Гепоксилины (Hx) представляют собой набор эпоксиспиртовых метаболитов полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), т.е. они обладают как эпоксидным, так и спиртовым (т.е. гидроксильным ) остатком. HxA3 , HxB3 и их неферментативно образованные изомеры являются неклассическими эйкозаноидами, полученными из кислоты (ПНЖК), арахидоновой кислоты . Вторая группа менее изученных гепоксилинов, HxA4 , HxB4 и их неферментативно образованные изомеры являются неклассическими эйкозаноидами, полученными из ПНЖК, эйкозапентаеновой кислоты . Недавно 14,15-HxA3 и 14,15-HxB3 были определены как производные арахидоновой кислоты, которые производятся другим метаболическим путем, чем HxA3, HxB3, HxA4 или HxB4, и отличаются от вышеупомянутых гепоксилинов положением их гидроксильных и эпоксидных остатков. Наконец, были описаны гепоксилин-подобные продукты двух других ПНЖК, докозагексаеновой кислоты и линолевой кислоты . Все эти метаболиты эпоксиспиртов, по крайней мере, несколько нестабильны и легко ферментативно или неферментативно превращаются в свои соответствующие тригидроксильные аналоги, триоксилины (TrX). HxA3 и HxB3, в частности, быстро метаболизируются в TrXA3 , TrXB3 и TrXC3 . Гепоксилины обладают различной биологической активностью в животных моделях и/или культивируемых тканях и клетках млекопитающих (включая человека). Метаболиты TrX HxA3 и HxB3 имеют меньшую или нулевую активность в большинстве исследованных систем, но в некоторых системах сохраняют активность своих предшественников гепоксилинов. На основании этих исследований было высказано предположение, что гепоксилины и триоксилины функционируют в физиологии и патологии человека, например, способствуя воспалительным реакциям и расширяя артерии для регулирования регионального кровотока и артериального давления.
HxA3 и HxB3 были впервые идентифицированы, названы и продемонстрировали биологическую активность в стимуляции секреции инсулина в культивируемых панкреатических островках Лангерганса крыс в Канаде в 1984 году CR Pace-Asciak и JM Martin. [1] Вскоре после этого Pace-Asciak идентифицировал, назвал и продемонстрировал активность HxA4 и HxB4 как стимуляторов секреции инсулина . [2]
HxA3, HxB3 и их изомеры отличаются от большинства других эйкозаноидов (т. е. сигнальных молекул, полученных путем окисления 20-углеродных жирных кислот) тем, что они содержат как эпоксидные , так и гидроксильные остатки; они структурно отличаются, в частности, от двух других классов эйкозаноидов, полученных из арахидоновой кислоты, лейкотриенов и липоксинов , тем, что у них отсутствуют сопряженные двойные связи . HxA4 и HxB4 отличаются от HxA3 и HxB3 тем, что имеют четыре, а не три двойные связи . Неклассические эйкозаноиды 14,15-HxA3 и 14,15-HxB3 отличаются от вышеупомянутых гепоксилинов тем, что они образуются другим метаболическим путем и отличаются расположением своих эпоксидных и гидроксильных остатков. Два других класса эпоксиспиртовых жирных кислот, полученные из 22-углеродной полиненасыщенной жирной кислоты, докозагексаеновой кислоты, и 18-углеродной жирной кислоты, линолевой кислоты, отличаются от вышеупомянутых гепоксилинов длиной углеродной цепи; их называют гепоксилин-подобными, а не гепоксилинами. [3] [4] Гепоксилин-подобное производное линолевой кислоты образуется на линолевой кислоте, которая этерифицируется до сфингозина в сложном липиде, называемом этерифицированным омега-гидроксилацил-сфингозином (EOS). [4]
Полная структурная идентичность гепоксилинов и гепоксилин-подобных соединений в большинстве исследований неясна в двух важных отношениях. Во-первых, хиральность R против S их гидроксильного остатка в первоначальных и большинстве последующих исследований не определена и поэтому дана, например, с HxB3 как 10 R/S -гидрокси или просто 10-гидрокси. Во-вторых, хиральность R , S против S , R эпоксидного остатка в этих более ранних исследованиях также не определена и дана, например, с HxB3 как 11,12-эпоксид. Хотя некоторые более поздние исследования определили хиральность этих остатков для выделенных ими продуктов, [5] часто не ясно, имели ли более ранние исследования дело с продуктами, которые имели точно такую же или другую хиральность у этих остатков.
Гепоксилины, такие как HxA3 и HxB3, являются метаболическими промежуточными продуктами, полученными из полиненасыщенной жирной кислоты (ПНЖК), арахидоновой кислоты. Они обладают как эпоксидным, так и гидроксильным остатком. Как метаболические промежуточные продукты, гепоксилины играют несколько ролей в физиологии и патологии человека. Они обладают различной биологической активностью в моделях животных и/или культивируемых тканях и клетках млекопитающих (включая человека). Например, они были вовлечены в стимулирование воспалительной реакции на основе нейтрофилов на различные бактерии в кишечнике и легких грызунов.
Человеческие HxA3 и HxB3 образуются в двухэтапной реакции. Сначала молекулярный кислород (O 2 ) присоединяется к углероду 12 арахидоновой кислоты (т. е. 5Z,8Z,11Z,14Z-эйкозатетраеновой кислоты) и одновременно двойная связь 11 Z в этом арахидонате перемещается в положение 10 E с образованием промежуточного продукта, 12 S -гидроперокси-5Z,8Z,10E,14Z-эйкозатетраеновой кислоты (т. е. 12 S -гидропероксиэйкозатетраеновой кислоты или 12 S -HpETE). Во-вторых, 12 S -HpETE преобразуется в продукты гепоксилина, HxA3 (т.е. 8 R/S -гидрокси-11,12-оксидо-5 Z ,9 E ,14 Z -эйкозатриеновая кислота) и HxB3 (т.е. 10 R/S -гидрокси-11,12-оксидо-5 Z ,8 Z ,14 Z -эйкозатриеновая кислота). [3] Эта двухэтапная метаболическая реакция проиллюстрирована ниже:
Второй этап этой реакции, преобразование 12( S )-HpETE в HxA3 и HxB3, может катализироваться ALOX12 как внутреннее свойство фермента. [6] Однако, основываясь на исследованиях по нокауту генов , эпидермальная липоксигеназа, ALOXE3 , или, точнее, ее мышиный ортолог Aloxe3, по-видимому, отвечает за преобразование 12( S )-HpETE в HxB3 в коже и спинной ткани мышей. [4] [7] [8] Предполагается, что ALOXE3 частично или полностью способствует образованию HxB3 и, возможно, других гепоксилинов тканями, в которых он экспрессируется, такими как кожа. [4] [9] Кроме того, содержащие гидропероксид ненасыщенные жирные кислоты могут перестраиваться неферментативно, образуя различные изомеры эпоксиспиртов. [10] Предполагается, что 12( S )-HpETE, образующийся в тканях, может аналогичным образом неферментативно перестраиваться, образуя HxA3 и HXB3. [4] Однако в отличие от продуктов, производимых ALOX12 и ALOXE3, которые стереоспецифичны в образовании только HxA3 и HxB3, это неферментативное производство гепоксилинов может образовывать различные изомеры гепоксилина и происходить как артефакт обработки ткани. [4] Наконец, клеточные пероксидазы легко и быстро восстанавливают 12( S )-HpETE до его гидроксильного аналога, 12 S -гидрокси-5Z,8Z,10E,14Z-эйкозатетраеновой кислоты (12 S -HETE; см. 12-гидроксиэйкозатетраеновая кислота ; эта реакция конкурирует с реакцией образования гепоксилина и в клетках, проявляющих очень высокую активность пероксидазы, может быть ответственна за блокирование образования гепоксилинов. [3]
ALOX15 отвечает за метаболизм арахидоновой кислоты до 14,15-HxA3 и 14,15-HxB3, как показано в следующей двухэтапной реакции, в которой сначала образуется 15( S )-гидроперокси-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -эйкозатетраеновая кислота (15 S -HpETE), а затем два специфических изомера 11 S/R -гидрокси-14 S ,15 S -эпокси-5 Z ,8 Z ,12 E -эйкозатриеновой кислоты (т. е. 14,15-HxA3) и 13 S/ R)-гидрокси-14 S ,15 S -эпокси-5 Z ,8 Z ,11 Z -эйкозатриеновой кислоты (т. е. 14,15-HxB3):
5Z,8Z,11Z,14Z-эйкозатетраеновая кислота + O 2 → 15( S )-гидроперокси-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -эйкозатетраеновая кислота → 11 R -гидрокси-14 S ,15 S -эпокси-5 Z ,8 Z ,12 E -эйкозатриеновая кислота и 13 R -гидрокси-14 S ,15 S -эпокси-5 Z ,8 Z ,11 Z -эйкозатриеновая кислота
ALOX15, по-видимому, способен проводить оба этапа этой реакции [11], хотя дальнейшие исследования могут показать, что ALOXE3, неферментативные перестройки и восстановление 15 S -HpETE до 15( S )-гидрокси-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -эйкозатетраеновой кислоты (т. е. 15 S -HETE; см. 15-гидроксиикозатетраеновая кислота ) могут быть вовлечены в производство 14,15-HxA3 и 14,15-HxB3, как и в производство HxA3 и HxB3.
Образование гепоксилин-подобных метаболитов докозагексаеновой кислоты, 7 R/S -гидрокси-10,11-эпокси-4 Z ,7 E ,13 Z ,16 Z ,19 Z -докозапентаеновой кислоты (т. е. 7-гидрокси-бис-α-дигомо-HxA5) и 10-гидрокси-13,14-эпокси-4 Z ,7 EZ ,11 E ,16 Z ,19 Z -докозапентаеновой кислоты (т. е. 10-гидрокси-бис-α-дигомо-HxA5) было образовано (или предполагалось, что оно образовано на основе образования их тигидрокси-метаболитов (см. триоксилины ниже) в результате добавления докозагексаеновой кислоты в эпифиз или гиппокамп, выделенные у крыс; путь(и), образующие эти продукты, не были описаны. [3] [12]
Гепоксилин-подобный метаболит линолевой кислоты образуется в коже людей и грызунов. Этот гепоксилин этерифицируется до сфинганина в липидном комплексе, называемом EOS (т. е. этерифицированный омега-гидроксиацил-сфингозин, см. Липоксигеназа#Биологическая функция и классификация#Липоксигеназы человека ), который также содержит очень длинную жирную кислоту . В этом пути ALOX12B метаболизирует этерифицированную линолевую кислоту до ее 9 R -гидропероксипроизводного, а затем ALOXE3 метаболизирует это промежуточное соединение до его 13 R -гидрокси-9 R ,10 R -эпоксидного продукта. Путь функционирует для доставки очень длинноцепочечных жирных кислот в ороговевшую липидную оболочку поверхности кожи. [9]
HxA3 крайне нестабилен, а HxB3 умеренно нестабилен, быстро распадаясь на свои тригидроксипродукты, например, во время процедур выделения, которые используют даже слабокислые методы; они также быстро метаболизируются ферментативно в клетках до тех же самых тригидроксипродуктов, называемых триоксилинами (TrX) или тригидроксиэйкоксатриеновыми кислотами (THETA); HxA3 преобразуется в 8,11,12-тригидрокси-5 Z ,9 E ,14 Z- эйкозатриеновую кислоту (триоксилин A3 или TrXA3), тогда как HxB3 преобразуется в 10,11,12-тригидрокси-5 Z ,8 Z ,14 Z -эйкозатриеновую кислоту (триоксилин B3 или TrXB3). [3] [13] Третья тригидроксикислота, 8,9,12-тригидрокси-5 Z ,10 E ,14 Z эйкозатриеновая кислота (триоксилин C3 или TrXC3), была обнаружена в ткани аорты кролика и мыши, инкубированной с арахидоновой кислотой. [5] [14] Метаболизм HxA3 в TrXA3 и HXB3 в TrX осуществляется растворимой эпоксидгидролазой в печени мыши; поскольку она широко распространена в различных тканях различных видов млекопитающих, включая человека, растворимая эпоксидгидролаза может быть основным ферментом, ответственным за метаболизм этих и, возможно, других соединений гепоксилина. [3] [15] Однако представляется возможным, что другие аналогично действующие эпоксидгидролазы, такие как микросомальная эпоксидгидролаза или эпоксидгидролаза 2, могут оказаться активными в отношении гепоксилингидролазы. В то время как тригидроксильные продукты синтеза гепоксилина обычно считаются неактивными, и поэтому путь sEH рассматривается как функционирующий для ограничения действия гепоксилинов, [3] [16] некоторые исследования показали, что TrXA3, TrXB3 и TrXC3 были более мощными, чем HxA3, в расслаблении предварительно сокращенных артерий мышей [5] и что TrXC3 был относительно мощным релаксантом предварительно сокращенной аорты кролика. [14]
HxA3 был преобразован через присоединение Михаэля, катализируемое глутатионтрансферазой , в его конъюгат глутатиона , HxA3-C, т. е. 11-глутатионил-HxA3, в бесклеточной системе или в гомогенатах ткани гиппокампа мозга крысы ; HxA3-C оказался мощным стимулятором гиперполяризации мембраны в нейронах гиппокампа CA1 крысы. [17] Это образование гепоксилина A3-C, по-видимому, аналогично образованию лейкотриена C4 путем конъюгации глутатиона с лейкотриеном A4 . Конъюгаты глутатиона 14,15-HxA3 и 14,15-HxB3 также были обнаружены в линии клеток Рида-Штернберга человека с болезнью Ходжкина , L1236. [11]
HxB3 и TrX3 обнаружены этерифицированными в sn -2 положении фосфолипида в очагах псориаза у человека , а образцы псориатической кожи человека ацилируют HxBw и TrX2 в эти фосфолипиды in vitro . [3] [18]
Практически все биологические исследования гепоксилинов проводились на животных или in vitro на тканях животных и человека. Однако эти исследования дают различные результаты, специфичные для разных видов, что усложняет их применимость к человеку. Полезный перевод этих исследований в физиологию человека, патологию, клиническую медицину и терапию требует гораздо большего дальнейшего изучения.
HxA3 и HxB3 обладают провоспалительными действиями, например, стимулируя хемотаксис нейтрофилов человека и увеличивая проницаемость кожных капилляров. [3] [19] Исследования на людях показали, что количество HxB3 в псориатических поражениях >16 раз выше, чем в нормальном эпидермисе. Он присутствует в псориатических чешуйках в концентрации ~10 микромоль, которая способна оказывать биологические эффекты; HxB3 не был обнаружен в этих тканях, хотя его присутствие было четко указано на наличие его метаболита, TrXB3, на относительно высоких уровнях в псориатических чешуйках, но не в нормальной эпидермальной ткани. [13] Эти результаты предполагают, что провоспалительные эффекты HxA3 и HxB3 могут способствовать воспалительной реакции , которая сопровождает псориаз и, возможно, другие воспалительные заболевания кожи. [3] [13] [20] [21] HxA3 также участвует в продвижении воспалительной реакции на основе нейтрофилов на различные бактерии в кишечнике и легких грызунов.; [22] [23] это позволяет предположить, что этот гепоксилин может также провоцировать воспалительную реакцию у людей в других тканях, особенно тех, которые имеют слизистую поверхность, помимо кожи. Кроме того, HxA3 и синтетический аналог HxB3, PBT-3, побуждают человеческие нейтрофилы производить нейтрофильные внеклеточные ловушки , т. е. богатые ДНК внеклеточные фибриллярные матрицы, способные убивать внеклеточные патогены , минимизируя при этом ткань; следовательно, эти гепоксилины могут способствовать врожденному иммунитету , отвечая за прямое уничтожение патогенов. [24]
В дополнение к 12 S -HETE и 12 R -HETE (см. 12-HETE#Кровяное давление ), HxA3, TrXA3 и TrXC3, но ни HxB3, ни TrXB3 не расслабляют артерии брыжейки мыши , предварительно сокращенные тромбоксаном A2 (TXA2). Механистически эти метаболиты образуются в сосудистом эндотелии , перемещаются в лежащую под ними гладкую мышцу и обращают вспять сокращение гладких мышц, вызванное TXA2, действуя как антагонист рецептора , т. е. они конкурентно ингибируют связывание TXA2 с его рецептором тромбоксана , α- изоформой . [5] Напротив, эпоксиспиртовые и тригидроксиметаболиты арахидоновой кислоты, полученные с помощью 15-липоксигеназы, а именно, 15-гидрокси-11,12-эпоксиэйкозатриеновая кислота, 13-гидрокси-14,15-эпоксиэйкозатриеновая кислота (изомер 14,15-HxA4) и 11,12,15-тригидроксиэйкозатриеновая кислота, расширяют аорту кролика с помощью механизма гиперполяризующего фактора, полученного из эндотелия (EDHF), т. е. они образуются в эндотелии сосудов, перемещаются в нижележащие гладкие мышцы и вызывают реакцию релаксации, вызванную гиперполяризацией (биологией) , связываясь с их чувствительными к апамину малопроводящими (SK) кальций-активируемыми калиевыми каналами #SK . [5] [25] [26] Указанные метаболиты могут использовать один или другой из этих двух механизмов в различных сосудистых руслах и у различных видов животных, чтобы способствовать регулированию регионального кровотока и кровяного давления. Хотя роль этих метаболитов в сосудистой системе человека не была изучена, 12 S -HETE, 12 R -HETE, HxA3, TrXA3 и TrXC3 действительно ингибируют связывание TXA2 с рецептором тромбоксана человека. [5] [27]
HXA3 и HXB3, по-видимому, отвечают за гипералгезию и тактильную аллодинию (боль, вызванную обычно неболевым стимулом) у мышей в ответ на воспаление кожи. В этой модели гепоксилины высвобождаются в спинном мозге и напрямую активируют рецепторы TRPV1 и TRPA1 , усиливая восприятие боли. [3] [28] [29] TRPV1 (транзиентный рецепторный потенциал катионного канала подсемейства V член 1 (TrpV1), также называемый капсаициновым рецептором или ваниллоидным рецептором) и TRPA1 (транзиентный рецепторный потенциал катионного канала, член A1) являются ионными каналами плазматической мембраны на клетках; известно, что эти каналы участвуют в восприятии боли, вызванной экзогенными и эндогенными физическими и химическими стимулами у широкого спектра видов животных, включая людей.
Культивируемые клетки панкреатических островков RINm5F крысы, подвергающиеся окислительному стрессу, секретируют HxB3; HxB3 (и HxA3), в свою очередь, активирует ферменты пероксидазы , которые действуют, чтобы уменьшить этот стресс; предполагается, что эта вызванная HxB3 индукция оксидаз представляет собой общую компенсаторную защитную реакцию, используемую различными клетками для защиты своей жизнеспособности и функциональности. [30] [31]
Действие HxA3 и HxB3 на секрецию инсулина на изолированных панкреатических островковых клетках крысы связано с их способностью увеличивать или потенцировать инсулин-секретирующую активность глюкозы, требует очень высоких концентраций (например, 2 микромоль) гепоксилинов и не было распространено на интактных животных или людей. [3] [32]
Гепоксилины также вырабатываются в мозге. [33]