Введение

Энзимный комплекс NADPH-оксидаза (никотинамидадениндинуклеотидфосфат оксидаза) — это мембранно-связанный энзимный комплекс, направленный во внеклеточное пространство. Он встречается в плазматической мембране, а также в мембранах фагосом, используемых нейтрофильными лейкоцитами для захвата микроорганизмов. Человеческие изоформы каталитического компонента комплекса включают NOX1, NOX2, NOX3, NOX4, NOX5, DUOX1 и DUOX2.

Типы

У млекопитающих NADPH-оксидаза существует в двух типах: один – в лейкоцитах (нейтрофильных), а другой – в сосудистых клетках, различающихся по биохимической структуре и функциям. Нейтрофильная NADPH-оксидаза производит супероксид практически мгновенно, в то время как сосудистый фермент – в течение минут или часов. Более того, в лейкоцитах было установлено, что супероксид передает электроны через мембрану к внеклеточному кислороду, тогда как в сосудистых клетках радикальный анион, по всей видимости, высвобождается преимущественно внутриклеточно.

Структура

Вся структура мембранно-связанного сосудистого фермента состоит из пяти частей: двух цитозольных субъединиц (p47phox и p67phox), цитохрома b558, который включает gp91phox, p22phox и небольшой G-белок Rac.

Биологическая функция

Оксидазы NADPH (NOX) являются одним из основных источников клеточных реактивных видов кислорода (ROS) и продолжают оставаться в центре внимания обширных исследований благодаря своей уникальной функции по производству ROS в нормальных физиологических условиях. Комплекс NADPH-оксидазы находится в неактивном состоянии при нормальных обстоятельствах, но активируется и собирается в мембранах во время респираторного взрыва. Активированная NADPH-оксидаза генерирует супероксид, который играет роль в иммунном ответе животных и передаче сигналов у растений. Супероксид может образовываться в фагосомах, поглотивших бактерии и грибы, или вне клетки. В макрофагах супероксид уничтожает бактерии и грибы посредством механизмов, которые еще не полностью понятны. Супероксид спонтанно диcмутирует с образованием пероксида, который затем протонируется, образуя перекись водорода. Существуют различные точки зрения на то, как оксидаза убивает микробы в нейтрофилах. С одной стороны, считается, что перекись водорода служит субстратом для миелопероксидазы, приводя к образованию гипохлористой кислоты. Она также может инактивировать критически важные метаболические ферменты, инициировать перекисное окисление липидов, повреждать железо-серные кластеры и высвобождать железо, обладающее окислительно-восстановительной активностью, что позволяет генерировать неселективные окислители, такие как гидроксильный радикал. У насекомых некоторые функции NOX были установлены. Членистоногие имеют три типа NOX (NOX4 art – NOX4, специфичный для членистоногих, не зависящий от p22phox, и два фермента, зависимых от кальция, DUOX). В кишечнике зависимое от DUOX производство ROS из бактерий, стимулирующее слизистую оболочку Drosophila melanogaster, является важным механизмом уничтожения патогенов и может усиливать дефекацию в качестве защитной реакции. У Aedes aegypti DUOX участвует в контроле коренной микробиоты кишечника. Rhodnius prolixus обладает DUOX, активируемым кальцием, который участвует в отвердевании яичной скорлупы, и NOX5, который участвует в контроле моторики кишечника и переваривании крови.

Регулирование

Осторожное регулирование активности NADPH-оксидазы критически важно для поддержания здорового уровня ROS в организме. Фермент находится в неактивном состоянии в покоящихся клетках, но быстро активируется различными стимулами, включая бактериальные продукты и цитокины. Сосудистые NADPH-оксидазы регулируются множеством гормонов и факторов, известных как важные участники ремоделирования сосудов и развития заболеваний. К ним относятся тромбин, фактор роста тромбоцитов (PDGF), фактор некроза опухоли (TNFα), лактозилцерамид, интерлейкин 1 и окисленный ЛПНП. Также наблюдается стимуляция агонистами и арахидоновой кислотой. Ang 1 активирует NOX2, NOX4 и митохондрии, вызывая высвобождение ROS, при этом ROS, происходящие из этих источников, играют различные роли в регуляции сигнального пути Ang 1/Tie 2 и проангиогенных ответов.

Патология

Супероксиды играют решающую роль в уничтожении чужеродных бактерий в организме человека. Следовательно, недостаточная активность может привести к повышенной восприимчивости к организмам, таким как каталазоположительные микробы, а избыточная активность – к окислительному стрессу и повреждению клеток. Чрезмерное образование ROS в сосудистых клетках вызывает многие формы сердечно-сосудистых заболеваний, включая гипертонию, атеросклероз, инфаркт миокарда и ишемический инсульт. Атеросклероз вызывается накоплением макрофагов, содержащих холестерин (пеноклетки), в стенках артерий (в интиме). ROS, производимые NADPH-оксидазой, активируют фермент, который заставляет макрофаги прикрепляться к стенке артерии (путем полимеризации актиновых волокон). Этот процесс уравновешивается ингибиторами NADPH-оксидазы и антиоксидантами. Дисбаланс в пользу ROS приводит к развитию атеросклероза. Исследования in vitro показали, что ингибиторы NADPH-оксидазы апоцинин и дифенилэниодний, а также антиоксиданты N-ацетилцистеин и ресвератрол, деполимеризуют актин, разрушают адгезии и позволяют пенным клеткам мигрировать из интимы. Одно исследование предполагает роль NADPH-оксидазы в кетамин-индуцированной потере нейронного парвальбумина и экспрессии GAD67. Подобная потеря наблюдается при шизофрении, и результаты могут указывать на NADPH-оксидазу как на возможный фактор в патофизиологии заболевания. Нитросиний тетразолий используется в диагностическом тесте, в частности, для хронической гранулематозной болезни – заболевания, при котором имеется дефект NADPH-оксидазы, и, следовательно, фагоцит не способен производить реактивные виды кислорода или радикалы, необходимые для уничтожения бактерий, что приводит к их размножению внутри фагоцита. Чем выше синий балл, тем лучше клетка производит реактивные виды кислорода. Также было показано, что NADPH-оксидаза играет роль в механизме, индуцирующем образование sFlt 1 – белка, который деактивирует определенные проангиогенные факторы, играющие роль в развитии плаценты, путем облегчения образования реактивных видов кислорода, которые предположительно являются посредниками в образовании sFlt 1. Эти эффекты частично ответственны за развитие преэклампсии у беременных женщин.

Мутации

Мутации в генах субъединиц NADPH-оксидазы вызывают несколько хронических гранулематозных заболеваний (ХГЗ), характеризующихся крайней восприимчивостью к инфекциям. Данное соединение было запатентовано в 2007 году. Изначально оно разрабатывалось для лечения идиопатического фиброза легких и получило статус лекарственного средства-сироты от FDA и EMA в конце 2010 года.