彭敏蘭,胡建安
(中南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)系,湖南長沙 410078)
脂氧合酶介導(dǎo)的氧化代謝與氧化應(yīng)激
彭敏蘭,胡建安
(中南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)系,湖南長沙 410078)
氧化應(yīng)激及其所致的組織損傷與許多疾病的發(fā)生發(fā)展過程關(guān)系密切。脂氧合酶是一種多功能氧化酶,能參與多種內(nèi)源性化學(xué)物和藥物、環(huán)境污染物等外源化學(xué)物的氧化代謝,并在氧化反應(yīng)過程中通過多種方式產(chǎn)生活性氧。脂氧合酶能催化內(nèi)源性化學(xué)物如花生四烯酸的反應(yīng)并伴有活性氧的產(chǎn)生,脂氧合酶還能通過影響細(xì)胞間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而激活其他活性氧產(chǎn)生途徑;此外,脂氧合酶還能催化外源化學(xué)物代謝為高活性的自由基中間體而誘發(fā)活性氧的產(chǎn)生。這些過程中產(chǎn)生的活性氧超過抗氧化系統(tǒng)的清除能力時(shí)可導(dǎo)致機(jī)體氧化抗氧化系統(tǒng)的失衡而誘發(fā)氧化應(yīng)激,這可能是這些化學(xué)物發(fā)揮毒性作用的重要機(jī)制之一。
脂氧合酶;氧化應(yīng)激;活性氧;氧化損傷
DO l:10.3867/j.issn.1000-3002.2014.03.024
氧化應(yīng)激是機(jī)體在內(nèi)外因素的刺激下,體內(nèi)高活性分子活性氧(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生和抗氧化系統(tǒng)失衡,從而可以導(dǎo)致組織損傷的過程。氧化應(yīng)激與動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和阿爾茨海默癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。此外,氧化應(yīng)激也被認(rèn)為是衰老的主要原因。機(jī)體產(chǎn)生ROS的途徑多種多樣,脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)作為一種能代謝內(nèi)源和外源化學(xué)物的多功能酶,能在催化化學(xué)物代謝過程中產(chǎn)生ROS,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)氧化-抗氧化系統(tǒng)的平衡紊亂而誘發(fā)氧化應(yīng)激。闡明LOX在代謝內(nèi)源性和外源性化學(xué)物的過程中對細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的影響,對有關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制和治療研究,以及外源化學(xué)物所致機(jī)體損傷的機(jī)制和防治的研究都具有重要的意義。
LOX是一類非血紅素鐵蛋白的多功能酶,廣泛存在于耗氧生物體內(nèi)。藻類、植物、水生無脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物體內(nèi)均發(fā)現(xiàn)脂氧合酶。LOX廣泛分布于哺乳動(dòng)物體內(nèi),目前已在血細(xì)胞和胎盤、宮內(nèi)受孕組織、卵巢、睪丸、肺、心、肝、腎、腦和皮膚等組織中發(fā)現(xiàn)LOX活性。在動(dòng)物組織中LOX主要以花生四烯酸(arachidonic acid,AA)為作用底物。在植物體內(nèi)LOX多以十八碳酸如亞油酸、亞麻酸等為底物。根據(jù)底物加氧點(diǎn)的位置不同,人和動(dòng)物體內(nèi)的LOX主要分為5-LOX,8-LOX,12-LOX,15-LOX。
LOX主要表現(xiàn)2種酶活性,即雙加氧酶活性和協(xié)同氧化活性。LOX對含1,4-順-順-戊二烯基團(tuán)的多不飽和脂肪酸具有雙加氧作用。在雙加氧反應(yīng)中以多不飽和脂肪酸作為反應(yīng)底物,首先經(jīng)過氫抽取形成脂肪酸根,基團(tuán)重排后插入一分子氧進(jìn)而轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)過氧化自由基中間產(chǎn)物(LOO-)或穩(wěn)定終產(chǎn)物脂質(zhì)氫過氧化物(LOOH)。LOX以LOO-或LOOH為氧化劑進(jìn)一步氧化外源化學(xué)物的能力被稱為協(xié)同氧化活性。LOX對不同化學(xué)物的協(xié)同氧化酶活力有兩種作用模式:一種是與脂質(zhì)過氧化自由基中間產(chǎn)物(LOO-)結(jié)合,另一種是與雙加氧反應(yīng)的穩(wěn)定終產(chǎn)物脂質(zhì)氫過氧化物(LOOH)結(jié)合。LOX能介導(dǎo)多種藥物、致癌物、致畸物、致突變物發(fā)生環(huán)氧化、羥基化、磺化氧化作用、脫硫作用、N-去甲基等形式的氧化代謝反應(yīng),LOX還可能是某些化學(xué)物如聯(lián)苯胺、丙烯腈等的唯一代謝途徑[1]。研究表明,LOX能催化某些內(nèi)源性化學(xué)物以及環(huán)境污染物、工業(yè)化學(xué)物、藥物等100多種外源化學(xué)物的氧化反應(yīng)[2]。
一般認(rèn)為外源化學(xué)物的氧化代謝主要由肝微粒體混合功能氧化酶系統(tǒng)中的細(xì)胞色素P450酶催化。P450對藥物和化學(xué)物的代謝活化起著重要作用。但是在P450表達(dá)很低的肝外組織中前列腺素H合酶(prostaglandin H synthase,PHS)、LOX、髓過氧化物酶等能夠作為代謝活化外源化學(xué)物的主要酶類。P450和PHS是微粒體酶,而LOX主要分布在胞漿,由于酶的這一分布差異LOX在某些親水性化學(xué)物的代謝中起著至關(guān)重要的作用。肝外組織中LOX很可能是一些化學(xué)物代謝的有效替代性途徑或補(bǔ)充途徑。
正常生理?xiàng)l件下,細(xì)胞內(nèi)的ROS具有殺滅微生物、調(diào)節(jié)免疫功能等獨(dú)特作用,少量的ROS還能作為細(xì)胞內(nèi)第二信使發(fā)揮作用[3]。當(dāng)機(jī)體在內(nèi)外因素作用下ROS過量累積,氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡時(shí),引發(fā)氧化應(yīng)激而造成組織細(xì)胞的損傷。細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生ROS的途徑很多,如線粒體呼吸鏈,環(huán)氧化酶(cyclooxygenase,COX)、LOX、黃嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶(NADPH oxidase,NOX)等酶類的作用過程[4]。
2.1 LOX對花生四烯酸的代謝與氧化損傷
AA是人體中含量最高、分布最廣的一種多不飽和脂肪酸。在生理、病理或藥物作用下活化的磷脂酶A2可以使AA從細(xì)胞膜磷脂中游離出來,游離的AA能被LOX所代謝產(chǎn)生自由基和過氧化物[5],這些不穩(wěn)定的過氧化物也能作為ROS發(fā)揮氧化作用[6]。有研究表明,AA引起的細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激有關(guān)[7-8]。
LOX能通過代謝AA的過程中產(chǎn)生ROS而破壞細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡誘發(fā)氧化應(yīng)激。LOX催化AA形成的不穩(wěn)定過氧化物能與氧結(jié)合產(chǎn)生ROS[9],細(xì)胞內(nèi)ROS水平超過抗氧化防御能力時(shí)將誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)。5-LOX是AA代謝的關(guān)鍵酶,它催化AA產(chǎn)生白三烯和ROS是細(xì)胞內(nèi)ROS來源之一[10-11]。12-LOX是腦組織中最主要LOX的亞型,其m RNA表達(dá)于大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。Chinnici等[12]利用基因敲除小鼠首次提出12/15-LOX在體內(nèi)影響大腦氧化應(yīng)激水平的證據(jù)。通過12/15-LOX和載脂蛋白E雙基因敲除小鼠與單獨(dú)載脂蛋白E基因敲除小鼠比較發(fā)現(xiàn),12/15-LOX是中樞神經(jīng)系統(tǒng)氧化應(yīng)激中的重要影響因素。通過對氧化損傷敏感的HT-22細(xì)胞和未成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞為模型的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),AA的12-LOX代謝途徑產(chǎn)生的過量ROS是缺血再灌注損傷的主要原因之一,基因敲除或藥物抑制12-LOX活性均可改善缺血再灌注損傷的愈后[13]。Haworth等[14]用離體心肌細(xì)胞研究缺血再灌注后心率失常,發(fā)現(xiàn)LOX代謝AA導(dǎo)致的線粒體去極化及產(chǎn)生的ROS過量累積造成氧化應(yīng)激,很可能是心肌缺血再灌注損傷后心率失常的原因。
2.2 LOX影響細(xì)胞間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而激活其他途徑產(chǎn)生ROS
哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的酶和非酶過程都可以產(chǎn)生ROS,其中NOX途徑是細(xì)胞內(nèi)ROS的重要來源。近年的許多研究發(fā)現(xiàn),AA的LOX和COX途徑的代謝產(chǎn)物可通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活NOX系統(tǒng)產(chǎn)生ROS,從而破壞細(xì)胞內(nèi)氧化-抗氧化系統(tǒng)平衡誘發(fā)氧化應(yīng)激。LOX的代謝產(chǎn)物及其受體與NOX存在信號聯(lián)系,可以在多種細(xì)胞內(nèi)激活NOX介導(dǎo)ROS的產(chǎn)生[15]。5-LOX,12-LOX,15-LOX的代謝產(chǎn)物白三烯、12(S)-HETE、15(S)-HETE能夠誘導(dǎo)NOX刺激ROS的產(chǎn)生[16-18],尤其是5-LOX的代謝產(chǎn)物白三烯(如白三烯B4)在非吞噬細(xì)胞內(nèi)能活化NOX。此外,LOX抑制劑和NOX抑制劑均可有效抑制多種細(xì)胞因子和生長因子在非吞噬細(xì)胞中形成短暫的ROS爆發(fā)[19-21],說明5-LOX和NOX之間存在這信號聯(lián)系?;罨┗騬as引起的ROS產(chǎn)生是細(xì)胞生長停滯中5-LOX起著關(guān)鍵作用[22]。5-LOX的代謝產(chǎn)物尤其是白三烯B4還能通過信號途徑影響腫瘤壞死因子α介導(dǎo)ROS形成[20]。
2.3 其他內(nèi)源性LOX途徑ROS的產(chǎn)生
在以往的很多研究中,12/15-LOX介導(dǎo)的損傷作用常歸因于LOX對AA的催化作用。但也有報(bào)道表明,12/15-LOX可以直接損傷線粒體,引發(fā)細(xì)胞色素c的釋放和ROS的產(chǎn)生[23]。骨細(xì)胞中維生素D的代謝產(chǎn)物及其結(jié)構(gòu)類似物能刺激成骨細(xì)胞分泌LOX的代謝產(chǎn)物HETE,產(chǎn)生ROS,引發(fā)氧化應(yīng)激而調(diào)節(jié)骨細(xì)胞的分化[24-25]。
LOX催化多不飽和脂肪酸的過氧化過程中能夠產(chǎn)生多種ROS,如超氧陰離子、羥自由基、單線態(tài)氧、脂質(zhì)自由基等。這些ROS可作為氧化劑進(jìn)一步氧化多種外源化學(xué)物。外源化學(xué)物被作為還原輔助因子代謝成為高活性或親電性的自由基中間體,這類自由基中間體具有直接或間接與細(xì)胞內(nèi)氧分子反應(yīng)產(chǎn)生過量ROS而誘發(fā)氧化應(yīng)激或共價(jià)結(jié)合細(xì)胞內(nèi)生物大分子的能力。LOX代謝活化外源化學(xué)物產(chǎn)生ROS和由此引發(fā)的氧化應(yīng)激很可能是外源化學(xué)物引起細(xì)胞毒作用的重要機(jī)制之一。
3.1 LOX對相關(guān)藥物的代謝活化與氧化應(yīng)激
許多具有致癌、致畸和細(xì)胞毒作用的藥物本身相對無毒并不對機(jī)體產(chǎn)生損傷,經(jīng)代謝活化后才具有毒作用。這類前致癌和致畸化學(xué)物一般可以被細(xì)胞色素P450酶、PHS、LOX代謝為親電子劑和(或)活性自由基中間體。如果未能及時(shí)代謝解毒,親電子劑和活性自由基中間體將不可逆地與細(xì)胞內(nèi)生物大分子(DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))共價(jià)結(jié)合,同時(shí)外源化學(xué)物的活性自由基中間體還能直接或間接的與細(xì)胞內(nèi)氧分子反應(yīng)引發(fā)ROS如超氧陰離子、過氧化氫、羥自由基等的形成而誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致一系列不良后果(圖1)。
圖1 脂氧合酶(LOX)介導(dǎo)外源化學(xué)物的氧化活化與氧化應(yīng)激和氧化損傷.AA:花生四烯酸;ROS:活性氧.
人類和動(dòng)物的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)?zāi)P途C實(shí)PHS和LOX能夠代謝活化苯妥英為高活性的自由基中間體。胚胎組織中LOX能將苯妥英代謝為高活性的自由基中間體,這些自由基中間體與細(xì)胞內(nèi)氧分子結(jié)合能產(chǎn)生大量ROS[26]。Lu等[27]在研究苯妥英和卡馬西平的特異性藥物不良反應(yīng)中發(fā)現(xiàn),過氧化酶代謝藥物產(chǎn)生的自由基在藥物不良反應(yīng)中發(fā)揮作用,并用熒光探針技術(shù)檢測到ROS。但是藥物不良反應(yīng)的常見作用部位皮膚和骨髓中P450酶系表達(dá)量很低,LOX作為PHS的競爭性代謝活化酶系很可能在藥物的代謝活化和自由基的產(chǎn)生中起著重要作用。苯妥英的結(jié)構(gòu)類似物三甲雙酮、二甲雙酮、沙利度胺等致畸性藥物也可能被AA依賴的LOX酶系氧化產(chǎn)生ROS,影響氧化-抗氧化系統(tǒng)平衡而引起細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激[28]。亞油酸存在的條件下,人胎盤LOX和大豆LOX均能在體外模擬反應(yīng)中催化氯丙嗪和吩噻嗪的N-位脫甲基而產(chǎn)生活性自由基[29]。氯丙嗪陽離子自由基還能作為“穿梭氧化劑”增強(qiáng)聯(lián)苯胺等外源化學(xué)物的氧化。
氧化應(yīng)激能夠?qū)е屡咛グl(fā)育畸形[30]。胚胎和胎兒的發(fā)育過程中,過量ROS能通過氧化損傷細(xì)胞內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或改變信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑而影響生長發(fā)育,造成致畸、永久性功能缺陷或疾病的發(fā)生。絕大部分的ROS是不穩(wěn)定的,不能穿過細(xì)胞,因此,在致畸中作用的ROS只能是由胚胎組織的氧化代謝過程產(chǎn)生。在細(xì)胞色素P450酶含量很低的胚胎組織中,PHS和LOX是主要的過氧化酶,能夠催化苯妥英、甲基安非他命、苯并(a)芘等致畸物形成高活性的自由基中間體而引發(fā)ROS的產(chǎn)生[31-32]。胚胎發(fā)育過程中LOX代謝活化外源化學(xué)物的過程中產(chǎn)生ROS誘發(fā)氧化應(yīng)激也是外源化學(xué)物致畸的機(jī)制之一。
還原型谷胱甘肽可以作為大豆LOX協(xié)同氧化的良好底物,同時(shí)伴有超氧陰離子的形成[33]。M itra等[34]研究發(fā)現(xiàn)一種新的依他尼酸谷胱甘肽共軛物(glutathione conjugate of ethacrynic acid,EA-GS)形成機(jī)制:以谷胱甘肽為底物,LOX也能催化EA-GS的形成,在代謝過程中谷胱甘肽被代謝成為GS-。協(xié)同氧化還原型谷胱甘肽的過程伴有超氧陰離子的形成,因此LOX可能影響EA代謝過程中細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。在血小板中12-LOX協(xié)同氧化天然黃酮類化合物能產(chǎn)生羥自由基而引起氧化-抗氧化系統(tǒng)失衡[35]。Chou等[36]在研究黃芩苷對B16F10黑色素瘤細(xì)胞增殖影響中也發(fā)現(xiàn),黃芩苷能通過12-LOX途徑產(chǎn)生ROS而抑制黑色素瘤細(xì)胞的增殖。
3.2 LOX對環(huán)境化學(xué)物的代謝活化與氧化應(yīng)激
多環(huán)芳烴類(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH)和其結(jié)構(gòu)相關(guān)的衍生物由含碳有機(jī)物熱解或不完全燃燒產(chǎn)生,是一類分布廣泛的環(huán)境污染物。長期接觸或吸入這些化學(xué)物能導(dǎo)致炎癥、過敏、癌癥等許多慢性疾病。有些PAH化學(xué)物能被過氧化酶代謝為醌類化合物同時(shí)產(chǎn)生ROS,此外醌類代謝產(chǎn)物還可通過形成無效的氧化還原循環(huán)產(chǎn)生大量的ROS[37]。這種醌類和半醌自由基之間的氧化還原循環(huán)是暴露于PAH產(chǎn)生ROS的主要來源。細(xì)胞內(nèi)ROS的過量積累將會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)氧化-抗氧化系統(tǒng)平衡引發(fā)強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)。
二氫苊醌(AcQ)是大氣污染物中PAH醌類的一種,代謝活化后能產(chǎn)生活性自由基損傷人類肺上皮A549細(xì)胞[38]。Chung等[39]發(fā)現(xiàn),5-LOX的特異性抑制劑AA861可以有效抑制A549細(xì)胞中AcQ導(dǎo)致的活性自由基的形成和NF-κB的活化,而其他酶系統(tǒng)的抑制劑的作用并不明顯。此外,也有研究證實(shí)5-LOX和ROS的形成之間的關(guān)系,如5-LOX途徑產(chǎn)生的ROS通過激活p53而抑制成纖維細(xì)胞的生長[40]。PAH中菲醌、蒽醌等其他多種化合物也可以明顯增加A549細(xì)胞內(nèi)活性自由基的產(chǎn)生[38]。
苯并(a)芘(BaP)是PAH中具有代表性的強(qiáng)致癌物質(zhì),在體內(nèi)需要經(jīng)過酶的代謝活化形成高活性的親電性中間體才能發(fā)揮毒性作用。研究證明LOX能夠代謝活化B(a)P。Byczkowski等[41]用14C標(biāo)記苯并(a)芘和7,8-二氫苯并芘研究LOX在大鼠肺部細(xì)胞液中的氧化作用,發(fā)現(xiàn)LOX能將苯并(a)芘氧化代謝為它的醌類代謝產(chǎn)物。醌類代謝產(chǎn)物可以形成氧化還原循環(huán)激發(fā)ROS的大量形成,此外苯并(a)芘的終致癌物苯并芘-7,8-二醇-9,10-環(huán)氧化物也是高活性的親電性自由基團(tuán),在細(xì)胞內(nèi)除與DNA等生物大分子形成加合物外還能與細(xì)胞內(nèi)O2作用產(chǎn)生ROS。LOX對苯并(a)芘的氧化活化過程中能產(chǎn)生大量ROS誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)。
體外實(shí)驗(yàn)觀察到LOX能介導(dǎo)2-氨基芴、聯(lián)苯胺等氧化活化形成活性自由基中間體并與DNA結(jié)合形成加合物[42],LOX也被認(rèn)為很可能是其他芳香胺類代謝活化的有效途徑之一。LOX還能夠代謝活化黃曲霉毒素B1為細(xì)胞毒作用的高活性自由基中間體[43]。此外,LOX還能催化多種殺蟲劑的N-位脫甲基,這一過程伴有自由基的生成[44]。LOX代謝活化外源化學(xué)物生成的高活性親電性自由基可與細(xì)胞內(nèi)氧分子作用形成ROS而破壞氧化-抗氧化系統(tǒng)平衡,誘發(fā)氧化應(yīng)激氧化損傷DNA等造成細(xì)胞損傷,可能是外源化學(xué)物引起致畸、致癌等毒作用的原因之一。
綜上所述,LOX介導(dǎo)內(nèi)源性物質(zhì)和外源化學(xué)物代謝過程中會(huì)產(chǎn)生ROS,可以引起氧化應(yīng)激和氧化損傷。但目前這方面的研究尚不完善,有待進(jìn)一步的深入探討。以往的研究方法上多使用體外酶系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),有少量研究在活體組織細(xì)胞中使用酶抑制劑,由于酶的抑制劑的特異性不夠以及細(xì)胞內(nèi)干擾因素等使研究結(jié)果不利于LOX作用的確認(rèn)。因而,采用基因沉默特異性抑制LOX的表達(dá)等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù),同時(shí)利用體外實(shí)驗(yàn)與整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法,研究LOX介導(dǎo)內(nèi)源性物質(zhì)和外源化學(xué)物產(chǎn)生的ROS、氧化應(yīng)激和氧化損傷與致癌、致畸等毒作用的關(guān)系,將更好的闡明LOX介導(dǎo)的氧化應(yīng)激與有關(guān)疾病和化學(xué)物毒作用的關(guān)系。
[1] Kulkarni AP.Lipoxygenase-a versatile biocatalyst fo r biotransform ation of endobio tics and xenobio tics[J].Cell Mo l Life Sci,2001,58(12-13):1805-1825.
[2] Ku lkarniAP.Ro le of biotransformation in conceptal toxicity of drugs and other chem icals[J].Curr Pharm Des,2001,7(9):833-857.
[3] Shin MH,Moon YJ,Seo JE,Lee Y,Kim KH,Chung JH.Reactive oxygen species produced by NADPH oxidase,xanthine oxidase,and m itochondrial electron transport system mediate heat shockinduced MMP-1 and MMP-9 expression[J].Free Radic Biol Med,2008,44(4):635-645.
[4] Leopold JA,Loscalzo J.Oxidative enzymopathies and vascu lar d isease[J].Arte rioscler Throm b Vasc Bio l,2005,25(7):1332-1340.
[5] Phillis JW,Horrocks LA,F(xiàn)arooquiAA.Cyclooxygenases,lipoxygenases,and epoxygenases in CNS:their role and involvement in neurological disorders[J].Brain Res Rev,2006,52(2):201-243.
[6] Schweiger D,F(xiàn)ürstenbe rger G,Krieg P.Inducible expression of 15-lipoxygenase-2 and 8-lipoxygenase inhibits cellgrow th via common signaling pathways[J].J Lipid Res,2007,48(3):553-564.
[7] Pérez MJ,Cederbaum AI.Spin trapping agents(Tempol and POBN)protect HepG2 cells overexpressing CYP2E1 against arachidonic acid toxicity[J].Free Radic Biol Med,2001,30(7):734-746.
[8] Vento R,D′Alessandro N,Giuliano M,Lauricella M,CarabillòM,Tesoriere G.Induction of apoptosis by arachidonic acid in hum an retinoblastom a Y79 cells:involvement o f oxidative stress[J].Exp Eye Res,2000,70(4):503-517.
[9] Speed N,Blair IA.Cyclooxygenase-and lipoxygenase-mediated DNA damage[J].Cancer Metastasis Rev,2011,30(3-4):437-447.
[10] Soberman RJ,Christmas P.The organization and consequences of eicosanoid signaling[J].J Clin Invest,2003,111(8):1107-1113.
[11] Lewis RA,Austen KF,Soberman RJ.Leukotrienes and other products of the 5-lipoxygenase pathway.Biochem istry and re lation to pathobiology in human diseases[J].N Engl J Med,1990,323(10):645-655.
[12] Chinnici CM,Yao Y,Ding T,F(xiàn)unk CD,Pra ticò D.Absence of 12/15 lipoxygenase reduces brain oxidative stress in apolipoprotein E-deficient m ice[J].Am JPathol,2005,167(5):1371-1377.
[13] van Leyen K,Kim HY,Lee SR,Jin G,AraiK,Lo EH.Baicalein and 12/15-lipoxygenase in the ischem ic brain[J].Stroke,2006,37(12):3014-3018.
[14] Haworth RA,Potter KT,Russell DC.Role of arachidonic acid,lipoxygenase,and m itochondrial depolarization in reperfusion arrhythm ias[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2010,299(1):H165-H174.
[15] Cho KJ,Seo JM,Kim JH.Bioactive lipoxygenase metabolites stimulation of NADPH oxidases and reactive oxygen species[J].Mol Cells,2011,32(1):1-5.
[16] de Carvalho DD,Sadok A,Bourgarel-Rey V,Gattacceca F,Penel C,Lehmann M,et a.Nox1 downstream of 12-lipoxygenase controls cell proliferation but not cell spreading o f colon cancer cells[J].Int J Cancer,2008,122(8):1757-1764.
[17] Luchtefeld M,Drexler H,Schieffe r B.5-Lipoxygenase is involved in the angiotensinⅡ-induced NAD(P)H-oxidase activation[J].Biochem Biophys Res Commun,2003,308(3):668-672.
[18] O thman A,Ahm ad S,MegyerdiS,Mussell R,Choksi K,Maddipati KR,et al.12/15-Lipoxygenase-de rived lipid metabolites induce retina l endothelial cell barrier dysfunction:contribu tion of NADPH oxidase[J].PLoS One,2013,8(2):e57254.
[19] NardiM,F(xiàn)einmark SJ,Hu L,Li Z,Karpatkin S.Com p lement-independent Ab-induced pe roxide lysis of p latelets requires 12-lipoxygenase and a p late le t NADPH oxidase pathway[J].J Clin Invest,2004,113(7):973-980.
[20] W oo CH,Eom YW,Yoo MH,You HJ,Han HJ,Song WK,et al.Tumor necrosis factor-alpha generates reactive oxygen species via a cytosolic phospholipase A2-linked cascade[J].J Biol Chem,2000,275(41):32357-32362.
[21] ColavittiR,PaniG,BedogniB,Anzevino R,Borre llo S,W altenberger J,et al.Reactive oxygen species as dow nstream mediato rs o f angiogenic signaling by vascu lar endothelial grow th factor receptor-2/KDR[J].J Biol Chem,2002,277(5):3101-3108.
[22] Catalano A,Rodilossi S,Caprari P,Coppola V,Procopio A.5-Lipoxygenase regulates senescence-like grow th a rrest by promo ting ROS-dependent p53 activation[J].EMBO J,2005,24(1):170-179.
[23] Pa llast S,AraiK,Wang X,Lo EH,van Leyen K.12/15-Lipoxygenase targets neuronalm itochondria under oxida tive stress[J].J Neurochem,2009,111(3):882-889.
[24] Som jen D,Katzburg S,G rafi-Cohen M,Knoll E,Sharon O,Posner GH.Vitam in Dmetabolites and analogs induce lipoxygenase mRNA expression and activity as well as reactive oxygen species(ROS)production in human bone cell line[J].J Steroid Biochem MolBiol,2011,123(1-2):85-89.
[25] Som jen D,Katzburg S,Knoll E,Sharon O,Posner GH,Stern N.Vitam in D analogs induce lipoxygenase mRNA expression and activity as well as reactive oxygen species(ROS)production in human bone cells[J].JSteroid Biochem MolBiol,2010,121(1-2):265-267.
[26] Abramov JP,Wells PG.Em bryoprotective role o f endogenous catalase in acatalasem ic and human ca talase-expressing mouse embryos exposed in cu ltu re to deve lopmental and phenytoin-enhanced oxidative stress[J].Toxicol Sci,2011,120(2):428-438.
[27] Lu W,Uetrecht JP.Peroxidase-mediated bioactivation of hydroxylated me tabolites of carbamazepine and phenytoin[J].Drug Me tab Dispos,2008,36(8):1624-1636.
[28] Yu WK,W ells PG.Evidence for lipoxygenase-catalyzed bioactivation of phenytoin to a teratogenic reactive intermediate:in vitro studies using linoleic acid-dependent soybean lipoxygenase,and in vivo studies using pregnant CD-1 m ice[J].Toxicol App l Pha rmacol,1995,131(1):1-12.
[29] Hover CG,Kulkarni AP.Human te rm p lacental lipoxygenase-mediated N-demethylation of phenothiazines and insecticides in the presence of linoleic acid[J].Placenta,2000,21(7):646-653.
[30] Wells PG,McCallum GP,Chen CS,Henderson JT,Lee CJ,Perstin J,et al.Oxidative stress in developmental origins o f d isease:te ratogenesis,neurodevelopmentalde ficits,and cancer[J].Toxicol Sci,2009,108(1):4-18.
[31] W ells PG,Bhuller Y,Chen CS,Jeng W,Kasapinovic S,Kennedy JC,et al.Molecular and biochem icalmechanisms in teratogenesis involving reactive oxygen species[J].Toxicol App l Pharmacol,2005,207(2 Supp l):354-366.
[32] Jeng W,Ram kissoon A,Parman T,W ells PG.Prostaglandin H synthase-catalyzed bioactivation o f am phetam ines to free rad ical intermed ia tes tha t cause CNS regional DNA oxidation and ne rve term inal degeneration[J].FASEB J,2006,20(6):638-650.
[33] Roy P,Sajan MP,KulkarniAP.Lipoxygenasem ediated glutathione oxidation and superoxidegeneration[J].J Biochem Toxicol,1995,10(2):111-120.
[34] Mitra A,Hilbelink DR,Dw ornik JJ,Kulkarni A.A novelm odel to assess developmental toxicity of diha loalkanes in humans:bioactivation of 1,2-dibromoethane by the isozymes o f human feta l liver glutathione S-transferase[J].Teratog Ca rcinog Mutagen,1992,12(3):113-127.
[35] Chou DS,Lee JJ,Hsiao G,Hsieh CY,Tsai YJ,Chen TF,et al.Baicalein induction of hydroxyl radical formation via 12-lipoxygenase in hum an platelets:an ESR study[J].J Agric Food Chem,2007,55(3):649-655.
[36] Chou DS,Hsiao G,Lai YA,Tsai YJ,Sheu JR.Baicalein induces proliferation inhibition in B16F10 melanoma cells by generating reactive oxygen species via 12-lipoxygenase[J].Free Radic Biol Med,2009,46(8):1197-1203.
[37] Shima H,Koike E,Shinohara R,KobayashiT.Oxidative ability and toxicity of n-hexane insoluble fraction of d ieselexhaust particles[J].ToxicolSci,2006,91(1):218-226.
[38] Chung SW,Chung HY,Toriba A,Kameda T,Tang N,Kizu R,et al.An environmental quinoid polycyclic aromatic hydrocarbon,acenaphthenequinone,modulates cyclooxygenase-2 expression through reactive oxygen species generation and nuclear factor kappa B activation in A549 ce lls[J].Toxicol Sci,2007,95(2):348-355.
[39] Chung SW,Toriba A,Chung HY,Yu BP,Kameda T,Tang N,et al.Activation o f 5-lipoxygenase and NF-kappa B in the action o f acenaphthenequinone by modulation of oxidative stress[J].Toxicol Sci,2008,101(1):152-158.
[40] Catalano A,RodilossiS,Cap rariP,Coppola V,Procopio A.5-Lipoxygenase regulates senescence-like grow th arrest by promoting ROS-dependent p53 activation[J].EMBO J,2005,24(1):170-179.
[41] Byczkowski JZ,Kulkarni AP.Linoleate-dependent co-oxygenation of benzo(a)pyrene and benzo(a)pyrene-7,8-d ihydrodiol by ra t cytosolic lipoxygenase[J].Xenobiotica,1992,22(5):609-618.
[42] Roy SK,KulkarniAP.Lipoxygenase:a new pathway fo r 2-am inofluorene bioactivation[J].Cance r Le tt,1991,60(1):33-39.
[43] Datta K,Kulkarni AP.Oxidative metabolism o f aflatoxin B1 by lipoxygenase purified from human te rm p lacenta and intrauterine conceptal tissues[J].Teratology,1994,50(4):311-317.
[44] Hu J,Kulkarni AP.Lipoxygenase-mediated N-dem ethylation of pesticides in vitro[J].Chin J Ind Hyg Occup Dis(中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志),2002,20(6):409-412.
Lipoxygenase-m ediated oxidative m etabo lism and oxidative stress
PENG Min-lan,HU Jian-an
(Departm ent o f Occupationa l and Environm enta l Hea lth,Schoo l of Pub lic Hea lth,Centra l South University,Changsha 410078,China)
There is a c lose re lationship between oxidative stress induced tissue dam age and m any diseases.As a mu lti-function oxidase,lipoxygenase can generate reactive oxygen species(ROS)by oxidative ly m etabo lizing various endogenous and exogenous chem icals such as d rugs and environm enta l pollutants.Lipoxygense can catalyze endogenous chem ical reaction,such as arachidonic acid and produce ROS.Lipoxygenase can be also activated in otherways to generate ROS by activating signal transduction.Moreover,some exogenous chem icals can be metabolized into highly reactive radical intermediates by lipoxygenase,inducing ROS generation.The accumulation of intracellar ROS can damage intracellar redox ba lance and induce oxidative stress.Thatm ay be one of the possible toxic e ffectm echanism s o f chem ica l agents.
lipoxygenase;oxidative stress;reactive oxygen species;oxidative dam age
HU Jian-an,E-mail:jiananhu@xysm.net,Tel:(0731)84805460
R963
A
1000-3002(2014)03-0449-06
Foundation item:The project supported by Na tional Na tural Science Foundation of China(81072331)
2013-09-16 接受日期:2013-12-22)
(本文編輯:喬 虹)
國家自然科學(xué)基金(81072331)
彭敏蘭(1987-),女,碩士研究生;胡建安(1955-),男,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事氧化代謝酶與化學(xué)物毒性作用的研究。
胡建安,E-mail:jiananhu@xysm.net,Tel:(0731)84805460