Rozdział
Rozdział
25
AUTAKOIDY  POCHODNE LIPIDÓW:
EIKOZANOIDY I CZYNIK AKTYWUJ
C Y
PA
YTKI
Emer M. Smyth, Anne Burke oraz Garret A. FitzGerald
TÅ‚umaczenie: Iwona Kucharewicz, Anna Bodzenta-A
ukaszyk
Lipidy błon komórkowych dostarczają substratu do
EIKOZANOIDY
syntezy eikozanoidów oraz czynnika aktywującego
Kontekst historyczny. W roku 1930 dwaj amerykańscy gine-
płytki. Eikozanoidy, metabolity kwasu arachidono-
kolodzy, Kurzrok i Lieb, zaobserwowali, że pasma mięśnia ma-
wego, takie jak prostaglandyny, prostacyklina, trom- cicy rozszerzajÄ… siÄ™ i kurczÄ… w czasie ekspozycji na nasienie.
Następnie Goldblatt w Anglii i von Euler w Szwecji wykazali
boksan A2, leukotrieny, lipoksyny oraz hepoksyli-
niezależnie od siebie działanie kurczące mięśnie gładkie i na-
ny, nie sÄ… magazynowane, ale produkowane przez
czynia krwionośne płynu nasiennego i dodatkowo gruczołów
większość komórek pod wpływem bodz
ców fizycz- płciowych. Von Euler zidentyfikował materiał aktywny jako
kwas rozpuszczalny w lipidach, który nazwał prostaglandyną,
nych, chemicznych i hormonalnych, które aktywują
wnioskując, że pochodzi ona z gruczołu krokowego. W 1962
hydrolazy acylowe, czyniÄ…c kwas arachidonowy do-
roku Samuelsson, Bergström i ich współpracownicy wyjaÅ›nili
stępnym do syntezy jego metabolitów. Błonowe po- strukturę prostaglandyny E1 (PGE1) oraz prostaglandyny F1ą
(PGF1Ä…). W roku 1964 Bergström i współpracownicy oraz van
chodne glicerolofosfocholiny (platelet-activating fac-
Dorp i współpracownicy niezależnie dokonali biosyntezy PGE2
tor  PAF) są przekształcane enzymatycznie w celu
z kwasu arachidonowego, używając homogenatów pęcherzy-
powstania czynnika aktywującego płytki. PAF two- ków nasiennych owcy. W krótkim czasie nastąpiło odkrycie
tromboksanu A2 (TXA2) i prostacykliny (PGI2) oraz leukotrie-
rzy się w mniejszej liczbie typów komórek, głównie
nów. Vane, Smith i Willis wykazali, że aspiryna i NLPZ działa-
w leukocytach, płytkach krwi oraz w komórkach
jÄ… przez zahamowanie biosyntezy prostaglandyn (Vane, 1971).
śródbłonka. Lipidy eikozanoidów i PAF biorą udział Niewątpliwym osiągnięciem tego znakomitego okresu odkryć
byÅ‚o przyznanie nagrody Nobla, a otrzymali jÄ… Bergström,
w regulacji procesu zapalnego, napięcia mięśni gład-
Samuelsson oraz Vane w 1982 roku. W 1970 roku von Euler oraz
kich, hemostazy, zakrzepicy, porodu oraz wydziela-
Julius Axelrod i Bernard Katz również otrzymali nagrodę Nobla
nia żołądkowo-jelitowego. Zasadniczy efekt terapeu- za odkrycie norepinefryny jako neuroprzekaz
nika w układzie
współczulnym autonomicznego układu nerwowego.
tyczny, polegajÄ…cy na blokadzie tworzenia eikozano-
Prostaglandyny (PGs), leukotrieny (LTs) oraz zwiÄ…zki po-
idów, dotyczy wielu klas leków, szczególnie aspiry-
chodne nazwano eikozanoidami, z greckiego  eikosi ( dwa-
ny, tradycyjnego niesteroidowego leku przeciwzapal-
dzieścia ). Prekursor, podstawowy kwas tłuszczowy, zawiera
nego (tNLPZ) oraz specyficznych inhibitorów cy- 20 atomów węgla oraz trzy, cztery lub pięć podwójnych wią-
zań: kwas 8,11,14-eikozatrenowy (kwas dihomo-ł-linolenowy),
klooksygenazy-2 (cyclooxygenase-2  COX-2), takich
kwas 5,8,11,14-eikozateraenowy [kwas arachidonowy (AA); ryc.
jak koksyby. W celu lepszego zrozumienia potencja-
25 -1] oraz kwas 5,8,11,14,17-eikozapentaenowy (eicosapenta-
łu terapeutycznego selektywnych inhibitorów synte- enoic acid  EPA). U ludzi AA, najczęstszy prekursor, pocho-
dzi z dostarczanego z pożywieniem kwasu linolowego (kwas
zy i działania eikozanoidów zostaną przedstawione
9,12-octadekadienowy) lub jest dostarczany bezpośrednio jako
synteza, metabolizm oraz mechanizm działania ei-
składnik pożywienia. EPA jest najczęstszym składnikiem oleju
kozanoidów oraz PAF. z tłustych ryb, takich jak łosoś.
O 5,6-EET
COOH
COOH
Kwas arachidonowy
Endokanabinoidy
CYPs
COOH
Receptory
O 11,12-EET Arachidonoetanoloamid
O
8,9-EET kanabinoidów
2-arachidonoglicerol
COOH
COOH
Cyklo-
COX-1 Aspiryna
oksygenaza
COX-2
14,15-EET
O COX-2 tNSAIDs
LOXs
Acetylowana
COX-2
O Prostaglandyny
COOH
Inhibitory glicerylowe
Selektywne
5-LOX/COX, O
inhibitory COX-2,
HETEs
np. likofelon PGG2 np. koksyby
Leukotrieny
Hydro- OOH
COX-1
Lipoksyny
peroksydaza
EPI-lipoksyny
Atak wolnych COX-2
(patrz ryc. 25-2)
(patrz ryc. 25-2)
rodników
O
COOH
COOH
Syntaza TXA
Izoprostany
O
PGH2 Syntaza PGI
PGI2
OH
COOH O
Syntaza mPGE
O
Syntaza L-PGD
Syntaza cPGE
O
TxA2
Syntaza
Syntaza H-PGD
OH
O
PGF
HO
OH
OH
COOH
COOH
PGE2 HO
HO
OH
O
PGD2
OH
COOH
COOH
PGF2Ä…
O
15 deoxy "12,14 PGJ2
HO
OH
TPÄ…, ²
EP1 EP2 EP3A-D EP4 FP DP DP2 IP
Ryc. 25-1. Metabolizm kwasu arachidonowego. Szlak cyklooksygenzy (cyklooxygenase  COX) jest zaznaczony na szaro. Szlak lipooksygenazy (lipoxygenase  LOX) jest przed-
stawiony na rycinie 25-2. Główne szlaki degradacji przedstawia rycina 25-3. Stężenie cyklicznych nadtlenków (PGG2 i PGH2) wzrasta na skutek działania na kwas arachidonowy
uwalniany z fosfolipidów błonowych kolejno COX-1 lub COX-2 jako cyklooksygenazy i hydroperoksydazy. Kolejne produkty powstają na skutek działania tkankowo specyficz-
nych syntaz, ich efekt jest przetwarzany dzięki receptorom związanym z błoną komórkową (szare okienka). Linie przerywane przedstawiają prawdopodobne interakcje ligand-
-receptor. EETs (zacienione na niebiesko) i izoprostanoidy powstają odpowiednio dzięki aktywności CYP oraz nieenzymatycznej reakcji wolnych rodników. COX-2 może działać
na endokannabinoid, zmodyfikowany arachidonoglicerol, w celu utworzenia prostaglandyn glicerylowych. Aspiryna i tNLPZs sÄ… nieselektywnymi inhibitorami COX-1 i COX-2,
ale nie wpływają one na aktywność LOX. Epilipoksyny powstają przy udziale COX-2 po jej acetylacji przez aspirynę (ryc. 25-2). Podwójne inhibitory 5-LOX-COX wpływają na
oba szlaki. Objaśnienia innych skrótów  patrz w tekście.
696
Część IV " Autakoidy: leczenie procesu zapalnego
Rozdział 25 " Autakoidy  pochodne lipidów: eikozanoidy i czynik aktywujący płytki 697
Biosynteza. Biosynteza eikozanoidów jest ograniczona do- korzyÅ›ci zdrowotne pÅ‚ynÄ…ce z dostarczania kwasów É-3 z poży-
stępnością substratu i zależy przede wszystkim od uwalniania wieniem pozostają w centrum badań.
AA, estryfikowanego w miejscu domeny sn-2 fosfolipidów bło- Synteza prostanoidów odbywa się etapami poprzez dzia-
ny komórkowej lub innych kompleksów lipidowych przez en- łanie kompleksu enzymów mikrosomalnych. Pierwszym en-
zymy syntetyzujące eikozanoidy, hydrolazy acylowe, szczegól- zymem tej kaskady jest endonadtlenkowa G/H syntaza pro-
nie przez fosfolipazÄ™ A2. Bodz
ce chemiczne oraz fizyczne akty- staglandyn, która jest nazwana cyklooksygenazą lub COX.
wują zależną od Ca2+ translokację grupy IV cytozolowej PLA2 Istnieją dwie odmienne izoformy COX  COX-1 oraz COX-2
(cPLA2), która wykazuje wysokie powinowactwo do AA w bło- (Smith i wsp., 1996). Konstytutywna ekspresja COX-1 wystę-
nie komórkowej, gdzie hydrolizuje wiązanie estrowe sn-2 fosfo- puje na większości komórek, ekspresja COX-2 jest zwiększa-
lipidów błonowych (szczególnie fosfatydylocholiny i fosfatydy- na przez cytokiny, bodz
ce stresowe oraz czynniki wzrostowe.
loetanoloaminy), uwalniając pochodne kwasu arachidonowe- Uważa się, że COX-1 pomaga w utrzymaniu funkcji, takich jak
go. Scharakteryzowano wiele dodatkowych izoform PLA2 [gru- cytoprotekcja nabłonka żołądkowego (patrz rozdz. 36). COX-2
jest głównym z
ródłem prostanoidów tworzących się w czasie
pa IIA wydzielnicza (secretory PLA2; sPLA2), grupa V (sPLA2),
zapalenia lub w przebiegu nowotworów. To rozróżnienie jest
grupa VI niezależna od Ca2+ (independent) (iPLA2) oraz grupa
jednak nazbyt dużym uproszczeniem. Istnieją procesy fizjolo-
X (sPLA2)]. W podstawowych warunkach, bez pobudzenia, AA
giczne oraz patofizjologiczne, w których każdy z tych enzymów
uwalniany przez iPLA2 jest ponownie wbudowywany do błony
bierze udział, oraz takie, w których oba te enzymy funkcjonują
komórkowej, synteza eikozanoidów jest więc wówczas niewiel-
współrzędnie (patrz Smith i Langenbach, 2001).
ka. cPLA2 dominuje w gwałtownym uwalnianiu AA, induko-
walna sPLA2 bierze udział w warunkach przedłużonej lub in- Krystaliczna struktura COX-1 i COX-2 jest bardzo po-
dobna, dodatkowo do 61% zgodności sekwencji aminokwa-
tensywnej stymulacji produkcji AA. Jeśli dojdzie do uwolnienia
sów (FitzGerald i Loll, 2001). Obie izoformy wykazują ekspre-
AA, jego część jest metabolizowana szybko do utlenianych pro-
sję jako dimery homotypowo włączone do endoplazmatycznej
duktów przez wiele różnych systemów enzymatycznych, włą-
błony retikularnej; jej aktywność COX utlenia i cyklizuje nie-
czajÄ…c cyklooksygenzay, lipooksygenazy i CYPs.
zestryfikowany AA, tworząc PGG2, a aktywność HOX prze-
Produkty syntazy G/H prostaglandyn. Prostaglandyny, prosta-
kształca PGG2 do PGH2 (Smith i Langenbach, 2001). Te che-
cyklina i tromboksan, nazywane prostanoidami, mogą być uwa-
micznie niestałe związki pośrednie są przekształcane enzyma-
żane za analogi nienaturalnych związków, zwykle nazwanych
tycznie w prostaglandyny, tromboksan i prostacyklinÄ™ przez
kwasem prostanowym oraz kwasem trombanowym. Ich struktu- izomerazy i syntazy, których ekspresja zależy od typu komór-
ry przedstawiono poniżej:
ki, a większość komórek syntetyzuje jeden lub dwa dominują-
ce prostanoidy. Na przykład, TxA2 powstający dzięki COX-1
jest dominującym produktem w płytkach krwi, a PGE2 i TxA2
powstajÄ…ce przy udziale COX-2 sÄ… dominujÄ…cymi produktami
w aktywowanych makrofagach. Sklonowano dwie klasy syntaz
PGE. Mikrosomalne syntazy PGE 1 i 2 sÄ… zlokalizowane blisko
KWAS PROSTANOWY
COX-2. W niektórych, ale nie we wszystkich tkankach, mogą
one być indukowane przez cytokiny oraz substancje pronowo-
tworowe. Podobnie, cytozolowa syntaza PGE znajduje siÄ™ blisko
COX-1 i może odgrywać istotną rolę w konstytutywnym two-
rzeniu PGE2. Zidentyfikowano dwie formy syntazy PGD i syn-
KWAS TROMBANOWY
tazy PGF. W hetrologicznym systemie ekspresji COX-1 wiąże
siÄ™ preferencyjnie z syntazÄ… TxA2 oraz PGF, podczas gdy COX-2
AA jest metabolizowany stopniowo do cyklicznych nadtlen-
preferuje syntazÄ™ PGI2 (Smyth i FitzGerald, 2003).
ków prostaglandyn G (PGG) oraz H (PGH) (ryc. 25-1) dzięki
Prostanoidy są uwalniane z komórek przeważnie poprzez
aktywności cykooksygenazy (COX) i hydroperoksydazy (HOX)
ułatwiony transport przez przenośnik prostaglandynowy oraz
G/H syntaz prostaglandyn. Izomerazy i syntazy dokonujÄ… trans-
prawdopodobnie przez inne przenośniki (patrz: Schuster,
formacji PGH2 w końcowe prostanoidy wyróżniające się pod-
2002).
stawnikami w ich pierścieniu cyklopentanowym.
Prostaglandyny grup E i D sÄ… hydroksyketonami, podczas gdy
Produkty lipooksygenazy. Lipooksygenazy (lipoxygenases 
prostaglandyna FÄ… jest 1,3-diolem (ryc. 25-1). Prostaglandyny A,
LOXs) należą do rodziny enzymów niehemowych zawierają-
B i C są nienasyconymi ketonami, które powstają na drodze nie-
cych żelazo, które katalizują utlenianie polienowych kwasów
enzymatycznej z PGE podczas procedury ekstrakcji; prawdopo-
tłuszczowych do odpowiednich hydronadtlenków lipidowych
dobnie nie występują one biologicznie. PGJ2 i związki pochodne
(patrz Brash, 1999). Enzymy te wymagajÄ… jako substratu kwasu
powstają z dehydratacji PGD2. Prostacyklina (PGI2) ma struk- tłuszczowego z dwoma podwójnymi wiązaniami cis oddzielo-
turę podwójnego pierścienia; dodatkowo do pierścienia cyklo- nymi grupą metylenową. AA, który zawiera wiele podwójnych
pentanowego drugi pierścień jest tworzony przez mostek tle- wiązań w swojej konfiguracji, jest metabolizowany do kwasów
nowy między węglem 6 i 9. Tromboksany (Txs) zawierają sześ- hydroperoksyeikozatetraenowego (hydroperoxy eicosatetraeno-
cioskładnikowy pierścień tlenku etylenu zamiast pierścienia ic acid  HPETEs), który różni się miejscem przyłączenia grupy
cyklopentanowego prostaglandyn. Główne klasy dzielą się na- hydroperoksy. Podobnie jak PGG2 i PGH2, te nietrwałe meta-
stępnie w zależności od podwójnych wiązań w łańcuchu bocz- bolity, normalnie z chiralnością S, są dalej przekształcane przez
nym, co określa się wskaz
nikiem liczbowym. Kwas dihomo-ł- różne enzymy. HPETEs są modyfikowane do odpowiednich
linolenowy jest prekursorem jednej serii, AA  dwóch, a EPA kwasów hydroksytłuszczowych (kwas hydroksyeikozatetraeno-
wy; hydroxyeicosatetraenoic acid  HETE) na drodze nieenzy-
 trzech serii. Prostanoidy pochodzÄ…ce z AA zawierajÄ… indeks
matycznej lub przez peroksydazÄ™.
dolny 2 i należą do głównych serii u ssaków. Istnieje niewiele
dowodów na to, że jedna lub trzy serie prostanoidów są two- U ludzi istnieje 5 aktywnych form lipooksygenazy: 5-LOX,
rzone w ilościach istotnych w normalnych warunkach. Jednak 12(S)-LOX, 12(R)-LOX, 15-LOX-1 i 15-LOX-2, które zostały