对氧磷酶1与2型糖尿病、牙周病关系的研究概况

杜蔚莲 宋 莉 王 勇

(南昌大学第二附属医院口腔科，江西 南昌 330006)

牙周病是糖尿病等全身性疾病的重要危险因素，两者互相影响、互为因果。对氧磷酶(PON)基因家族是由PON1、PON2、PON3三大成员组成，它们位于人类7号染色体长臂上，在结构和功能上具有很大相似性。目前研究最多的是与高密度脂蛋白(HDL)紧密结合的PON1，具有水解有机磷、对抗氧化应激和抗炎的功能，因此它在动脉硬化、糖尿病、精神障碍以及感染性疾病等的发生发展过程中起至关重要的作用。本文就PON1对T2DM、牙周病关系的相关性研究进行综述。

1 PON1结构及生物学特征

1.1PON1的结构及分布 人类PON是由肝脏合成继而分泌到血液中的一类与HDL结合的芳香醇〔1〕，PON1是一种含355个氨基酸残基的糖蛋白，分子量约44 kD，通过疏水性极强的N端与HDL的载脂蛋白A-I紧密结合并固定在HDL颗粒上。Harel等〔2〕报道其晶体结构类似于6叶螺旋桨，每叶均由4条链组成，两个钙离子位于螺旋桨结构的中心孔道部位，因分别与PON1的结构和水解活性有关，而被称为“结构钙”和“水解钙”。PON1广泛分布于哺乳动物肝、血、肾、脾、脑等组织中，以肝脏和血液中酶活性最高，其活性在人群中分布相差非常大，不同个体间可相差30倍，即使相同基因型也可相差13倍。

1.2PON1的生物学特性和基因多态性 PON1最主要的生物学特性是在脂质代谢过程中保护低密度脂蛋白(LDL)过氧化，也可以保护组织细胞免受内毒素的侵害，此外，它还有一些其他的生物学特性：对HDL具有高度特异性；抑制巨噬细胞的形成；在感染过程中发挥重要的作用；具有同型半胱氨酸内酯酶的活性等。

PON基因家族是由PON1、PON2、PON3三个高度同源的基因组成，该基因家族位于7号染色体长臂q21.3-22.1之间〔3〕，进化上具有高度保守性。有研究表明，PON1启动子基因多态性位点(-108C>T,-162A>G,-824G>A,-907G>C)影响该酶的表达及血清浓度〔4〕。其中，-108C>T多态性位点起决定性作用〔5〕。PON1编码区的基因多态性位点主要集中在192位和55位氨基酸，192位是CGA/CAA置换导致谷氨酸(Gln)/精氨酸(Arg)多态性(等位基因A/B或R/Q),称为Q192R多态性；55位是ATG/TTG颠倒导致蛋氨酸(Met)/亮氨酸(Leu)多态性(等位基因M/L)，称为M55L多态性〔6，7〕。PON1的等位基因在人群中的分布有人种和地区差异。

2 PON1与T2DM的关系

T2DM的根本原因是胰岛素分泌能力下降和胰岛素抵抗(IR)〔8〕。氧化应激与糖尿病关系非常密切，氧化应激可以诱发IR和β细胞功能损伤〔9〕，不仅在糖尿病的发生发展过程中起到了重要作用，还可以引起糖尿病其他并发症〔10〕。PON是重要的抗氧化剂酶，是内源性自由基清除剂通过单独或与HDL共同作用，发挥抑制LDL氧化修饰的作用。

有研究表明，在糖尿病早期PON1活性下降程度低于晚期，脂蛋白酯酶(LPL)与PON1活性呈正相关，HDL抗氧化能力降低〔11〕。 糖尿病患者血清PON1活性低于正常组，当DM患者出现糖尿病并发症时，其血清PON1活性低于单纯DM患者〔12〕。PON1与脂代谢、糖代谢相关指标联合研究也是PON1研究的热点。HDL-PON活性随HDL过氧化物水平的增加而降低，与HDL保护红细胞膜免受氧化物损伤的能力呈正比。在糖尿病患者中PON1活性的降低、HDL的保护细胞膜免受氧化的能力降低共同导致糖尿病型动脉粥样硬化的发生〔13〕。

从基因水平上看，PONl基因多态性与T2DM有着密切关系，且主要涉及PONl与T2DM患者并发心血管疾病问题。PON1编码区192位点的基因多态性、基因环境和(或)基因相互作用，三者决定了不同人群不同个体血清中PON1的活性的不同〔14〕。具有较高氧化应激风险的糖尿病患者，具有更高的血管性疾病及其他并发症的并发率。在DM患者中有过多的氧化产物可能是由于慢性高血糖，高胰岛素血症，升高游离脂肪酸(FFA)和血脂异常〔15〕。其活性的降低不是由于合成减少，而是由于PON1蛋白的糖基化〔16〕。Li等〔17〕通过研究发现中国人PON1Q192R基因多态性加重了糖尿病的肥胖患者患心肌炎的危险性。Mackness等〔18〕指出PON1活性降低以及PON1R和L位点的基因多态性与T2DM发生有直接的关系。Altuner等〔19〕通过实验得出结论，PON1192位点与55位点的基因多态性与糖尿病及其并发症相关，且192位点基因多态性相关性更大。

3 PON1与牙周病的关系

牙周病的主要感染源为堆积在牙颈部及龈沟内的牙菌斑中的微生物。牙菌斑是牙周疾病发生的始动因子，在牙周细菌的致病机制中，内毒素(LPS)即革兰阴性菌细胞壁外膜中的脂多糖对牙周组织具有很高的毒性和抗原性，被认为是牙周炎症的重要病因之一，在牙周病的发生发展过程中起重要的作用〔20〕。许多体内抗氧化因子如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物歧化酶等已被证实与牙周炎的发生发展密切相关。牙周局部环境自由基活性降低，造成抗氧化能力下降，出现牙周病的临床症状。由于PON1具有抗氧化性，可催化分解过氧化物，降低单核细胞对内皮细胞的黏附能力和趋化性，从而使细胞因子产生减少，这对牙周组织起了保护作用。

PON1在牙周炎和心血管疾病间流行病学的相关性有重要作用，并且PONl可能通过LPS依赖或非LPS依赖来联系牙周炎与动脉粥样硬化。也有研究表明，牙周细菌的产物LPS在mRNA水平调节PON1的活性A。

4 PON1的影响因素及调节

影响PON1活性的因素主要包括遗传因素、环境因素、代谢变量三个方面：人群中PON1活性具有明显差异的原因，一是遗传因素，包括基因多态性，其影响程度占60%，高活性的基因192Q基因在非洲和亚洲人种更常见；二是年龄、性别等人口环境因素，其影响程度约占16%；三是代谢协变量，其影响程度约占4%～19%〔21〕。

4.1遗传因素 遗传因素包括基因多态性，影响程度占60%。Q192R的多态性对PON1的活性影响较大，而对PON1的浓度没有影响〔22〕。最初的研究报告指出，PON1192R等位基因的存在时，PON活性最高〔7〕，这一点也同时被其他人所证实〔21，23〕。然而在其他报道却指出等位基因为QQ的人群该酶活性最高〔24〕。在L55M的多态性研究中，有学者指出PON155L等位基因存在时，该酶具有较高的表达水平。在启动子基因多态性位点中，T(-108)C起决定性作用，在此位点上有一个潜在的转录因子SP1结合位点〔25〕。

4.2环境因素及代谢协变量 环境因素包括年龄、性别等人口环境因素，影响程度约占1%～6%。生活方式和营养摄入的差异可能是一个原因，饮食中的抗氧化剂可保护PON1的活性。然而，关于维生素C，E是否影响PONl活性研究结论相差较大：有报道称维生素C，E与PONl活性呈负相关〔26〕，但也有体外实验证实即使达到药物剂量的维生素E的摄入也不会影响PONl活性〔20〕。Ferré等〔27〕通过对西班牙388名个体的调查，发现PONl活性与血清中胆固醇浓度、高密度脂蛋白胆固醇浓度、吸烟有相关性，而维生素C，E的摄入与PONl活性无关。高胆固醇血症和胰岛素抵抗与PONl活性降低有关。体外实验〔27〕也发现：吸烟可直接抑制PON1活性，据此推测吸烟可通过削弱机体抗氧化能力、增强氧化强度来诱发心血管疾病。

5 应用与展望

近年来对PON1有了较多的研究，但很多问题尚未阐明，一些报道之间尚有结论不一致，固有必要进行更深入的研究。随着对PON1研究的深入，有望进一步明确其在糖尿病及牙周病中细胞和分子水平的发病机制，为临床诊断、疗效观察、预后判断提供新的实验室检测指标。有望通过检测人群PON1基因型，筛选DM和牙周病人的高危人群，有针对性地做好预防工作，这为糖尿病与牙周病的预防和治疗提供一个新思路，从基因角度对糖尿病与牙周病的关系有一个新的认识。研究调控PON1产生及生物活性的药物，可能是治疗糖尿病和牙周病的重要突破点。比较不同人群PON1等位基因分布的差异，探讨慢性牙周炎可能的发病机制，为筛选遗传易感基因提供线索，为慢性牙周炎及DM伴慢性牙周炎的预防和治疗提供一个新思路，在临床上具有重要实用价值。

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