Эпоксиейкосатриеновая қышқылдар: қасиеттері мен әсерлері

Кіріспе

Май қышқылдарының класы

Эпоксиэкозатриен қышқылдары немесе ЭЭТ-лар – цитохром P450 эпоксигеназалары деп аталатын цитохром P450 ферменттерінің белгілі бір тобы арқылы арахидон қышқылының метаболизмі нәтижесінде әртүрлі жасушаларда түзілетін сигналдық молекулалар. Бұл классикалық емес эйкозаноидтар көбінесе қысқа ғұмырлы болады, кеңінен таралған жасуша ферменті – еритін эпоксид гидролазасы (sEH), сондай-ақ эпоксид гидролаза 2, эпоксидтерді аз белсенді немесе белсенді емес дигидроксиэкозатриен қышқылдарына (diHETrEs) жылдам түрлендіреді. Сондықтан ЭЭТ-лар уақытша әсер ететін, жақын қашықтықтағы гормондар ретінде жұмыс істейді; яғни, олар оларды өндіретін жасушалардың (автокриндік факторлар) немесе жақын жердегі жасушалардың (паракриндік факторлар) функцияларын реттеу үшін жергілікті түрде әрекет етеді. ЭЭТ-лар көбінесе жануарлар моделінде зерттелді, онда олардың артериялық тамырларды кеңейтуді ынталандыру және бүйректің тұз бен суды ұстап қалуын тежеу арқылы қан қысымын төмендету қабілеті көрсетілді. Бұл модельдерде ЭЭТ-лар жүрек инфарктісі және инсульт сияқты артериялық окклюзиялық аурулардың алдын алады, олардың гипертонияға қарсы әсерінен ғана емес, сонымен қатар қан тамырларына қарсы қабыну әсерінен, тромбоциттердің белсенділігін тежеу арқылы қан ұюының алдын алудан және/немесе қан ұйырларын профибринолитикалық жолмен таратудан да. Жүрекке қатысты әсерлері үшін ЭЭТ-лар көбінесе кардиопротекторлық деп аталады. Әртүрлі жүрек-қантамырлық аурулардың алдын алуға қабілетті жүрек-қантамырлық әрекеттерінен басқа, зерттеулер ЭЭТ-ты кейбір қатерлі ісіктердің патологиялық өсуімен және нейропатиялық ауырсынудың физиологиялық және, мүмкін, патологиялық сезінуімен байланыстырады. Қазіргі зерттеулер ЭЭТ-лар, ЭЭТ-ны құрайтын эпоксигеназалар және ЭЭТ-ты деактивациялайтын sEH адам ауруларын бақылау үшін манипуляциялауға болатынын көрсетсе де, клиникалық зерттеулер оны әлі дәлелдемеген. Адам ауруларында ЭЭТ-тың рөлін анықтау қиын, себебі ЭЭТ-ны құрайтын эпоксигеназалардың көп саны, арахидон қышқылынан басқа эпоксигеназа субстраттарының көптігі және ЭЭТ-тың көптеген әрекеттері бар, олардың кейбіреулері патологиялық немесе зиянды болуы мүмкін.

The epoxyeicosatrienoic acids or EETs are signaling molecules formed within various types of cells by the metabolism of arachidonic acid by a specific subset of cytochrome P450 enzymes termed cytochrome P450 epoxygenases. These nonclassic eicosanoids are generally short lived, being rapidly converted from epoxides to less active or inactive dihydroxy eicosatrienoic acids (diHETrEs) by a widely distributed cellular enzyme, soluble epoxide hydrolase (sEH), also termed epoxide hydrolase 2. The EETs consequently function as transiently acting, short range hormones; that is, they work locally to regulate the function of the cells that produce them (i. e. they are autocrine agents) or of nearby cells (i. e. they are paracrine agents). The EETs have been most studied in animal models where they show the ability to lower blood pressure possibly by a) stimulating arterial vasorelaxation and b) inhibiting the kidney's retention of salts and water to decrease intravascular blood volume. In these models, EETs prevent arterial occlusive diseases such as heart attacks and brain strokes not only by their anti hypertension action but possibly also by their anti inflammatory effects on blood vessels, their inhibition of platelet activation and thereby blood clotting, and/or their promotion of pro fibrinolytic removal of blood clots. With respect to their effects on the heart, the EETs are often termed cardio protective. Beyond these cardiovascular actions that may prevent various cardiovascular diseases, studies have implicated the EETs in the pathological growth of certain types of cancer and in the physiological and possibly pathological perception of neuropathic pain. While studies to date imply that the EETs, EET forming epoxygenases, and EET inactivating sEH can be manipulated to control a wide range of human diseases, clinical studies have yet to prove this. Determination of the role of the EETS in human diseases is made particularly difficult because of the large number of EET forming epoxygenases, large number of epoxygenase substrates other than arachidonic acid, and the large number of activities, some of which may be pathological or injurious, that the EETs possess.

Құрылымы

EETS – арахидон қышқылының (тік тізбекті эйкозатетраен қышқылы, омега-6 май қышқылы) эпоксидтелген эйкозатриен қышқылының метаболиттері. Арахидон қышқылында 4 цис қос байланыс бар (Цис-транс изомеризміне қараңыз), олар IUPAC химиялық номенклатурасында Z әрпімен белгіленеді. Бұл қос байланыстар 5–6, 8–9, 11–12 және 14–15 көміртек атомдары арасында орналасқан; сондықтан арахидон қышқылы 5Z,8Z,11Z,14Z эйкозатетраен қышқылы болып табылады. Цитохром P450 эпоксигеназалары осы қос байланыстарға шабуыл жасап, тиісті эйкозатриен қышқылы эпоксидтік аймақтық изомерлерін құрайды (қараңыз), атап айтқанда, 5,6 EET (яғни 5,6 эпоксидтік 8Z,11Z,14Z эйкозатриен қышқылы), 8,9 EET (яғни 8,9 эпоксидтік 5Z,11Z,14Z эйкозатриен қышқылы), 11,12 EET (яғни 11,12 эпоксидтік 5Z,8Z,14Z эйкозатриен қышқылы) немесе тіркелген суретте көрсетілгендей, 14,15 EET (яғни 14,15 эпоксидтік 5Z,8Z,11Z эйкозатриен қышқылы). Ферменттер әдетте бұрынғы әр қос байланыс орнында R/S энантиомерлерін түзсе, мысалы, цитохром P450 эпоксидазалары арахидон қышқылын 14R,15S EET және 14S,15R EET қоспасына айналдырады.

Өндіріс

Цитохром P450 (CYP) ферменттер суперотбасы бактериялар, археялар, саңырауқұлақтар, өсімдіктер, жануарлар және тіпті вирустарда кеңінен таралған. Суперотбасы 1000-ға жуық отбасыға бөлінген 11 000-нан астам генді қамтиды. Адамда 57 потенциалды белсенді CYP гені және 58 CYP псевдогені бар; белсенді CYP гендерінің салыстырмалы түрде аз бөлігі ЭЭТ түзетін эпоксигеназалар, яғни атомдық оттегін (қараңыз) арахидон қышқылы сияқты қанықпаған ұзақ тізбекті май қышқылдарының көміртек-көміртек қос байланыстарына қоса алатын ақуыз ферменттері үшін кодтайды. CYP эпоксигеназалары бірнеше кіші топқа жатады, оның ішінде CYP1A, CYP2B, CYP2C, CYP2E, CYP2J, ал CYP3A кіші тобында CYP3A4; адамдарда CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2J2 және, мүмкін, CYP2S1 изоформалары ЭЭТ-тің негізгі өндірушілері болып табылады, бірақ CYP2C9, CYP2C18, CYP3A4, CYP4A11, CYP4F8 және CYP4F12 ЭЭТ-ті өндіре алады және белгілі бір тіндерде де солай ете алады. CYP эпоксигеназалары арахидон қышқылындағы барлық қос байланыстарды эпоксидтей алады, бірақ олардың көпшілігі салыстырмалы түрде таңдамалы, өйткені олар 11,12 EET және 14,15 EET-мен бір немесе екі ғана ЭЭТ-ті жеткілікті мөлшерде жасайды, бұл аталған CYP эпоксидазалары және сүтқоректілер тіндерімен жасалған негізгі ЭЭТ-тердің 67-80% құрайды. CYP2S1 макрофагтарда, бауырда, өкпеде, ішекте және селезенде экспрессияланады және адам мен тышқанның атеросклерозында (яғни атерома) көп кездеседі, сондай-ақ қабынулы миндальдарда. Өнім диЭТРЕ, олардың эпоксидтік прекурсорлары сияқты, энантиомерлік қоспалар болып табылады; мысалы, sEH 14,15 ETE-ді 14(S),15(R) диЭТРЕ және 14(R),15(S) диЭТРЕ қоспасына айналдырады. ДиЭТРЕ өнімдері эпоксидтік прекурсорларына қарағанда әдетте әлдеқайда аз белсенді болғандықтан, ЭЭТ метаболизмінің sEH жолы ЭЭТ-ті инактивациялаудың маңызды жолы болып саналады. Алайда кейбір жағдайларда, төмендегі биологиялық белсенділік бөлімінде көрсетілгендей, диЭТРЕ-лер елеулі белсенділікке ие екені анықталды. Мембранаға байланған микросомальды эпоксид гидролаза (mEH немесе эпоксид гидролаза 1 [EC 3.2.2.9.]) ЭЭТ-ті олардың дигидрокси өнімдеріне метаболизмдей алады, бірақ ми тінінде mEH белсенділігі sEH белсенділігінен әлдеқайда жоғары болғаннан басқа, ЭЭТ-ті белсенділігінен айтарлықтай үлес қоса алмайды деп есептеледі. Сонымен қатар, адамда екі басқа sEH, эпоксид гидролазалары 3 және 4 (Epoxide hydrolase қараңыз) анықталды, бірақ олардың ЭЭТ-ге (және басқа эпоксидтерге) in vivo шабуылдаудағы рөлі әлі анықталмаған. Осы төрт эпоксид гидролаза жолынан басқа, ЭЭТ-тер фосфолипидтерге ацилденуі мүмкін. Бұл жол ЭЭТ-тің әрекетін шектеу немесе оларды болашақта босату үшін сақтау үшін қызмет етуі мүмкін. Бұл sEH метаболизміне ауыспалы жолдар sEH-ні дәрілік заттармен блокадалау ЭЭТ деңгейін in vivo орташа ғана көтере алады. Корпус кавернозға әсер етіп, пенистің эрекциясын сақтауға көмектеседі. ЭЭТ-дің арнайы эпоксидтенуі эндогенді PPARα агонисттерін тудырады. Эндокринді жасушалардан соматостатиннің, инсулиннің және глюкагонның бөлінуі азаяды. Эндотелий жасушаларына ісіктің жабысу қаупі жоғарылайды. 11,12 диЭТРЕ, бірақ 11,12 ЭЭТ емес, тышқандарда миелоциттер клеткасының жетілуін (яғни миелопоэзді қолдау) және тышқандар мен зебралық балықтарда ангиогенездің кейбір түрлерін ынталандыруды қамтамасыз етеді. ЭЭТ-тің қабынуға қарсы әсерінен айырмашылығы, диЭТРЕ-лерде кейбір қабынуға қарсы әсерлер болуы мүмкін.

The cytochrome P450 (CYP) superfamily of enzymes is distributed broadly throughout bacteria, archaea, fungi, plants, animals, and even viruses. The superfamily comprises more than 11,000 genes categorized into 1,000 families. Humans have 57 putatively active CYP genes and 58 CYP pseudogenes; only a relatively few of the active CYP genes code for EET forming epoxygenases, i. e. protein enzymes with the capacity to attach atomic oxygen (see ) to the carbon carbon double bonds of unsaturated long chain fatty acids such as arachidonic acid. The CYP epoxygenases fall into several subfamilies including CYP1A, CYP2B, CYP2C, CYP2E, CYP2J, and within the CYP3A sub family, CYP3A4; in humans, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2J2, and possibly CYP2S1 isoforms are the main producers of EETs although CYP2C9, CYP2C18, CYP3A4, CYP4A11, CYP4F8, and CYP4F12 are capable of producing the EETs and may do so in certain tissues. The CYP epoxygenases can epoxidize any of the double bounds in arachidonic acid but most of them are relatively selective in that they make appreciable amounts of only one or two EETs with 11,12 EET and 14,15 EET accounting for 67–80% of the product made by the cited CYP epoxidases as well as the main EETs made by mammalian tissues. CYP2S1 is expressed in macrophages, liver, lung, intestine, and spleen and is abundant in human and mouse atherosclerosis (i. e. atheroma) plaques as well as inflamed tonsils. The product diHETrEs, like their epoxy precursors, are enantiomer mixtures; for instance, sEH converts 14,15 ETE to a mixture of 14(S),15(R) diHETrE and 14(R),15(S) diHETrE. Since the diHETrE products are as a rule generally far less active than their epoxide precursors, the sEH pathway of EET metabolism is regarded as a critical EET inactivating pathway. In some instances, however, the diHETrEs have been found to possess appreciable activity as indicated in the Biological activities section below. Membrane bound microsomal epoxide hydrolase (mEH or epoxide hydrolase 1 [EC 3.2.2.9.]) can metabolize EETs to their dihydroxy products but is regarded as not contributing significantly to EET inactivation in vivo except perhaps in brain tissue where mEH activity levels far outstrip those of sEH. Furthermore, two other human sEH, epoxide hydrolases 3 and 4 (see Epoxide hydrolase), have been defined but their role in attacking EETs (and other epoxides) in vivo has not yet been determined. Besides these four epoxide hydrolase pathways, EETs may be acylated into phospholipids in an acylation like reaction. This pathway may serve to limit the action of EETs or store them for future release. These alternate to sEH pathways of EET metabolism ensure that blockade of sEH with drugs can increase EET levels only moderately in vivo. Act in the corpus cavernosum to maintain penile erection. Specific epoxidation of EET sites produces endogenous PPARα agonists. Decrease release of somatostatin, insulin and glucagon from endocrine cells. Increased risk of tumor adhesion on endothelial cells. 11,12 diHETrE but not 11,12 EET appears to support the maturation of the myelocyte cell line (i. e. support myelopoiesis) in mice and to promote certain types of angiogenesis in mice and zebrafish. In opposition of the anti inflammatory actions of EETs, diHETrEs may have some pro inflammatory actions.

Қан қысымын реттеу

Қан қысымын реттеу, сондай-ақ бүйректің тұз және су сіңіруін реттеу (бұл қан қысымын реттеуге ықпал етеді) тұрғысынан алғанда, EETS басқа CYP-дан алынған арахидон қышқылы метаболиті 20-гидроксиэйкозатетраеной қышқылына (20 HETE) тепе-теңдік етеді. Адамда 20 HETE-ні құрайтын негізгі CYP-лар CYP4A11, CYP4F2 және CYP4F3 болып табылады. Жануарлар моделінде 20 HETE артерияларды тарылту арқылы қан қысымын көтереді және бүйректің тұз мен суды қайта сіңіруін ынталандырады, бұл қантамыр ішілік көлемді арттырады (20-гидроксиэйкозатетраеной қышқылына қараңыз). EET-тер кері әсер етеді. Олар эндотелийден алынған гиперполяризациялық фактордың бір түрі, яғни жақын маңдағы тамырлы тегіс бұлшық еттер жасушаларын гиперполяризациялайтын қан тамырларының эндотелийінде синтезделген немесе пайда болған және одан шығарылған зат және/немесе электр сигналы. Бұл жасушалардың серпілуіне және қан қысымын төмендетуге себеп болады. Жануарлар (негізінен кеміргіштер) моделінде EET-тер гипертонияға, сондай-ақ жүрек және бүйрек артерияларына әсер ететін кіші резистентті артерияларды кеңейтеді. Олар ірі өткізгіштікті кальций белсендірілген калий арналарын ашу арқылы, кейбір қан тамырлары тегіс бұлшық еттерінің өткінші рецепторлық әлеуетті арналарын ашу арқылы немесе эндотелий мен тегіс бұлшық еттер арасындағы немесе тегіс бұлшық еттер арасындағы саңылаулар арқылы қоздырғышты сигналдардың қозғалысын жеңілдету арқылы тегіс бұлшық еттердің гиперполяризациясын тудырады. Cyp2c44 немесе Cyp4ac44 гендерін өндіретін EET-ні (гендік нокаут арқылы) жоқ тышқандар жоғары натрийлі немесе жоғары калийлі диетамен тамақтану кезінде гипертензияға ұшырайды. CYP2C8 және CYP2C9 rs1799853 (Arg144Cys) және rs1057910 (Ile359Leu) түрлерінің барлығы арахидон қышқылының метаболизмін және EET қалыптастыру белсенділігін төмендеткен эпоксигеназаны кодтайды. Аталған зерттеулердің көбісі қан тамырлары эндотелийлі жасушалары бөліп шығаратын бір немесе бірнеше EET-тер қан тамырларын кеңейтетін заттардың әрекетінен жауапты екенін және EET-тер өндірісінің жетіспеушілігі немесе sEH арқылы EET-тердің шамадан тыс белсенділігі адамның гипертониясының кейбір түрлеріне әсер ететінін көрсеткенмен, олар нақты емес. Олар басқа да полиқанықпаған май қышқылдарының эпоксидтері, мысалы, эйкозатетраеной, докозатетраеной немесе линоль қышқылдарынан алынғандары CYP2C9 немесе басқа CYP эпоксигеназалары (Epoxygenase қараңыз) арқылы жасалғандары, аз немесе көп мөлшерде тамыр кеңейту реакциясына ықпал етіп, бұл әрекеті арқылы тіндерге қан ағынын көбейтіп, жоғары қан қысымын төмендету функциясын атқарады деген мүмкіндігін жоққа шығармайды. Сонымен қатар, SNP варианттары бойынша осы уақытқа дейін жүргізілген генетикалық зерттеулер адамдарда EET-тер немесе EET- қалыптастыратын эпоксигеназалардың антигипертензивтік рөлін айтарлықтай қолдамайды. EET-тің метаболикалық тұрақты аналогтары болып табылатын және осылайша EET-тің іс-әрекетін еліктейтін немесе sEH-ні тежейтін және осылайша EET деңгейін арттыратын дәрі-дәрмектер жаңадан әзірленген, олар адам гипертониясын емдеу үшін клиникалық даму алдындағы сатыда. Клиникалық зерттеулерде көрсетілгендей. gov веб-сайтында, Ұлттық денсаулық сақтау институтының "Жеңіл - орташа гипертониясы және глюкозаға төзімділігі төмен пациенттерде ерігішті эпоксид гидролаза (sEH) ингибиторларын бағалау" атты клиникалық сынағы 2009 жылы басталғанмен, әлі аяқталмаған немесе оған қатысты хабарламалар берілмеген.

With respect to the regulation of blood pressure as well as the kidneys' regulation of salt and water absorption (which contributes to blood pressure regulation), EETS are counterpoises to another CYP derived arachidonic acid metabolite, 20 hydroxyeicosatetraenoic acid (20 HETE). In humans, the major CYPs making 20 HETE are CYP4A11, CYP4F2, and CYP4F3. In animal models, 20 HETE raises blood pressure by contracting arteries and stimulating the kidney to reabsorb salt and water to increase the intravascular volume (see 20 Hydroxyeicosatetraenoic acid). EETs have the opposite effects. They are one type of endothelium derived hyperpolarizing factor, i. e. a substance and/or electrical signal synthesized or generated in and released from the vascular endothelium that hyperpolarize nearby vascular smooth muscle cells. This causes these cells to relax and thereby lowers blood pressure. In animal (primarily rodent) models, EETs dilate smaller sized resistance arteries involved in causing hypertension as well as cardiac and renal arteries. They cause smooth muscle hyperpolarization by opening vascular smooth muscle large conductance calcium activated potassium channels, opening certain vascular smooth muscle transient receptor potential channels, or facilitating the movement of excitatory signals through gap junctions between endothelium and smooth muscles or between smooth muscles. Mice lacking either of the EET producing Cyp2c44 or Cyp4ac44 genes (by gene knockout) develop hypertension when fed high sodium or high potassium diets. variant of CYP2C8 and the rs1799853 (Arg144Cys) and rs1057910 (Ile359Leu) variants of CYP2C9, all of which code for an epoxygenase with reduced arachidonic acid metabolizing and EET forming activities. While many of the cited studies suggest that one or more of the EETs released by vascular endothelial cells are responsible for the actions of the vasodilators and that deficiencies in EET production or excessive EET inactivation by sEH underlie certain types of hypertension in humans, they are not conclusive. They do not exclude a possibility that other polyunsaturated fatty acid epoxides such as those derived from eicosatetraenoic, docosatetraenoic, or linoleic acids made by CYP2C9 or other CYP epoxygenases (see Epoxygenase) contribute in small or large part to vasodilation responses and by this action promote blood flow to tissues and function in lowering high blood pressures. Furthermore, the genetic studies conducted to date on SNP variants do not give strong support for an antihypertensive role for the EETs or EET forming epoxygenases in humans. Recently developed drugs which are metabolically stable analogs of the EETs and thereby mimic the EETs actions or, alternatively of drugs which inhibit sEH and thereby increase EET levels are in the pre clinical development stage for treating human hypertension. As indicated on the ClinicalTrials. gov web site, a National Institutes of Health sponsored clinical trial entitled "Evaluation of Soluble Epoxide Hydrolase (s EH) Inhibitor in Patients With Mild to Moderate Hypertension and Impaired Glucose Tolerance" has not been completed or reported on although started in 2009.

Порталдық гипертензия

Портальді гипертония, немесе гепатологиялық портальдық жүйедегі қан ағынының гипертониясы – портальдық қысымның қалыпты 10 миллиметрлік сынап бағанынан арту ретінде анықталады. ЭЭТ, әсіресе 11,12 ЭЭТ, жүйелік қан айналымы артерияларына қарағанда бауырдың синусоидтық тамырларына өте әртүрлі әсер етеді: олар синусоидтарды тарылтады. Бауыр циррозы және портальді гипертониясы бар пациенттердің плазмасы мен бауырындағы ЭЭТ деңгейі, зерттеулерге сәйкес, қалыпты жағдайдағы адамдарға қарағанда жоғары болады.

Қабыну

In vitro және жануарлар моделіндегі зерттеулер EET-лердің қабынуға қарсы әрекетін көрсетеді, ол қабынудан туындаған зақымды азайтуға, жоюға және шектеуге бағытталған. Бұл зерттеулердің көпшілігі қан ағынындағы лейкоциттерге, қан тамырлары эндотелийіне және патологиялық қан ұюынан туындаған қан тамырларының бітелуіне қатысты. EET-лер: а) VCAM 1, ICAM 1 және E селектин сияқты жасушалық адгезия молекулаларын қан тамырлары эндотелий жасушаларында өрнектеуге кедергі келтіреді, осылайша қан ағынындағы лейкоциттердің қан тамырлары эндотелийіне жабысуына және осы эндотелий арқылы тіндерге өтуіне тосқауыл қояды; 2) қан моноциттерінде циклооксигеназа 2-нің өрнегі мен активтілігін тежейді, осылайша арахидон қышқылының қабынуды күшейтетін метаболиттерін, мысалы, простагландин E2 өндірісін азайтады; 3) тромбоциттердің агрегациясын тежейді, осылайша тромб (яғни, қан қысты) пайда болуын азайтады; 4) фибринолизді ынталандырады, осылайша қан қыстыларын ерітеді; және 5) қан тамырларының тегіс бұлшық жасушаларының көбеюін тежейді, осылайша қан тамырларының гипертрофиясын және тарылуын азайтады. Инсулинге қарсылық тудыратын егешқұйрық моделінде EET аналогымен емдеу бауыр инсулинін сигнал беруді жақсартады. Бұл шаралар алкогольдік емес майлы бауыр ауруының және созылмалы бүйрек ауруы, бүйрек ишемиялық реперфузиялық зақымдануы және поликистоздық бүйрек ауруы сияқты қабынумен байланысты бүйрек ауруларының жануарлар моделінде де пайдалы нәтижелер берді. Омега-3 май қышқылдарының эпоксидтері EET-лерге қарағанда ауырсынды жеңілдетуде әлдеқайда күшті және белсендірек болып көрінеді (Epoxydocosapentaenoic acid қараңыз).