扩展功能
文章信息
- 蒋萍, 顾彬, 赵迎春
- NAD(P)H氧化酶基因多态性与血脂代谢及心脑血管疾病关系的研究进展
- 国际神经病学神经外科学杂志, 2014, 41(6): 547-551
- Disease Surveillance, 2014, 41(6): 547-551
-
文章历史
- 收稿日期:2014-07-02
- 修回日期:2014-09-19
还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nico-tinamide adenine dinucleotide phosphate,NAD(P)H)氧化酶存在于多种细胞中,最早在吞噬细胞中被发现,又被称为吞噬细胞氧化酶(phagocyte oxidase,phox)。NAD(P)H氧化酶系统是血管系统中活性氧的主要来源[1]。氧化应激过程中产生的活性氧会损伤DNA,引起血管内皮细胞损伤,导致血管功能障碍[2, 3]。已有许多研究证实NAD(P)H氧化酶与动脉粥样硬化和缺血性损伤相关[4, 5],但与血脂代谢关系的研究报道不尽相同。其中C242T和A930G两个基因多态性位点由于对NAD(P)H氧化酶p22phox亚基活性影响大而备受关注。 1 NAD(P)H氧化酶的结构和功能
NAD(P)H氧化酶存在于多种细胞中,带有细胞色素C和黄素腺嘌呤二核苷酸基团[6],由催化亚基gp91phox(NOX2)和调节亚基p22phox、p47phox、p40phox、p67phox以及相对分子质量较小的三磷酸鸟嘌呤核苷结合蛋白Racl或Rac2这 6种亚基组成[7]。在吞噬细胞中NAD(P)H氧化酶未被激活的状态下,gp91phox亚基和p22phox亚基在细胞膜上结合形成细胞色素b558,p40phox、p47phox、p67phox这三个亚基以复合体形式存在于细胞浆中,p47phox的SH3结构域和自身C末端的SH3结合位点相互结合。激活后各亚单位结构发生改变,亚基复合体与细胞膜上的细胞色素b558结合,NAD(P)H氧化酶活化[8, 9]。编码p22phox亚基的CYBA基因含有6个外显子和5个内含子,长度约为8.5 kb。该基因编码产生的 p22phox是NAD(P)H氧化酶的一个重要亚基,对NAD(P)H氧化酶的聚集和激活起了至关重要的作用,且参与血管壁上NAD(P)H依赖的活性氧家族(reactive oxygen species,ROS)的激活。ROS主要包括超氧阴离子(O2.-)、羟自由基(OH·)及其它一些含氧的非自由基衍生物,参与氧化应激过程。氧化应激是指细胞系统产生的活性氧、氮族及解毒体系的失衡[10]。NAD(P)H氧化酶系统是血管系统中ROS的主要来源,在正常情况下该酶处于静息状态,当通过呼吸爆发而激活活化后产生ROS。适量的ROS可通过细胞自身的抗氧化机制清除,但ROS过多,超出细胞的清除能力时,会对细胞内的蛋白质、脂质、DNA等产生损伤,细胞的一些特异氧化应激信号转导通路也被激活。故NAD(P)H氧化酶在细胞的氧化应激过程中发挥着重要作用。 2 NAD(P)H氧化酶的基因多态性
基因多态性的研究主要通过对这些基因的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms,SNP)、单体型(haplotype)及连锁不平衡(LD)等方面的研究来寻找基因多态性与各疾病的关系。
NAD(P)H氧化酶存在多个基因多态性位点。其中研究较多的是CYBA、NCF1、NCF2、NCF4、CYBB等基因。编码p22phox亚基的CYBA基因位于染色体16q24,存在多个位点的基因多态性,其基因多态性有C242T、G508A、A930G、C549T和A640G。其中C242T和C549T基因多态性改变了遗传密码,影响了原有氨基酸密码子的排列顺序,而G508A和A640G基因多态性由于位于第39位非编码区而未使氨基酸序列发生改变。C242T基因多态性位点位于CYBA基因的第4个外显子上,其多态性致C→T的碱基改变,使第72位的组氨酸被酪氨酸所取代,导致2个潜在的血红蛋白结合位点改变,降低了p22phox亚基结合组蛋白的能力,从而影响p22phox亚基的功能[11]。p22phox亚基是NAD(P)H氧化酶的一个重要成分,在超氧阴离子的产生中起关键作用。Guzik等[12]研究发现,含有CT/TT基因型的人隐静脉中活性氧的产生明显少于CC基因型的人,其中T等位基因和NAD(P)H氧化酶活性的下降密切相关。除C242T基因多态性以外,位于CYBA基因的启动子区A930G基因多态性导致p22phox亚基的基因转录活性增加,且G等位基因比A等位基因的转录活性提高30%[13],但位于CYBA基因3′端的非翻译区域内的A640G基因多态性与NAD(P)H氧化酶活性的影响还存在争议,且临床研究结果也不尽相同。编码p47phox亚基的NCF1基因存在一个C923T基因多态性位点,p47phox也是NAD(P)H氧化酶产生ROS的重要成分[14]。另外目前还没有CYBB基因与动脉粥样硬化及脑血管病相关关系研究的文献。 3 C242T基因多态性与血脂代谢及心脑血管疾病的关系
氧化应激是动脉粥样硬化的重要因素,其与心脑血管疾病的发生密切相关。NADPH氧化酶通过改变氧化应激水平引起血管功能改变,影响心脑血管疾病的发生。已有研究发现,ROS是高脂血症和动脉粥样硬化发生发展的诱因之一[15]。C242T基因多态性位点对NAD(P)H氧化酶产生ROS有重要影响。 3.1 C242T基因多态性与血脂代谢的关系
近年来对C242T基因多态性与血脂代谢关系的研究结果不尽相同。Hashad等[16]对埃及104例急性心肌梗死患者和101例健康人的C242T基因多态性和冠状动脉疾病关系的研究发现,前者CC、CT、TT三种基因型的比例为27%、72%、1%,后者为40.2%、59.8%、0%,而且带有CT基因型的受试者血清氧化低密度脂蛋白(oxidized-LDL,ox-LDL)水平明显比带有野生基因型CC的受试者低,C242T基因多态性与血清ox-LDL有关,而且CT基因型者比CC基因型者冠状动脉疾病发生率低,其血清ox-LDL水平也更低。Ueno等[17]对冠状动脉疾病患者C242T基因多态性和血浆丙二醛-低密度脂蛋白(malondialdehyde-modified LDL,MDA-LDL)、血浆e-选择素等关系的研究结果显示,C242T基因多态性中TT、TC基因型的血浆MDA-LDL水平比CC型高。MDA-LDL是脂质过氧化的终产物之一,C242T基因多态性与血脂过氧化水平相关且通过氧化应激影响血脂的过氧化和血管内皮功能。Nakano等[18]选取134名2型糖尿病患者,分析了其ox-LDL、ox-HDL水平和C242T等位基因分布,结果发现,CT/TT基因型的ox-HDL水平比CC基因型低1.5倍,而ox-LDL水平是CC基因型的1.1倍。在2型糖尿病患者中C242T基因型和氧化脂蛋白的血清浓度相关,C242T的基因多态性改变了NAD(P)H氧化酶的活性,并通过改变血管系统中的氧化还原状态来影响脂蛋白氧化。Guzik等[19]在NAD(P)H氧化酶介导的血管超氧化物产生和血管内皮的损伤及其危险因子关系的研究中发现,NAD(P)H依赖的超氧化物产生增加和高胆固醇血症相关,且会引起血管内皮细胞损伤,在动脉粥样硬化的病理变化中发挥重要作用。Niemiec等[20]也比较了C242T基因多态性与冠状动脉疾病传统危险因素如吸烟、高脂血症等之间的关系,结果发现T等位基因和吸烟及高胆固醇血症这两个危险因素密切相关,吸烟且有高胆固醇血症的冠脉疾病的患者其CT/TT基因型频率高于CC基因型。
但也有许多学者报道了与前述相悖的结果。Shin等[21]在一项自身对照研究中,选取72例高胆固醇患者,对其进行为期8周的辛伐他汀治疗,并通过单细胞凝胶电泳对DNA的损伤进行量化分析,结果表明辛伐他汀有效地减少了DNA损伤,而NAD(P)H氧化酶p22phox C242T基因多态性促进了辛伐他汀的抗氧化作用,且与血脂的降低无关,多元回归分析发现DNA损伤的改善与血脂的关系并无统计学意义。 3.2 C242T基因多态性与心脑血管疾病的关系
Genius等[22]对161例脑卒中、短暂性脑缺血发作患者以及136例健康对照者进行C242T基因型分析,校正传统危险因子后发现,T等位基因的存在提高了缺血性卒中的发病风险,但杂合子CT基因型的缺血性卒中发病风险并没有明显的提高。C等位基因的出现减少了血管平滑肌和内皮细胞ROS的生成,C242T基因多态性通过改变ROS的激活程度影响了脑卒中的发病。日本Kuroda[23]等在C242T基因多态性和脑梗死关系的研究中发现,心源性脑梗死的患者和健康对照组相比,T等位基因出现频率低,然而在腔隙性脑梗死和动脉粥样硬化性脑梗死的患者中,C、T两个等位基因的出现频率并无明显差异,C242T基因多态性对心源性脑梗死可能有保护作用,有待进一步深入研究。C242T基因多态性对出血性脑卒中的作用机制尚不清楚[24]。
此外,Letonja等[25]对286例2型糖尿病患者和150例健康对照做了横断面研究,探讨2型糖尿病患者中C242T基因多态性与颈动脉粥样硬化的关系,发现C242T基因多态性和血脂、血清8-OhdG(氧化应激标志物)水平等均无关,不能说明在2型糖尿病患者NAD(P)H氧化酶p22phox C242T基因多态性与颈动脉粥样硬化及高脂血症相关。 3.3 研究结果存在差异的原因分析
上述研究结论不一致的原因,可能比较复杂。各个试验在选择研究对象、种族以及研究方法上有所不同,且样本大小也相差较大。小样本的研究可能造成实验结果的代表性降低。此外,Fang等[26]报道p22phox C242T基因多态性与冠状动脉疾病关系的meta分析发现,亚洲人群和非亚洲人群C242T基因多态性上的表现有着显著的差异。亚洲人群中T等位基因的基因频率远低于非亚洲人群。因此,不同试验选取的研究对象,因人群种族不同就存在着基因多态性上的差异,这种基因的异质性可能在一定程度上解释了各个试验结果的相悖性。 4 C242T基因多态性影响血脂的可能机制
C242T基因多态性对血脂代谢影响的具体机制尚未明确,但C242T基因多态性对NAD(P)H氧化酶活性的影响已较为清楚。激活的NAD(P)H氧化酶会导致自由基大量产生,HDL和LDL被自由基介导氧化后发生一系列改变,形成ox-HDL和ox-LDL。Rifici等[27]研究表明ox-HDL与HDL相比,其转运胆固醇的能力明显下降,使泡沫细胞内的胆固醇堆积增加,并且ox-HDL能够刺激血管平滑肌细胞增殖从而促进泡沫细胞形成。通过该途径,可能导致正常的血脂代谢发生紊乱,从而影响血脂水平,可能进一步引发或加剧大动脉及颈动脉硬化、斑块形成并与各种心脑血管疾病发病相关。 5 总结与展望
综上所述,NAD(P)H氧化酶参与氧化应激,产生过多活性氧时会导致细胞的进一步损伤,但C242T基因多态性与血脂代谢的关系目前仍没有明确的结论。多个研究已发现C242T基因多态性影响了活性氧的产生,进而影响脂蛋白的氧化,影响血脂代谢,使血管内皮细胞功能进一步损伤,与心脑血管等疾病发病相关。因此,需进一步深入研究NAD(P)H氧化酶p22phox亚基基因多态性与血脂代谢之间的具体关系,从而为血脂代谢紊乱、心脑血管疾病的治疗及预防提供新的思路。
| [1] | Brothers KM, Gratacap RL, Barker SE, et al. NAD(P)H oxidase-driven phagocyte recruitment controls candida albicans filamentous growth and prevents mortality. Plos Pathogens, 2013, 9(10): e1003634. |
| [2] | Ma QL, Zhang GG, Peng J. Vascular peroxidase 1: a novel enzyme in promoting oxidative stress in cardiovascular system. Trends Cardiovasc Med, 2013, 23(5): 179-183. |
| [3] | Burger D, Montezano AC, Nishigaki N, et al. Endothelial microparticle formation by angiotensin II is mediated via Ang II receptor type I/NADPH oxidase/ Rho kinase pathways targeted to lipid rafts. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2011, 31(8): 1898-1907. |
| [4] | He MA, Cheng LX, Jiang CZ, et al. Associations of polymorphism of p22(phox) C242T, plasma levels of vitamin E, and smoking with coronary heart disease in China. Am Heart J, 2007, 153(4): 641-646. |
| [5] | Arca M, Conti B, Montali A, et al. C242T polymorphism of NAD(P)H oxidase p22phox and recurrence of cardiovascular events in coronary artery disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2008, 28(4): 752-757. |
| [6] | Brechard S, Plancon S, Tschirhart EJ. New insights into the regulation of neutrophil NADPH oxidase activity in the phagosome: a focus on the role of lipid and Ca(2+) signaling. Antioxid Redox Signal, 2013, 18(6): 661-676. |
| [7] | Tsai YR, Wang YJ, Lee MR, et al. P38 Mitogen-activated protein kinase and extracellular signal-regulated kinase signaling pathways are not essential regulators of formyl peptide-stimulated p47(phox) activation in neutrophils. Eur J Pharmacol, 2013, 15: 96-105. |
| [8] | Heerebeek LV, Meischl C, Stooker W, et al. NAD(P)H oxidase(s): new source(s) of reactive oxygen species in the vascular system? J Clin Pathol, 2002, 55(8): 561-568. |
| [9] | Takeya R, Ueno N, Kami K, et al. Novel human homologues of p47phox and p67phox participate in activation of superoxide-producing NAD(P)H oxidases. J Biol Chem, 2003, 278(27): 25234-25246. |
| [10] | Moreno MU, Zalba G. CYBA gene variants as biomarkers for coronary artery disease. Drug News Perspect, 2010, 23(5): 316-324. |
| [11] | Nakanishi SY, Hasebe T, Suzuki A, et al. Functional effects of NAD(P)H oxidase p22(phox) C242T mutation in human leukocytes and association with thrombotic cerebral infarction. Atherosclerosis, 2004, 175(1): 109-115. |
| [12] | Guzik TJ, West NE, Black E, et al. Functional Effect of the C242T Polymorphism in the NAD(P)H Oxidase p22phox Gene on Vascular Superoxide Production in Atherosclerosis. Circulation, 2000, 102(15): 1744-1747. |
| [13] | Lambeth JD, Cheng G, Arnold RS, et al. Novel homologs of gp91phox . Trends Biochem Sci, 2000, 25: 459-461. |
| [14] | Cai H, Li Z, Dikalov S, et al. NAD(P)H oxidase-derived hydrogen peroxide mediates endothelial nitric oxide production in response to angiotensin II. J Biol Chem, 2002, 277(50): 48311-48317. |
| [15] | Zhang CX, Yang J, Jonathan D, et al. Interaction of myeloperoxidase with vascular NAD(P)H oxidase-derived reactive oxygen species in vasculature: implications for vascular diseases. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2003, 285(6): 2563-2572. |
| [16] | Hashad IM, Mohamed F, Sahar M, et al. C242T polymorphism of NAD(P)H oxidase p22phox gene reduces the risk of coronary artery disease in a random sample of Egyptian population. Mol Biol Rep, 2014, 41(4): 2281-2286. |
| [17] | Ueno T,Watanabe H, Fukuda N, et al. Influence of genetic polymorphisms in oxidative stress related genes and smoking on plasma MDA-LDL, soluble CD40 ligand, E-selectin and soluble ICAM1 levels in patients with coronary artery disease. Med Sci Monit, 2009, 15(7): 341-348. |
| [18] | Nakano T, Matsunaga S, Nagata A, et al. NAD(P)H oxidase p22phox Gene C242T polymorphism and lipoprotein oxidation. Clinica Chimica Acta, 2003, 335(1-2): 101-107. |
| [19] | Guzik TJ, West NEJ, Black E, et al. Vascular superoxide production by NAD(P)H oxidase: association with endothelial dysfunction and clinical risk factors. Circ Res, 2000, 86(9): 85-90. |
| [20] | Niemiec P, Zak I, Wita K. The 242T variant of the CYBA gene polymorphism increases the risk of coronary artery disease associated with cigarette smoking and hypercholesterolemia. Coron Artery Dis, 2007, 18(5): 339-346. |
| [21] | Shin MJ, Cho EY, Jang Y, et al. A beneficial effect of simvastatin on DNA damage in 242T allele of the NAD(P)H oxidase p22phox in hypercholesterolemic patients. Clin Chim Acta, 2005, 360(1-2): 46-51. |
| [22] | Genius J, Grau AJ, Lichy C. The C242T polymorphism of the NAD(P)H oxidase p22phox subunit is associated with an enhanced risk for cerebrovascular disease at a young age. Cerebrovasc Dis, 2008, 26(4): 430-433. |
| [23] | Kuroda J, Kitazono T, Ago T, et al. NAD(P)H oxidase p22phox C242T polymorphism and ischemic stroke in Japan: the Fukuoka Stroke Registry and the Hisayama study. Eur J Neurol, 2007, 14(10): 1091-1097. |
| [24] | 李洪涛,赵迎春.烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶p22phox亚基与出血性脑卒中.国际神经病学神经外科学杂志, 2011, 38(6): 535-537. |
| [25] | Letonja MS, Nikolajevic-Starcevic J, Batista DC, et al. Association of the C242T polymorphism in the NAD(P)H oxidase p22 phox gene with carotid atherosclerosis in Slovenian patients with type 2 diabetes. Mol Biol Rep, 2012, 39(12): 10121-10130. |
| [26] | Fang S, Wang L, Jia C. Association of p22phox gene C242T polymorphism with coronary artery disease: a meta-analysis. Thromb Res, 2010, 125(5): 197-201. |
| [27] | Rifici VA, Khachadurian A. Effects of dietary vitamin C and E supplementation on the copper mediated oxidation of HDL and on HDL mediated cholesterol efflux. Atherosclerosis, 1996, 127(1): 19-26. |
2014, Vol. 41
