文摘
色氨酸的分解代谢,近年来得到重视是因为在这个过程中,产生的代谢物和刺激神经组织的氧化还原性质,参与生理和病理活动。这些代谢产物之一,是犬尿酸(KYNA),这是一种神经调质因为它可以与NMDA,烟碱,GPR35受体等,调节释放神经递质谷氨酸、多巴胺、乙酰胆碱。Kynureninate生产是由于犬尿氨酸转氨酶。但是,在某些生理和病理条件下,其高产量无法解释与犬尿氨酸转氨酶。本文关注的是替代机制KYNA可以生产,从分子酸或通过其他酶分子酸氧化酶或自由基的参与。一定要提到KYNA含量的增加在大脑发育的过程,老化,神经退行性疾病,精神疾病,共同因素作为氧化应激,炎症、免疫反应激活,和参与相关的肠道微生物群,也可以替代路线的KYNA生产,已被观察到。
1。犬尿酸(KYNA)
主要的色氨酸(Trp)分解代谢途径是通过犬尿氨酸通路(KP),其中最终产品是烟酰胺腺嘌呤核苷酸(NAD +)新创生产。NAD +中扮演着重要的角色在能量代谢和细胞内稳态。NAD + / NADH比功能障碍与线粒体疾病,衰老和衰老相关疾病(1]。在人类中,据估计,95%的是通过KP[异化2]。随着这个途径,一些刺激神经组织的代谢产物。其中一个是犬尿酸(KYNA),这被认为是天然拮抗剂glycine-B coagonist的n -甲基- d受体(NMDAr)。然而,高微摩尔的KYNA含量需要阻止NMDAr函数(3- - - - - -6]。此外,AMPA受体可以竞争性抑制KYNA毫克分子浓度,但在摩尔微摩尔的水平,KYNA诱发他们的便利通过别构调制(7]。KYNA还可以抑制非竞争性α7-nicotinic受体(α7-nAChRs;集成电路50~ 7μ米)结合α在大脑(金环蛇毒素是最普遍5,8,9]。在生理条件下,建议α7-nAChRs KYNA的主要内生目标(10- - - - - -12]。由于KYNA可以与NMDAr交互,α7-nAChRs和AMPAr9,13,14)和水平其次以来影响细胞外谷氨酸浓度,多巴胺,乙酰胆碱和γ酸氨基丁酸(GABA)被认为是神经调质(10- - - - - -19]。重要的是,这些受体和神经递质都是极度参与神经发育,可塑性,认知,行为,和记忆过程等(20.]。
另一方面,它已经表明,G-protein-coupled受体(GPR35)是由KYNA激活(21]。这个受体的刺激与神经兴奋性监管和发射机释放,因为GPR35激活诱导n型钙通道抑制鼠交感神经元(22,23]。KYNA影响谷氨酸水平和减少兴奋性传播的能力也可以与KYNA激活GPR35 [23,24]。在这方面,已经提出与GPR35 KYNA互动减少促炎细胞因子的释放在细胞系,可与KYNA炎症模型的镇痛效应(25,26]。KYNA的另一个目标是芳基碳氢化合物受体(AHR),这被认为是一个异型生物质受体(27),它的激活与抑制细胞免疫反应有利于致癌作用和肿瘤结果(25,27]。具体来说,刺激的AHR KYNA提高il - 6的表达,事实上,KYNA视为一个因素参与肿瘤的逃避,通过IL-6-dependent通路,免疫监视27]。
最后,KYNA还可以与活性氧(ROS)在化学结合的系统,它可以导致减少ROS生产和prooxidants引起的脂质过氧化反应,在老鼠脑匀浆。重要的是,这个拾荒者属性KYNA独立于它的影响NMDA和胆碱能受体28]。
的相关性KYNA大脑中已被实验证明在发展和成年。在这种背景下,KYNA含量更高的胎儿大脑中发现了(29日- - - - - -31日)和减少产后时期和成年时代(31日]。然而,在成年后大脑KYNA水平变动引起广泛的行为和认知的改变18,32,33),当大脑KYNA含量下降,认知过程改进在小鼠和大鼠18,34]。这些证据强烈建议KYNA在神经发育和成年的一个重要的角色。
就像之前提到的,KYNA与多个目标(图是一种内源性代谢物1),会导致不同的效果取决于环境条件。直到现在,主要生产KYNA归因于犬尿氨酸转氨酶(kat)。然而,在神经发育等事件,老化,一些神经退行性疾病,精神疾病,生产KYNA不能完全解释为犬尿氨酸转氨酶活动单独但有其他常见因素可能参与其生产。在本文中,我们关注的替代机制KYNA可以因为这些在一定条件下可能是极其重要的。
2。犬尿氨酸转氨酶产生KYNA规范化方法
规范化KYNA形成的途径是通过犬尿氨酸通路犬尿氨酸转氨酶。这些酶催化生产KYNA不可逆的犬尿氨酸转氨作用。直到现在,4同功酶犬尿氨酸转氨酶已经描述。所有的同功酶pyridoxal-5磷酸的依赖和需要α-ketoacid分子作为辅被用物。kat亲和力较低的衬底(大约1毫米),这样的速度KYNA形成直接由当地犬尿氨酸可用性(35,36]。因为规范化途径是研究最多的,有许多评论对这些文献中同功酶(37,38]。在这里,我们提供一个表的主要生化特征犬尿氨酸氨基转移酶同功酶(表1)。
最近,据报道,凯特也可以D-kynurenine (D-Kyn)作为底物在老鼠和人类组织(39]。KYNA的新创生产D-Kyn大鼠前额叶皮层比从L-Kyn强30倍少。生产D-Kyn诱导抑制KAT抑制剂AOAA仅为30%,而引起的生产L-Kyn几乎是被同样的治疗。类似的效果观察人类homogenates-the生产对映体的KYNA L-Kyn下降在98%左右的KAT抑制剂在人类的大脑和肝脏,而KYNA引起的生产存在AOAA D-Kyn下降约70%。考虑基质的低亲和力KAT和证据表明,产生的犬尿酸D-Kyn并非完全抑制KAT抑制剂,它是可行的建议有替代机制KYNA可以生产和他们可以在病理生理条件以及相关的事件。
3所示。分子酸氧化酶和分子酸KYNA生产
在许多年里,比D-enantiomers l -氨基酸有更多的关注;然而,最近,它已经表明,分子酸存在于动物和人类在高浓度和满足特定的生物功能,如演示所使用的池所需的氨基酸蛋白质合成;酶转化为l -氨基酸后,他们也反对地采取行动,l -氨基酸,它们的生物才会安静下来的网站(40,41]。分子酸的存在在哺乳动物结果从微生物或l -氨基酸的外消旋化D-isomer,食品和其他蛋白质pH值、时间和温度的依赖(40]。改变分子酸的浓度可能发生在一些疾病相关细菌病原体,免疫激活(42]。
专门为KYNA生产、D-Trp和D-Kyn研究了多年。第一个证据表明D-tryptophan (D-Trp)可以用于增长在1932年被杜Vigneaud和同事报道(43]。但是,1953年冰山(44)表明,D -和L-Trp可以在老鼠身上同样有效支持经济增长。这些研究结果后,对D-Trp进行更多的研究。它发现,在大鼠肝脏切片,D-Trp和D-Kyn代谢慢于L-Trp L-Kyn,分别。与D-Trp孵化后,少量的L-Kyn, D-Kyn, KYNA被发现(45]。在1971年,结果表明,与D-Trp或D-Kyn喂养或注入兔子后,他们排出犬尿酸以及吲哚丙酮酸(46]。在正常的人类主体,它已经发现,D-Trp摄入后,D-Kyn,吲哚丙酮酸(IPA)和acetyl-Trp排泄(47]。之后,这是表明D-formylkynurenine中间的转换期间D-Trp D-Kyn,和酶催化这个反应被抑制的存在L-Trp [48]。在体外实验证明可以转换为KYNA D-Kyn肾制剂(片和匀浆),这种转换可以是由于分子的存在酸氧化酶、自净化分子酸氧化酶三角酵母属摘要快速转换D-Kyn KYNA (46]。这些发现证实了以前的结果,这是建议的机制D-Trp KYNA产生独立于D-Trp L-Trp外消旋化;然而,这并没有完全排除D - L-Trp转换的可能性。后,得知这转换L-Kyn KYNA被催化α-ketoglutarate-dependent转氨酶,当L-Trp和L-Kyn孵化的存在α-ketoglutarate-eliminating系统,没有KYNA生产。相反,当D-Trp或D-Kyn在相同条件下孵化,KYNA生产被发现;然而,当D-enantiomers孵化在厌氧条件下,KYNA没有检测到,建议从D-enantiomers KYNA生产的另一个机制,涉及一种氧化酶和丢弃的氨基转移酶反应49]。
额外的实验表明,当大鼠肝匀浆与D-Trp孵化(3毫克)在缺氧条件下,L-Trp,出来D-Kyn, KYNA,邻氨基苯甲酸生产。然而,当匀浆氮条件下孵化,没有形成代谢物。确定所有反演过程所需的氧气,D-Trp和肝匀浆氧条件下孵化2 h;一旦形成异丙醇在这段时间,改变了大气氮和叠氮化钠加入最小化犬尿氨酸生产;他们可以观察到即使气氛的变化,L-Trp继续发生的费用出来这是在氧化条件下形成的。这意味着氨基化IPA L-Trp不需要有氧条件表明转氨作用发生时,由于反应被添加谷氨酸刺激和磷酸吡哆醛50]。但重要的一点是,并不是所有的D-Trp L-Kyn倒;此外,大量的D-Kyn也产生了。当片或大鼠肝匀浆和D-Kyn孵化,KYNA产生,由苯甲酸废除,表明分子酸氧化酶(DAAO)参与了反应,由于苯甲酸是其抑制剂(50]。一个在活的有机体内实验表明,腹腔内(i.p)管理D-Trp或D-Kyn增加了大鼠血浆的KYNA含量这生产被废除DAAO抑制剂,5-methylpyrazole-3-carboxylic酸(汇总在表2)[51,52]。
第一个证据表明D-Kyn可以产生KYNA在啮齿动物和人类的大脑显示2009年(15,53),一年后,Perez de la Cruz和同事发现KYNA生产从D-Kyn在不同的大脑区域,表明在人类小脑、生产KYNA比其他地区最高。此外,与苯甲酸coincubation抑制KYNA生产(54]。研究证明,此外,微量透析可把时程延长KYNA含量增加后腹腔内管理的D -或L-Trp(100毫克/公斤)或直接注入D-Kyn前额叶皮层。有趣的是,当DAAO抑制剂注入结合D-Trp或D-Kyn KYNA含量的效果是减少(55]。这条线后,知道DAAO丰富和具有较高的小脑活动(56- - - - - -58研究设计),微量透析可把时程延长在这个地区,表明100年的注入μM L-Kyn或D-Kyn产生比基线KYNA 17.9和10.7倍,分别这很奇怪,因为以前的研究表明,从D-Kyn KYNA生产需要100μ米的对映体,只有2μM L-Kyn是必要的生产几乎相同数量的KYNA鼠皮层。另外,这个实验研究显示DAAO小脑KYNA生产的重要性在体外实验表明,生产的KYNA D-Kyn KAT抑制剂抑制近30%,尽管它抑制几乎70% DAAO抑制剂(59]。
因为这些研究表明,KYNA可以从分子酸,在大脑中产生新的研究都集中在阐明是否其他氧化还原或刺激神经组织的代谢物的犬尿氨酸途径也从D-enantiomers。在这种背景下,Notarangelo i.p后和同事证明。D-Trp注入,L-Trp增加等离子体的水平,前脑,小脑,证实D-Trp L-Trp可以转换发生在大脑和影响它。然后,他们表明D-Kyn增加前脑和小脑,在30分钟接受D-Trp(30毫克/公斤),KYNA含量在小脑通过DAAO活动增加,由于共同DAAO抑制剂KYNA含量下降。的其他分支途径也是学习,和3-HK五胞胎代谢物在前脑D-Trp注射后增加;在小脑3-HK增加2倍,任何改变五胞胎水平(没有被观察到42]。另一方面,i.p。D-Kyn注射后,KYNA和3-HK等离子体中发现,肝脏,前脑和小脑60]。
自D-Trp D-Kyn可以通过食物摄取或在正常情况下可以来源于微生物,建消化道(61年- - - - - -64年逻辑表明D-enantiomers],似乎,在某种程度上,负责KYNA, 3-HK,大脑中五胞胎的水平。知道犬尿氨酸途径代谢产物与神经系统疾病相关,同样重要的是要研究D-enantiomers的角色,因为他们可以负责犬尿氨酸水平改变的疾病,相关性高的DAAO相关活动或在那些与先前的感染是显示65年- - - - - -67年]。
4所示。Indole-3-Pyruvic KYNA前体酸
吲哚丙酮酸是一种天然的化合物存在于哺乳动物和色氨酸的转氨作用积是芳香族氨基酸转氨酶的作用[68年,69年]。第一研究提出,异丙醇可能前兆KYNA在1980年代和证明异丙醇进行政府增加大脑5 -羟色胺(5 -)含量,5-hydroxyindole-3-acetic酸(5-HIAA), Trp [70年,71年]。也表明,Trp和国际音标政府产生剂量依赖性增加KYNA含量在大脑和其他器官71年,72年]。事实上,重要的一点是,相同剂量的异丙醇或Trp(100毫克/公斤)能够在老鼠大脑产生KYNA含量几乎相同(22±2和23±3皮摩尔/ g,职责)。同时,研究并行进行,老鼠与丙磺舒管理(抑制剂KYNA的大脑传输)和异丙醇,以澄清是否KYNA水平的提高是由于合成率增加或减少的速度处理。然而,KYNA含量明显高于动物对待异丙醇+丙磺舒比控制,不仅表明异丙醇确实增加了老鼠大脑的KYNA合成速度而且KYNA丙磺舒处理通过一种机制发生敏感。直到那个时候,知道政府IPA KYNA含量也在不断地提高,但机制尚不清楚。其中一个假设是,管理音标后,Trp水平会增加,这将产生大量的KYNA规范化路线。然而,当3H-IPA管理和KYNA Trp水平监测大脑中的碱性提取物,有2600 cpm /μ摩尔KYNA和380 cpm /μ摩尔的发现(72年),这表明异丙醇的一部分可以被改装成Trp然后它遵循规范化途径产生KYNA,但也有另一种机制参与KYNA生产异丙醇(71年]。
在这种背景下,Politi和同事(73年)表明,异丙醇可以在不同的老鼠变成KYNA器官匀浆,但没有孵化酶系统和氧气的混合物。他们孵化酮和烯醇形式的异丙醇在自由酶系统观察,烯醇形式产生KYNA比酮形式(ng 24±5和6±2 ng,职责)。因为异丙醇的化学转换KYNA需要一个激进的活性氧的攻击,他们也在相同的条件下孵化酮和烯醇的形式,但添加一个自由基生成系统(抗坏血酸盐/ Fe /过氧化氢)。他们注意到,在这些条件下,烯醇形成产量为251±38 ng KYNA而产生的酮式12±5 KYNA ng。这些结果之后,IPA清除属性演示了通过化学发光的抑制丙二醛的形成;在两者之间,烯醇的形式比酮更有效的形式,这可能是由于这一事实的烯醇式构象包含两个共轭双键碳框架(73年]。
总之,色氨酸可以由色氨酸2-oxoglutarate转氨酶退化,其主要产品是indole-3-pyruvic酸。异丙醇酮生产或烯醇互变异构体(图2)。烯醇的形式可以很容易地与活性氧和经历吡咯环裂。然后kynurenic产品形成自发地使环化生产KYNA [74年]。这个过程可以被认为是在哺乳动物中,因为它已经表明,异丙醇烯醇互变异构体在哺乳动物组织和相当稳定的等离子体哺乳动物和人类对待音标,由于特定的存在tautomerases在流通,有利于形成KYNA在自由基的存在75年]。
5。髓过氧物酶产生KYNA L-Kyn
氧化物酶的重要性KYNA生产评估后知道腰鞭毛虫的匀浆Lingulodinium polyedrum,从L-Kyn KYNA生产被氧化剂(刺激76年]。孵化后L-Kyn与H2O2氧化物酶的存在,KYNA生产观察以线性的方式。记住,hemoperoxidases,包括辣根过氧化物酶,有一个广泛的底物特异性氢捐助者、一个机制,这些酶可以产生KYNA L-Kyn提出(图3)。犬尿氨酸可以捐赠氢形成一个不稳定的亚氨基的酸,这是各自的2-oxo水解酸和氨。然后,自发形成的2-oxo酸使环化和形式KYNA [74年,77年]。这个过程可以被认为是在哺乳动物中,由于hemoperoxidases可能大大有利的过程H2O2刺激KYNA生产。
6。D-Kyn之间的交互和L-Kyn活性氧诱发KYNA生产
就像之前提到的,可以转换为KYNA L-Kyn H的存在2O2,这种转换是大大增强了辣根过氧化物酶。然而,重要的是要提到这个生产还没有观察到酶。反应监测在不同的小灵通,结果表明,在酸性pH值(5.5),KYNA不是检测;但是,当介质的pH值为7.4,8,或8.6,KYNA生产大约在11岁提高到17.5倍(77年]。这个证据在pH值效应表明,从L-Kyn KYNA生产的主要贡献是由于H2O2分解(78年- - - - - -81年]。
后,细胞Lingulodinium polyedrum是孵化和犬尿氨酸KYNA含量增加的媒介。这种效应是高光敏。澄清之间的关系光合成生成的氧在光和KYNA生产从L-Kyn Zsizsik和Hardeland评估两种氧化剂的影响发电机(carbonyl-cyanide-m-chlorophenylhydrazone (CCCP)和百草枯)和光合作用抑制剂(dichlorophenyldimethylurea (DMCU))在这个范例。孵化的L-Kyn匀浆Lingulodinium polyedrum暴露于光线产生大约50 - 70 nmol KYNA /毫克的蛋白质,这个生产是挺刺激的,百草枯(65%和53%,resp)。然而,KYNA生产减少42%左右的DMCU因为这种化合物块光系统II的电子传递链。这些数据表明,氧化剂(H2O2和超氧化物阴离子)刺激KYNA生产从L-Kyn76年]。
Ayala前发现,布兰科和同事之间的反应表明,第一个证据D-Kyn和L-Kyn ROS产生KYNA在哺乳动物59]。通过使用化学组合化验,证明了D -和L-Kyn都能够产生KYNA通过他们的交互与氢氧自由基和过氧亚硝基,过氧硝酸盐的效果更明显。然后,小脑匀浆被用来评估的影响coincubation与过氧亚硝基L -或D-Kyn。生产KYNA L-Kyn和D-Kyn小脑匀浆高18.1和9.8倍,分别与基底的水平。当匀浆孵化与L -或D-Kyn +过氧亚硝基生产增加了2.6和2.8,分别与对映体的孵化。接下来,实验,通过微量透析可把时程延长证明发生同样的效果体内。这里,intracerebellar注入L -或产生KYNA D-Kyn水平增量的17.9和10.7倍,分别在2 h postinfusion与基线相比。此外,小脑皮层的基底KYNA水平增加(2.9到11.4 nM)过氧亚硝基注入30分钟后,表明生产kynureninate由氧化剂环境影响。过氧亚硝基时注入之前,这两个对映体,KYNA与动物相比增加了4.1和3.2倍就注射了L -或D-Kyn [59]。
氧化还原环境的重要性也观察到脑匀浆,与20孵化μM L -或D-Kyn和过氧亚硝基(25μ米)在1 h在柠檬酸缓冲(图37°C4)。在这种情况下,L-Kyn D-Kyn KYNA含量增加5 -和1.2倍,分别与控制。KYNA生产从L-Kyn减少使用AOAA, KAT抑制剂,而KYNA生产从D-Kyn AOAA没有明显的改变。与过氧亚硝基coincubation之后,KYNA增加11 - 4倍从L -和D-Kyn,分别。结合L-Kyn + ONOO−+ AOAA减少20%相比L-Kyn + ONOO KYNA生产−,这表明KAT参与KYNA生产是在这些条件下最小。对于D-Kyn + ONOO−+ AOAA,这不是与D-Kyn和ONOO相比明显不同−。然而,KYNA生产的对映体+过氧硝酸盐降低50%左右时一种抗氧化剂,NDGA,使用,表明KYNA生产被氧化剂环境支持。
(一)
(b)
这些数据是按照先前的证据显示,L-Kyn和D-Kyn是好ROS食腐动物,这样可以产生KYNA [82年,83年]。这些发现表明另一种途径产生KYNA可能相关性在大脑发育和衰老和神经系统疾病表明氧化还原环境变更。
7所示。结束语
虽然KYNA生产的替代路线的具体贡献仍不清楚,大量证据表明,这种代谢物的增加参与许多生理和病理过程,氧化还原环境的改变存在的自由基,抗氧化防御的减少,免疫反应的激活和炎症介质。所有这些因素可能与KYNA生产是在本文提到的。未来的研究面临的挑战是澄清的精确程度的参与这些替代路线(图5),在神经发育等过程,衰老,精神疾病,和老龄化带来的疾病,已被描述为拥有高水平的KYNA;但同时,众所周知,有高的自由基和炎症细胞因子的存在。这些疾病也与之前的感染和DAAO活动相关变化;所有这些因素促进氧化剂环境,可以直接影响KYNA生产。这些新航线是研究的目标和代表一个新的替代调节KYNA含量的过程。
信息披露
作者仅负责内容和论文的写作。
的利益冲突
作者报告没有利益冲突。
确认
这项工作是支持Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia拨款262010。Ramos-Chavez洛杉矶接到DGAPA-UNAM博士后奖学金。