磺酸半胱氨酸還原酶先天性心臟病是先天畸形中最常見的類型之一，homocysteine是高同型半胱氨酸。
基本介紹
- 中文名：磺酸半胱氨酸還原酶
- 外文名：Cysteine sulfonic acid reductase
基本信息,其他信息,
基本信息
高同型半胱氨酸上調醛糖還原
摘要：高同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）是一個多種疾病發病的危險因子，其涉及的疾病譜較廣，與心腦血管疾病、糖尿病、腎臟病、出生缺陷、老年病和一些精神疾病發病相關。醛糖還原酶（Aldosereductase，AR）是多元醇代謝途徑（Polyolpathway）的反應限速酶，在高糖情況下，多元醇通路被激活，它是糖尿病慢性併發症發生、發展的重要原因之一。關於醛糖還原酶在糖尿病中的病理生理意義已有很多報導，但還未見高同型半胱氨酸和醛糖還原酶關係的報導。因此，本文初步探討了高同型半胱氨酸上調醛糖還原酶表達的病理生理意義，可能對理解糖尿病併發症乃至臨床診斷及治療有潛在的指導意義。
其他信息
關鍵字：同型半胱氨酸，醛糖還原酶，肺表面活性物質，糖尿病慢性併發症
醛糖還原酶的生化特性、催化特點及病理生理作用
醛糖還原酶（Aldosereductase，AR）屬於還原型輔酶II（NADPH）依賴型醛酮還原酶家族，在體內呈單體存在[1]。1956年Hers[2]首先在精囊及胎盤組織中分離出AR。不同種屬、不同組織的AR在其分子構成、免疫原性及其他理化和生物學性質上稍有差別，其分子量在30000～42000u之間，等電點4.85～5.75。AR的催化底物廣泛[3]，可催化多種醛，包括醛形式的葡萄糖以及具有芳香環結構或脂肪鏈結構的醛，還原為它們相應的醇。
AR為糖代謝多元醇通路（Polyolpathway）的限速酶，它可催化葡萄糖還原成山梨醇（Sorbitol），山梨醇接著又可被山梨醇脫氫酶（Sorbitoldehydrogenase，SDH）氧化成果糖。正常情況下，AR對葡萄糖的親和力較低，細胞很少會利用該通路來代謝葡萄糖，在體內幾乎無法測得AR活性。但當血糖水平升高時，AR的活性增強，30%葡萄糖可經多元醇通路代謝[4]。
有研究表明AR和它的同工酶可能有許多重要的生理功能，涉及細胞的生長和分化調控。AR及小鼠的醛酮還原酶FR1（Fibroblastgrowthfactorregulated1protein）的表達能為成纖維細胞生長因子和表皮生長因子所上調，並且在肝臟腫瘤發生過程中，作為腫瘤最顯著被膜抗原之一的AR樣蛋白可被高表達[5]。此外，在不同類型的細胞中AR可以發揮滲透調節作用、參與果糖、參與甾類激素的代謝[6]。然而AR的最普遍的功能是對反應性醛類的代謝進行解毒。AR和FR-1都對直鏈飽和及不飽和醛類表現出很高的催化活性。由於這些醛類是脂質過氧化的終末活性產物，還原後它們的毒性作用減弱，因此AR可能是體內抗氧化防禦體系的重要組成成員[7]。
然而，除了糖“粘”在蛋白質的糖基化反應（Glycosylation）外，多元醇通路還是糖尿病慢性併發症發病的重要機制之一。AR在糖尿病慢性併發症好發的神經、視網膜、晶狀體與腎臟等部位均有較高程度的表達。在糖尿病高糖條件下，這些易感組織細胞內葡萄糖水平不受胰島素調控，細胞內高葡萄糖導致AR激活，葡萄糖被還原成山梨醇，導致細胞內山梨醇大量蓄積。山梨醇是一種極性很強的化合物，不能自由進出細胞，它在細胞內蓄積，影響細胞滲透壓調節，引起細胞滲透性水腫，使細胞膜的結構和功能受損，干擾細胞正常代謝，從而產生病變[8]。同時，多元醇通路活化後，將大量消耗NADPH與NAD+等輔酶，進一步影響到其他需要NADPH及NAD+的化學反應，造成體內氧化還原失衡，引起代謝紊亂[9]。例如還原型谷胱甘肽（Glutathione）的產生即受影響而降低。還原型谷胱甘肽能保護細胞對抗氧化應激（OxidativeStress），減少蛋白質糖化反應，一旦還原型谷胱甘肽減少，即可能造成糖尿病併發症。NADPH也是一氧化氮合酶調節精氨酸生成一氧化氮的輔助因子，有研究表明糖尿病人內皮細胞一氧化氮生成有降低，使用AR抑制劑可以減輕這一現象[10]。AR可以促進氧化應激的發生，反過來有研究表明AR也能被氧化應激上調，可能是機體地代償機制之一[11，12]。總之，氧化應激與醛糖還原酶之間存在密切的關係。
同型半胱氨酸與氧化應激
同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）是蛋氨酸代謝過程中產生的一種含硫胺基酸，體內不能合成。它可以通過再甲基化形成蛋氨酸，或者通過轉硫途徑生成胱氨酸來代謝清除。血漿中同型半胱氨酸濃度的升高可由多種因素引起，比如B族維生素的缺乏，生活習慣和遺傳性疾病等[13]。高同型半胱氨酸可能是一個多種疾病發病的危險因子，特別是在心腦血管疾病，已知是一個新的獨立危險因子；另一方面，其涉及的疾病譜較廣，已有報導高同型半胱氨酸與妊高征、糖尿病、腎臟病、出生缺陷、老年病和一些精神疾病發病也相關[14]。
近年來，高同型半胱氨酸的致病機制已有了較深入的研究，提出了多種假說，如氧化和亞硝化反應假說、醯化反應假說及低甲基化假說等。其中高同型半胱氨酸導致氧化應激可能是其致病作用的重要機制之一。氧化應激是體內氧化體系和抗氧化體系失衡導致的對細胞的直接損傷，包括產生損傷的DNA鹼基、蛋白質氧化產物、脂質過氧化產物等。在氧化應激過程中產生的反應性氧化物（ReactiveOxidativeSpecies，ROS）還是重要的細胞內信號分子，參與對多種生命現象的調節。有研究表明，同型半胱氨酸上的自由巰基很容易自身氧化形成二硫鍵，同時產生包括超氧化物陰離子（O2?-）、過氧化氫（H2O2）及羥自由基（?OH）等活性氧，進而引起細胞膜及血漿脂質過氧化；形成的（O2?-）與一氧化氮結合生成具有強烈細胞毒性的過氧亞硝酸鹽（ONOO-）；另一方面同型半胱氨酸也能與一氧化氮反應形成S亞硝基同型半胱氨酸，降低了一氧化氮的生物利用度；ROS還可以氧化NOS的巰基而降低其一氧化氮的產生能力；同時一氧化氮還能抑制谷胱甘肽過氧化酶的活性，抑制活性氧的清除[15，16]。套用VitC和VitE能有效預防過量蛋氨酸食用後引起的高同型半胱氨酸血症所導致的血管內皮細胞功能障礙的發生。本室以前的工作曾表明高同型半胱氨酸致動脈粥樣硬化發病過程中激活單核巨噬細胞中氧化應激起到了非常重要的作用[17]。
近年來，高同型半胱氨酸的致病機制已有了較深入的研究，提出了多種假說，如氧化和亞硝化反應假說、醯化反應假說及低甲基化假說等。其中高同型半胱氨酸導致氧化應激可能是其致病作用的重要機制之一。氧化應激是體內氧化體系和抗氧化體系失衡導致的對細胞的直接損傷，包括產生損傷的DNA鹼基、蛋白質氧化產物、脂質過氧化產物等。在氧化應激過程中產生的反應性氧化物（ReactiveOxidativeSpecies，ROS）還是重要的細胞內信號分子，參與對多種生命現象的調節。有研究表明，同型半胱氨酸上的自由巰基很容易自身氧化形成二硫鍵，同時產生包括超氧化物陰離子（O2?-）、過氧化氫（H2O2）及羥自由基（?OH）等活性氧，進而引起細胞膜及血漿脂質過氧化；形成的（O2?-）與一氧化氮結合生成具有強烈細胞毒性的過氧亞硝酸鹽（ONOO-）；另一方面同型半胱氨酸也能與一氧化氮反應形成S亞硝基同型半胱氨酸，降低了一氧化氮的生物利用度；ROS還可以氧化NOS的巰基而降低其一氧化氮的產生能力；同時一氧化氮還能抑制谷胱甘肽過氧化酶的活性，抑制活性氧的清除[15，16]。套用VitC和VitE能有效預防過量蛋氨酸食用後引起的高同型半胱氨酸血症所導致的血管內皮細胞功能障礙的發生。本室以前的工作曾表明高同型半胱氨酸致動脈粥樣硬化發病過程中激活單核巨噬細胞中氧化應激起到了非常重要的作用[17]。
同型半胱氨酸與醛糖還原酶的關係
我們用蛋白質組學的方法發現同型半胱氨酸可以上調肺Ⅱ型上皮細胞系A549細胞醛糖還原酶的表達，在整體動物實驗中，我們也觀察到了高同型半胱氨酸血症大鼠肺Ⅱ型上皮細胞內醛糖還原酶蛋白也上調，並證明高同型半胱氨酸是通過氧化應激引起醛糖還原酶的高表達。對氧化還原敏感的蛋白激酶ERK1/2MAPK的選擇性拮抗劑PD98059可阻斷同型半胱氨酸上調肺Ⅱ型上皮細胞醛糖還原酶的表達。進一步套用醛糖還原酶的抑制劑Alrestatin後可以逆轉高同型半胱氨酸引起的肺Ⅱ型上皮細胞內的肺表面活性蛋白-B的降低，提示醛糖還原酶增高可能介導了高同型半胱氨酸引起的肺Ⅱ型上皮細胞分泌肺表面活性蛋白-B降低作用。
肺表面活性物質（pulmonarysurfactant）系統的功能異常作為肺損傷的重要內在因素目前已得到公認[18]。其中肺表面活性蛋白-B是表面單分子層的結構性成分，直接參與肺泡表面張力的降低，促進磷脂在氣液界面的吸附與擴張，是肺表面活性蛋白發揮作用的關鍵。另外，肺表面活性蛋白-B具有對肺內局部免疫和炎症的調節作用，在炎症或缺血缺氧循環障礙所致急性肺損傷中其含量可減少。因此AR的增加可能正是高同型半胱氨酸對肺Ⅱ型上皮細胞損傷作用的關鍵所在。以上初步研究提示高同型半胱氨酸升高肺Ⅱ型上皮細胞中的醛糖還原酶可能在肺部一些氧化應激引起的疾病中具有重要的發病學意義。
需要注意的是，在糖尿病慢性併發症研究中，有報導表明高同型半胱氨酸可能加速糖尿病慢性併發症的發生和發展；在糖尿病病人，血漿總同型半胱氨酸水平每升高5μmol，未來5年內死亡率增加3倍[19]。而高同型半胱氨酸在糖尿病血管併發症中起何作用，它是否是引起糖尿病血管併發症的主要原因還是糖尿病血管併發症，特別是腎臟併發症的繼髮結果，尚無定論，其作用機制尚不清楚。已知組織高水平表達醛糖還原酶能使氧自由基產生增加，多元醇通路是糖尿病引起氧化應激中氧自由基產生的主要來源，但高同型半胱氨酸和醛糖還原酶關係的研究還知之甚少，因此，針對高同型半胱氨酸和醛糖還原酶與糖尿病關係的研究可能對理解糖尿病併發症的發病機制具有重要的病理生理意義及有潛在的臨床指導意義。
