文摘
脂质过氧化反应,这一过程被诱导氧化损伤的关键细胞组件,已经涉及到几种疾病。后三十年的探索主要集中在在体外实验室模型重现,脂质过氧化作用日益相关解释的多种病理生理机制在临床设置。这种累积的努力导致一些脂质过氧化产物的鉴定会议的需要在活的有机体内评估。在这些不同的分子中,isoprostanes 4-hydroxy-2-nonenal蛋白加合物似乎是特别有趣的。本文展示了特定的氧化产品,源于多不饱和脂肪酸前体,是严格相关Rett综合症的临床表现和自然历史,一个由基因决定的神经发育病理学,目前自闭症谱系障碍之间的机密。在我们的经验中,此病为医生提供了一个独特的设置,生物学家,化学家们探索脂质介质的边界的概念。
1。介绍
氧化应激(运行系统)、生物条件由prooxidant和抗氧化系统失衡,参与了几个条件,包括炎症、致癌作用、神经衰弱,发展。脂质过氧化作用是一个重要的组成部分,尤其是她身上,特别是活性氧自由基(ROS)能够攻击多不饱和脂肪酸(欧米伽)细胞膜从而产生一个家庭α,β不饱和醛反应,如4-hydroxy-2-nonenal (4-HNE)和prostaglandin-like产物称为isoprostanes (IsoPs)。新兴知识指出这些分子的关键作用生成oxidative-driven损伤。因此,这些化合物,而不是被认为是简单的疾病的生物标记物,将视为介质。在目前的审查,我们将讨论在这个问题上的证据我们的概念推理关注疾病的独特运行系统模型由Rett综合症(RTT)表示,一个由基因决定自闭症谱系障碍。
2。氧化应激的作用在人类的疾病
运行系统,as defined as an imbalance between cellular antioxidant defenses and free radicals production, is implicated in a wide variety of disease processes. To this regard, a role of oxidative damage in cancer [1,2),神经退行性疾病(3- - - - - -6,可能是炎症性肠病(7,8)最近报道。在动脉粥样硬化的物质,氧化损伤,尤其是脂质,是肯定的。然而,问题的规模效应和潜在的致病的机制很可能比几年前更确定性[9]。量化氧化损伤的一个方法是测量脂质过氧化作用。然而,其中的因果关系常常是困难的,如果不是不可能的话)来证明。
3所示。氧化应激:从转变在体外到在活的有机体内概念
直到80年代,脂质过氧化作用仅限于专业实验室的现象主要是评估体外。在这个阶段,研究人员感兴趣的繁殖引起的脂质过氧化作用作为macrophenomenon外源性物质的实体,很可能出现在人类的生理、病理特点。这些实验和测试的意义主要是证据的现象通过测量过程中生成的产品。在这个特定的环境中,氧化醛(主要是丙二醛,MDA,硫代巴比土酸活性物质,TBARS)被认为是可靠的脂质过氧化指标。事情发生了巨大的变化,许多世界各地的实验室证明增加的脂质过氧化水平标记组织和体液从病人相比在健康对照组观察。因此,设置已逐步从在体外来在活的有机体内并允许启发内脂质过氧化的作用机制的几个疾病和生理信号通路。
现象的实体成为大幅缩减规模,这样更敏感和可靠的标记在活的有机体内成为一个紧迫的必要性。在这进一步阶段,脂质过氧化作用的几个关键指标适用在活的有机体内被发现,包括IsoPs和4-HNE蛋白加合物(4-HNE PAs)。这些标记允许的测量有了更深的理解的关键作用氧化应激在健康和疾病。有可能的是,我们现在的阶段我们问这些end-peroxidation产品可能会对自己的生物活性,从而逐步从标记转向介质。
4所示。脂质过氧化产物:从标记转向介质
脂质介质是释放的化学信使,以应对组织损伤,包括前列腺素、白细胞三烯,lipoxins, neuroprotectins,在炎症的不同阶段发挥着重要作用。虽然早期炎症反应,花生四烯酸(AA)代谢产物(即。,prostaglandins and leukotrienes) exert proinflammatory actions, by promoting chemotaxis of phagocytic leukocytes and inducing fever; the so-termed “lipid mediator class switching” is responsible for the production of specialized proresolving mediators, such as lipoxins, resolvins, maresins, and protectins, which exert specific roles in counterregulating inflammation and turning on resolution [10,11]。因此炎症可以被认为是一种自限性过程取决于lipid-derived介质产生的炎性渗出液。
新兴的证据表明,生物标志物可以解释为脂质过氧化脂质介质,作为关键因素之间的微妙的平衡调节炎症和解决过程。悬而未决的一个主要问题是关于是否过氧化的产物,如IsoPs,应被视为真正的标记或运行系统的简单标记;特别是不同的脂质介质是否确定不同的疾病;还是时间的生产是生理和疾病的一个关键因素。
5。醛产品
如前所述,ROS和脂质之间的相互作用可以诱导过氧化过程,引起连锁反应,产生多个分解分子,包括许多高活性醛丙二醛等4-HNE, 4-hydroxy-2-hexenal,丙烯醛(12]。
4-hydroxyalkenal其中,4-HNE,是研究醛热点研究最多最好的识别和细胞毒性产品源自于脂质过氧化过程。
4-HNE来源于氧化ω6欧,花生四烯酸和亚油酸,也就是说,两个最代表在生物膜脂肪酸。4-HNE是一个不寻常的含有三官能团的化合物,在很多情况下一致行动解释其反应活性高。首先,共轭体系组成的C = C双键和C = O 4-HNE羰基。的羟基碳四有助于反应通过偏振C = C键和通过促进内部cyclisation反应,如thioacetal形成(13]。
由于它的化学性质,4-HNE是一种两亲性分子(水溶性而表现出强烈的亲脂性的属性)。4-HNE往往集中在生物膜磷脂,磷脂酰乙醇胺,和蛋白质,如转运蛋白、离子通道和受体,快速反应。此外,因为它是一个高度亲电子的分子,它容易与低分子量化合物反应,如谷胱甘肽和更高浓度与DNA (12]。由于其亲电性质,4-HNE可以形成加合物与细胞蛋白质的亲核试剂。事实上,反应4-HNE解释了其潜在的参与酶活动的调制,信号转导和基因表达(13]。
引用和修改的功能和/或信号蛋白很可能代表的一个主要机制4-HNE也α,β不饱和醛会影响生理和病理过程。
主要反应物4-HNE氨基酸半胱氨酸、组氨酸、赖氨酸,无论是免费或protein-bound-undergo容易迈克尔加成反应的C = C双键。除了这种类型的反应,可能发生二次反应涉及羰基和羟基形成环状半缩醛衍生物。氨基酸组(例如,赖氨酸)可能或者反应的羰基4-HNE收益率席夫碱产品(14]。
因此,由于蛋白质发挥重要作用在细胞的正常结构和功能,氧化修改4-HNE水平增加,如在运行系统的条件下,可能极大地改变其结构。随后这些蛋白质变化可能导致失去正常的细胞生理功能和/或可能导致细胞功能异常,最终细胞死亡。
4-HNE加合物造成的损坏的酶,从而增加水平在衰老和在一些病理状态(15]。此外,蛋白质间隙(即受损。,ubiquitin proteosome system dysfunction) and/or the overwhelming production of abnormal proteins play an important role in the pathophysiology of disorders related to O.S., and a lot has been done in the last few decades on their role in neuro-related pathologies [16]。
在此基础上,4-HNE代表一个最有用的生物标志物的出现和/或运行系统的程度(17]。
6。Isoprostanes
IsoPs是一系列独特的prostaglandin-like化合物生成,通过免费radical-catalyzed机制,从许多不同的欧米,包括AA、二十碳五烯酸(EPA), adrenic酸(AdA)和二十二碳六烯酸(DHA)。
看身体的组织的脂质成分(18],AA被发现局部无处不在,而欧米如DHA或AdA主要定位在神经组织,尤其是在灰色和白色很重要。因此,临床意义的不同类型的IsoPs取决于PUFA前体解剖分布。
6.1。F2-Isoprostanes
前列腺素的发现F2例如化合物,称为F2-isoprostanes (F2-IsoPs),生成的免费radical-induced花生四烯酸的过氧化反应,首次报道了明日et al。19]。
因为F2-IsoPs,最初形成的原位磷脂(20.),释放到循环,因为这些前列腺素类活性低于其它脂质过氧化(即产品。时和醛),他们可以在等离子体更容易被探测到。因为这些分子的发现,F2-IsoPs已经成为评估内源性生物标志物的选择操作系统,主要是由于其化学稳定性和普遍性在组织和体液21- - - - - -23]。高浓度的等离子体或尿F2-IsoPs已报告在一些疾病(24- - - - - -26]。正确的运行系统损伤量化,哈利维尔建议使用血液IsoPs和尿IsoP代谢物决定(27]。的15-F2 t-IsoP是最代表异构体在F2-IsoPs也称为8-iso-prostaglandin F2α(28]。
除了F2与F -IsoPs2撕咬,各种IsoPs与不同环结构,E2撕咬和D2撕咬,一直到目前为止。中央在PGH IsoPs的生成途径2例如内过氧化物。正如cyclooxygenase-derived PGH2重新安排到PGD2和铂族元素2,H2可以减少-IsoP内过氧化物形成F2撕咬IsoPs [29日),但也可以接受重组形成E2- - - D2-IsoPs。生物效应对E2- - - D2描述了-IsoPs (30.]。随后到E2- - - D2-IsoPs脱水(29日),环戊烯酮IsoPs可以形成31日];环戊烯酮IsoPs,2/ J2-IsoPs,高活性;α,β不饱和羰基极易受半个迈克尔加成反应(32,33]。特别是,一个之一2-IsoPs, 152 t通过共轭-IsoP主要是由这些细胞代谢的谷胱甘肽(34]。
6.2。F4-Neuroprostanes
一系列的F2-IsoP-like分子命名F4-neuroprostanes (F4-NeuroPs)源自DHA的自由基催化过氧化反应,神经组织的一个重要组成部分,在神经元,高纯度和高容易氧化(35]。量化这些化合物似乎提供了一个非常敏感的神经元氧化损伤指数IsoPs相比,因为F的含量4-NeuroPs由DHA氧化超过F的含量2-IsoPs来自AA的3.4倍(36]。给定的知名角色自由基在许多神经退行性疾病的发病机制,也就是说,阿尔茨海默氏症、帕金森病、亨廷顿氏舞蹈症,和肌萎缩性脊髓侧索硬化症20.,29日,37),F的量化4-NeuroPs似乎是一个工具来评估大脑氧化损伤。
在实验模型神经退行性现象,F4-NeuroPs似乎会和癫痫(无关38,39,减少F4-NeuroPs水平,随后与抗氧化治疗,观察(39]。
此外,增加F4伴有-NeuroPs据报道在新生儿的缺血缺氧性脑病新生儿(40]。hypoxic-ischemia决定,与脑损伤的形成4-NeuroPs以及F2-IsoPs。作为F4缺血性地区-NeuroP水平特别高,F4-NeuroPs可能代表一个特定的缺血性损伤的标志。
在阿尔茨海默氏症和帕金森氏症的疾病,F4-NeuroPs以及F2-IsoPs,显著增加脑组织和脑脊液41]。特别是,F4-NeuroP水平明显高于F的相比2-IsoPs,大脑区域受到疾病的影响(42,43]。水平的提高F4-NeuroPs也报道在蛛网膜下腔出血患者的脑脊液动脉瘤。F的一代4-NeuroPs蛛网膜下动脉瘤出血和创伤性脑损伤(44,45)似乎是灾难性的中枢神经系统损伤的结果,它可以被视为一种病理事件的有用指标。关于F4-NeuroPs决心,一些研究人员使用化学合成个4摄氏度-NeuroP异构体(46),尽管干扰F2-dihomo-isoprostanes (F2不能排除-dihomo-IsoPs) (44]。
6.3。F2-Dihomo-Isoprostanes
F2免费-dihomo-IsoPs特定标记radical-induced AdA过氧化反应,都被定性为自由基损害的潜在标记物髓磷脂在人类大脑47]。到目前为止,临床应用F2-dihomo-IsoPs很少,研究报告对白人大脑物质(47],脑脊液[44),和等离子体48]。第一次,我们的研究表明,F的可能性2在等离子体-dihomo-IsoP评价。
7所示。IsoPs作为调停人的疾病
15-F2 t-IsoP 8-epi-PGF2之前还表示α或8-iso-PGF2α,因为它是最丰富的2-IsoP异构体产生在活的有机体内并可能表现出生物活性(24]。
F2-IsoPs似乎激活受体类似或相同的凝血恶烷2(酸2)和诱导血小板聚集(49和肾脏肾小球小动脉的血管收缩50,51]。通过激活的酸2受体,IsoPs抑制血管生成(52]。此外,DNA合成和细胞增殖的刺激2-IsoPs肌肉血管细胞(51和内皮细胞53)是已知的,以及F的角色2-IsoPs肺的病理生理学(54]。在体外实验糖尿病,F2-IsoPs似乎调解增加转化生长因子-β1 (TGF -β1)(55),在五楼2 t-IsoPs和5-epi-5-F2 t-IsoPs规范[³H] d-aspartate释放在孤立的牛视网膜56]。
复杂的F2-IsoPs生物活性一直在总结最近的评论(57- - - - - -59]。
8。化学合成作用的脂质介质的探索
氧化应激是进化神经退化的灰质(老年痴呆症)[60)和白质(多发性硬化症或Rett综合症)。
作为他们的同分异构体F2-IsoPs被称为“黄金标准”的系统运行系统(61年)和生物活性(62年,63年),F4-NeuroPs和F2-dihomo-IsoPs潜在生物标记物在特定疾病如广告或RTT和可能有生物活性。
为了证明论文的各种活动欧米含氧代谢物,化学合成是一个需要和化学家是生物化学家和生物学家之间的联系。
因此,自从发现F2获得IsoPs [-IsoPs,化学家开发策略64年- - - - - -66年]以及NeuroPs [67年,68年],dihomo-IsoPs [69年,70年]。其中,我们实验室,专业从事总脂质代谢产物的合成(白细胞三烯、isoprostanes resolvin),发达国家在过去二十年三种策略允许访问f型IsoPs [69年,71年,72年)和e (69年,73年,74年),d型(74年),a类型(Bultel-Ponce et al .,未发表的结果)。这些策略允许不同的合成一系列含氧代谢物来自α亚麻酸(ALA), AA, DHA, EPA和AdA(计划1)。
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与化学纯代谢物在手中,生物学家和临床医生发现生物标志物活动(48)以及生物活性(75年,76年)的氧化stress-derived代谢物。
9。Rett综合症:自闭症谱系障碍的遗传模型
RTT(人类ID: 312750)发生的频率高达1/10,000住女性出生。诱发突变x连锁methyl-CpG结合蛋白2基因(MECP2)检测在95%的情况下,尽管广泛的遗传的和表型异质性是良好的77年]。大约80%的RTT临床病例显示,所谓的“典型”的临床情况;在度过一段显而易见的正常发展6 - 18个月,RTT女孩失去了认知、社会和运动技能在一个典型的四神经回归和发展自闭症行为伴随着刻板手部运动(78年]。自闭症通常在RTT瞬态特性。
除了典型的RTT,它已经认识到,有些人现在的很多,但不一定全部的功能障碍。新指南的诊断特定的“变种”或“非典型”形式的RTT开发识别保存演讲,早期癫痫,先天性变异(79年]。
虽然疾病的遗传机制特别探讨在RTT细节,迄今为止的生物机制联系起来的基因突变表型表达的疾病包括广泛的异构性有待澄清。提出了几种解释到目前为止,包括一个关键的角色MECP2在神经元的成熟80年),维护星形神经胶质,免疫功能紊乱81年),和神经传递通路异常82年]。然而,最近发现,主要由我们的团队,对新兴的蚀变作用的氧化还原体内平衡提供另一种解释这不是相互排斥与其他先前提出的。然而,整个历史的RTT凌乱和几个显然公司点,随后发生了变化。有趣的是,迄今为止最坚定的点之一是RTT单基因突变引起的MECP2或者其他更罕见的影响(例如,CDKL5或FOXG1基因)[79年]。最近全外显子组测序的分析影响的两对姐妹,每个都有相同的MECP2基因突变,但不和谐的表型,表明几个数百个基因突变相关MECP2基因突变,因此被认为是未知的疾病修饰符(83年]。
目前,没有有效的药物治疗RTT存在可以停止发展,或逆转神经和认知异常。
10。脂质过氧化和Rett综合症
越来越多的证据表明一个新兴角色运行系统由基因决定的疾病(84年]。此外,氧化还原的作用改变自闭症谱系障碍的发病机理是在争论中85年,86年]。
2001年间接证据,过多的脂质过氧化反应,导致血浆丙二醛水平增加,据报道在RTT病人87年]。然而,在孤立的报告之前,我们后续的一系列具体研究领域,脂质氧化损伤的RTT没有进一步调查。我们的研究都集中在识别不同种类的RTT IsoPs增加,从而使个人的推断氧化脂肪酸前体相关疾病。另一方面,我们的报告增加4-HNE RTT病人而不是水平进一步的证据支持脂质损伤与醛的形成也4-HNE检测存在共存蛋白质损伤由于加合物的形成。
因此,我们发现在RTT,由基因决定自闭症谱系障碍的一个罕见的原因,表明这种普遍存在的发展障碍可以被认为是一个独特的人类长期运行系统和模型可以被视为有价值的试验场,脂质过氧化反应的副产品之间的联系和疾病的中介过程。
10.1。Isoprostanes Neuroprostanes RTT
我们的研究结果(48,88年- - - - - -90年]表明,典型的RTT表现为显著水平的提高IsoPs派生的非酶的氧化AA, DHA, AdA在每个临床阶段的疾病。IsoPs和NeuroPs水平似乎RTT临床表现密切相关,表明这些脂质氧化产品可以调解综合症的发病的机制。
极高的(即。,two orders of magnitude) plasma levels of F2-dihomo-IsoPs检测在疾病的RTT女孩在舞台上我。AdA,不管实际的起源(脑白质、肾上腺、肾脏),通过最大程度的PUFA的氧化在最早阶段的典型形式的疾病。侮辱AdA和neuroregression的临床发病出现在同一时间48]。因此,在第一个两年的疾病的自然进化,AdA的过氧化反应,一个关键组成部分髓鞘(47灵长类动物大脑,。
氧化的AA发病机制似乎是另一个基本组件的前两个阶段的典型的RTT,可以推导出相当高的F2-IsoPs在早期与晚期经典RTT的自然发展。然而,F2-IsoPs增加不一样的F的显著提高2-dihomo-IsoPs。因此,F2-dihomo-IsoPs是著名的脂质过氧化反应疾病的最终产品检测在这个阶段。在RTT女孩,血浆F2-IsoPs总是高于生理范围,因此,考虑到这些前列腺素类的半衰期,脂质过氧化作用是不断进行的综合症。由于AA的系统分布、自由血浆F2-IsoPs可以被认为是一个索引的广义脂质过氧化作用,而在RTT,特定网站的红细胞膜过氧化反应事件已被确认。事实上,酯化F2-IsoPs在RTT增加红血球膜及其水平相关改变红细胞形状(91年]。
典型的RTT患者明显高于F2-IsoPs比非典型表型和RTT临床严重程度相关,以及F4-NeuroPs。特别是,F4-NeuroPs相关临床严重程度标记,包括早期的回归,严重的增长减速,主要运动障碍,手使用损失,癫痫发作。在我们的经验中,MECP2基因突变位于关键区域携带高表型严重程度通常表现出更严重的将她身上不平衡(89年,90年]。此外,证明F之间的联系4-NeuroPs和MECP2genotype-phenotype相关性表明MeCP2蛋白质功能障碍的程度成正比的运行系统介导的神经损伤,解释~表达表型变异的90% (90年]。还血浆F2-IsoPs浓度显著相关MECP2基因型;总之,血浆F之间的关系的力量2-IsoPs和MeCP2表现型之间似乎远远弱于等离子体F4-NeuroPs和MeCP2表型(89年,90年]。作为F4-NeuroPs等离子体水平镜像神经系统严重程度,这些分子可能对神经损伤提供证据,也考虑在神经元膜DHA的具体分布。
10.2。4-HNE和RTT
在最近的研究中,我们已经表明,4-HNE不是变化的水平在典型的RTT的临床进展(92年]。等离子体4-HNE不是增加I期和II期之间少程度(即在接下来的阶段。、III和IV)。
谷胱甘肽系统的损伤和其他代谢解毒酶参与醛或缺陷/障碍的泛素蛋白酶体系统,报道的自闭症谱系障碍(93年- - - - - -95年),可能参与了积累,在RTT的早期阶段,几个4-HNE血浆蛋白加合物。,因此,可以扮演一个角色在严重的临床特征观察疾病的后期。
至于IsoPs, 4-HNE PAs和表型之间的关系RTT表示已被报道。特别是,参照典型RTT临床表现,CDKL5有关的RTT患者4-HNE不是水平显著增加,相反,FOXG1有关的RTT病人不不同的控制92年]。虽然观察到的差异的可能原因FOXG1有关的RTT不清楚,4-HNE,以及IsoPs,似乎直接参与RTT发病机理。到目前为止,还不清楚基因突变如何诱导和增加运行系统在RTT病人。可以推测,这可能是一个间接的机制可能涉及线粒体呼吸,因此修改细胞的氧化还原状态。
应该指出,存在4-HNE等离子的RTT患者不建议两个事件。首先,它象征的是一个广义的脂质过氧化作用,表明欧米氧化的发生在不同的器官或组织。其次,通过蛋白质的共价修饰,4-HNE能够导致长期的生物的影响。因此,血浆蛋白可以被视为一个运行系统状态增加RTT的目标。因此,可以推测4-HNE不是有助于RTT的病理生理学的发展和疾病的进展和并发症。我们可以建议4 hne不是代表RTT的潜在生物标志物以及疾病严重程度。
在未来,为了更好地理解临床后果,修改后的血浆蛋白对RTT病人,还需要进一步的研究。可能是极端重要的能够识别目标4-HNE蛋白质改性的等离子体,最近显示轻度认知障碍和阿尔茨海默病(96年,97年]。
之间的密切关系的循环脂质过氧化水平标记RTT患者出现症状并不是病因证据但强烈支持这一概念,脂质过氧化作用中扮演了一个以前从未发现过的关键作用RTT由于基因突变的发病机理。知识的增加在RTT 4-HNE改性蛋白质的性质,可能导致更好的预防、诊断和治疗的相关生理过程改变的病人。
最后,脂质过氧化作用的参与在RTT也证实了我们最近的研究中,红细胞的形态在典型的RTT病人评估(91年]。新兴的证据表明,运行系统失衡和血氧不足可以导致慢性肺疾病(红细胞形态异常98年,99年),现在它已经被证明慢性缺氧,受损的肺气体交换,增加运行系统中都存在典型的RTT [88年]。事实上,我们的数据显示红细胞的存在改变了形状(主要是靶细胞)和膜氧化损伤(即。,4-HNE PAs)患者的临床诊断典型的RTT [91年]。因此,监测红细胞形态可以是一个重要的新的诊断和预后的工具在这种特殊形式的自闭症谱系障碍,肺似乎代表意外的关键器官疾病发病机理。
10.3。脂质过氧化作用,ω3在RTT补充欧米
脂质过氧化RTT的似乎是一个奇怪的特性,和脂质过氧化反应产品描述之间的关系,总结了临床疾病特征图1。
一个更好的理解的脂质过氧化作用参与疾病的致病的机制来源于研究进行ω3欧的补充。有趣的是,补充分子实际上是同一类别的激进分子进行破坏。外生的管理ω3欧,在I-IV疾病阶段,已经被证明可以适度降低临床严重程度和显著降低IsoPs的水平和4-HNE不是在RTT病人89年- - - - - -91年,One hundred.]。后ω3欧的补充,我们预期增强在等离子体形成的脂质氧化产品。实际上,假定的脂肪酸氧化和内生产量降低。这些结果让我们认为在RTT lipid-oxidative损伤特异性的,不是所有的脂肪酸氧化破坏,但氧化侮辱视具体的生物目标。
因此,这些数据,确认参与脂质产品的亲密的疾病的致病机制,表明,脂肪酸氧化与临床疾病的严重程度和是一个可逆的过程。
11。结论
脂质过氧化产物似乎与RTT疾病严重度的调制,从而暗示他们可能作为调解人的角色。相关类的识别的分子(包括代谢物)的疾病,与疾病的关系的评价自然历史和机会来决定治疗的影响(即。,外源性补充欧米)和基因操作(即。,重新激活Mecp2空老鼠)为医生提供一个独特的设置,生物学家,化学家们探索脂质介质的边界的概念。
作者的贡献
Cinzia年青男子和克劳迪奥·德·菲利斯贡献了同样的纸。