对氧磷酶的结构、活性及基因多态性与冠心病的关系

王 帆 白 涛 李鹏鹏 程 熠 郑 杨

(吉林大学白求恩第一医院心血管诊治中心，吉林 长春 130021)

对氧磷酶又称对氧磷脂酶(PON)，普遍存在于哺乳动物中，不存在于鸟类和鱼类中。对氧磷酶家族包括三个成员:PON1、PON2、PON3，它们均为内酯酶，能够分解从花生四烯酸衍生的二十二碳六烯酸〔1，2〕。三种PON基因均位于7q 21.3～22.1〔3〕，上述基因序列很大程度上具有相似性，结构也相近，可能是由同一个原始基因进化而来。在哺乳动物中，PON1、PON2、PON3蛋白大约60%的氨基酸序列相同，三者70%的核苷酸序列相同〔4〕。近年来研究发现，PON具有抗低密度脂蛋白(LDL)氧化作用，在抑制慢性心血管疾病(尤其是冠心病)的发生发展中发挥重要作用，现将PON的结构、活性以及基因多态性与冠心病关系综述如下。

1 PON1结构、合成与分布

PON1是由354个氨基酸组成的分子量为43 kD的糖蛋白。N-端信号肽对PON1与HDL的结合起重要作用，没有信号肽的PON1不能与HDL结合，而其抗氧化活性不受影响。PON1有两个钙结合位点，色氨酸残基、天门冬氨酸残基、谷氨酸残基构成了PON1的活性中心和钙离子结合部位，钙螯合剂能使PON1稳定性降低，而不影响其抗LDL氧化作用。PON1有三个半胱氨酸残基，其中两个形成分子内二硫键，Cys284为其抗LDL氧化所必需。与PON2和PON3不同，PON1对有机磷酸酯类具有较强的酯酶活性，能水解许多种类的有机磷类如对氧磷、对硫磷以及其他同类的神经毒剂〔5〕。

PON1主要由肝脏合成，PON1蛋白被类似出坞的方式分泌到细胞外，携带PON1蛋白的HDL颗粒短暂地与细胞膜融合，并从细胞膜上把PON1卸载下来〔6〕。在血清中，它几乎仅存在于高密度脂蛋白(HDL)上，借助于极端疏水的N端和包含载脂蛋白A1及clasterin的HDL紧密结合。

2 PON1蛋白水平、活性与冠心病相关性

PON1能水解人工底物，如有机磷化合物，PON1是HDL的组成部分，LDL的磷脂可能是其生理底物。人类不同个体间甚至同一种族的个体间血清PON1蛋白水平和活性差异较大(差值可达13倍〔7〕)，疾病、饮食、生活方式等也影响PON1蛋白水平和活性，冠心病患者的PON1蛋白水平及活性与健康人相比差别更为显著，冠心病患者中PON1血清浓度降低〔8〕;冠心病患者中HDL的构象由于某种因素而发生变化，直接影响PONl与载脂蛋白A1的结合，从而影响血中PON1酶的活性;PON1活性降低、体内的抗氧化能力减弱，导致氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)增加，这样形成致动脉粥样硬化的恶性循环。研究发现:心肌梗死的患者在心肌缺血胸痛发作前的数小时内PON1活性就有明显降低〔9〕。杨玉恒等〔10〕以冠状动脉造影结果作为分组依据，发现冠心病组血清PON1活性明显低于对照组;血清PON1活性单支病变组明显高于双支、三支病变组;而双支和三支病变组比较差异无统计学意义，随着病变程度加重，血清PON1活性水平降低。由此可见，PON1活性确实影响冠心病的发病率，PON1活性的降低可作为冠心病发病的独立危险因素〔11～13〕;关于PONl是否影响冠心病预后，目前尚无报道。

3 PON1编码区和启动子基因多态性与冠心病的关系

3.1 PON1编码区基因多态性与冠心病 PON1编码区有2个常见的遗传多态性，Q192R(编码区序列第192位谷氨酰胺残基突变为精氨酸R残基)及L55M(编码区序列第55位亮氨酸残基突变为甲硫氨酸残基)，上述变化是个体间PON1酶学活性不同的分子基础，这些多态性可以影响血清中PON1浓度、活性及对多种底物的水解效率〔14，15〕;PON1第192位氨基酸残基是影响PON1酶活性的重要部位〔16〕，PON1 Q192R基因型可改变PON1体外保护低密度脂蛋白免遭氧化的活性，而L55M不影响PON1与底物的相互作用，但其与血清中PON1浓度及活性的低水平关联〔17〕。Leviev等〔18〕也发现，PON1 mRNA 水平较低的个体多携带M等位基因。研究表明，Q192R和L55M两种基因型与冠心病以及血浆总胆固醇和LDL胆固醇水平变化关联〔19～23〕;另有研究发现:汉族人群PON1 Q192R基因多态性与冠心病发病之间无关联〔24〕。Q192R和L55M两种基因型在保护LDL免受氧化以及在冠心病发生发展中的作用是否存在差异，目前还没有一致的研究结果〔25〕。上述研究结果的差异可能是由样本设计、基因型测定方法、观察终点和种族的不同导致的。

3.2 PON1启动子基因多态性与冠心病 PON1启动子基因存在5个基因多态性位点:－909/907(C或G);－832/824(A或G);－162(A或 G);－126(C或 G);－108/107(C或T)〔26〕，启动子序列基因多态性与PON1血清水平及活性之间有很好的关联 。研究表明:C(-107)T这种基因型是影响PON1水平变化的主要因素，约占变化的23% ～24%〔25〕;在青少年和2型糖尿病患者中，第107位上碱基为T的基因型低度表达与心血管疾病发生呈正相关〔28，29〕。A(－162)G基因型仅构成一小部分，约占整个的1.1%;第909位和第832位上的基因序列的变化对PON1水平影响甚微或基本无影响〔27〕，PONl基因启动子-909C/G多态性与中国人冠心病无关联〔30〕。

4 PON2的生物学特性及与冠心病的关系

PON2在人类所有组织中均有表达，在肝脏、肺脏、睾丸和心脏中表达较高，具有细胞水平上的抗氧化作用，阻止LDL脂质过氧化，逆转弱氧化修饰LDL(LDL)，抑制MM-LDL诱导的单核细胞趋化作用;同时，PON2能降低细胞内的氧化应激，并能阻止LDL的细胞介导LDL氧化，过度表达PON2的细胞ox-LDL的能力下降，并且当接触到H2O2或氧化型磷脂时，细胞内的氧化应激能力也显著降低〔31〕。研究表明:NADPH氧化酶活化能使单核细胞向巨噬细胞转变，在转变过程中，单核细胞表达PON2增加。PON2的活化、表达增加代表了一种应对细胞内超氧化物歧化酶、自由基的蓄积的代偿机制，对机体实施保护，以免发生动脉粥样硬化〔32〕。关于PON2基因多态性和冠心病关系的研究不少。在一项对亚裔印度人的研究中发现:PON2第311位点(Cys→Ser)的基因型是冠心病的危险因素，进一步分析上述基因型与PON1-192B基因型(Gln→Arg)共存时才与冠心病有关联，提示两种基因型遗传上具有连锁性〔33〕。

5 PON3的生物学特性及与冠心病的关系

PON3基因在PON基因家族中处于PON1和PON2基因之间。与PON1和PON2相反，PON3是HDL结合蛋白，分子量43 kD。主要由肝脏合成，与PON1共同具有3个保守的半胱氨酸残基。与PON1、PON2不同，PON3芳基酯酶活性很低。然而，PON3可迅速水解内酯类化合物如他汀类药物。PON3与PON1一样，主要与HDL结合存在于血清中而发挥生物学活性。PON3具有抗动脉粥样硬化的作用，但其具体机制不是很确切〔34〕。目前对 PON3了解的较少，进一步的研究如利用PON3基因敲除小鼠和PON3转基因小鼠模型会进一步证实体内抗动脉粥样硬化是否需要PON3的参与。

综上所述，近年来对PON1进行了较为深入的研究，但许多问题尚未阐明，如不同位点多态性对酶活性的影响及对不同毒物保护作用的机制、PON1基因多态性在血管病变及糖尿病并发冠心病中的确切机制等，一些报道之间尚有不一致的结论，是环境还是遗传因素差异造成的尚待探讨，通过对PON1更为深入的研究，将对筛选心脑血管疾病的高危人群，早期发现及防治心血管疾病有重要意义。PON2和PON3的研究文献较少，其具体生理功能尚待进一步研究。

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