综述：脂氧合酶在心血管疾病中的作用

《Journal of Cardiovascular Translational Research》：Roles of Lipoxygenases in Cardiovascular Diseases

该综述聚焦脂氧合酶（LOXs），阐述其在心血管疾病（CVDs）中的复杂作用，为治疗提供新思路。

　　

引言

脂氧合酶（Lipoxygenases，LOXs）是一类非血红素铁双加氧酶，能氧化多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFAs）。在人体内，已发现 6 种功能性花生四烯酸脂氧合酶（Arachidonate lipoxygenase，ALOX）基因，编码 6 种 LOX 同工型，即 5-LOX、15-LOX-1、15-LOX-2、12-LOX、12R-LOX 和 e-LOX-3 。不同的 ALOX 同工型在不同组织和细胞中表达，其酶活性受组织分布和细胞类型特异性表达的调控。

LOX 酶可催化分子氧插入 PUFA 特定的酰基链，生成高度富集的氢过氧化物衍生物。比如，花生四烯酸（Arachidonic acid，AA）和亚油酸（Linoleic acid，LA）可分别转化为氢过氧化二十碳四烯酸（Hydroperoxyeicosatetraenoic acid，HPETEs）和羟基十八碳二烯酸（Hydroxyoctadecadienoic acids，HODEs） 。HPETEs 还能进一步被谷胱甘肽过氧化物酶代谢为羟基二十碳四烯酸（Hydroxyeicosatetraenoic acids，HETEs），或者转化为白三烯（Leukotrienes，LTs）、脂氧素和 hepoxilins。LOX 衍生的代谢物可启动参与炎症和免疫的生物合成途径，在哺乳动物的炎症和先天免疫反应中发挥关键作用，与多种心血管疾病的发生发展密切相关。深入了解 LOX 酶及其代谢物在心血管病理相关的细胞内信号通路中的作用，可能为预防疾病进展揭示新的治疗策略。

人类脂氧合酶家族及其代谢物

5 - 脂氧合酶

N-3 和 n-6 脂肪酸（FAs）及其生物活性代谢物在炎症级联反应中至关重要。FAs 代谢为类花生酸需要 LOXs、环氧化酶或细胞色素 P450（CYP450）的参与。AA 作为主要的 n-6 FA，经 5-LOX 途径代谢，可从 5-HPETE 合成白三烯 A4（Leukotriene A4，LTA4）和 5-HETE。而以 LA 为底物时，LOX 酶可将其转化为 9-HODE，该化合物能调节血小板激活。

细胞受到刺激时，细胞内钙增加会促使细胞质磷脂酶 A₂（cPLA₂）和 5-LOX 从细胞质转移到核膜。在核膜处，5-LOX 与 5-LOX 激活蛋白（FLAP）结合，FLAP 是一种跨膜蛋白，其三个结构域对白三烯的生物合成至关重要。在白细胞中，cPLA₂从膜磷脂中释放 AA，FLAP 将释放的 AA 转移给 5-LOX，5-LOX 再催化其依次氧化为 5-HPETE。LTA4 可被 LTA4 水解酶进一步代谢为白三烯 B4（Leukotriene B4，LTB4），或被 LTC4 合酶代谢为白三烯 C4（Leukotriene C4，LTC4）。LTC4 随后会依次转化为白三烯 D4（Leukotriene D4，LTD4）和白三烯 E4（Leukotriene E4，LTE4） ，这三种代谢物因其半胱氨酸部分，被统称为半胱氨酰白三烯（Cysteinyl leukotrienes，CysLTs） 。白三烯通过 G 蛋白偶联受体，包括 LTB4 受体（BLT1 和 BLT2）和 CysLT 受体（CysLT1 和 CysLT2），参与血管内稳态调节。

此外，二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）作为关键的 n-3 FAs，是生物活性化合物生物合成的主要底物。通过 5-LOX 途径，EPA 可代谢为 5 - 羟基二十碳五烯酸（5-Hydroxyeicosapentaenoic acid，5-HEPE）和 E 系列消退素（E-series resolvins，RvEs），DHA 则转化为 4 - 羟基二十二碳六烯酸（4-Hydroxydosahexaenoic acid，4-HDHA）、7 - 羟基二十二碳六烯酸（7-Hydroxydosahexaenoic acid，7-HDHA）和 D 系列消退素（D-series resolvins，RvDs） 。

专门的促消退介质（Specialized pro-resolving mediators，SPMs），如脂氧素（LXA4 和 LXB4）、消退素（RvDs 和 RvEs）、保护素和 maresins，在炎症消退中发挥关键作用。LXA4 和 LXB4 由 15-LOX 和 5-LOX 对 AA 进行双加氧反应合成。SPMs 是启动抗炎过程和促进炎症消退的重要调节剂。近期研究表明，许多慢性炎症疾病源于炎症消退不完全。因此，通过 SPMs 增强炎症消退途径，可能为多种疾病，尤其是炎症相关的心血管疾病提供治疗益处。

运动和饮食对非传染性疾病（如肥胖）中的 FA 代谢和炎症状态有显著影响。运动可调节心脏 FA 和 SPM 水平，n-3 FA 补充剂对心脏健康有积极作用。此外，睡眠也是心肌梗死后梗死心脏中 SPM 水平的关键调节因素。睡眠中断会升高炎症介质（如前列腺素，PGs）水平，降低梗死心脏中的 SPM 水平。因此，充足的睡眠对维持心血管健康和促进炎症消退至关重要。

15 - 脂氧合酶 - 1 和 15 - 脂氧合酶 - 2

15-LOX 家族成员可氧化 PUFAs，生成相应的氢过氧基衍生物。在人类中，已知的两种 15-LOX 同工型为 15-LOX-1 和 15-LOX-2，分别由 ALOX15 和 ALOX15B 基因编码。值得注意的是，小鼠中的同源 ALOX15 基因编码一种独特的 “白细胞型” 12-LOX（通常称为 12/15-LOX），它以 6:1 的比例催化生成 12-HETE 和 15-HETE。

15-LOX 同工型在网织红细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、呼吸道上皮细胞和血管细胞中高度表达。尽管它们具有同源性，但这些酶的功能特异性在不同物种间存在差异。例如，人类 15-LOX-2 仅在 AA 的 C-15 位置进行加氧反应，而其小鼠同源物（也称为 8-LOX）主要表现出 8S - 脂氧合酶活性 。人类 15-LOX-1 主要生成 15-HETE，少量生成 12-HETE，而小鼠 12/15-LOX 主要生成 12-HETE，仅产生少量 15-HETE。

15-HETE 可被 5-LOX 进一步代谢，生成具有强大抗炎和促消退特性的 LXA4 和 LXB4。此外，EPA 的代谢物 18-HEPE 可转化为 RvE3，DHA 被 15-LOX 代谢生成保护素 D1。这些专门的促消退脂质介质的合成，突显了 15-LOX 的抗炎作用，可能对抗动脉粥样硬化的发生。

然而，15-LOX 也参与了促动脉粥样硬化过程，它可促进低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein，LDL）的氧化。15-LOX-1 的表达严格依赖于辅助性 T 细胞 2（T-helper 2，Th2）细胞因子的刺激，特别是白细胞介素（Interleukin，IL）-4 和 IL-13。相比之下，15-LOX-2 在人单核细胞来源的巨噬细胞中组成性表达。

12 - 脂氧合酶和 12R - 脂氧合酶

12-LOX，也称为血小板型 12S-LOX，主要在人血小板、白细胞以及小鼠血小板、巨核细胞和皮肤中表达。该酶主要将 AA 转化为 12S - 氢过氧化二十碳四烯酸（12 (S)-Hydroperoxydicosatetraenoic acid，12 (S)-HPETE），后者被过氧化物酶还原为 12 (S)-HETE。12-HETE 是一种重要的信号分子，参与炎症、免疫细胞募集和血管收缩过程 。此外，12-LOX 还可代谢 DHA 生成 maresin 1，这是一种专门的促消退介质。12-LOX 通过介导核因子 -κB（Nuclear factor-kappa B，NF-κB）信号通路和半胱天冬酶 - 3 激活，参与炎症和凋亡过程的调节，以及肝脏损伤。这些研究结果表明，12-LOX 在多种心血管疾病的发病机制中发挥重要作用。

12R-LOX 的生理作用具有高度特异性，因为它仅在上皮细胞中表达。常染色体隐性先天性鱼鳞病与编码 12R-LOX 和表皮脂氧合酶 3（eLOX3）的基因突变有关，这种疾病的特征是皮肤上皮过度失水，导致严重干燥。近期遗传研究表明，12R-LOX 和 eLOX3 在同一代谢途径中发挥作用，促进 AA 代谢为 12R-HPETE，后者进一步转化为对角质形成细胞分化至关重要的 hepoxilin 和 trioxilin 样代谢物。因此，12R-LOX 和 eLOX3 途径在维持表皮屏障功能和调节脂质代谢中起着关键作用。

e 脂氧合酶 - 3

与其他 LOXs 不同，eLOX-3 缺乏双加氧酶活性。其首选底物是 12R-HPETE（12R-LOX 产生的主要 AA 衍生物），并将其转化为环氧二十碳三烯酸（Epoxyeicosatrienoic acid，EET）。表皮 12R-LOX 和 eLOX3 具有独特的结构和酶学特征，使其区别于其他 LOXs。如前所述，12R-LOX - eLOX3 途径在维持表皮屏障功能方面至关重要。

脂氧合酶在心血管细胞中的分布和作用

心肌细胞中的脂氧合酶

在缺血或心力衰竭等病理状态下，类花生酸和其他生物活性脂质介质会诱导心肌细胞发生适应不良性改变，包括炎症和多种基因转录途径的激活，进而推动疾病进展。心肌膜磷脂是 AA 的主要来源，AA 通过心脏 cPLA₂的水解作用释放出来。在心脏中，AA 代谢主要发生在心肌细胞、内皮细胞（Endothelial cells，ECs）和血管平滑肌细胞（Vascular smooth muscle cells，VSMCs）这三种细胞类型中，它们依靠复杂的细胞间通讯和旁分泌信号来调节血流和血流动力学功能。

研究表明，心肌缺血 / 梗死后，激活的 LOX 酶及其代谢物会导致心脏肥大、心肌细胞凋亡和纤维化等病理变化。缺氧刺激后，H9c2 心肌细胞内活性氧物质积累，导致 5-LOX 表达和活性上调，进而增加白三烯的产生并诱导细胞增殖。使用 5-LOX 抑制剂可通过减少氧化应激，保护 H9c2 心肌细胞免受缺血诱导的损伤。

LOX 衍生的代谢物 HETEs 在肌动蛋白细胞骨架组织中起关键作用，它可选择性地与肌动蛋白纤维结合，促进其磷酸化和聚合。此外，LOX 衍生的类花生酸也被报道可直接与肌动蛋白丝相互作用。研究发现，心肌细胞中的 12-LOX 和 12-HETE 有助于维持完整的肌动蛋白网络，促进葡萄糖转运蛋白 4（Glucose transporter type 4，GLUT-4）向质膜的转运，减轻糖尿病心脏中高糖诱导的胰岛素抵抗。抑制成年大鼠心肌细胞中的 LOX 途径会消除胰岛素刺激的葡萄糖转运，而向 LOX 抑制的心肌细胞中添加 12-HETE 可恢复胰岛素反应性。抑制 12-LOX 会损害 GLUT-4 转运，一方面是因为 LOX 催化生成的类花生酸可增强肌动蛋白纤维聚合，维持细胞骨架完整性；另一方面，完整的细胞骨架是胰岛素依赖的 GLUT-4 向质膜转运所必需的。

除了酶活性外，12-LOX 在细胞信号传导中还具有非酶调节作用。在心肌缺血再灌注（Ischemia-reperfusion，I/R）损伤中，12-LOX 通过依赖酶的方式增加 12-HETE 的产生，同时通过不依赖酶的机制抑制 AMP 激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）活性，从而加剧心肌细胞损伤。药理学抑制 12-LOX 可有效预防心脏损伤并改善心脏功能，这表明 12-LOX 在 I/R 损伤的细胞信号传导中具有不依赖酶的作用，其功能意义超出了催化活性。

研究还发现心肌 15-LOX 在心脏 I/R 损伤中也有作用。心脏损伤后，心肌细胞中 15-LOX 表达显著上调，其产生的代谢物 15-HPETE 会促进过氧化物酶体增殖物激活受体 -γ 共激活因子 - 1α（PGC1α）与环指蛋白 34（RNF34，一种 E3 泛素连接酶）结合，导致 PGC1α 降解，进而引起线粒体功能障碍和结构异常，最终触发心肌细胞铁死亡。

内皮细胞中的脂氧合酶

人类 ECs 由于缺乏 5-LOX 表达，无法将 AA 代谢为 5-HETE 和 LTs。但 ECs 仍积极参与 PUFAs 的代谢。一方面，ECs 表达多种受体，包括 BLT1、BLT2、CysLT1 和 CysLT2。暴露于促炎细胞因子（如 IL-1β）和 LTB4 时，EC 表面 BLT1 和 BLT2 的表达会上调，促进促炎表型，导致单核细胞趋化蛋白 - 1（Monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）释放。LTB4 受体拮抗剂可部分抑制 LTB4 诱导的 ECs 信号传导。另一方面，ECs 具有 LTA4 水解酶活性，可将来自其他细胞来源的外源性 LTA4 转化为 LTB4 和 CysLTs，这种过程称为跨细胞生物合成。用 S³⁵半胱氨酸标记的 ECs 与多形核白细胞（Polymorphonuclear leukocytes，PMNL）共培养实验，直接证明了 PMNL 来源的 LTA4 可代谢为 CysLTs。在这些共培养体系中，PMNL 产生的 LTB4 水平明显高于单独培养的 PMNL，这表明血管 ECs 与活化白细胞之间的相互作用会影响 LT 的合成量和类型。

LTB4 是中性粒细胞黏附和迁移的强效刺激剂，也是其他免疫亚型的功能和趋化激活剂。在多项体内和体外研究中，LTB4 刺激存在中性粒细胞的内皮细胞，会增加血管通透性，这种作用由 LTB4 刺激的中性粒细胞释放的肝素结合蛋白介导。此外，LTB4 还通过 BLT2 信号促进 EC 迁移、管形成和血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）诱导的血管生成。ECs 与中性粒细胞之间的相互作用，以及通过跨细胞中间产物共享机制进行的内皮 LTB4 合成，有助于自分泌激活和旁分泌刺激。而且，ECs 中 CysLT 的合成与内皮黏附分子表达增加和促炎表型激活有关，CysLTs 还通过 CysLT1 和 CysLT2 受体调节炎症和增殖信号。

虽然 ECs 中 5-LOX 表达极少，但已证实存在 12-LOX 及其代谢物 12-HETE。在肺动脉内皮细胞中，缺氧刺激会增加 12-LOX 活性，导致 12-HETE 产生增多。12-HETE 的积累会破坏内皮稳态，导致缺氧条件下过度迁移、异常管形成和细胞凋亡受损。此外，12-HETE 还可增强 ECs 上 CS-1 纤连蛋白的表达，这可能是单核细胞黏附和后续炎症发生的关键机制。

血管平滑肌细胞中的脂氧合酶

与 ECs 类似，VSMCs 的 5-LOX 活性较低。但由于 VSMCs 中存在 LTA4 水解酶和 LTC4 合酶（它们在白三烯生物合成途径下游起作用），VSMCs 能够从 LTA4 生成 LTB4 和 LTC4。LTA4 水解酶具有两种不同的酶活性，它可作为环氧化物水解酶，以 LTA4 为底物，同时还具有氨基肽酶活性，且二者共享一个活性中心。LTC4 合酶与 FLAP 一样，属于参与类花生酸代谢的膜相关蛋白家族，它通过催化 LTA4 与谷胱甘肽结合形成 LTC4，在 CysLT 合成中起关键作用。随后 LTC4 经酶促裂解形成 LTD4 和 LTE4。

多种 LOX 衍生的代谢物可促进 VSMC 迁移、肥大和纤连蛋白合成。研究发现，特异性 LOX 抑制剂可减少血管紧张素 II（Angiotensin II，Ang II）诱导的猪 VSMCs 总蛋白水平升高。用 12-HETE 处理 VSMCs，可使总细胞蛋白含量和纤连蛋白水平增加，与 Ang II 诱导的效果相当。LOX 衍生的产物在 VSMCs 中还具有促炎作用。15-LOX 产生的亚油酸代谢物 13-HPODE，可显著增强 VSMCs 中氧化还原敏感的 NF-κB 的激活，通过 NF-κB 依赖的机制，增加编码血管细胞黏附分子 1（Vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-<