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陈宁, 倪培华. NAD(P)H氧化酶及其基因多态性对心脑血管疾病的作用. 25(6): 484-487
  
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NAD(P)H氧化酶及其基因多态性对心脑血管疾病的作用
陈宁, 倪培华
上海交通大学医学院附属瑞金医院检验系,上海 200025

通讯作者：倪培华,联系电话:021-64370045-610505。

作者简介：陈宁,女,1986年生,技师,主要从事临床生物化学和分子生物学研究。

摘要
关键词: NAD(P)H氧化酶; 基因多态性; 心脑血管
中图分类号:Q503 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2010)06-0484-04

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAD(P)H)是人体中重要的生物分子, 而NAD(P)H氧化酶催化NAD(P)H的反应产物为超氧阴离子(superoxide anion, · O2-), 后者在维持机体免疫、代谢、血管生理功能等诸多方面都具有关键作用。NAD(P)H氧化酶基因多态性的发生可影响到酶生物活性功能, 进而引发机体相应生理、病理反应的改变。

已有研究表明, NAD(P)H氧化酶基因多态性与心脑血管疾病的发生发展有所关联。而我们旨在就NAD(P)H氧化酶生物学特性及NAD(P)H氧化酶基因多态性与心脑血管疾病之间的关联进行综述。

一、NAD(P)H氧化酶的结构

NAD(P)H氧化酶主要存在于吞噬细胞及血管内皮细胞。吞噬细胞NAD(P)H氧化酶由多个亚基组成, 包括2个跨膜亚基p22phox和gp91phox, 以及多个胞浆内亚基:p47phox、p67phox、p40phox以及2个G蛋白rac和rapl A[1]。血管NAD(P)H氧化酶在结构上和吞噬细胞NAD(P)H氧化酶相似。有研究证实血管内膜内皮细胞和外膜成纤维细胞p22phox、gp91phox、p47phox、p67phox、rac的表达和血管NAD(P)H氧化酶活性相关[1]。

二、NAD(P)H的生物活性及其作用

NAD(P)H氧化酶以NADH/NADPH为底物将一个电子传递给氧分子, 其催化反应的产物为· O2-, 后者与过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)、一氧化氮(nitric oxide, NO)等同属于活性氧(reactive oxygen species, ROS)。血管NAD(P)H氧化酶作为血管组织ROS的主要来源在血管重塑中起到重要作用。

活化的NADPH氧化酶可生成大量· O2-, 使得NO过度消耗, 从而导致血管内皮功能失调, 加大了血管性疾病发生的几率。Sorescu 等[2] 已指出p22phox在动脉粥样硬化斑块形成各个阶段表达均明显升高, 提示了NAD(P)H氧化酶与病变进展的相关性。Zalba[3]对184名无临床动脉硬化症状的受试人群研究后发现NAD(P)H氧化酶引起的超氧化物的产生与颈动脉内膜中层厚度相关。

Edirimanne等[4]发现高半胱氨酸大鼠主动脉内的NAD(P)H氧化酶活性及超氧产物、亚硝酸产物的水平都显著升高, NAD(P)H氧化酶p22phox亚基在主动脉内有高表达。而使用了NAD(P)H氧化酶抑制剂(Apocynin)后, 体内相应指标都得到控制。通过转染人类内皮细胞或血管平滑肌细胞(VSMCs)的p22phox小分子干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)来阻止NAD(P)H氧化酶的活性能有效而彻底地去除同型半胱氨酸(homocysteine, Hcy)介导的· O2-产物。从而证实了血管内Hcy激发的· O2-产物受NAD(P)H氧化酶活性的调控, 在高半胱氨酸血症病发时可间接影响内皮细胞功能失调。

目前, 涉及到NAD(P)H氧化酶对心血管起重要影响的疾病已扩展至代谢综合症、高血压、糖尿病、左心室肥厚、心力衰竭、肾脏疾病、动脉粥样硬化以及脑血管疾病等。不仅仅是血管氧化酶, 吞噬细胞内的NAD(P)H氧化酶也起到了重要的影响。过量生成的反应产物· O2-促使单核细胞和淋巴细胞能够渗透至血管组织, 从而改变组织结构, 削弱血管功能。

三、NAD(P)H氧化酶基因多态性

NAD(P)H氧化酶基因多态性对于NAD(P)H氧化酶的生物活性有重要的影响。在NAD(P)H氧化酶中亚基gp91phox和亚基p22phox组成细胞色素b558, 控制着NAD(P)H氧化酶的整个电子传输机制, 在细胞膜上扮演天然电子传输管道的角色[1]。重链部分(91 000糖蛋白)基因编码为CYBB, 位于Xp21.1; 轻链部分(22 000多肽)基因则编码为CYBA, 位于染色体16q24, 其中1个约600bp开放阅读框架对6个跨度约8.5kb的外显子进行编码。

目前对于NAD(P)H氧化酶基因单核苷酸多态性和心血管疾病关系的研究主要集中于p22phox基因C242T、A640G和启动子-930A/G这3个位点上。

1. C242T多态性 C242T多态性位于第4外显子, ATG后的第214位碱基。其促成了CAC→ TAC的改变, 从而导致了组氨酸残基不可逆地转换成为酪氨酸残基。这一改变大大地削弱p22phox蛋白上血红素连接位点的生物功能。同时, 也将造成氧化功能的丧失及血管内ROS产物和氧化反应的减少[5]。

激增的· O2-产物可引发更多的氧化反应并减少NO在血管性疾病中的生物活性。Guzik等[6]报道了NAD(P)H氧化酶CYBA基因上的多态性与动脉粥样硬化有关, 从110例冠状动脉疾病的患者隐静脉中获取血管NAD(P)H氧化酶的活性水平, 并分析所有研究对象CYBA基因, 原有及经NADH刺激的血管超氧产物在不同患者体内表达情况完全不同。忽略其他临床引起动脉粥样硬化的风险因素, CYBA 242T的基因型与血管内NAD(P)H氧化酶活性减少存在明显关联, 且CYBA基因242位点上碱基T占位能降低NAD(P)H氧化酶在人类血管中的活性, 这更进一步显示了NAD(P)H氧化酶组成部分上的多态性在动脉粥样硬化时对调控超氧产物起显著性的作用。

另外, Arca等[7]发现CYBA基因242位点碱基为T时, 对于复发心血管疾病的高危人类是一种“ 安全” 信号, 并且C242T多态性与减少体内氧化反应存在关联。在237例病例中, CT/TT基因型的患者因心血管疾病复发致死、无症状心肌梗死的概率较少。

然而, 也有学者提出C242T的多态性改变对于心血管疾病中缺血性心脏病不存在影响。Spence 等[8]人取爱尔兰人群中1 023例来自388个家庭的患者, 在进行连锁性分析, 发现两者之间无任何关联。

NAD(P)H氧化酶p22phoxC242T多态性对于某些疾病中心脑血管病变起到了推动作用。Hayaishi-Okano 等[9]就日本人群中2型糖尿病患者NAD(P)H氧化酶p22phox多态性与颈动脉粥样硬化的关系进行了研究, 指出p22phox242位点的C→ T突变加速了2型糖尿病患者无症状型动脉粥样硬化的发展, 同时对非糖尿患者具有激发胰岛素抑制的作用。

2. -930A/G 多态性 -930A/G多态性发生在CYBA启动子区-930位点[10]。研究显示, 这一多态性位于C/EBP(CCAAT/增强子连接蛋白)转录因子的潜在连接位点。由此, 推测-930A/G多态性可能参与调节了CYBA转录活性[13]。

San José 等[11]进行的变异形成实验证实了-930A/G多态性在CYBA启动子活性方面扮演了重要的角色。C/EBPδ 的过度表达则能够介导CYBA启动子中G等位基因的活性, 使其超过A碱基的活性参与到VSMCs的构造中。这也间接提示了G碱基的携带者体内C/EBPδ 潜在地参与了NAD(P)H氧化酶的活化作用。通过比较70例高血压患者与70名健康对照者的吞噬细胞中p22phox表达及NAD(P)H氧化酶所形成的氧自由基来推断与-930A/G多态性的关系。在高血压患者中通过与AA型/AG型组的比较, GG型的患者能产生更多的吞噬细胞p22phox mRNA以及更高的蛋白水平, 从而加强NAD(P)H氧化酶的活性。同样的检测在正常组中未发现差别。VSMCs的转染实验证明由A到G的多态性转变在高血压细胞中能使报告基因表达明显增多。通过测试血清NO代谢产物可知, 高血压组中GG型的患者比AA/AG型的患者产生较少的NO产物。这些结果都预示了p22phox 930位点为GG型的高血压患者更易导致NADPH氧化酶发生氧化应激反应。

3. A640G多态性 A640G多态性位于CYBA3' 端非翻译区, 该位点的多态性没有造成氨基酸的改变, 但是有报告称该多态性能通过改变mRNA的形成和稳定性来影响基因转录速度。当然, 这一论点亦存在着争议。

Gardemann等[12]对2 205名高加索男性通过冠脉血管造影术检测了他们的动脉内部结构情况, 发现G碱基在未患冠脉血管疾病的人群中出现的频率较高, 这也提示了可以通过G等位基因进行有效的筛选。然而, 也有研究指出A640G多态性与心血管疾病并不存在任何联系。Inoue等[13]在日本人群中对201例心血管疾病(coronary artery disease, CAD)患者和201名对照者的基因型进行分析后, 提出2组成员之间A640G多态性上未出现差别。

4. -675A/T多态性 -675A/T基因多态性位于CYBA基因启动子区域-675位点[14]。A→ T的改变使缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor 1α , HIF-1α )转录因子潜在连接位点的序列消失。

Moreno等[14]对-675A/T多态性与高血压的研究发现, TT型的基因表达在高血压患者中出现的频率更高。此外, 675位点为TT型的高血压患者相比其他2种基因型的患者, 血压检测值更高, 颈动脉血管壁也较厚。在NAD(P)H氧化酶的活性方面, TT型的研究对象较TA/AA型的研究对象在体内能产生更高浓度水平的NAD(P)H氧化酶依赖性· O2-产物。在VSMCs中, HIF-1α 的过度表达可提高CYBA启动子转译时在该位点倾向于对T碱基的转录, HIF-1α 潜在地参与了NAD(P)H氧化酶的活性, 对于携带T等位基因的患者作用更为直接。

5. 各多态性之间的连锁不平衡及相互作用 -930A/G多态性与其他CYBA上的多态性几乎不存在相关性, 而C242T、-675A/T及A640G之间便显出中等程度的连锁不平衡[12, 14]。

有研究通过CYBA内的多态性来进一步研究CYBA基因与NAD(P)H氧化酶介导的· O2-产物之间的关系, 发现-930A/G和C242T之间的协同作用对NAD(P)H氧化酶活性具有调节作用[15]。

在进一步研究640位点与其他多态性是否会存在相互作用, Zafari等[16]对有动脉血管疾病的患者进行了NAD(P)H氧化酶p22phox242位点和640位点分析。结果发现任一位点以及两者之间在研究对象范围内都未表达出统计学差异, 无法论证在老年患者中CAD加剧程度及血管内皮功能失调与NADPH氧化酶p22phox A640G和C242T有关。

6. 其他CYBA多态性 除了以上的位点, CYBA上亦有其他具有潜在调节p22phox亚基表达和生物活性的多态性位点。

-852C/G和-536C/T基因多态性改变都位于CYBA启动子区域。针对这2个位点, Moreno等[14]在对欧洲南部高加索人群中865例高血压患者和496名对照进行研究但未发现有统计学上的差异。

Dinauer等[17]报道在CYBA第6外显子距转录起始位点521存在一个新多态性(C549T), 将丙氨酸残基转化为缬氨酸残基。但未发现这一位点的基因改变与颅底动脉瘤的发病性存在关联[18]。

四、展望

大量研究发现CYBA基因多态性与心脑血管疾病的发生与发展存在着显著的关联。但在某个位点对于某一项疾病症状的分析上, 由于不同的地域、不同的种族、不同的对象范围, 对实验的进行都可能造成不同的影响, 产生不同的结果, 使得一些论点也存在着争议。

对NAD(P)H氧化酶CYBA上多态性位点的进一步研究, 我们期待NAD(P)H多态性与心脑血管疾病之间的关联可以被揭示, 从而, 能使人类的生活拥有更多的保障, 减少心脑血管疾病对于人类健康的威胁。

The authors have declared that no competing interests exist.

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