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(南華大學(xué),1.藥物藥理研究所血管生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室,2.衡陽醫(yī)學(xué)院應(yīng)用解剖與生殖研究所,3.附屬南華醫(yī)院臨床研究所,湖南 衡陽 421001)

血管重構(gòu)是血管隨著機(jī)體內(nèi)環(huán)境的改變所發(fā)生的血管結(jié)構(gòu)與功能性的改變[1]。血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscule cells, VSMCs)的增殖與增生是血管重構(gòu)的主要增殖性疾病的主要病理特征，導(dǎo)致VSMCs增殖和增生的因素有多種，并且機(jī)制復(fù)雜[2]。環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase 2, COX-2)為環(huán)氧化物水解酶家族成員，其作用是在磷脂酶A2(phopholipase A2, PLA2)的作用下，催化花生四烯酸(arachidonic acid, AA)形成前列腺素類，COX-2是合成前列腺素類的關(guān)鍵限速酶之一[3]。COX-2衍生的前列腺素類(prostaglandins, PGs)是一種短暫的脂質(zhì)介質(zhì)，可激活受體與G蛋白偶聯(lián)，進(jìn)而促進(jìn)或抑制VSMCs的增殖作用，其信號(hào)傳遞涉及到多種信號(hào)通路[4]。研究發(fā)現(xiàn)，激活COX2/PGE2/EP3(或EP1)信號(hào)通路能促進(jìn)血管損傷后的血管重構(gòu)，例如，在特發(fā)性和繼發(fā)性肺動(dòng)脈高壓患者中血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的COX-2表達(dá)上調(diào)[5]。然而COX2/PGI2/IP 信號(hào)通路的激活則抑制血管重構(gòu)[6]。目前COX-2在血管增殖性疾病中的作用機(jī)制尚未完全闡明。本文綜述COX-2的結(jié)構(gòu)與功能，不同的刺激因子通過激活不同的信號(hào)通路調(diào)控COX-2的表達(dá)水平以及COX-2衍生的前列腺素類在血管增殖性疾病的作用及機(jī)理。

1 COX-2結(jié)構(gòu)與表達(dá)調(diào)控

環(huán)氧化物水解酶(COX)主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，并以同源二聚體或異源二聚體的形式主要存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的管腔表面或質(zhì)膜上[7]。COX同工酶有3種形式，分別為COX-1、COX-2、COX-3。COX-1為結(jié)構(gòu)型酶，維持機(jī)體大多數(shù)細(xì)胞正常生理功能； COX-2為誘導(dǎo)型酶，主要位于細(xì)胞膜上，靜息時(shí)低表達(dá)或不表達(dá)，在低氧誘導(dǎo)或炎癥反應(yīng)中表達(dá)上調(diào)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖等；COX-3在機(jī)體大腦皮質(zhì)和心臟處表達(dá)，其功能目前尚不清楚[7]。 COX-2基因 5′-UTR啟動(dòng)子區(qū)域轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件包括：TATA盒、CAAT/EBP 反應(yīng)元件、 CRE(cAMP )反應(yīng)元件、激活蛋白(AP-2)結(jié)合位點(diǎn)和核因子-κB(NF-κB)結(jié)合位點(diǎn)、NF-IL-6序列、SPL位點(diǎn)、糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件；3′ 端非翻譯區(qū)(3′-UTR)包含23個(gè) “ATTTA” RNA 不穩(wěn)定元件的拷貝，上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)參與調(diào)節(jié)COX-2表達(dá)的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響翻譯。尤為重要的是，COX-2表達(dá)的調(diào)控主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄水平上[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，VSMCs受到外界損傷、有絲分裂原等炎癥介質(zhì)、晚期糖基化、低氧處理等因素刺激，經(jīng)過一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)如G蛋白偶聯(lián)機(jī)制、TPA活化的蛋白激酶C介導(dǎo)的通路以及生長(zhǎng)因子受體、Src 活化的酪氨酸激酶介導(dǎo)的通路，而作用于COX-2的5′ 端的調(diào)控序列，促進(jìn)COX-2轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)COX-2的表達(dá)[4]。

2 COX-2的功能

COX-2二聚體的每個(gè)亞基由表皮生長(zhǎng)因子結(jié)構(gòu)域、膜結(jié)合區(qū)和催化結(jié)構(gòu)域構(gòu)成；其中COX-2催化結(jié)構(gòu)域又包含血紅素兩側(cè)的酶活性位點(diǎn)和過氧化物酶活性位點(diǎn)，參與前列腺素類的合成過程[7]。COX-2酶將花生四烯酸代謝為中間體環(huán)前列腺素G2(PGG2)，COX-2過氧化物酶將PGG2還原為前列腺素H2(PGH2)。在前列腺素合成酶催化下生成有生物活性的前列腺素類有五類，包括PGI2、PGE2、PGF2α、PGD2、TXA2[9-10]。COX-2主要以催化結(jié)構(gòu)域啟動(dòng)下游的信號(hào)通路進(jìn)而促進(jìn)前列腺素類的合成。前列腺素類(PGs)是含二十碳的不飽和脂肪酸花生四烯酸經(jīng)酶促代謝產(chǎn)生的一類脂質(zhì)介質(zhì)，半衰期短。在人類，由于基因的選擇性剪切，受體分別為 IP、EP(EP1、EP2、EP3和EP4)、FP、DP(DP1、DP2)、TP(TPα、TPβ)。其中PGE2受體有3種微粒體，分別為線粒體微粒體PGES1(mPGES1)、PGES2(mPGES2)、胞漿PGES(cPGES)，其中mPGES1的催化活性最高[9-10]。不同類型的前列腺素類具有不同的功能，通過旁分泌或自分泌的方式作用于同種細(xì)胞或鄰近周圍組織的細(xì)胞，COX-2衍生的前列腺素類通過活化細(xì)胞膜上不同的前列腺素類受體進(jìn)而與G蛋白偶聯(lián)，激活Ca2+或cAMP濃度而發(fā)揮不同的作用。

3 COX-2調(diào)節(jié)血管重構(gòu)的分子機(jī)制

COX-2在不同的刺激情況下，衍生的不同前列腺素類及其受體對(duì)VSMCs的增殖作用不同。COX-2可以形成血管舒張性和保護(hù)性的PGI2；也能產(chǎn)生強(qiáng)有力的炎癥性PGE2，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞增殖；COX-1活化TXA2，促進(jìn)血小板聚集，促進(jìn)血栓形成，進(jìn)而誘導(dǎo)血管重構(gòu)[11]。值得注意的是，受生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、絲裂原、脂多糖、膽固醇、低氧等因素刺激后，通過涉及一系列高度保守的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子途徑，比如絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)家族相關(guān)信號(hào)通路，NF-κB通路等，可調(diào)節(jié)COX-2的表達(dá)。其中，受體AngⅡ、吸煙、棕櫚酸鹽等可激活p38MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB信號(hào)通路，可促進(jìn)COX-2的表達(dá)和PGE2產(chǎn)生，進(jìn)而誘導(dǎo)病理性血管重構(gòu)；此外，氧化應(yīng)激、低氧等炎癥因子可激活p38MAPK/JNK通路進(jìn)而促進(jìn)COX-2的表達(dá)，依次激活PGI2和IP 受體通路，從而緩解血管重構(gòu)。

3.1 COX-2/PGE2/EP信號(hào)途徑可促進(jìn)血管重構(gòu)

研究證實(shí)，COX-2及其促炎產(chǎn)物PGE2在肺動(dòng)脈高壓、動(dòng)脈粥樣硬化等多種炎癥性疾病中發(fā)揮了重要作用，比如 AngⅡ、吸煙、棕櫚酸鹽等因素經(jīng)由MAPK家族 p38MAPK、p42/44 MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB通路可促進(jìn)COX-2表達(dá)，進(jìn)而活化PGE2下調(diào)cAMP水平，促進(jìn)VSMCs增殖加重血管重構(gòu)[12-15]。另外，在炎癥介質(zhì)刺激下，COX-2促使內(nèi)源性PGE2表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致EP3受體與Gi蛋白偶聯(lián)，誘導(dǎo)Ca2+活化與釋放，進(jìn)而抑制cAMP的釋放，促進(jìn)VSMCs增殖血管重構(gòu)；COX-2也可通過核內(nèi)過氧化物酶增殖體激活前列腺素類受體促進(jìn)VSMCs的增生，COX-2特異性抑制劑NS-398可抑制 PGE2產(chǎn)生進(jìn)而抑制AngⅡ誘導(dǎo)VSMCs的生長(zhǎng)和增殖[16]。研究證實(shí)，COX-2生成的PGE2、TXA2、PGF2等可促進(jìn)Gq蛋白與EP1、TP、FP受體偶聯(lián)，進(jìn)而激活EP1、TP、FP受體表達(dá)，增加Ca2+濃度，促進(jìn)血管平滑肌收縮。值得注意的是，在大多數(shù)的血管系統(tǒng)中，PGF2α 在血管平滑肌中的含量相對(duì)較低，對(duì)血管收縮作用很小[9-10]。以往研究報(bào)道，COX-2激活TXA2，其TP受體可促進(jìn)血小板聚集，促進(jìn)血栓形成，進(jìn)而誘導(dǎo)血管重構(gòu)[15]。PGE2可上調(diào)EP3 α/β 進(jìn)而激活cAMP/PKa/PI3K途徑促進(jìn)損傷后的血管內(nèi)膜增生，促進(jìn)血管重構(gòu)[16]。

研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ可激活p42/44 MAPK和p38MAPK兩種信號(hào)通路，顯著上調(diào)大鼠VSMCs中的COX-2 mRNA和蛋白表達(dá)，并通過誘導(dǎo)PGE2的產(chǎn)生，促進(jìn)VSMCs的生長(zhǎng)和增殖[12]；骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)通過下調(diào)p38MAPK/ERK信號(hào)通路抑制肺泡巨噬細(xì)胞中COX-2/PGE2的產(chǎn)生，減輕吸煙誘導(dǎo)的氣道炎癥和肺氣腫[13]。Puneet 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，游離脂肪酸，如棕櫚酸鹽可呈劑量依賴性地引起COX-2蛋白表達(dá)的增加，進(jìn)而使PGE2表達(dá)水平升高，促進(jìn)血管炎癥的發(fā)生，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定，并增加血栓事件的風(fēng)險(xiǎn)。此外，高糖或晚期糖基化終產(chǎn)物受體配體(RAGE)對(duì)單核細(xì)胞COX-2活性和表達(dá)均有促進(jìn)作用，其主要作用在于RAGE可激活NF-κB，激活的NF-κB能夠轉(zhuǎn)運(yùn)到核內(nèi)與COX-2基因啟動(dòng)子區(qū)的NF-κB結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合進(jìn)而調(diào)節(jié)COX-2基因的表達(dá)，調(diào)控PGE2及下游通路，也可促進(jìn)VSMCs增殖[15]。

3.2 COX-2/PGI2/IP信號(hào)途徑可逆轉(zhuǎn)血管重構(gòu)

在血管平滑肌受損后，COX-2/PGI2通路是血管平滑肌中重要保護(hù)機(jī)制之一。前列環(huán)素I2(PGI2)是由全身血管組織中的花生四烯酸(AA)經(jīng)COX-2代謝和前列環(huán)素合成酶(PGIS)催化產(chǎn)生的一種血管擴(kuò)張劑和血小板抑制劑[6]。研究發(fā)現(xiàn)，在野百合堿誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓模型中，骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞可旁分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)、白介素-8(IL-8)等生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，激活p38MAPK/JNK通路上調(diào)COX-2酶活性，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞PGI2的釋放和升高cAMP的水平，修復(fù)內(nèi)皮損傷，改善野百合堿誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓肺血管重構(gòu)[17]。在CoCl2誘導(dǎo)的低氧性肺動(dòng)脈高壓中，外源性H2S通過上調(diào)COX-2/PGI2信號(hào)通路抑制VSMCs的增殖[18]。在TNF-α 的刺激下，NO促進(jìn)鳥嘌呤環(huán)化酶(GMP)生成cAMP，上調(diào)COX-2蛋白表達(dá)和PGI2的合成，抑制VSMCs增殖[19]。

研究證實(shí)，選擇性的COX-2抑制劑(NS-398)可降低PGI2水平，促進(jìn)VSMCs的收縮活動(dòng)。在貝前列腺素(beraprost)誘導(dǎo)的VSMCs增殖中，活化的COX-2可促進(jìn)PGI2的上調(diào)，促進(jìn)IP受體與Gs蛋白偶聯(lián)，進(jìn)而升高腺苷酸環(huán)化酶(AC)和cAMP的水平，cAMP作為第二信使激活依賴性蛋白激酶PKA，PKA使靶細(xì)胞發(fā)生磷酸化，使組蛋白與DNA分離，抑制VSMCs的增殖[20]。此外，無論是體內(nèi)還是體外，PGI2均能抑制血栓素A2(TXA2)對(duì)血管平滑肌的收縮以及抑制血小板的聚集。氧化應(yīng)激、低氧、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子等因素可激活p38MAPK/JNK通路進(jìn)而促進(jìn)COX-2的表達(dá)，依次激活PGI2和IP受體通路，從而緩解血管重構(gòu)。

4 小結(jié)與展望

COX-2是在病理?xiàng)l件下誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種環(huán)氧化酶，在調(diào)節(jié)血管增殖性疾病血管重構(gòu)中發(fā)揮重要作用。AngⅡ、吸煙、棕櫚酸鹽等有害因素可激活p38MAPK、p42/44 MAPK、p38MAPK/ERK、NF-κB通路可促進(jìn)下游COX-2/PGE2/EP信號(hào)通路表達(dá)，從而下調(diào)cAMP水平，促進(jìn)VSMCs增殖，促進(jìn)血管重構(gòu)；某些藥物、肽類物質(zhì)、細(xì)胞因子等因素可激活p38MAPK/JNK通路，通過COX-2/PGI2/IP途徑升高腺苷酸環(huán)化酶(AC)和cAMP的水平，增強(qiáng)VSMCs的舒張，抑制VSMCs增殖，從而抑制血管重構(gòu)。進(jìn)一步研究COX-2在相關(guān)疾病血管重構(gòu)中的作用，對(duì)闡明血管增殖性疾病中的病理生理機(jī)制以及發(fā)現(xiàn)新藥靶點(diǎn)有重要意義。