Липоксин ( LX или Lx ), аббревиатура для продукта взаимодействия липоксигеназы , является биоактивным аутакоидным метаболитом арахидоновой кислоты , вырабатываемым различными типами клеток. Они классифицируются как неклассические эйкозаноиды и члены специализированного семейства проразрешающих медиаторов (SPM) метаболитов полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК). Как и другие SPM, LX образуются во время воспалительных реакций , а затем действуют для их разрешения . Первоначально были идентифицированы два липоксина, липоксин A 4 (LXA 4 ) и LXB 4 , но более поздние исследования идентифицировали эпимеры этих двух LX: эпилипоксины , 15-epi-LXA 4 и 15-epi-LXB 4 соответственно.
LXA 4 и LXB 4 были впервые описаны Серханом, Хамбергом и лауреатом Нобелевской премии Самуэльссоном в 1984 году. [1] Они сообщили, что нейтрофилы крови человека при стимуляции вырабатывают эти два липоксина и что нейтрофилы при стимуляции любым из LX вызывают генерацию супероксидного аниона (O 2 − ) и дегрануляцию . Оба ответа считаются провоспалительными, поскольку, хотя они направлены на нейтрализацию вторгшихся патогенов и переваривание инородного материала, они могут способствовать повреждению тканей хозяина и тем самым продлевать и способствовать дальнейшему воспалению. Однако последующие исследования показали, что эти липоксины, а также их эпимеры, эпи-LXA 4 и LXB 4 , действуют в первую очередь для ослабления и устранения воспаления, т. е. являются противовоспалительными сигнальными агентами клеток .
Липоксины ферментативно получены из арахидоновой кислоты , ω-6 жирной кислоты . Структурно они определяются как метаболиты арахидоновой кислоты, которые содержат три гидроксильных остатка (также называемых гидроксильными остатками) и четыре двойные связи . Это структурное определение отличает их от других СПМ, таких как резолвины , нейропротектины и марезины , которые являются метаболитами омега -3 жирных кислот , эйкозапентаеновой кислоты или докозагексаеновой кислоты , а также ряда метаболитов, полученных из других ПНЖК (см. Специализированные проразрешающие медиаторы ). Все эти другие СПМ имеют активность и функции, аналогичные, хотя и не обязательно идентичные, липоксинам. [2] [3]
Образование LX сохраняется у широкого спектра видов животных от рыб до людей. [4] Биосинтез LX требует двух отдельных ферментативных атак на арахидоновую кислоту (AA). Одна атака включает присоединение гидроперокси (-O-OH) остатка к углероду 15, преобразование этого вида в 14,15- эпоксид и разделение этого эпоксида с образованием либо 14,15-дигидрокси-эйкозатетраеноата, либо 15-гидрокси-эйкозатетраеноата. Этот шаг катализируется ферментами с активностью 15-липоксигеназы , которая у людей включает ALOX15 , ALOX12 , обработанную аспирином циклооксигеназу 2 и цитохром P450 микросомального, митохондриального или бактериального подклассов. ALOX15B также может проводить этот метаболизм. Другая точка атаки фермента образует 5,6- эпоксид , который разделяется на продукты 5,6-дигидрокси-эйкозатетраеноата или 5-гидрокси-эйкозатетраеноата; этот шаг катализируется 5-липоксигеназой (ALOX5). Соответственно, эти двойные оксигенации дают либо 5,6,15-тригидрокси-, либо 5,14,15-тригидрокси-эйкозатетраеноаты. [5] [6] Двойные оксигенации могут проводиться в пределах одного типа клеток, который обладает ALOX5 и ферментом с активностью 15-липоксигеназы или, альтернативно, двумя различными типами клеток, каждый из которых обладает одной из этих ферментных активностей. В последнем трансклеточном биосинтетическом пути один тип клеток образует либо 5,6-дигидрокси-, 5-гидрокси-, 14,15-дигидрокси- или 15-гидрокси-эйкозатетраеноат, а затем передает этот промежуточный продукт второму типу клеток, который метаболизирует его до конечного продукта LX. [7] Например, LX образуются тромбоцитами, которые, не имея ALOX5, не могут их синтезировать. Вместо этого нейтрофилы образуют 5,6-эпоксид, лейкотриен A4 (LTA 4 ), через ALOX5 и передают его тромбоцитам, которые затем восстанавливают его до продукта 5,6-дигидрокси-эйкозатетераеноата и далее метаболизируют его через ALOX12, образуя 15-гидрокси-продукт, LXA 4 . [5] Два LX отличаются от своих эпимеров 15-эпи-LTX своими структурными формулами:
Обратите внимание, что два LX имеют свои 15-гидроксильные остатки в конфигурации хиральности S , поскольку все ферменты ALOX образуют продукты 15 S -гидрокси AA. Напротив, 15-гидроксильные остатки двух epi-LX являются продуктами хиральности 15 R , поскольку они синтезируются обработанной аспирином циклооксигеназой 2 или микросомальным, митохондриальным или бактериальным цитохромом P450 ; эти ферменты образуют почти полностью или частично 15 R -гидрокси продукты. [5] (15-Epi-LTA4 4 и 15-epi-LTB4 4 иногда называют AT-LxA 4 и AT-LxB 4 , соответственно, когда признают их образование обработанной аспирином циклооксигеназой 2, т. е. A -спирин - активируемой циклооксигеназой 2.)
В дополнение к путям, указанным выше, было показано, что другие трансцеллюлярные метаболические пути создают LX. Например, 5-липоксигеназа (т.е. (ALOX5) в нейтрофилах и 15-липоксигеназа -1 (т.е. ALOX15) в незрелых эритроцитах и ретикулоцитах действуют последовательно, образуя LxA4 4 и LxB4 4 ; этот путь также происходит в последовательных взаимодействиях между нейтрофилами и эозинофилами; между эпителием или макрофагами /моноцитами M2 и нейтрофилами; и эндотелием или скелетными мышцами и нейтрофилами. [5] [6] [7]
Липоксины обычно образуются в результате стимуляции продукции провоспалительных метаболитов арахидоновой кислоты. Однако некоторые цитокины, такие как IFN-γ и IL-1β, еще больше увеличивают продукцию липоксинов (а также других противовоспалительных метаболитов и белков ПНЖК, например IL4 . [8]
LX быстро метаболизируются, в основном макрофагами, до неактивных продуктов путем окисления по углероду 15 с образованием 15- кето (также называемых 15-оксо) продуктов LX 15-гидроксипростагландиндегидрогеназой ; 15-оксо-LXA 4 может далее метаболизироваться до 13,14-дигидро-LXA 4 оксидоредуктазой . 15-Эпи-LXA 4 и 15-эпи-LXB 4 более устойчивы к ферменту дегидрогенизации , чем их эпимеры LX. [4] В результате действия этого анаболического пути LX имеют очень короткий период полураспада in vivo , эпи-LX имеют более длительный период полураспада in vivo и, следовательно, большую эффективность, чем их эпимеры LX, и синтетические липоксины, которые метаболически устойчивы к этому пути, были получены, использованы на животных моделях для изучения активности LX и испытаны в качестве потенциальных терапевтических агентов на животных и людях. [5] [7]
Подобно различным другим метаболитам аминокислот, таким как LTA4 и 5-оксоэйкозатетраеновая кислота , клетки и ткани могут преобразовывать LX в 20-гидроксипродукты путем омега-окисления ; также было показано, что они связывают LXA4 с глутатионом с образованием цистеинил-липоксинов , изначально LXC4 , который затем последовательно метаболизируется в LXD4 и LXE4 . [ 9] Роль этих путей в ограничении или содействии активности LX не была полностью оценена.
Противовоспалительный липид липоксин А 4 является эндогенным аллостерическим усилителем каннабиноидного рецептора CB1 . Липоксин А 4 усиливает сродство анандамида к этому рецептору для оказания каннабимиметических эффектов в мозге , аллостерически усиливая сигнализацию AEA и тем самым потенцируя эффекты этого эндоканнабиноида как in vitro , так и in vivo . В дополнение к этому, липоксин А 4 демонстрирует зависимый от рецептора CB1 защитный эффект против нарушения пространственной памяти , вызванного β-амилоидом у мышей. [10]
Относительно стабильные, т. е. метаболически устойчивые, синтетические аналоги LX и 15-эпи-LXA 4 , активируемые аспирином , могут имитировать многие из желаемых противовоспалительных, «проразрешающих» действий нативных LX и проходят испытания для клинического использования. [11] [12] Структурно эти аналоги LX часто имитируют LX, являясь или очень напоминая 20-углеродную тригидроксижирную кислоту, но устойчивы к метаболической инактивации 15-гидроксипростагландиндегидрогеназы за счет наличия объемной или другой структурной модификации вблизи их 15-гидроксиостатков. [5] Например, некоторые аналоги просто изменяют структуру LX путем: замены атома водорода метильным остатком у углерода 15 на LXA 4 с образованием 15-метил-LXA 4 ; изменение последних 4 атомов углерода LXA 4 или 15-эпи-LXA 4 на остаток 1-фенокси или остаток 1-фенокси-4-фторо с образованием 16-фенокси-LX 4 , 15-эпи-15-фенокси-LXA 4 , 16-(пара-фтор-фенокси-LXA 4 , или 15-эпи-16-(пара-фтор-фенокси-LXA 4 ; и образование связи между углеродом 9 и углеродом 14 LXA 4 с образованием внутреннего аналога фенильного кольца, называемого ароматическим LXA 4 ; другие, более сложные структурные аналоги, находящиеся в разработке, включают аналоги 15-эпи-LXA 4 , называемые ZK-142 и ZK994. [5]
На начальных фазах многих острых воспалительных реакций поврежденные ткани, вторгающиеся патогены и другие локальные события заставляют близлежащие клетки производить и высвобождать провоспалительные метаболиты, полученные из арахидоновой кислоты, такие как: лейкотриены (LT), например LTB 4 , LTB 4 , LTC 4 , LTD 4 и LTE 4 ; гидроксиэйкозатетраеновые кислоты (HETE), например 5-HETE и 12-HETE ; и оксоэйкозаноиды (оксо-ETE), например 5-оксоэйкозатетраеновая кислота (5-оксо-ETE) и 12-оксо-ETE. Эти метаболиты продолжают действовать напрямую или косвенно, привлекая циркулирующие лейкоциты, тканевые макрофаги и тканевые дендритные клетки к поврежденному участку ткани. Последовательное скопление различных типов клеток стимулирует трансцеллюлярные пути формирования специализированных про-разрешающих медиаторов (SPM), включая LX, которые затем продолжают стимулировать клеточные и тканевые реакции, имеющие тенденцию обращать вспять действие про-воспалительных медиаторов, ослаблять и обращать вспять воспалительную реакцию и инициировать восстановление тканей. [13]
LXA 4 и 15-epi-LXA 4 являются лигандами рецепторов с высоким сродством и активаторами рецептора FPR2 . FPR2, который теперь называется рецептором ALX, ALX/FPR или ALX/FPR2, представляет собой рецептор, сопряженный с G-белком, первоначально идентифицированный как рецептор для лейкоцитарного хемотаксического фактора , N-формилметионин-лейцил-фенилаланина (FMLP), на основе его аминокислотной последовательности, схожей с известным рецептором FMLP, FPR1 . У мышей обнаружено по меньшей мере шесть гомологов этого рецептора. ALX/FPR — это беспорядочный (т. е. взаимодействующий с различными лигандами) рецептор, который связывается и активируется другими лигандами, включая: a) различные N-формильные олигопептиды, которые, как и FMLP, либо высвобождаются микробами и митохондриями , либо являются аналогами тех, которые высвобождаются микробами и митохондриями; b) неформильные олигопептиды микробного происхождения; c) определенные полипептиды, которые связаны с развитием хронического амилоидоза и/или воспаления, включая белки сывороточного амилоида A (SAA), пептидную форму бета-амилоида из 42 аминокислот, называемую Aβ42, гуманин и отщепленный растворимый фрагмент (аминокислоты 274–388) от рецептора урокиназы ; и d) другие SPM, включая резольвины RvD1, RvD2, RvD5, AT-RvD1 и RvD3 (см. Специализированные проразрешающие медиаторы ). [5] [7] [14]
LXA 4 и 15-epi-LXA 4 ингибируют хемотаксис , трансмиграцию , генерацию супероксида, активацию NF-κB и/или генерацию провоспалительных цитокинов (например, IL8 , IL13 , IL12 и IL5 ) нейтрофилами, эозинофилами, моноцитами , врожденными лимфоидными клетками и/или макрофагами , а также подавляют пролиферацию и продукцию антител IgM и IgG В-лимфоцитами . Эти действия, по-видимому, включают стимуляцию противовоспалительных сигнальных путей, но также блокируют действия других лигандов ALX/FPR, которые имитируют провоспалительные пути. [5] [6] [13] [15] Трансгенные мыши, у которых была повышена экспрессия ALX/FPR, демонстрируют заметно сниженные воспалительные реакции на различные повреждения. [4] LXA 4 и 15-epi-LXA 4 при интратекальном введении грызунам подавляют восприятие воспалительной боли; это действие может быть связано с рецептором ALX/FPR, который, как было показано, присутствует на спинальных астроцитах подопытных животных, и, на основании исследований с использованием 15-epi-LXA, ингибированием комплекса сигнализации инфламмасомы NALP1 . [6] [16]
Механизмы, которые еще предстоит четко идентифицировать, позволяют предположить, что два ЛК также: а) стимулируют способность лейкоцитов и эпителиальных клеток дыхательных путей уничтожать бактерии; б) блокируют выработку провоспалительного цитокина TNFα , одновременно увеличивая выработку противовоспалительного цитокина CCR5 Т -лимфоцитами ; в) усиливают способность моноцитов и макрофагов фагоцитировать (т.е. поглощать) и тем самым удалять потенциально опасные апоптотические нейтрофилы и эозинофилы из очагов воспаления (см. Эффероглифоз ) либо путем прямого воздействия на эти клетки, либо путем стимуляции NK-клеток к этому; г) заставляют различные типы клеток снижать выработку провоспалительных активных форм кислорода и экспрессию молекул клеточной адгезии , а также увеличивать выработку ингибитора тромбоцитов PGI2 и вазодилататора оксида азота ; e) подавляют выработку провоспалительных цитокинов мезангиальными клетками , фибробластами и другими типами провоспалительных клеток; и f) уменьшают восприятие боли, вызванной воспалением. [5] [6] [13] [15]
LXA 4 и 15-epi-LTA 4 также действуют путем мобилизации факторов транскрипции, которые регулируют экспрессию различных генов, регулирующих воспаление. LXA 4 стимулирует различные типы клеток, способствуя проникновению Nrf2 в ядро и тем самым увеличивая экспрессию генов, таких как гем-оксигеназа-1 (HMOX1), которая увеличивает выработку противовоспалительного газообразного сигнального агента, оксида углерода, и генов, участвующих в синтезе глутатиона , продукта, который нейтрализует окислительный стресс и повреждение тканей, вызванное окислителями. [17] [18] Метаболически устойчивые структурные аналоги LXB 4 и 15-epi-LXA 4 ингибируют образование пероксинитрита (т. е. ONOO − ), чтобы ослабить мобилизацию факторов транскрипции NFκB и AP-1 , уменьшая их накопление в ядре нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов; NFκB и AP-1 увеличивают экспрессию провоспалительных генов. Два LXB также запускают активацию белков-супрессоров цитокиновых сигналов (см. белки SOCS ), которые, в свою очередь, ингибируют активацию факторов транскрипции белков STAT , которые повышают регуляцию многих генов, производящих провоспалительные продукты. [7]
LXA 4 и 15-epi-LXA 4 также являются высокоаффинными антагонистами рецептора лейкотриена цистеинила 1, для которого лейкотриены (LT) LTC4 , LTD4 и LTE4 являются агонистами , то есть три лейкотриена связываются и тем самым стимулируют сокращение гладких мышц, хемотаксис эозинофилов, секрецию слизистых желез и различные другие проаллергические реакции в клетках легких, кожи и других тканей. [4] [19] (CysLT1 и ATX/FPR2 имеют идентичность аминокислотной последовательности 47%. [19] ) Способность этих LX блокировать действие трех LT может способствовать их способности разрешать аллергические реакции; Например, LXA4 расслабляет сокращение гладких мышц, вызванное цистеиниловыми лейкотриенами в анализе защечного мешка хомяка , а метаболически устойчивый аналог 15-эпи-LXAA 4 эффективно подавляет вызванную аллергеном гиперчувствительность дыхательных путей и воспаление в мышиной модели. [4] [19] [20]
При более высоких концентрациях (>30 нмоль/литр) LXA 4 связывается с AHR , рецептором арилуглеводородов; после этого связывания AHR проникает в ядро, где он соединяется с ядерным транслокатором AhR (ARNT). Комплекс AHR/ARNT связывается с элементами ответа на ксенобиотики , чтобы активировать транскрипцию генов, большинство из которых в первую очередь вовлечены в метаболизм ксенобиотиков . Эти гены включают SOCS2 (т.е. супрессор сигнализации цитокинов 2), CYP1A1 , CYP1A2 , CYP1B1 , субъединицу Ya глутатион-S-трансферазы , хинон-оксидоредуктазу, UDP-глюкуронозилтрансферазу и семейство альдегиддегидрогеназы 3, член A1 . Эта активность LXA 4 была продемонстрирована только в клетках мышей. [21] [22]
LXA 4 связывается с рецептором эстрогена альфа и активирует его , с IC50 46 нМ. Было показано, что LXA 4 и ATLa активируют транскрипционные и функциональные (щелочная фосфатаза и пролиферация) ответы через ERa в эпителиальных клетках эндометрия человека in vitro и в ткани матки мыши in vivo . Интересно, что LXA 4 также продемонстрировал антиэстрогенный потенциал, значительно ослабляя активность, вызванную E2. В мышиной модели эндометриоза физиологически значимые концентрации ATLa вызывали уменьшение размера поражения и влияли на выработку воспалительных медиаторов. Молекулы, регулируемые через ERa, также были затронуты, что подразумевает, что Липоксин А 4 и аналоги, ингибирующие как пролиферативные, так и воспалительные пути, могут рассматриваться как потенциальные терапевтические средства. [23] [24]
Действие LXB 4 и 15-epi-LXB 4 изучено гораздо меньше, чем действие их аналогов LXA 4. Механизм их стимуляции целевых клеток (например, рецепторов) неизвестен. Было показано, что один или оба этих аналога ингибируют привлечение нейтрофилов к очагам воспаления, ингибируют цитотоксичность NK-клеток , стимулируют привлечение моноцитов к очагам воспаления, усиливают фагоцитоз макрофагов и подавляют восприятие воспалительной боли у грызунов. [5] [6] [25]
Было показано, что один или несколько липоксинов или их метаболически устойчивых аналогов подавляют, ограничивают тяжесть и/или увеличивают выживаемость при широком спектре воспалительных и аллергических заболеваний, как было оценено в исследованиях на моделях мышей и крыс. Эти исследования включают модели экспериментально вызванных: эндометриоз [26] , колит , перитонит , панкреатит , воспаление почек и гломерулонефрит , легочная астма , кислотно-индуцированное повреждение легких, муковисцидоз , плеврит , воспаление мозга и воспалительный компонент болезни Альцгеймера , сосудистые ишемически-реперфузионное повреждение различных органов, включая сердце и заднюю конечность, отторжение трансплантата сердца, почки и костного мозга , артрит , дерматит , пародонтит , воспаление роговицы и боль и гипералгезия , вызванные воспалением . [5] [7] [4]
Липоксины оказывают защитное действие в животных моделях инфекционного воспаления: а) LXA 4 и аналог LXA 4 уменьшали системное воспаление и улучшали выживаемость в крысиных моделях грамотрицательного бактериального сепсиса ; [13] [27] б) 15-эпи-LXA 4 подавлял повреждение легких (то есть шоковое легкое или острый респираторный дистресс-синдром ), вызванное внутрибрюшинной инъекцией Escherichia coli мышам; в) трансгенные мыши, у которых был дефицит синтеза липоксинов из-за делеции гена Alox5, были более восприимчивы к воспалительным и летальным эффектам Toxoplasma gondii и были избавлены от этих дефектов с помощью LXA4 4 ; [28] г) LXA 4 восстанавливал функцию макрофагов, вызванную респираторно-синцитиальным вирусом, у трансгенных мышей, у которых был дефицит синтеза липоксинов из-за делеции гена Alox5 ; [13] e) LXA 4 улучшил инфекционный пародонтит у кроликов и свиней; [13] f) 15-epi-LXA 4 снизил уровень паразитов в крови, уменьшил воспаление сердца и увеличил выживаемость в мышиной модели болезни Шагаса , вызванной Trypanosoma cruzi ; [28] f') 15-epi-LXA 4 продлил выживаемость в мышиной модели церебральной малярии, вызванной Plasmodium berghei ; [28] и g) LXA 4 сократил продолжительность аллергической реакции на паразитарную инвазию, Angiostrongylus costaricensis . [13]
Однако липоксины также оказывают вредное воздействие в этих моделях: аэрозольное заражение Mycobacterium tuberculosis у трансгенных мышей с дефектом ALOX5, который способствует синтезу LX, показало гораздо менее сильное воспаление и лучшую выживаемость, чем у контрольных мышей; [28] а лечение трансгенных мышей пероральным LXA 4 отменило защитный эффект делеции ALOX5. [28]
LX и эпи-LX были обнаружены в различных тканях человека, подвергающихся широкому спектру воспалительных реакций, аллергических реакций и других состояний, например, в крови пациентов, перенесших коронарную ангиопластику или выполняющих интенсивные физические упражнения. [5] [6] [25] LXA 4 ингибирует бронхиальное сократительное действие LTC4 и расслабляет предварительно сокращенные бронхи у людей, страдающих астмой. [4]
Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши (KSHV), вызывает злокачественную трансформацию клеток человека и отвечает за саркому Капоши и первичную выпотную лимфому , два вида рака, которые поражают, в частности, людей, инфицированных ВИЧ . Исследования клеток саркомы Капоши и первичной выпотной лимфомы человека показывают, что: а) KSHV стимулирует выработку провоспалительных цитокинов, липоксигеназ, циклооксигеназы и метаболитов последних двух классов ферментов, одновременно подавляя выработку противовоспалительных сигнальных агентов, таких как LXA 4 , по-видимому, в качестве стратегии для стимулирования его латентности и злокачественной трансформирующей способности; б) клетки саркомы Капоши и первичной выпотной лимфомы экспрессируют рецептор ALX/FPR; и c)' обработка последних клеток LXA 4 или 15-epi-LXA 4 обращает этот прозлокачественный профиль провоспалительной сигнализации с помощью ALX/FPR-зависимого механизма. Эти исследования предполагают, что два LX или их аналоги следует протестировать на животных моделях, чтобы определить, могут ли они быть полезны для лечения двух человеческих злокачественных новообразований. [7] [29]
В рандомизированном контролируемом исследовании местное применение 15-эпи-LXA4 или сравнительно стабильного аналога LXB4, 15 R/S -метил-LXB4, уменьшило тяжесть экземы в исследовании с участием 60 младенцев. [30] [31]
В настоящее время BLXA4, аналог липоксина, находится на первой фазе клинических испытаний и в настоящее время набирает добровольцев для лечения орального гингивита (см.: Безопасность и предварительная эффективность ополаскивателя для полости рта BLXA4-ME, аналога липоксина, для лечения гингивита (BLXA4) по адресу https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02342691?term=Lipoxin&rank=3). [7]