5-оксо-эйкозатетраеновая кислота (т. е. 5-оксо-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -эйкозатетраеновая кислота; также называемая 5-оксо-ETE и 5-oxoETE ) является неклассическим эйкозаноидным метаболитом арахидоновой кислоты и самым мощным естественным членом семейства 5 -HETE клеточных сигнальных агентов. Как и другие клеточные сигнальные агенты, 5-оксо-ETE вырабатывается клеткой, а затем по обратной связи стимулирует свою родительскую клетку (см. Аутокринная сигнализация ) и/или выходит из этой клетки, чтобы стимулировать близлежащие клетки (см. Паракринная сигнализация ). 5-оксо-ETE может стимулировать различные типы клеток, в частности, лейкоциты человека , но обладает наибольшей эффективностью и силой в стимуляции лейкоцитов человеческого эозинофильного типа. Поэтому предполагается, что он образуется во время и вносит важный вклад в формирование и прогрессирование аллергических реакций, основанных на эозинофилах; [1] [2] также предполагается, что 5-оксо-ЭТЭ способствует развитию воспаления , росту раковых клеток и другим патологическим и физиологическим событиям. [1] [3]
Наиболее распространенным способом его получения является то, что клетки производят 5-оксо-ЭТЭ в четырехшаговом пути, который включает в себя вызванную их стимулом активацию следующего пути: а) высвобождение арахидоновой кислоты (т. е. 5Z,8Z,11Z,14Z-эйкозатетраеновой кислоты) из мест ее хранения в мембранных фосфолипидах за счет активации ферментов фосфолипазы А2 ; б) оксигенация этой арахидоновой кислоты активированной арахидонат-5-липоксигеназой (ALOX5) с образованием 5( S )-гидроперокси- 6E , 8Z , 11Z , 14Z- эйкозатетраеновой кислоты (5( S )-HpETE); c) восстановление этого 5( S )-HpETE вездесущими клеточными пероксидазами с образованием 5( S )-гидрокси-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -эйкозатетраеновой кислоты (5( S )-HETE); и ( d ) окисление 5( S )-HETE микросомально -связанным никотинамидадениндинуклеотидфосфатом (NADP + )-зависимым дегидрогеназным ферментом, а именно 5-гидроксиэйкозаноиддегидрогеназой (5-HEDH), с образованием 5-оксо-ETE: [1]
5-HEDH имеет небольшую или не имеет никакой способности метаболизировать R -стереоизомер 5( S )-HETE, а именно 5( R )-HETE, в 5-оксо-ETE. Более того, он действует полностью обратимым образом, легко превращая 5-оксо-ETE обратно в 5( S )-HETE. Поскольку клетки обычно поддерживают очень высокие уровни NADPH по сравнению с их уровнями NADP + , они, как правило, имеют небольшую или не имеют никакой способности преобразовывать 5( S )-HEE в 5-оксо-ETE, и при столкновении с 5-оксо-ETE быстро метаболизируют его в 5( S )-HETE. [1] Однако клетки, подвергающиеся старению, апоптозу , окислительному стрессу или другим состояниям, которые повышают уровень активных форм кислорода (например, супероксид- аниона, кислородных радикалов и пероксидов ) либо физиологически (например, человеческие фагоциты, поглощающие бактерии), либо патологически (например, окислительно-связанные В-лимфоциты ), используют НАДФ + , имеют низкие соотношения НАДФН/НАДФ + и, следовательно, легко преобразуют 5( S )-HETE в 5-оксо-ETE. [1] Таким образом, многие патологические состояния, которые включают окислительный стресс, например, возникающий при быстрорастущих раковых заболеваниях, могут быть важными промоторами накопления 5-оксо-ETE in vivo .
5-Oxo-ETE также может быть получен из 5( S )-HpETE (и, возможно, 5( R )-HpEPE) под действием ферментов цитохрома P450 (CYP), таких как CYP1A1 , CYP1A2 , CYP1B1 и CYP2S1 . [4] из 5( S )-HETE (и, вероятно, 5( R )-HETE) неферментативной атакой гемом или различными другими дегидратирующими агентами; [1] Он также может образовываться путем преобразования 5-( S )-HpETE или 5( R )-HpETE в 5-оксо-ETE из-за действия цитозольного белка мышиного макрофага массой 50–60 килодальтон . [5] Вклад последних трех путей в физиологическое производство 5-оксо-ETE не был полностью оценен.
Изомер 5-оксо-ETE, 5-оксо-(7 E ,9 E ,11 Z ,14 Z )-эйкозатетраеновая кислота, образуется неферментативно как побочный продукт гидролиза метаболита 5-липоксигеназы, лейкотриена A4 . Этот побочный продукт отличается от 5-оксо-ETE не только положением и геометрией своих двойных связей, но и своей активностью: он стимулирует нейтрофилы человека, по-видимому, воздействуя на один или несколько рецепторов LTB4, а не на OXER1. [1] [6]
Было обнаружено и/или предполагается, что человеческие нейтрофилы , моноциты , эозинофилы , В-лимфоциты , дендритные клетки , тромбоциты , эпителиальные клетки дыхательных путей и клетки гладких мышц , сосудистые эндотелиальные клетки и кератиноциты кожи производят 5-оксо-ЭТЭ из эндогенного или экзогенного 5-НЕТЕ, особенно в условиях окислительного стресса; также было показано, что клеточные линии, полученные из раковых опухолей человека, таких как рак молочной железы, простаты, легких, толстой кишки и различных типов лейкемии, являются производителями 5-оксо-ЭТЭ. [3]
Клетки одного типа могут высвобождать 5( S )-HETE, который они производят, в соседние клетки второго типа, которые затем окисляют 5( S )-HETE до 5-оксо-ETE. Это трансцеллюлярное производство обычно включает ограниченное разнообразие типов клеток, которые экспрессируют активную 5-липоксигеназу, не имеют активности HEDH из-за их высоких уровней NADPH по сравнению с уровнями NADP + и, следовательно, накапливают 5( S )-HETE, а не 5-оксо-ETE, при стимуляции. Этот 5( S )-ETE может покидать эти клетки, попадать в различные типы клеток, которые обладают активностью 5-HEDH вместе с более низкими уровнями NADPH в NADP + , и, таким образом, превращаться в 5-оксо-ETE. Трансцеллюлярное производство 5-оксоэйкозатетраеноатов было продемонстрировано in vitro с человеческими нейтрофилами в качестве клеток, продуцирующих 5( S )-HETE, и человеческими клетками рака простаты PC-3 , тромбоцитами и дендритными клетками, полученными из моноцитов , в качестве окисляющих клеток. [3] [7] Предполагается, что этот трансцеллюлярный метаболизм происходит in vivo и обеспечивает механизм контроля производства 5-оксо-ETE, позволяя ему происходить или усиливаться в местах, где клетки, содержащие 5-липоксигеназу, собираются с типами клеток, обладающими 5-HEDH и благоприятными соотношениями NADPH/NADP + ; предполагается, что такие места могут включать те, которые связаны с аллергией, воспалением, окислительным стрессом и быстрорастущими раковыми опухолями. [1] [3]
Как указано в предыдущем разделе, 5-оксо-ETE легко преобразуется в 5( S )-HETE с помощью 5-HEDH в клетках, содержащих очень низкие соотношения NADPH/NADP + . Человеческие нейтрофилы , важная модельная клетка для исследования продукции 5-оксо-ETE, поглощают 5-оксо-ETE и восстанавливают его до 5( S )-HETE; они также образуют заметные количества 5( S )-20-дигидрокси-ETE и небольшие количества 5-оксо,20-гидрокси-ETE, вероятно, под действием фермента цитохрома P450 ω-гидроксилазы , CYP453A, на 5( S )-HETE и 5-оксо-ETE соответственно. [3] [8] Клетки также включают 5( S )-HETE продукт 5-оксо-ETE, но мало или совсем не включает 5-оксо-ETE в качестве эфира в различные фосфолипидные и глицеролипидные пулы; однако, изолированные нейтрофильные плазматические мембраны , которые не обладают заметной активностью 5-HEDH, этерифицируют 5-оксо-ETE в эти липидные пулы. [1] [8]
Несколько других путей могут метаболизировать 5-оксо-ЭТЭ. Во-первых, человеческие эозинофилы используют арахидонат 15-липоксигеназу -1 (или, возможно, арахидонат 15-липоксигеназу-2) для метаболизма 5-оксо-ETE в 5-оксо-15-( S )-гидроперокси-ETE, который быстро восстанавливается до 5-оксо-15( S )-гидрокси-ETE; 5-оксо-15( S )-гидроксил-ETE примерно на треть менее эффективен, чем 5-оксо-ETE в стимулировании клеток. [1] [3] Во-вторых, человеческие тромбоциты используют 12-липоксигеназу для метаболизма 5-оксо-ETE в 5-оксо-12( S )-гидроперокси-эйкозатетраеноат, который быстро превращается в 5-оксо-12( S )-гидрокси-эйкозатетраеноат (5-оксо-12( S )-гидрокси-ETE); 5-оксо-12( S )-гидроксил-ETE является слабым антагонистом 5-оксо-ETE. [3] В-третьих, макрофаги мышей используют а) фермент цитохрома P450 для метаболизма 5-оксо-ETE в 5-оксо-18-гидрокси-ETE (5-оксо-18-HETE), который либо атакуется 5-кето-редуктазой (возможно, 5-HEDH) с образованием 5,18-дигидрокси-эйкозатетраеновой кислоты (5,18-diHETE), либо Δ6-редуктазой с образованием 5-оксо-18-гидрокси-эйкозатриеновой кислоты (5-оксо-18-HETrE), которая затем восстанавливается 5-кето-редуктазой (возможно, 5-HEDH) до 5,18-дигидрокси-эйкозатриеновой кислоты (5,18-diHETrE); б) фермент цитохрома P450 преобразует 5-оксо-ETE в 5-оксо-19-гидрокси-эйкозатетраеновую кислоту (5-оксо-19-HETE), которая затем либо восстанавливается кеторедуктазой (возможно, 5-HEDH) до 5,19-дигидрокси-эйкозатетраеновой кислоты (5,19-diHETE), либо Δ6-редуктазой до 5-оксо-19-гидрокси-эйкозатриеновой кислоты (5-оксо-19-HETrE); [9] или в) лейкотриен C4-синтаза для метаболизма 5-оксо-ETE в 5-оксо-7-глутатионил-8,11,14-эйкозатриеновую кислоту (FOG7). FOG7 имитирует клетки с помощью другого механизма, чем 5-оксо-ETE; биологическая активность других метаболитов, полученных от мышей, не была зарегистрирована. [10] [11]
Исследования нейтрофилов человека впервые обнаружили локализованный на плазматической мембране сайт, который обратимо связывал 5-оксо-ETE и имел атрибуты рецептора, связанного с G-белком, связанного с субъединицей Gi альфа, на основе способности 5-оксо-ETE активировать этот класс мембранных G-белков с помощью механизма, чувствительного к коклюшному токсину . [3] [8] Впоследствии этот рецептор был клонирован несколькими группами, которые назвали его оксоэйкозаноидным рецептором 1 (OXER1), OXE, OXE-R, hGPCR48, HGPCR48 или R527 (его ген называется OXE1 или OXER1 ), и обнаружили, что он связан с комплексом G-белка , состоящим из субъединицы Gi альфа (Gαi) и комплекса G бета-гамма (Gβγ), и активирует его . [1] [3] [12] При связывании с 5-оксо-ETE OXER1 запускает диссоциацию этого комплекса G-белка на компоненты Gαi и Gβγ; диссоциированный Gβγ отвечает за активацию многих сигнальных путей, которые приводят к клеточным функциональным ответам, вызванным 5-оксо-ETE. [13] Эти сигнальные пути включают те, которые вызывают повышение уровня ионов кальция , а также другие, которые активируют MAPK/ERK , митоген-активируемые протеинкиназы p38 , цитозольную фосфолипазу A2 , PI3K / Akt , протеинкиназу C бета (PKCβ) и/или (PKCε). [1] [3] [12] [14] Большинство действий 5-оксо-ETE, по-видимому, опосредованы OXER1; Однако некоторые из его клеточно-стимулирующих действий, по-видимому, не зависят от OXER1, как указано в следующем разделе. Другие соединения также могут стимулировать клетки через OXER1. Многие из этих соединений немного отличаются от 5-оксо-ETE по структуре заменой одного атома на атом другого элемента, потерей одного или нескольких атомов и/или наличием функциональной группы, не обнаруженной в 5-оксо-ETE. Эти соединения называются аналогами 5-оксо-ETE или членами семейства агонистов 5-оксо-ETE. 5-HETE и 5-гидрокси-15( S )-гидроксиэйкозатетраеновая кислота являются примерами таких аналогов. 5-оксо-ETE и многие его аналоги вырабатываются клетками человека, другими клетками млекопитающих, такими как клетки кошек и опоссумов, и клетками нескольких видов рыб. [2] [3] На основании наличия его мРНК предполагается, что рецептор OXER1 в высокой степени экспрессируется в эозинофилах крови человека , нейтрофилах, селезенке, легких, печени и почках, а в более низких концентрациях — в базофилах, моноцитах, макрофагах легких человека., а также различные линии клеток рака человека и клеточная линия, полученная из коры надпочечников человека ; однако клетки мышей и крыс, по-видимому, не имеют четкого OXER1. [1]
Клетки мыши MA-10 реагируют на 5-оксо-ETE, но лишены OXER1. Было высказано предположение, что ответы этих клеток на 5-оксо-ETE опосредованы ортологом OXER1, мышиным рецептором ниацина 1 , Niacr1, который является рецептором, связанным с G-белком, для ниацина , или, альтернативно, одним или несколькими из семейства мышиных гидроксикарбоновых кислот (HCA) рецепторов, связанных с G-белком, HCA1 ( GPR81 ), HCA2 ( GPR109A ) и HCA3 ( GPR109B ), которые являются рецепторами, связанными с G-белком, для жирных кислот. [3] [15]
5-Oxo-ETE и 5-oxo-15( S )-гидрокси-ETE, но не 5-гидрокси-члены семейства 5-HETE, такие как 5-( S )-HETE, активируют гамма-рецептор, активируемый пролифератором пероксисом (PPARγ). Эта активация не происходит через OXER1; скорее, она включает прямое связывание оксо-аналога с PPARγ, причем 5-oxo-15-( S )-гидрокси-ETE более эффективен, чем 5-oxo-ETE, в связывании и активации PPARγ. [16] Активация рецептора OXER1 и PPARγ оксо-аналогами может иметь противоположные эффекты на функцию клетки. Например, OXER1, связанный с 5-oxo-ETE, стимулирует, тогда как PPARγ, связанный с 5-oxo-ETE, ингибирует пролиферацию различных типов линий раковых клеток человека; Это приводит к тому, что 5-оксо-ETE и 5-оксо-15-( S )-HETE обладают значительно меньшей эффективностью, чем предполагалось, в стимуляции этих раковых клеток к пролиферации по сравнению с эффективностью 5-( S )-HETE, что не совсем соответствует эффективности этих трех соединений в активации OXER1. [3] [16]
5-Оксо-ЭТЭ расслабляет предварительно сокращенные бронхи человека с помощью механизма, который, по-видимому, не связан с OXER1, но в остальном не определен. [3] [17]
5-оксо-ЭТЭ является мощным стимулятором и/или усилителем хемотаксиса in vitro (т. е. направленной миграции) и, в зависимости от типа клеток, различных других реакций, таких как дегрануляция (т. е. высвобождение связанных с гранулами ферментов), окислительный метаболизм (т. е. образование активных форм кислорода ) и выработка медиаторов, таких как различные метаболиты арахидоновой кислоты и фактор активации тромбоцитов в эозинофилах, базофилах , нейтрофилах и моноцитах человека . [3] [18] Кроме того, инъекция 5-оксо-ЭТЭ в кожу человека вызывает локальное накопление циркулирующих клеток крови, в частности эозинофилов, но также в меньшей степени нейтрофилов и макрофагов , происходящих из моноцитов . [19] Активность 5-оксо-ETE на двух типах клеток, которые, как известно, участвуют в воспалении, вызванном аллергией, эозинофилах и базофилах, предполагает, что он может участвовать в продвижении аллергических реакций, возможно, привлекая посредством хемотаксиса эти клетки к зарождающимся участкам аллергии и/или стимулируя эти клетки к высвобождению связанных с гранулами ферментов, активных форм кислорода или других стимуляторов аллергических реакций. [3] [12] Активность 5-оксо-ETE на клетках человека, вовлеченных в неаллергические воспалительные заболевания, а именно нейтрофилы и моноциты, а также его способность привлекать эти типы клеток к коже людей, предполагает, что 5-оксо-ETE также может участвовать в широкой категории неаллергических воспалительных заболеваний, включая те, которые связаны с защитой хозяина от патогенов. [12]
5-оксо-ЭТЭ сокращает гладкие мышцы и органокультурные бронхи, выделенные из морских свинок, но расслабляет бронхи, выделенные из легких человека; расслабление бронхов человека, вызванное 5-оксо-ЭТЭ, может не включать его OXER1. [3] [20] Эти результаты показывают, что 5-оксо-ЭТЭ не участвует напрямую в бронхоконстрикции , которая возникает при аллергических астматических реакциях на основе эозинофилов у людей.
5-оксо-ETE (или другой член семейства 5-HETE) стимулирует рост и/или выживание линий человеческих клеток, полученных из рака предстательной железы, молочной железы, легких, яичников, толстой кишки и поджелудочной железы [1] [3] [16] [21] Эти доклинические исследования показывают, что 5-оксо-ETE (или другой член семейства 5-HETE) может способствовать прогрессированию указанных видов рака у людей.
5-оксо-ETE стимулирует адренокортикальные клетки человека H295R , увеличивая транскрипцию стероидогенного острого регуляторного белка РНК-мессенджера и вырабатывая альдостерон и прогестерон по очевидному OXER1-зависимому пути. [15]
5-Оксо-ЭТЭ вызывает изотоническое уменьшение объема эпителиальных клеток кишечных крипт морской свинки. [22]
5-Oxo-ETE и другой потенциальный медиатор аллергических реакций человека, фактор активации тромбоцитов , действуют синергетически, стимулируя эозинофилы и нейтрофилы человека: комбинированные агенты вызывают реакции, которые больше, чем простая сумма их индивидуальных действий, и делают это при относительно низких концентрациях. [23] [24] 5-Oxo-ETE также значительно увеличивает эффективность компонента комплемента 5a , LTB4 и FMLP в стимуляции дегрануляции эозинофилов человека, а его дегранулирующая активность значительно увеличивается при предварительной обработке эозинофилов человека гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором или нейтрофилов человека либо последним цитокином , либо гранулоцитарным колониестимулирующим фактором , фактором некроза опухоли α или различными нуклеотидами , включая АТФ . [23] [24] [25] [26] Предварительная обработка эозинофилов интерлейкином 5 (ключевым медиатором активации эозинофилов) также увеличивает их хемотаксический ответ in vitro на 5-оксо-ETE. [27] 5-оксо-ETE также действует в синергии с двумя хемокинами , CCL2 и CCL8 , стимулируя хемотаксис моноцитов. [18] Взаимодействие 5-оксо-ETE с этими медиаторами аллергии (например, фактором активации тромбоцитов, интерлейкином 5) в эозинофилах дополнительно предполагает, что он играет роль в аллергических заболеваниях, в то время как его взаимодействие с медиаторами воспалительных реакций (например, фактором некроза опухоли α, колониестимулирующими факторами и двумя хемокинами CCL) в нейтрофилах и моноцитах дополнительно предполагает, что он играет роль в воспалительных реакциях и защитных механизмах хозяина.
По сути, все исследования активности 5-oxo-ETE и целевых клеток, аналогичные исследованиям других членов семейства агонистов 5( S )-HETE, лучше всего классифицировать как доклинические исследования разработки: они еще не были определены как важные для патофизиологии человека. Трансляционные исследования необходимы, чтобы узнать, являются ли доклинические исследования, подразумевающие 5-Oxo-ETE и других членов семейства 5( S )-HETE при аллергических заболеваниях , воспалительных заболеваниях, раке, выработке стероидов, ремоделировании костей, родах и других патофизиологических событиях, как описано здесь и на странице 5-HETE , актуальными для людей и, следовательно, имеют клиническое значение.
Клиническое значение 5-оксо-ETE чаще всего изучалось как возможный медиатор аллергических реакций на основе эозинофилов. При введении в виде внутрикожной инъекции он вызывает инфильтрацию эозинофилов в месте инъекции у обезьян. У людей он вызывает инфильтрацию эозинофилов, которая сопровождается значительными уровнями инфильтрации нейтрофилов и макрофагов. Эти инъекции 5-оксо-ETE вызывали значительно больший инфильтрат эозинофилов у астматиков по сравнению со здоровыми людьми. Исследования на макаках-резусах, которые были сенсибилизированы к аллергену, показали, что внутрикожная инъекция исходного аллергена вызывала локализованное накопление эозинофилов; эта инфильтрация была заблокирована примерно на 50% у животных, предварительно обработанных перорально принимаемым антагонистом рецептора OXER1. Этот же антагонист рецептора также блокировал инфильтрацию эозинофилов в легкие у резус-макак, которые были сенсибилизированы к исходному аллергену, а затем подвергнуты воздействию исходного аллергена. Повышенные уровни 5-оксо-ЭТЭ были обнаружены в выдыхаемом конденсате воздуха людей, у которых развилась бронхоконстрикция, похожая на астму, в ответ на вдыхание аллергена клеща домашней пыли : уровни этих повышений были выше у людей, у которых развилась более тяжелая поздняя астматическая реакция . Аналогичным образом, повышенные уровни 5-оксо-ЭТЭ были обнаружены в жидкости бронхоальвеолярного лаважа после вдыхания аллергена клеща домашней пыли мышам, сенсибилизированным к клещу домашней пыли. Наконец, эпителиальные клетки, полученные из носовых полипов человека, производят 5-оксо-ETE, и при применении к культурам ткани носовых полипов 5-оксо-ETE стимулирует выработку эозинофильного катионного белка , белка, связанного с воспалением на основе эозинофилов и астмой. Эти результаты показывают, что: 1) 5-оксо-ETE вызывает кожные эозинофильные аллергические реакции; 2) его действие, по крайней мере у обезьян, включает стимуляцию OXER1; 3) 5-оксо-ETE (или аналог 5-оксо-ETE с аналогичным действием) может способствовать кожным (например, атопический дерматит ), легочным (например, астма) и носовым (например, аллергический ринит ) аллергическим реакциям у человека; и 4) антагонисты OXER1 могут быть полезны при лечении этих кожных, легочных и, возможно, носовых реакций у людей. [28]