Липоксигендеген өнімдердің өзара әрекеттесуінің талдауы

Кіріспе

Липоксигеназаның өзара әрекеттесу өнімінің аббревиатурасы.

Липоксин (LX немесе Lx) – липоксигеназаның өзара әрекеттесу өнімінің аббревиатурасы болып табылатын, әртүрлі жасуша түрлерінде арахидон қышқылынан түзілетін биоактивті аутакоидтық метаболит. Олар классикалық емес эйкозаноидтарға және полиқанықпаған май қышқылдарының (PUFA) метаболиттерінің арнайы қабынуды шешетін медиаторлары (SPM) отбасының мүшелері ретінде жіктеледі. Басқа SPM-дер сияқты, липоксиндер де қабыну жауабы кезінде пайда болып, оны шешуге көмектеседі. Алғашқыда липоксин A4 (LXA4) және LXB4 екі липоксин анықталды, бірақ соңғы зерттеулер осы екі липоксиннің эпимерлерін анықтады: тиісінше эпилипоксиндер, 15 эпи LXA4 және 15 эпи LXB4.

Тарих

LXA4 және LXB4 тұңғыш рет 1984 жылы Серхан, Хамберг және Нобель сыйлығының лауреаты Самуэльсон сипаттады. Олар адам қан нейтрофилдерінің стимуляцияланғанда осы екі липоксинді өндіретінін, ал нейтрофилдердің LXA4 немесе LXB4-пен стимуляцияланғанда супероксид анионын (O2−) өндіру және дегрануляция реакцияларын көрсететінін хабарлады. Бұл екі реакция да патогендерді залалсыздандыруға және шетелдік материалды қорытуға бағытталғандықтан қабынуды күшейтетін факторлар саналады, бірақ бұл жасушалардың тіндеріне зақым келтіріп, қабынуды ұзартуы және одан әрі дамытуы мүмкін. Дегенмен, кейінгі зерттеулер осы липоксиндердің, сондай-ақ олардың эпимерлері – эпи LXA4 және LXB4 қабынуды басуға және аяқтауға бағытталғанын, яғни олар қабынуға қарсы жасушалық сигнал беруші агенттер екенін көрсетті.

Биохимия

Липоксиндер арахидон қышқылынан, ω-6 май қышқылынан ферменттік жолмен түзіледі. Құрылымдық тұрғыдан, олар үш гидроксил тобын (немесе гидрокси тобы деп те аталады) және төрт екі байланысты қамтитын арахидон қышқылының метаболиттері ретінде сипатталады. Бұл құрылымдық анықтама оларды басқа СПМ-дардан – резолвиндер, нейропротектиндер және маресиндерден ажыратады, олар омега-3 май қышқылдарының, яғни эйкозапентаеной қышқылының немесе докозагексаеной қышқылының метаболиттері болып табылады, сондай-ақ басқа ПУҚЖ-дардан (көріңіз – Мамандандырылған про-ажыратушы медиаторлар) алынған метаболиттердің қатарынан да ерекшеленеді. Осы СПМ-дардың барлығының липоксиндерге ұқсас, бірақ міндетті түрде толықтай бірдей емес, белсенділіктері мен функциялары бар.

Синтез

LX-тердің қалыптасуы балықтардан адамдарға дейінгі жануарлардың кең спектрінде сақталады. LX-тердің биосинтезі үшін арахидон қышқылына (АА) екі жеке ферменттік шабуыл қажет. Бір шабуыл 15-көміртекке гидроперокси (OOH) тобын қосуды, осы қосылыстың 14,15 эпоксидіне айналуын және осы эпоксидтің 14,15 дигидроксиэйкозатетраеноат немесе 15 гидроксиэйкозатетраеноат өнімдерін түзетіндей ыдырауын қамтиды. Бұл қадамды 15 липоксигеназа активтілігіне ие ферменттер катализдейді, оның ішінде адамдарда ALOX15, ALOX12, аспиринмен емделген циклооксигеназа 2 және микросомалық, митохондриялық немесе бактериялық топтарына жататын цитохром P450. ALOX15B осы метаболизмді де жүзеге асыруы мүмкін. Басқа ферменттік шабуыл нүктесі 5,6 эпоксиді құрайды, ол 5,6 дигидроксиэйкозатетраеноат немесе 5 гидроксиэйкозатетраеноат өнімдеріне ыдырайды; бұл қадамды 5 липоксигеназа (ALOX5) катализдейді. Сәйкесінше, осы екі рет оксигенация нәтижесінде 5,6,15 тригидрокси немесе 5,14,15 тригидроксиэйкозатетраеноаттар түзіледі. Екі рет оксигенациялау ALOX5 және 15 липоксигеназа активтілігіне ие ферменті бар бір жасуша түрінде немесе әрқайсысы осы фермент активтілігінің біріне ие екі түрлі жасуша түрінде жүзеге асырылуы мүмкін. Соңғы трансклеткалық биосинтез жолында бір жасуша түрі 5,6 дигидрокси, 5 гидрокси, 14,15 дигидрокси немесе 15 гидроксиэйкозатетраеноатты түзсе, содан кейін бұл аралық қосылысты екінші жасуша түріне жібереді, ол оны соңғы LX өніміне айналдырады. Мысалы, LX-тер тромбоциттерде түзіледі, олар ALOX5 жетіспеуіне байланысты оларды синтездей алмайды. Керісінше, нейтрофилдер ALOX5 арқылы 5,6 эпоксиді және лейкотриен А4 (LTA4) түзеді де, оны тромбоциттерге жібереді, олар оны 5,6 дигидроксиэйкозатетраеноат өніміне дейін тотықтырады және одан әрі ALOX12 арқылы метаболизмдеп, 15 гидрокси өнімі LXA4-ті құрайды.

Қосымша зат алмасу

LXs тез метаболизмге ұшырайды, негізінен макрофагтар арқылы, 15-ші көміртекте окистендіріліп, белсенді емес өнімдерге айналады – 15-кето (сондай-ақ 15-оксо) LX өнімдері, бұл 15-гидроксипростагландин дегидрогеназасы арқылы жүзеге асады; 15-оксо LXA4 окисоредуктаза арқылы 13,14-дигидро LXA4-ке метаболизденуі мүмкін. 15-эпи LXA4 және 15-эпи LXB4 өздерінің LX эпимерлеріне қарағанда дегидрогенация ферментіне төзімдірек. Бұл жолдардың LX-тың активтілігін шектеуге немесе оған үлес қосуға қатысты рөлі толыққанды бағаланбаған.

Эндоканнабиноидтар жүйесі

Қабынуға қарсы липид липоксин А4 – CB1 каннабиноид рецепторының эндогендік аллостерикалық күшейткіші. Липоксин А4 анандамидтің осы рецепторға деген туыстығын арттырады, бұл АЕА сигнализациясын аллостерикалық түрде күшейтіп, мида каннабимиметикалық әсерлерді тудырады, сондай-ақ осы эндоканнабиноидтың in vitro және in vivo әсерін күшейтеді. Бұған қоса, липоксин А4 егешқұйрықтарда β-амилоидтың тудырған кеңістіктік есте сақтау қабілетінің нашарлауына қарсы CB1 рецепторына тәуелді қорғаушы әсер көрсетеді.

Липоксиннің аналогтары

Салыстырмалы түрде тұрақты, яғни метаболизмге төзімді, синтетикалық LX және аспирин туындаған 15-эпи LXA4 аналогтары табиғи LX-тердің қалаулы қабынуға қарсы, "шешілімге бағытталған" әрекеттерін имитациялай алады және клиникалық қолдану үшін зерттелуде. Құрылымдық тұрғыдан, бұл LX аналогтары көбінесе 20 көміртекті тригидрокси май қышқылы болып табылатын немесе оған жақын LX-терге ұқсайды, бірақ 15-гидроксипростагландин дегидрогеназаның метаболикалық инактивациясына төзімді, себебі олардың 15-гидрокси тобының жанында үлкен немесе басқа құрылымдық модификация бар. LXA4 және 15-эпи LXA4 – FPR2 рецепторының жоғары туыстық лигандылары және активаторлары. FPR2, қазір ALX, ALX/FPR немесе ALX/FPR2 рецепторы деп аталады, G белоктарымен байланысқан рецептор, алғашқыда лейкоциттердің хемотактикалық факторы, N-формилметионин лейцил фенилаланинге (FMLP) рецептор ретінде анықталған. Тышқандарда осы рецептордың кем дегенде алты гомологы табылды. ALX/FPR – әртүрлі лигандтармен (яғни әртүрлі лигандтармен өзара әрекеттесетін) байланысатын және оларды белсендіретін кең спектрлі рецептор, оның ішінде: а) FMLP сияқты микробтар мен митохондриялар шығаратын немесе олардың аналогтарын құрайтын әртүрлі N-формил олигопептидтері; б) микробтардан алынған формаль емес олигопептидтер; в) созылмалы амилоидоздың және/немесе қабынудың дамуымен байланысты белгілі бір полипептидтер, соның ішінде сарысу амилоид A (SAA) ақуыздары, 42 амин қышқылынан тұратын бета-амилоидтың Aβ42 түрі, гуманин және урокиназа рецепторынан бөлінген (274–388 амин қышқылы) фрагменті; және г) басқа да SPM, соның ішінде RvD1, RvD2, RvD5, AT-RvD1 және RvD3 (мамандандырылған қабынуды шешетін медиаторларға қараңыз). LXA4 және 15-эпи LXA4 нейтрофилдер, эозинофилдер, моноциттер, туа біткен лимфоидты жасушалар және/немесе макрофагтардың хемотаксисін, трансмиграциясын, супероксид түзілуін, NFκB белсенділігін және/немесе қабынуға қарсы цитокиндердің (мысалы, IL8, IL13, IL12 және IL5) түзілуін тежейді, сондай-ақ В лимфоциттерінің IgM және IgG антиденелерін көбейтуін және өндіруін азайтады. Бұл әрекеттер қабынуға қарсы сигналдық жолдарды стимуляциялауды, сонымен қатар қабынуға қарсы жолдарды имитациялайтын басқа ALX/FPR лигандтарының әрекетін тоқтатуды қамтиды. ALX/FPR-ді жоғары экспрессиялайтын трансгенді тышқандарда әртүрлі зиянды факторларға жауап ретінде қабыну реакциясы айтарлықтай төмендейді. Екі LX-тің әрекет ету механизмдері әлі толық анықталмаған: а) лейкоциттердің және тыныс жолдары эпителий жасушаларының бактерияларды өлтіру қабілетін күшейтеді; б) Т-лимфоциттерінің қабынуға қарсы цитокині CCR5 өндірісін арттыра отырып, қабынуға қарсы цитокин TNFα өндірісін тежейді; в) моноциттер мен макрофагтардың фагоцитоз (яғни жұту) қабілетін арттырады, осылайша қабыну ошақтарынан потенциалды зиянды апоптоздық нейтрофилдер мен эозинофилдерді алып тастайды (эффероцитозға қараңыз), бұл жасушаларға тікелей әсер ету арқылы немесе NK жасушаларын стимуляциялау арқылы жүзеге асырылады; г) түрлі жасуша түрлерінің қабынуға қарсы реактивті оттегі түрлерін өндіруін және жасушалардың жабысу молекулаларының экспрессиясын азайтады, сондай-ақ тромбоциттерді тежегіш PGI2 және вазодилататор азот оксидінің өндірісін арттырады; е) мезангиальды жасушалардың, фибробласттардың және басқа да қабынуға қатысатын жасушалардың қабынуға қарсы цитокиндерін өндіруін тежейді; және ж) қабынуға байланысты ауырсыну сезімін азайтады. Метаболизмге төзімді LXB4 және 15-эпи LXA4 құрылымдық аналогтары пероксинитрит (яғни ONOO−) түзілуін тежейді, нейтрофилдердің, моноциттердің және лимфоциттердің ядросында NFκB және AP-1 транскрипциялық факторларының жиналуын азайта отырып, NFκB және AP-1 мобилизациясын әлсіретеді; NFκB және AP-1 қабынуға ықпал ететін гендердің экспрессиясын арттырады. Екі LXB сонымен қатар цитокин сигналдарын басушы ақуыздардың (SOCS ақуыздарына қараңыз) белсенділігін күшейтеді, бұл өз кезегінде көптеген қабынуға қатысатын өнімдерді шығаратын гендерді реттейтін STAT транскрипциялық факторларын белсендіреді. (CysLT1 және ATX/FPR2 аминқышқылдық тізбектерінің 47%-ға жуық бірдейлігі бар. Жоғары концентрацияларда (>30 нмоль/л), LXA4 арил көмірсутек рецепторы AHR-мен байланысады; осы байланыстан кейін AHR ядроға еніп, AhR ядролық транслокаторымен (ARNT) қосылады. AHR/ARNT кешені ксенобиотикалық жауап элементтеріне байланысып, гендердің транскрипциясын белсендіреді, олардың көпшілігі негізінен ксенобиотикалық метаболизмге қатысады. Бұл гендерге SOCS2 (цитокин сигналдарын басушы 2), CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, глутатион S трансфераза Ya суббірлігі, хинон редуктазасы, UDP глюкуронозилтрансфераза және альдегид дегидрогеназа 3 отбасының мүшесі A1 кіреді. Бұл LXA4 әрекеті тек егешкі жасушаларында ғана көрсетілген. LXA4 эстроген рецепторы альфамен байланысып, 46 нМ IC50 шамасында белсендіреді. LXA4 және ATLa адам эндометрий эпителий жасушаларында in vitro және тышқан жатыр тінінде in vivo ERa арқылы транскрипциялық және функционалдық (сілтілі фосфатаза және көбею) жауаптарды белсендірді. Қызығы, LXA4 сонымен қатар антиэстрогендік әлеуетті көрсетті, E2-мен шақырылған белсенділікті айтарлықтай әлсіретті. Тышқандағы эндометриоз моделінде ATLa-ның физиологиялық жағдайға сәйкес келетін концентрациялары зақымдану мөлшерін азайтып, қабыну медиаторларының өндірісіне әсер етті. ERa арқылы реттелетін молекулаларға да әсер етілді, бұл липоксин A4 және оның аналогтары, пролиферативтік және қабыну жолдарының екеуін де тежеп, потенциалды терапевтік құралдар болып табылуы мүмкін екенін көрсетеді. LXB4 және 15-эпи LXB4-тің әрекеттері LXA4 аналогтарына қарағанда әлдеқайда аз анықталған. Олардың мақсатты жасушаларды (мысалы, рецепторларды) стимуляциялау механизмі белгісіз. Осы аналогтардың бірі немесе екеуі де қабыну ошақтарына нейтрофилдердің тартылуын тежеуге, NK жасушаларының цитотоксикалық әсерін тежеуге, моноциттердің қабыну ошақтарына тартылуын стимуляциялауға, макрофагтардың фагоцитозын күшейтуге және кеміргіштерде қабыну ауырсынуын басуға қабілетті екені көрсетілген.

Relatively stable, i. e. metabolically resistant, synthetic analogues of LXs and aspirin triggered 15 epi LXA4s can mimic many of the desirable anti inflammatory, "pro resolution" actions of native LXs and are being tested for clinical use. Structurally, these LX analogs often mimic the LXs in being or closely resembling a 20 carbon trihydroxy fatty acid, but are resistant to 15 hydroxyprostaglandin dehydrogenase metabolic inactivation by having a bulky or other structural modification near their 15 hydroxy residues. LXA4 and 15 epi LXA4 are high affinity receptor ligands for and activators of the FPR2 receptor. FPR2, which is now termed the ALX, ALX/FPR, or ALX/FPR2 receptor, is a G protein coupled receptor initially identified as a receptor for the leukocyte chemotactic factor, N formylmethionine leucyl phenylalanine (FMLP), based on its amino acid sequence similarity to the known FMLP receptor, FPR1. At least six homologues of this receptor are found in mice. ALX/FPR is a promiscuous (i. e. interacting with diverse ligands) receptor that binds and is activated by other ligands including: a) various N formyl oligopeptides that, like FMLP, are either released by microbes and mitochondria or are analogs of those released by microbes and mitochondria; b) microbe derived non formyl oligopeptides; c) certain polypeptides that are associated with the development of chronic amyloidosis and/or inflammation including serum amyloid A (SAA) proteins, a 42 amino acid peptide form amyloid beta termed Aβ42, humanin, and a cleaved soluble fragment (amino acids 274–388) from the urokinase receptor; and d) other SPMs including resolvins RvD1, RvD2, RvD5, AT RvD1, and RvD3 (see Specialized pro resolving mediators). LXA4 and 15 epi LXA4 inhibit chemotaxis, transmigration, superoxide generation, NF κB activation, and/or generation of pro inflammatory cytokines (e. g. IL8, IL13, IL12, and IL5) by neutrophils, eosinophils, monocytes, innate lymphoid cells, and/or macrophages, as well as suppress proliferation and production of IgM and IgG antibodies by B lymphocytes. These actions appear to involve stimulating anti inflammatory signaling pathways, but also blocking the actions of other ALX/FPR ligands which simulate pro inflammatory pathways. Transgenic mice made to overexpress ALX/FPR exhibit markedly reduced inflammatory responses to diverse insults. By mechanisms yet to be clearly identified, the two LX's also: a) stimulate the bacteria killing capacity of leukocytes and airway epithelial cells; b) block production of the pro inflammatory cytokine, TNFα, while increasing production of the anti inflammatory cytokine, CCR5 by T lymphocytes; c)' enhance the ability of monocytes and macrophages to phagocytos (i. e. ingest) and thereby remove potentially injurious apoptotic neutrophils and eosinophils from inflammatory sites (see Efferocytosis) either by direct effecting these cells or by stimulating NK cells to do so; d) cause various cell types to reduce production of pro inflammatory reactive oxygen species and expression of cell adhesion molecules and increase production of the platelet inhibitor, PGI2 and the vasodilator, nitric oxide; e) inhibit production of pro inflammatory cytokines by mesangial cells, fibroblasts, and other pro inflammatory cell types; and f) reduce perception of pain due to inflammation. Metabolically resistant structural analogs of LXB4 and 15 epi LXA4 inhibit formation of peroxynitrite (i. e. ONOO−) to attenuate the mobilization of NFκB and AP 1 transcription factors by reducing their accumulation in the nucleus of neutrophils, monocytes, and lymphocytes; NFκB and AP 1 increase expression of pro inflammatory genes. The two LXBs also trigger activation of Suppressor of cytokine signaling proteins (see SOCS proteins) which, in turn, inhibit activation of STAT protein transcription factors which up regulate many genes making pro inflammatory products. (CysLT1 and ATX/FPR2 have an amino acid sequence identity of 47%. At higher concentrations (>30 nmole/liter), LXA4 binds to AHR, the arylhydrocarbon receptor; following this binding, AHR enters the nucleus, where it joins with AhR nuclear translocator (ARNT). The AHR/ARNT complex binds to xenobiotic response elements to activate transcription of genes, most of which are involved primarily in xenobiotic metabolism. These genes include SOCS2 (i. e. suppressor of cytokine signaling 2), CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1, glutathione S transferase Ya subunit, quinone oxidoreductase, UDP glucuronosyltransferase and aldehyde dehydrogenase 3 family, member A1. This LXA4 activity has been demonstrated only in murine cells. LXA4 binds to and activates estrogen receptor alpha, with an IC50 of 46nM. LXA4 and ATLa were shown to activate transcriptional and functional (alkaline phosphatase and proliferation) responses via ERa in human endometrial epithelial cells in vitro and in mouse uterine tissue in vivo. Interestingly, LXA4 also demonstrated antiestrogenic potential, significantly attenuating E2 induced activity. In a mouse model of endometriois physiologically relevant concentrations of ATLa caused a reduction in lesion size and impacted the production of inflammatory mediators. Molecules regulated via ERa were also impacted, implying that Lipoxin A4 and analogues, inhibiting both proliferative and inflammatory pathways, might be considered as potential therapeutics. The actions of LXB4 and 15 epi LXB4 have been far less well defined than those of their LXA4 analogs. Their mechanism of stimulating target cells (e. g. receptors) is not known. One or both of these analogs have been shown to inhibit the recruitment of neutrophils to sites of inflammation, inhibit the cytotoxicity of NK cells, stimulate the recruitment of monocytes to inflammatory sites, enhance macrophage phagocytosis, and suppress the perception of inflammatory pain in rodents.

Жұқпалы емес қабыну

Бір немесе бірнеше липоксиндер немесе олардың метаболизмге төзімді аналогтары, егешқұйрықтар мен тышқандарда жүргізілген зерттеулерде бағаланғандай, қабыну және аллергиялық аурулардың кең ауқымында басуға, ауырлығын азайтуға және/немесе өмір сүруді ұзартуға қабілетті екені дәлелденген. Бұл зерттеулер эксперименттік жолмен туындаған: эндометриоз, колит, перитонит, панкреатит, бүйрек қабынуы және гломерулонефрит, өкпе астмасы, қышқылданған өкпе зақымдануы, кістік фиброз, плеврит, ми қабынуы және Альцгеймер ауруының қабыну компоненті, жүрек және артқы аяқтарды қоса алғанда, әртүрлі органдардың қан тамырларының ишемиялық-реперфузиялық зақымданулары, жүрек, бүйрек және сүйек миының трансплантациясын қабылдау, артрит, дерматит, пародонтит, мүйіз қабығының қабынуы, қабынуға байланысты ауырсыну және гиперналгезия. b) 15-эпи LXA4, егешқұйрықтарға ішкі қуысқа *Escherichia coli* инъекциясынан туындаған өкпе зақымдануын (яғни, шок өкпесі немесе жедел тыныс жетіспеу синдромы) басып тоқтатты; c) олардың *Alox5* генін жою арқылы липоксин синтезіне жетіспеушілік тудырылған трансгендік тышқандар *Toxoplasma gondii*-дің қабынулы және өлімге алып келетін әсерлеріне көбірек сезімтал болды және LXA44 арқылы осы кемшіліктерден құтылды; d) LXA4, *Alox5* генін жою арқылы липоксин синтезіне жетіспеушілік тудырылған трансгендік тышқандардағы тыныс алу синхтициалды вирусынан туындаған макрофагтардың қызметін қалпына келтірді.

Клиникалық зерттеулер

Рандомизацияланған бақыланатын зерттеуде 15 эпи LXA4 немесе LXB4-тің салыстырмалы түрде тұрақты аналогы, 15R/S метил LXB4, 60 нәрестеге жасалған зерттеуде экземаның ауырлығын азайтты. Қазіргі уақытта BLXA4 липоксин аналогы клиникалық сынақтың 1-ші фазасында және ауыз гингивитін емдеу үшін еріктілерді іріктеу жүріп жатыр (қараңыз: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02342691?term=Lipoxin&rank=3).