前列腺素D合酶在肾衰进展中的作用
【文献标识码】 A 【文章编号】 1726-7587(2004)04-0411-02
前列腺素D合酶(5Z，13E)-(15S)-9α，(epidioxy-15-hydroxyprosta-5，13-dienoate d-isomerase;EC5.3.99.2)(PGDS)催化前列腺素H 2 (PGH 2 )转化成前列腺素D 2 (PGD 2 )。PGD 2 存在于许多组织和细胞中，是一种重要的前列腺素，具有许多生物学功能，如调控睡眠、调节眼压、抑制血小板聚集、调节平滑肌的收缩和舒张等。PGD 2 进一步转化成9α，11β-PGF 2 和PGJ系列，如PGJ 2 ， Δ 12-PGJ 2 和15-脱氧 Δ 12，14-PGJ 2 。这些最近识别的前列腺素具有许多药理学活性。15-脱氧 Δ 12，14-PGJ 2 最近被认为是过氧化物酶体增殖物激活性受体γ((PPARγ)的内源性配体，PPARγ具有调控脂肪细胞分化和巨噬细胞、单核细胞功能的作用，PGJ系列衍生物能刺激神经生长因子诱导的PC12细胞的轴突生长。
, 百拇医药
根据其在催化中是否需要巯基化合物，PGDS可分为两种不同的类型:一种是非依赖谷胱甘肽的脂质运载蛋白(Lipocalin)型PGDS(LPGDS);另一种是依赖谷胱甘肽的生血型(Hematopoietie)PGDS(HPGDS)，二者在催化活性、氨基酸序列、三级结构、基因结构、染色体定位、细胞定位和组织分布都有很大的不同 [1] 。
LPGDS，由Clausen首次在人脑脊液中发现，最初被命名为β-微量蛋白 [2] 。序列结构和蛋白质同源性分析显示，LPGDS属于脂质运载蛋白超家族，这个家族成员多为小分子量的分泌性蛋白质，这些蛋白对特殊的细胞受体和小分子疏水性配体具有高度的结合特性。
1 LPGDS与肾脏疾病
LPGDS在许多疾病中的临床意义已被测定。在神经系统疾病如多发性硬化、脑梗塞和脑感染中，LPGDS升高。研究发现，在严重肾衰病人的血和尿中LPGDS的浓度显著升高 [3] 。对比于正常组，肾衰病人血清中LPGDS水平升高大约35倍，研究者推断，来自脑脊液的LPGDS扩散入血液，然后通过肾由尿排出，因肾衰病人尿量减少，从而导致LPGDS清除减少，使血清LPGDS水平升高。与肌酐相比，透析后肌酐水平显著减少，而LPGDS没有明显变化。因此，用血浆LPGDS水平评价肾小球滤过率有更大的敏感性和特异性。现认为LPGDS是比肌酐结合率更好的评价肾小球滤过率的指标 [4，5] 。类似肌酐水平的升高，透析病人血中LPGDS水平升高来自尿排泄减少，但与肌酐相反，因LPGDS分子量在20～30kDa，就像小分子，如纤维蛋白原，不易被通常的透析膜透过一样，更大的LPGDS则更不易通过。因此，透析前和透析后血中LPGDS水平没有变化。在这些病人中血中LPGDS升高到30～150倍。因此，LPGDS有可能成为一个新的肾脏疾病诊断指标。目前，对于LPGDS的测定，Dade Behring公司发展了一个新的比浊分析，它是基于用兔抗LPGDS的多克隆抗体的胶乳增强颗粒的原理，这使LPGDS的临床诊断应用更向前迈进了一步。
, 百拇医药
2 LPGDS与凋亡
凋亡是指程序化细胞死亡，在疾病的发生中具有重要的作用。大量的文献显示相关多个诱导凋亡和抗凋亡因子功能之间的平衡有助于组织功能减退和重塑。关于在脑疾病和肾脏疾病中凋亡的作用已有多篇大量文献报道，如多发性硬化、急性和慢性肾衰、多囊性肾病、肾小球疾病和糖尿病性肾病，但这些发现的意义还未确定。近年来发现LPGDS诱导PC12 [6] 和肾LLC-PK1细胞凋亡 [7] ，推断LPGDS诱导凋亡的机制与其酶活性密切相关。因为LPGDS在肾衰中高的血浓度和活性，这意味LPGDS可通过增高肾细胞的凋亡促进肾衰进展。LPGDS是前列腺素(PG)家族合成途径中的一个限速酶，催化PGH 2 转化为PGD 2 。前列腺素是一群来自花生四烯酸的代谢产物，首先通过COX-2催化花生四烯酸生成PGH 2 ，然后通过一系列酶促反应生成PGD 2 、PGE 2 、PGI 2 等，其成员具有许多重要的生理功能，例如血小板聚集和免疫反应。LPGDS酶活性催化产物PGD 2 可以引起钙内化和凋亡 [8] 。PGD 2 的衍生物PGJ 2 也能诱导细胞的凋亡 [9，10] 。但PG的终末产物，如PGD 2 、PGE 2 和PGI 2 对凋亡有不同的影响，PGD 2 促进凋亡而PGE 2 和PGI 2 抑制凋亡。当通过调节PG来治疗疾病时一定需解决这个问题。通常在结肠肿瘤中调控凋亡较为成功例子是使用COX-2抑制剂抵消COX-2的上调和抗凋亡PGE 2 的产生。COX-2抑制剂通过凋亡使细胞死亡，从而减少肠上皮的恶性转化 [11] 。现在普遍认为抗凋亡PGE 2 和PGI 2 先于促凋亡PGD 2 产生。虽然在大多数情况下，这个观点是正确的，但在同一个器官中这些相互作用抵消的PG产物对临床结果的相对作用一定需测定。由于缺血或毒素(如顺铂)导致的急性肾衰的模型中凋亡细胞已充分地被描述，然而在慢性肾衰中凋亡的特性还未被详细研究。LPGDS以浓度和时间依赖方式诱导4～5倍升高的LLC-PK1细胞凋亡。下游产物PGD 2 和15dPGJ 2 诱导凋亡，但COX-2特异抑制剂、NS398、抗LPGDS抗体、硒和酶活性抑制剂抑制凋亡。很明显COX-2的抑制减少PGH 2 ，从而减少LPGDS催化的终末产物的产生，因此抑制凋亡，而抗LPGDS抗体和硒通过阻止LPGDS转化PGH 2 到凋亡产物PGD 2 和15dPGJ抑制凋亡。即使上游抑制物存在，PGD 2 和15dPGJ 2 的加入后仍然能回复凋亡。LPGDS不同糖基化形式的凋亡活性极大地不同，起源血清的LPGDS的活性是重组LPGDS的3～4倍，对照的6倍。同时孵育PGE 1 、PGE 2 和LPGDS，PGE 1 和PGE 2 抑制LPGDS诱导的调亡，而PGH 2 没有抑制。生长因子λ胰岛素，胰岛素样生长因子和PDGF抑制LPGDS诱导的凋亡。这些数据建议凋亡的程度依靠促凋亡、抗凋亡代谢物、生长因子和LPGDS的相互作用。
, 百拇医药
3 LPGDS在肾衰中的可能作用
慢性肾衰中LPGDS的作用可简单地归于升高的血LPGDS水平和肾COX-2水平 [12] 。在这个系统中，可合理地推断在LPGDS存在的情况下，COX-2介导的PGH 2 的升高，优先地转变PGH 2 到促凋亡的PGD 2 和15dPGJ 2 。对于肾衰的进展，PG家族的一个更普遍的作用是通过减少肾小球输入小动脉抑制，通过释放PG如PGI 2 增高肾小球血流，流体压力和滤过率在血液动力学上的影响。在慢性肾衰中这个作用部分地通过上调COX-2实现。在肾小球流体压力中PG介导的COX-2抑制性增高诱导肾小球系膜和内皮细胞拉伸，肾小球硬化发展反过来刺激PDGF释放和肾小球系膜细胞增殖。肾小球高压也刺激TGF-β产生去增加细胞外基质形成和纤维化通过胶原沉积。另一方面，COX-2升高能通过刺激肾素和ANGⅡ产生以增加增殖和刺激TGF-β产生从而促进肾衰进展 [13] 。为了对抗升高的PG在慢性肾衰中的损害，通过抑制LPGDS和可能其它凋亡调节子，减少PGD 2 的发生，升高PGI 2 和PDGF以延迟肾衰进展。
, http://www.100md.com
最近来自大鼠肾部分切除的研究建议凋亡可能促进肾衰进展。在这个模型中硬化的肾小球、扩张和萎缩的肾小管和间质组织有最大化的凋亡，且凋亡也相关更高的bax:bcl-2比率。因在慢性肾衰中肾COX-2水平升高的同时血中LPGDS水平也升高，所以可推断带有诱导凋亡倾向的LPGDS可能有助于这个肾衰过程。然而，在伴有LPGDS抑制子PGI2和PDGF上调的残余肾，各种力量对抗的最终结果是难于预测的。而且，应注意PG通常是不稳定的且在局部起作用。因此，它可能是在接近肾小球输入小动脉部位产生的PGI2不能抑制其它部位LPGDS诱导的凋亡，有时候，经膜受体内吞后在伴有COX-2上调情况下，循环和小管内LPGDS可能具有凋亡作用。在这些情况下，这些细胞内的前列腺素代谢途径转移到凋亡代谢物PGD 2 和15dPGJ 2 的方向上。将来应研究LPGDS特异异构体对凋亡的作用，慢性肾衰中LPGDS对bax和bcl-2水平的影响，和多个对抗平衡因子的相互作用和结果。
总之，LPGDS在肾衰的诊断和治疗中具有重要的意义，进一步需研究通过抑制LPGDS的诱导凋亡的作用，以研究其可能的临床应用价值。
, 百拇医药
参考文献
1 Kanaoka Y，Fujimori K，Kikuno R，et al.Structure and chromosomal loˉcalization of human and mouse genes for hematopoietic prostaglandin D synthase.Conservation of the ancestral genomic structure of sigma-class glutathione S-transferase.Eur J Biochem，2000，267(11):3315-3322.
2 Clausen J.Proteins in normal cerebrospinal fluid not found in serum.Proc Soc Exp Biol Med，1961，107:170-172.
3 Melegos DN，Grass L，Pierratos A，et al.Highly elevated levels of prostaglandin D synthase in the serum of patients with renal failure.Urology，1999，53(1):32-37.
, 百拇医药
4 Priem F，Althaus H，Birnbaum M，et al.Beta-trace protein in serum:a new marker of glomerular filtration rate in the creatinine-blind range.Clin Chem，1999，45(4):567-568.
5 Giessing M.Beta-trace protein as indicator of glomerular filtration rate.Urology，1999，54(5):940-941.
6 Ragolia L，Palaia T，Frese L，et al.Prostaglandin D2synthase induces apoptosis in PC12neuronal cells.Neuroreport，2001，12(12):2623-2628.
, 百拇医药
7 Maesaka JK，Palaia T，Frese L，et al.Prostaglandin D(2)synthase inˉduces apoptosis in pig kidney LLC-PK1cells.Kidney Int，2001，60(5):1692-1698.
8 Nakamura O，Maruo K，Ueyama Y，et al.Antineoplastic effect of prostaglandins on human glioma in athymic nude mice.No To Shinkei.1988，40(8):733-737.
9 Rohn TT，Wong SM，Cotman CW，et al.15-deoxy-delta12，14-prostaglandin J2，a specific ligand for peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，induces neuronal apoptosis.Neuroreport，2001，12(4):839-843.
, 百拇医药
10 Beuckmann CT，Lazarus M，Gerashchenko D，et al.Cellular localization of lipocalin-type prostaglandin D synthase(beta-trace)in the central nervous system of the adult rat.J Comp Neurol，2000，428(1):62-78.
11 Subbaramaiah K，Zakim D，Weksler BB，et al.Inhibition of cyclooxygeˉnase:a novel approach to cancer prevention.Proc Soc Exp Biol Med，1997，216(2):201-210.
12 Harris RC，Breyer MD.Physiological regulation of cyclooxygenase-2in the kidney.Am J Physiol Renal Physiol，2001，281(1):1-11.
13 Border WA，Noble NA.TGF-beta in kidney fibrosis:a target for gene therapy.Kidney Int，1997，51(5):1388-1396.
作者单位:200040复旦大学附属华山医院
(收稿日期:2003-12-23)
(编辑 曲全), 百拇医药
前列腺素D合酶(5Z，13E)-(15S)-9α，(epidioxy-15-hydroxyprosta-5，13-dienoate d-isomerase;EC5.3.99.2)(PGDS)催化前列腺素H 2 (PGH 2 )转化成前列腺素D 2 (PGD 2 )。PGD 2 存在于许多组织和细胞中，是一种重要的前列腺素，具有许多生物学功能，如调控睡眠、调节眼压、抑制血小板聚集、调节平滑肌的收缩和舒张等。PGD 2 进一步转化成9α，11β-PGF 2 和PGJ系列，如PGJ 2 ， Δ 12-PGJ 2 和15-脱氧 Δ 12，14-PGJ 2 。这些最近识别的前列腺素具有许多药理学活性。15-脱氧 Δ 12，14-PGJ 2 最近被认为是过氧化物酶体增殖物激活性受体γ((PPARγ)的内源性配体，PPARγ具有调控脂肪细胞分化和巨噬细胞、单核细胞功能的作用，PGJ系列衍生物能刺激神经生长因子诱导的PC12细胞的轴突生长。
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根据其在催化中是否需要巯基化合物，PGDS可分为两种不同的类型:一种是非依赖谷胱甘肽的脂质运载蛋白(Lipocalin)型PGDS(LPGDS);另一种是依赖谷胱甘肽的生血型(Hematopoietie)PGDS(HPGDS)，二者在催化活性、氨基酸序列、三级结构、基因结构、染色体定位、细胞定位和组织分布都有很大的不同 [1] 。
LPGDS，由Clausen首次在人脑脊液中发现，最初被命名为β-微量蛋白 [2] 。序列结构和蛋白质同源性分析显示，LPGDS属于脂质运载蛋白超家族，这个家族成员多为小分子量的分泌性蛋白质，这些蛋白对特殊的细胞受体和小分子疏水性配体具有高度的结合特性。
1 LPGDS与肾脏疾病
LPGDS在许多疾病中的临床意义已被测定。在神经系统疾病如多发性硬化、脑梗塞和脑感染中，LPGDS升高。研究发现，在严重肾衰病人的血和尿中LPGDS的浓度显著升高 [3] 。对比于正常组，肾衰病人血清中LPGDS水平升高大约35倍，研究者推断，来自脑脊液的LPGDS扩散入血液，然后通过肾由尿排出，因肾衰病人尿量减少，从而导致LPGDS清除减少，使血清LPGDS水平升高。与肌酐相比，透析后肌酐水平显著减少，而LPGDS没有明显变化。因此，用血浆LPGDS水平评价肾小球滤过率有更大的敏感性和特异性。现认为LPGDS是比肌酐结合率更好的评价肾小球滤过率的指标 [4，5] 。类似肌酐水平的升高，透析病人血中LPGDS水平升高来自尿排泄减少，但与肌酐相反，因LPGDS分子量在20～30kDa，就像小分子，如纤维蛋白原，不易被通常的透析膜透过一样，更大的LPGDS则更不易通过。因此，透析前和透析后血中LPGDS水平没有变化。在这些病人中血中LPGDS升高到30～150倍。因此，LPGDS有可能成为一个新的肾脏疾病诊断指标。目前，对于LPGDS的测定，Dade Behring公司发展了一个新的比浊分析，它是基于用兔抗LPGDS的多克隆抗体的胶乳增强颗粒的原理，这使LPGDS的临床诊断应用更向前迈进了一步。
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2 LPGDS与凋亡
凋亡是指程序化细胞死亡，在疾病的发生中具有重要的作用。大量的文献显示相关多个诱导凋亡和抗凋亡因子功能之间的平衡有助于组织功能减退和重塑。关于在脑疾病和肾脏疾病中凋亡的作用已有多篇大量文献报道，如多发性硬化、急性和慢性肾衰、多囊性肾病、肾小球疾病和糖尿病性肾病，但这些发现的意义还未确定。近年来发现LPGDS诱导PC12 [6] 和肾LLC-PK1细胞凋亡 [7] ，推断LPGDS诱导凋亡的机制与其酶活性密切相关。因为LPGDS在肾衰中高的血浓度和活性，这意味LPGDS可通过增高肾细胞的凋亡促进肾衰进展。LPGDS是前列腺素(PG)家族合成途径中的一个限速酶，催化PGH 2 转化为PGD 2 。前列腺素是一群来自花生四烯酸的代谢产物，首先通过COX-2催化花生四烯酸生成PGH 2 ，然后通过一系列酶促反应生成PGD 2 、PGE 2 、PGI 2 等，其成员具有许多重要的生理功能，例如血小板聚集和免疫反应。LPGDS酶活性催化产物PGD 2 可以引起钙内化和凋亡 [8] 。PGD 2 的衍生物PGJ 2 也能诱导细胞的凋亡 [9，10] 。但PG的终末产物，如PGD 2 、PGE 2 和PGI 2 对凋亡有不同的影响，PGD 2 促进凋亡而PGE 2 和PGI 2 抑制凋亡。当通过调节PG来治疗疾病时一定需解决这个问题。通常在结肠肿瘤中调控凋亡较为成功例子是使用COX-2抑制剂抵消COX-2的上调和抗凋亡PGE 2 的产生。COX-2抑制剂通过凋亡使细胞死亡，从而减少肠上皮的恶性转化 [11] 。现在普遍认为抗凋亡PGE 2 和PGI 2 先于促凋亡PGD 2 产生。虽然在大多数情况下，这个观点是正确的，但在同一个器官中这些相互作用抵消的PG产物对临床结果的相对作用一定需测定。由于缺血或毒素(如顺铂)导致的急性肾衰的模型中凋亡细胞已充分地被描述，然而在慢性肾衰中凋亡的特性还未被详细研究。LPGDS以浓度和时间依赖方式诱导4～5倍升高的LLC-PK1细胞凋亡。下游产物PGD 2 和15dPGJ 2 诱导凋亡，但COX-2特异抑制剂、NS398、抗LPGDS抗体、硒和酶活性抑制剂抑制凋亡。很明显COX-2的抑制减少PGH 2 ，从而减少LPGDS催化的终末产物的产生，因此抑制凋亡，而抗LPGDS抗体和硒通过阻止LPGDS转化PGH 2 到凋亡产物PGD 2 和15dPGJ抑制凋亡。即使上游抑制物存在，PGD 2 和15dPGJ 2 的加入后仍然能回复凋亡。LPGDS不同糖基化形式的凋亡活性极大地不同，起源血清的LPGDS的活性是重组LPGDS的3～4倍，对照的6倍。同时孵育PGE 1 、PGE 2 和LPGDS，PGE 1 和PGE 2 抑制LPGDS诱导的调亡，而PGH 2 没有抑制。生长因子λ胰岛素，胰岛素样生长因子和PDGF抑制LPGDS诱导的凋亡。这些数据建议凋亡的程度依靠促凋亡、抗凋亡代谢物、生长因子和LPGDS的相互作用。
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3 LPGDS在肾衰中的可能作用
慢性肾衰中LPGDS的作用可简单地归于升高的血LPGDS水平和肾COX-2水平 [12] 。在这个系统中，可合理地推断在LPGDS存在的情况下，COX-2介导的PGH 2 的升高，优先地转变PGH 2 到促凋亡的PGD 2 和15dPGJ 2 。对于肾衰的进展，PG家族的一个更普遍的作用是通过减少肾小球输入小动脉抑制，通过释放PG如PGI 2 增高肾小球血流，流体压力和滤过率在血液动力学上的影响。在慢性肾衰中这个作用部分地通过上调COX-2实现。在肾小球流体压力中PG介导的COX-2抑制性增高诱导肾小球系膜和内皮细胞拉伸，肾小球硬化发展反过来刺激PDGF释放和肾小球系膜细胞增殖。肾小球高压也刺激TGF-β产生去增加细胞外基质形成和纤维化通过胶原沉积。另一方面，COX-2升高能通过刺激肾素和ANGⅡ产生以增加增殖和刺激TGF-β产生从而促进肾衰进展 [13] 。为了对抗升高的PG在慢性肾衰中的损害，通过抑制LPGDS和可能其它凋亡调节子，减少PGD 2 的发生，升高PGI 2 和PDGF以延迟肾衰进展。
, http://www.100md.com
最近来自大鼠肾部分切除的研究建议凋亡可能促进肾衰进展。在这个模型中硬化的肾小球、扩张和萎缩的肾小管和间质组织有最大化的凋亡，且凋亡也相关更高的bax:bcl-2比率。因在慢性肾衰中肾COX-2水平升高的同时血中LPGDS水平也升高，所以可推断带有诱导凋亡倾向的LPGDS可能有助于这个肾衰过程。然而，在伴有LPGDS抑制子PGI2和PDGF上调的残余肾，各种力量对抗的最终结果是难于预测的。而且，应注意PG通常是不稳定的且在局部起作用。因此，它可能是在接近肾小球输入小动脉部位产生的PGI2不能抑制其它部位LPGDS诱导的凋亡，有时候，经膜受体内吞后在伴有COX-2上调情况下，循环和小管内LPGDS可能具有凋亡作用。在这些情况下，这些细胞内的前列腺素代谢途径转移到凋亡代谢物PGD 2 和15dPGJ 2 的方向上。将来应研究LPGDS特异异构体对凋亡的作用，慢性肾衰中LPGDS对bax和bcl-2水平的影响，和多个对抗平衡因子的相互作用和结果。
总之，LPGDS在肾衰的诊断和治疗中具有重要的意义，进一步需研究通过抑制LPGDS的诱导凋亡的作用，以研究其可能的临床应用价值。
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1 Kanaoka Y，Fujimori K，Kikuno R，et al.Structure and chromosomal loˉcalization of human and mouse genes for hematopoietic prostaglandin D synthase.Conservation of the ancestral genomic structure of sigma-class glutathione S-transferase.Eur J Biochem，2000，267(11):3315-3322.
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4 Priem F，Althaus H，Birnbaum M，et al.Beta-trace protein in serum:a new marker of glomerular filtration rate in the creatinine-blind range.Clin Chem，1999，45(4):567-568.
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7 Maesaka JK，Palaia T，Frese L，et al.Prostaglandin D(2)synthase inˉduces apoptosis in pig kidney LLC-PK1cells.Kidney Int，2001，60(5):1692-1698.
8 Nakamura O，Maruo K，Ueyama Y，et al.Antineoplastic effect of prostaglandins on human glioma in athymic nude mice.No To Shinkei.1988，40(8):733-737.
9 Rohn TT，Wong SM，Cotman CW，et al.15-deoxy-delta12，14-prostaglandin J2，a specific ligand for peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，induces neuronal apoptosis.Neuroreport，2001，12(4):839-843.
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10 Beuckmann CT，Lazarus M，Gerashchenko D，et al.Cellular localization of lipocalin-type prostaglandin D synthase(beta-trace)in the central nervous system of the adult rat.J Comp Neurol，2000，428(1):62-78.
11 Subbaramaiah K，Zakim D，Weksler BB，et al.Inhibition of cyclooxygeˉnase:a novel approach to cancer prevention.Proc Soc Exp Biol Med，1997，216(2):201-210.
12 Harris RC，Breyer MD.Physiological regulation of cyclooxygenase-2in the kidney.Am J Physiol Renal Physiol，2001，281(1):1-11.
13 Border WA，Noble NA.TGF-beta in kidney fibrosis:a target for gene therapy.Kidney Int，1997，51(5):1388-1396.
作者单位:200040复旦大学附属华山医院
(收稿日期:2003-12-23)
(编辑 曲全), 百拇医药