體外和小鼠體內研究之間的這種顯著差異可能反映了物種差異、體外與體內差異或 ALOX5/Alox5功能的癌細胞型別差異。臨床意義.炎症.研究表明ALOX5透過促進對各種急性疾病；然而，ALOX5也有助於過度和慢性炎症反應的發展和進展，例如類風溼性關節炎、動脈粥樣硬化、炎症性腸病和自身免疫性疾病。這些雙重功能可能反映了ALOX5形成以下物質的能力：a)有效的趨化性因子，白三烯B4，以及可能還有較弱的趨化性因子，5S-HETE，它們用於吸引和啟用炎症誘導細胞，如迴圈白血球和組織巨噬細胞和樹突狀細胞b)SPM的脂氧素和消退素亞家族，它們傾向於抑制這些細胞以及整體炎症反應。過敏.ALOX5有助於過敏和過敏性炎症反應以及過敏性鼻炎、結膜炎、哮喘、皮疹和溼疹等疾病的發展和進展。這種活性反映了它的形成：a)白三烯C4、白三烯D4和白三烯E4，它們促進血管通透性、收縮氣道平滑肌，並以其他方式擾亂這些組織和b)白三烯B4和可能的5-氧代-ETE，它們是嗜酸性粒細胞的趨化性因子和啟用劑。5-氧代-ETE和較小程度的5S-HETE還與另一種促過敏介質血小板活化因子協同作用，以刺激和以其他方式啟用嗜酸性粒細胞。超敏反應.ALOX5有助於呼吸系統和皮膚的非過敏反應，例如阿司匹林加重呼吸道疾病、非甾體抗炎藥超敏反應、非甾體抗炎藥誘發的非過敏性鼻炎、NSAID誘發的非過敏性結膜炎、NSAID誘發的血管性水腫或NSAID誘發的蕁麻疹；它還可能導致呼吸系統對冷空氣甚至酒精飲料的超敏反應。這些病理反應可能涉及與促進過敏反應的相同的ALOX5形成的代謝物。ALOX5抑制藥物.上面引用的組織、動物模型以及動物和人類基因研究表明ALOX5與多種疾病有關：a)對病原體、創傷、燒傷和其他形式的組織損傷的過度炎症反應；b)慢性炎症性疾病，例如類風溼性關節炎、動脈粥樣硬化、炎症性腸病、自身免疫性疾病和阿爾茨海默病；c)過敏和過敏性炎症反應，如過敏性鼻炎、結膜炎、哮喘、皮疹和溼疹；d)非甾體抗炎藥引起的急性非過敏反應，如哮喘、鼻炎、結膜炎、血管性水腫和蕁麻疹；e)某些癌症的進展，例如前列腺癌和胰腺癌。然而，臨床使用抑制ALOX5的藥物治療任何這些疾病已經成功，只有齊留通及其控釋製劑，齊留通CR。齊留通在美國被批准用於過敏性哮喘的預防和慢性治療；它還用於治療慢性非過敏反應，如非甾體抗炎藥引起的非過敏性肺、鼻和結膜反應以及運動引起的哮喘。齊留通在治療類風溼性關節炎、炎症性腸病和牛皮癬的臨床試驗中顯示出一些有益效果。齊留通目前正在進行治療尋常痤瘡。鑑於這些缺陷，其他靶向ALOX5的藥物正在研究中。黃酮氧化物是純化的植物衍生生物類黃酮的專有混合物。它在體外和動物模型中抑制COX-1、COX-2和ALOX5。自2004年以來，黃酮氧化物已在美國被批准用作醫療食品，並且可以透過處方以500毫克的片劑形式用於慢性骨關節炎，商品名為Limbrel。然而，在臨床試驗中，高達10%接受黃酮氧化治療的患者出現血清肝酶升高，儘管只有1-2%的受者升高超過正常上限3倍。然而，自從它釋出以來，已經有幾篇關於黃酮氧化物引起的臨床明顯急性肝損傷的報告。Setileuton。貫葉金絲桃素是草藥聖約翰草的一種活性成分，在微摩爾濃度下具有抑制ALOX5的活性。靛玉紅-3'-單肟是天然生物鹼靛玉紅的衍生物，也被描述為在一系列無細胞和基於細胞的模型系統中有效的選擇性ALOX5抑制劑。此外，薑黃素是薑黃的一種成分，是一種5-LO抑制劑，如酶的體外研究所定義。已發現乙醯-11-酮-β-乳香酸中發現的具有生物活性的乳香酸，可抑制5-脂氧合酶。乳香可減少因腦腫瘤而接受照射的患者的腦水腫，這被認為是由於 5-脂氧合酶抑制所致。雖然只有一種ALOX5抑制藥物已被證明可用於治療人類疾病，但其他在ALOX5啟動途徑下游起作用的藥物正在臨床使用。孟魯司特、扎魯司特和普侖司特是半胱氨醯白三烯受體1的受體拮抗劑，有助於介導白三烯C4、D4和E4的作用。這些藥物通常用作過敏性和非過敏性哮喘和鼻炎疾病的預防和長期治療也可用於治療因腺樣體扁桃體肥大導致的獲得性兒童睡眠呼吸暫停。然而，迄今為止，無論是白三烯B4合成抑制劑以及白三烯C4和D4受體拮抗劑已被證明不如皮質類固醇作為持續性哮喘的單一藥物療法，特別是在氣道阻塞患者中。作為新增到皮質類固醇中的第二種藥物，白三烯抑制劑在治療哮喘方面似乎不如β2腎上腺素受體激動藥。人類基因.ALOX5有助於形成可能促進疾病的代謝物。因此，ALOX5的表達或活性由於其基因的變化而出現的給定異常可能會促進或抑制炎症，這取決於這些相反的代謝物在調節所檢查的特定型別反應中的相對作用。此外，迄今為止研究的ALOX5相關組織反應受到多種遺傳、環境和發育變數的影響，這些變數可能會影響ALOX5表達或功能異常的後果。因此，ALOX5基因的異常可能因所研究的人群和個體而異。過敏性哮喘.人類ALOX5基因的上游啟動子通常具有5個GGGCCGG重複序列，這些重複序列與Sp1轉錄因子結合，從而增加基因對ALOX5的轉錄。在土耳其安卡拉對624名哮喘兒童的研究中，這五個重複啟動子區域的純合子變體更可能患有嚴重哮喘。這些變體與其嗜酸性粒細胞中ALOX5水平降低以及白三烯C4產生減少有關。這些資料表明ALOX5可能有助於減輕哮喘的嚴重程度，可能是透過將PUFA代謝為專門的促分解介質。促進ALOX5活性的反應與哮喘的存在有關。這些研究表明，遺傳變異可能在過敏性哮喘的總體易感性中發揮作用，儘管相對較小。非甾體抗炎藥引起的非過敏反應.阿司匹林和其他非甾體抗炎藥。這些最近被分為5組，其中3組不是由經典免疫機制引起的，並且與ALOX5的功能有關：1)非甾體抗炎藥加重呼吸系統疾病，即支氣管氣道阻塞症狀、呼吸困難、和/或有哮喘和/或鼻竇炎病史的患者在服用NSAID後不久出現鼻塞/鼻漏；2)非甾體抗炎藥加重的皮膚病，即有慢性蕁麻疹病史的患者在服用非甾體抗炎藥後不久出現風團反應和/或血管性水腫反應；3)非甾體抗炎藥引起的蕁麻疹/血管性水腫。基因多型性ALOX5基因中的單核苷酸多型性變體ALOX5-1708 G&gt;A與韓國患者NSAID誘導的哮喘和三個SNP ALOX5變體相關：rs4948672、 rs1565096、和rs7894352，與西班牙患者的非甾體抗炎藥引起的皮膚反應有關。動脈粥樣硬化.透過頸動脈內膜-中層厚度測量判斷，470名受試者。