同型半胱氨酸影响对氧磷酶相关的高密度脂蛋白抗氧化作用的进展

张秦风、秦卫伟、李虹、冯高洁、高宏伟、肖传实综述，高奋审校

对氧磷酶是维持高密度脂蛋白（HDL）抗氧化能力的关键酶，在动脉粥样硬化发生发展过程中起重要保护作用。近年来，随着饮食结构的改变，高同型半胱氨酸（Hcy）患者日趋增多。既往研究发现，在冠心病患者中Hcy 与HDL 呈负相关[1]，Hcy 作为冠心病发生的重要危险因素[2]，是否通过影响对氧磷酶活性减弱HDL 的抗氧化功能、加重冠心病的发生有待探讨。本文就对氧磷酶的生物学作用从病理生理机制到临床研究进展做一综述。

1 对氧磷酶的生物学特性

在动脉粥样硬化发生、发展过程中，对氧磷酶是一种与氧化应激有关的酶[3]。对氧磷酶家族包括PON1、PON2、PON3，它们彼此相邻排列于7q21-22。PON1 及PON3 存在机体许多组织及血液循环中，而PON2 仅存在于细胞内。PON1 和PON3 由肝脏产生后，借助于极端疏水的N 端和包含载脂蛋白A1 及clasterin 的HDL 紧密结合释放入血[4]。PON1 和PON3 作为HDL 的一个主要成分，具有防止Hcy 对低密度脂蛋白（LDL）的氧化作用。人血清对氧磷酶水解氧化的磷脂保护LDL 免受氧化，抑制单核细胞向巨噬细胞分化。在动脉粥样硬化过程中，对氧磷酶有抗氧化、抗炎、保护HDL功能、促进胆固醇流出、抗凋亡、抗血栓及抗粘连作用[5]。对氧磷酶可以水解为三种活性形式，包括乳酸酶活性、芳香酶活性及有机磷酸酶活性。对氧磷酶均有乳酸酶活性，能够水解细胞内的脂质酸酯、降低脂蛋白中的氧化脂质[6]。另外，对氧磷酶还有延缓血小板聚集和缩小病变斑块抑制动脉粥样硬化发生的作用。PON1 在预防LDL 氧化，最小化氧化修饰的低密度脂蛋白（ox-LDL）方面起重要作用[7]。PON1 在结构上有两个Ca2+结合位点，其中一个有高度亲和性并维持该酶稳定性，另一个起水解作用。PON2 能减少来自线粒体超氧化物的释放，但并没有影响其他自由基的水平，如过氧化氢（H2O2）及过氧亚硝基水平[8]。PON3 对保护LDL 免受由Cu2+诱发的氧化修饰作用是PON1 的100 倍。因此，尽管血浆中的PON3 含量比PON1 低两倍，但对保护LDL 免受氧化修饰的作用更强。对氧磷酶生理条件下就能降解不饱和脂肪酸及Hcy 硫代内酯毒性作用。氧化应激条件下，PON2 活动度明显上调，而PON3 的表达无明显改变。但另有学者发现PON3生理情况下细胞内并不存在，只是在病理条件下分泌到血清中发挥抗氧化作用。

2 对氧磷酶在冠心病氧化应激中的影响

随着有关torcetrapib 等多种针对升高高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平药物的临床试验的相继失败，人们发现HDL-C 的抗氧化和抗动脉硬化作用，可能与其结合的各种蛋白有关，特别是对氧磷酶。流行病学调查发现，心肌梗死及糖尿病患者血清对氧磷酶活性明显低于正常水平，故其活性高低可作为评估动脉粥样硬化可能性的一项指标。当血清PON1 活性降低时，巨噬细胞和血清中氧化应激水平升高，HDL 抗氧化能力及抑制LDL 过氧化能力减弱，导致粥样斑块形成;当PON1 活性升高时，巨噬细胞和血清中氧化应激水平降低，可抑制LDL氧化、逆转ox-LDL 的生物活性、保护卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）活性、抑制HDL 脂质过氧化并增加其抗氧化能力，从而抑制泡沫细胞及粥样斑块形成。当细胞内PON2 活性增加时，即使受到H2O2、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）或氧化型磷脂的刺激，细胞内氧化应激水平仍显著降低，脂质过氧化水平明显下降，单核细胞向内皮细胞移行减少，ox-LDL-C 氧化延迟。此外，纯化的PON2 能改善载脂蛋白E 基因敲除（ApoE-/-）。

小鼠腹腔巨噬细胞的氧化应激状态，抑制其动脉粥样硬化病变形成。PON2 基因敲除、ApoE-/-小鼠，给予高脂蛋白饮食后，尽管LDL 和极低密度脂蛋白（VLDL）处于极低水平，但与野生型相比，冠状动脉病变程度较重[9]。与PON1 和PON2 相似，当细胞PON3 表达增加时，可通过延缓ox-LDL 形成、减少脂质过氧化物产生、降低LDL 对单核细胞趋化活性的诱导能力，抑制泡沫细胞形成，减缓动脉粥样硬化病变进展。

尽管对氧磷酶具有抗氧化应激作用，但当氧化应激水平过高时对氧磷酶将失活。这一组基因不仅抑制动脉粥样硬化的发生，还促进动脉粥样斑块的稳定性。PON1 目前研究最透彻的是192 位和55 位基因型，而基因型很大程度上是由血浆中PON1 活动度及氧化应激水平决定。研究发现，PON1 在糖尿病合并冠心病患者中仍有保护作用，其283 位巯基具有抗LDL 氧化作用，无水解作用，且保护作用Q 型＞R 型。PON1192QQ 基因型在动脉粥样硬化形成中起保护作用，而RR 基因型则是冠心病发生的危险因素。另有研究发现，PON1192RR 型可以降低HDL 水平、升高LDL 水平，而PON155LL 型降低LDL 浓度[10]。但有学者发现血浆中PON1 活动度比其基因型是冠心病更好的预测因子[11]。向动脉粥样硬化敏感大鼠注射轻度氧化的LDL，可以减少肝脏信使RNA（mRNA）的合成而使PON 活性下降59%。对氧磷酶活性的减少总伴随着载脂蛋白J（apoJ）的增加，而apoJ 则是HDL 变成亲炎症性的先兆，不能减少ox-LDL 对动脉壁的损伤。另外，在PON1缺陷小鼠发现有氧化应激、血管炎性及血栓形成倾向，进一步验证了PON1 的抗动脉粥样硬化作用。在ApoE-/-小鼠，对氧磷酶通过降低炎性介质而不是影响血脂水平发挥抗动脉粥样硬化作用[12]。对于冠心病的治疗，最好提高对氧磷酶的芳香酶活性，而不是乳酸酶活性[5]。

3 对氧磷酶抗氧化的内在机制

HDL 的抗氧化能力归因于与HDL 相关的蛋白，如对氧磷酶、载脂蛋白A1（apoA1）及LCAT 等[11]。PON1 的过度表达抑制了HDL 的脂过氧化功能，维持其活性及稳定性的关键，apoA-1 的过度表达会增加对氧磷酶活动度。如果脂蛋白缺失，对氧磷酶分泌减少，加入磷脂胶团和HDL 会促进其分泌。绑定到HDL 上是PON1 维持HDL 抗氧化功能的关键[13]。PON1 无独立的抗氧化能力，但呈剂量依赖性对小鼠的保护作用发生在动脉粥样硬化全过程。PON1使致动脉粥样硬化基因Hcy 化来调节LDL 和HDL对氧化应激的易感性保护了HDL 的完整性和功能。对氧磷酶及髓过氧化物酶（MPO）相互影响，HDL 调节这两种酶的相互作用[14]，二者的平衡取决于HDL的抗氧化和抗炎能力。

PON1 以及对氧磷酶家族的另外两个成员PON2和PON3，均可通过降低细胞内氧化应激水平，水解氧化型脂质，减少细胞内脂质过氧化物含量来发挥抗动脉粥样硬化作用。

PON1 直接降低巨噬细胞氧化应激水平的机制包括：（1）减少巨噬细胞内胆固醇合成并促进其流出，水解脂质过氧化物[15]；（2）减少巨噬细胞还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶p47phox 向细胞膜易位，抑制NADPH 氧化酶活性，减弱巨噬细胞释放O2-和ox-LDL 的能力；（3）减少巨噬细胞摄取ox-LDL 形成泡沫细胞[16]；（4）清除动脉粥样硬化形成早期及进展过程中的炎症因子，如丙二醛、肿瘤坏死因子（TNF）-α；（5）刺激一氧化氮活性，促进血管内皮细胞一氧化氮生成及生物利用度[11]；（6）与apoA1 相互作用和保护LCAT 酶活性避免失活来降低LDL 的氧化[17]；（7）使ox-LDL 的毒性产物失去活性，抑制ox-LDL 积累，并通过HDL 促进巨噬细胞胆固醇流出[18]；（8）可以调节LDL-C 向HDL-C 的转化；（9）减弱血清、脂蛋白、巨噬细胞及动脉粥样病变对氧化应激的反应性[19]。此外，PON1还作用于巨噬细胞磷脂，生成溶血磷脂胆碱（LPC），激活HDL 相关胆固醇外流，延缓动脉粥样硬化病变的发展。

PON2 在细胞水平抗氧化应激可能机制是：水解氧化型脂质，逆转轻度氧化的ox-LDL，减弱对单核细胞趋化性的诱导，增强HDL 抗动脉粥样硬化能力，抑制泡沫细胞形成。此外，还能通过c-JunNH2-末端激酶（JNK）途径磷酸化转录因子激活蛋白1（AP-1）亚单位c-Jun，激活AP-1，活化并上调细胞PON2 表达；在给予JNK 抑制剂后，PON2 mRNA 表达呈剂量依赖性下降。此外，PON2 还能调节内质网压力、改变线粒体功能发挥抗动脉粥样硬化作用。研究发现，小鼠PON2 启动区存在过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）γ 识别位点，给予PPARγ激动剂罗格列酮后，PON2 mRNA 和蛋白表达上调。

PON3 降低巨噬细胞氧化应激水平的可能机制是，结合于细胞膜上的PON3 通过水解细胞膜上氧化型磷脂，减少细胞内脂质过氧化物含量，抑制泡沫细胞形成；或通过在动脉血管壁细胞表达，直接影响动脉粥样硬化形成。由于人类巨噬细胞中缺乏PON3，提示PON3 可能仅在人类血液循环中发挥作用。

Hcy 可能通过抑制PON 活性加重氧化应激致动脉粥样硬化，Hcy 可以促进血管内皮细胞、平滑肌细胞动脉粥样硬化或直接细胞毒性作用导致动脉粥样硬化发生，而PON1 将同型半胱氨酸降解为半胱氨酸起解毒功能[20]。研究发现，高Hcy 患者丙二醛含量明显升高，这与HDL 相关的PON 活性降低结果一致，均会导致内皮功能的丧失[21]，说明Hcy 可能通过影响PON 活性发挥作用。与对照组相比，给予动脉粥样硬化饮食的小鼠Hcy 水平明显升高。孔超敏等[22]发现，升高的血浆Hcy 水平是冠状动脉斑块不稳定的重要危险因素。高Hcy 在失功能HDL中发挥着复杂作用，这归因于PON1 的缺失。PON1缺陷的小鼠，一氧化氮活性降低，Hcy 水平增高，血管纤维化及MMP-9 表达增加，对动脉粥样硬化易感性增加。在心肌梗死患者中N 型Hcy 浓度明显升高，且其形成与一氧化氮合酶抑制剂有关[23]。健康的HDL 可以激活一氧化氮活性，从而抑制氧化型脂质的形成。Hcy 会使HDL 功能失调失去抗氧化和抗毒性等心血管保护作用。PON1 缺乏会使HDL 失功能，这与Hcy 升高有关，同时一氧化氮活性降低[21]。高水平Hcy 通过核因子（NF）-κB 途径下调apoE的表达[24]，而PON2 可以调节ApoE-/-小鼠的氧化应激状态。Paoli 等[25]提出，血浆中Hcy 硫代内酯水平较Hcy 水平能更好预测冠心病风险。Hcy 硫代内酯活性是PON 生理活性基质。血浆中N 型Hcy蛋白水平主要由PON 的Hcy 硫代内酯活性决定，而且该酶能抑制N 型Hcy 蛋白的积累。

4 结语与展望

目前关于对氧磷酶的研究尚处于初步阶段，多为动物及细胞实验阶段，且主要研究对象为冠心病模型，而以高Hcy 冠心病模型为研究对象及临床研究少之又少。另外，对氧磷酶在高Hcy 冠心病患者中仍能发挥HDL 的抗氧化作用，但主要研究对象为PON1，其他两个基因家族成员研究相对较少。因此，对氧磷酶在高Hcy 冠心病患者中的病理生理及基因学上的研究将是今后进展的方向。