摘要：对氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是一种新发现的存在于血清中的对氧磷酶，它与代谢性疾病的发生发展关系密切。本文阐述了PON3参与炎症通路NF-κB调控;参与改善胰岛素抵抗、减少细胞凋亡作用;通过对肝脏中胆固醇-7α羟化酶水平影响发挥了调节脂代谢的作用，参与肥胖的调控;还通过对氧化应激的影响参与代谢性疾病的发生等等。总之，本文重点介绍近期与PON3相关的国内外最新的研究进展，探讨可能的相关机制。
关键词：对氧磷酶3;代谢性疾病;炎症;肥胖
随着社会经济发展，人们生活水平逐渐提高，生活方式发生改变，人类疾病谱也发生了变化。如今，代谢性疾病的发病率逐年攀高，严重影响了现代人们的生活并制约社会发展，已上升为重要的公共卫生问题。代谢性疾病的发病机制复杂，仍未被完全阐明。目前认为，代谢性疾病如肥胖症、糖尿病、非酒精脂肪肝等可能与机体炎症、氧化应激、胰岛素抵抗等关系密切。对氧磷酶(Paraoxonase, PON)是存在血清的一种水解磷酸的酶，且不同程度的具有过氧化酶内酯酶、芳香酯酶的活性，因以往研究以对氧磷为底物得名。对氧磷酶3(Paraoxonase 3, PON3)是氧磷酶基因家族的三个成员之一，近期关于PON3的研究发现它有抗炎、减轻肥胖及改善胰岛抵抗、减轻脂代谢紊乱、抗氧化应激及减少细胞凋亡作用[1-7]，与代谢性疾病显著相关，本文就PON3影响代谢性疾病相关机制的研究进展作一综述，从而为寻找新的代谢性疾病治疗及预防方案提供可能的线索。
1 PON3概述
1.1 PON3分布
哺乳动物对氧磷酶基因家族包括三个家族成员，分别为PON1、PON2、PON3，它们分别位于人类7号染色体的长臂7q21-22和小鼠6号染色体的相关位置。三者氨基酸具有同源性，成熟的PON3 与PON1共同具有3个保守的半胱氨酸残基。人类 PON3包含354个氨基酸，是一个相对分子质量约为 40000具有钙依赖酯酶活性的糖蛋白。尽管PON3基因可在各组织中表达[8]，但被证实主要在肝脏、脂肪组织、肾脏中表达，PON3在肝细胞内主要与线粒体相关内质网膜(Mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane, MAM)结合，而细胞外98%的PON3被观察到与高密度脂蛋白(HDL)结合在一起存在于血清中[9-10]。
1.2 PON3功能
PON3的芳香酯酶活性作用局限，对氧磷酶活性完全丧失，但它可迅速水解许多内酯酶，PON3 被广泛认为具有显著催化他汀类药物内酯环水解的作用。既往研究认为人体内PON3主要发挥了重要的抗氧化作用。已经报道在慢性肝病[10]、艾滋病毒感染[11]和冠状动脉及外周动脉疾病[12]患者血清中PON3浓度显著增加，PON3可能是分析人类氧化应激相关疾病的一个有用的生物标志物。已证明Pon3具有保护小鼠巨噬细胞免受氧化损伤的作用，尽管细胞Pon3在氧化应激下活性降低[13]。有报道在小鼠巨噬细胞、人类和小鼠胃肠道的特定部分中检测到PON3 mRNA和蛋白的表达[13-14]，这提示小鼠Pon3可能在多种上皮细胞中发挥抗氧化作用。Schweikert等[1]实验发现，PON3能减少活性氧自由基(ROS)累积并减少NF-kB炎症通路激活，这提示PON3可能具有减轻炎症作用。Shih等[4]在动物实验中已经证实，Pon3基因敲除小鼠肥胖风险增加。这些后果提示PON3可能与炎症、肥胖关系密切，可能对代谢性疾病的致病因素包括炎症、肥胖、氧化应激具有抑制作用。
2 PON3与糖脂代谢紊乱、肥胖及胰岛素抵抗的关系
2.1 PON3减少炎症
前期临床研究发现PON3在T2DM患者中呈代偿性增高，并且与糖尿病血管并发症密切相关[15-16]。可能在糖尿病的发生中发挥了保护作用，并且我们前期动物实验发现糖尿病大鼠脂肪组织Pon3表达降低参与了胰岛素抵抗糖尿病的发生。而上调 Pon3的表达，伴随有糖代谢、胰岛素抵抗改善。 Rothem等[8]在炎症性肠病患者的肠组织活检中发现不同程度的PON1与PON3高表达，揭示了PON3与炎症疾病的关联。Beek等[17]发现肥胖的T2DM患者较正常人血清IL-6高，研究证实，IL-6升高是 T2DM发生的独立危险因素，相关机制研究认为 IL-6可减少细胞表面葡萄糖转运蛋白4表达，从而降低胰岛素介导的葡萄糖及脂肪转运，继而诱发糖尿病[18]。Shih等[4]发现在PON3基因敲除的小鼠体内炎症趋化因子Mcp-1、炎症因子IL-6都有增加。Peng等[19]研究发现PON3能通过抑制炎症标记物产生来减少四氯化碳(CCl 4)介导小鼠肝脏炎症反应。NF-κB是一种经典的炎症激活通路，肝脏低度的慢性炎性反应被认为是代谢性疾病如肥胖、非酒精性脂肪性肝病的致病因素，常与炎症通路 NF-κB的活化有关。研究表明,持续高血糖可使胞浆内NF-κB通路被激活，导致下游原件与核内多种炎症相关基因启动子结合，从而上调炎症因子表达，介导炎症反应的发生[20]。
研究发现，肥胖的小鼠组织内NF-κB的活化量显著增加，并且肥胖时NF-κB 的活化是长期存在的[21-22]。Schweikert等[1]实验发现，PON3能减少绿脓霉素介导的活性氧自由基(ROS)累积并减少 NF-kB炎症通路激活，由此可见PON3通过减少 NF-kB炎症通路激活可能是其抗炎作用的机制之一。临床研究发现T2DM患者血清中PON3水平与炎症标志物hsC-RP有显著相关性[15,23]，并且超敏C 反应蛋白是PON3的独立影响因素，动物实验也发现上调PON3的表达，IL-6水平下降[24]，这提示 PON3对炎症因子分泌具有抑制作用，并且炎症诱导PON3上调参与体内炎症的负反馈调节，因此认为，PON3可能通过抑制炎症在代谢性疾病中发挥了重要作用。
2.2 PON3减轻肥胖、改善脂代谢
研究认为，肥胖参与了胰岛素抵抗，肥胖引起的低度炎症会损害胰岛素受体信号途径，并参与胰岛素抵抗的发展[25]。Shih等[4]在动物实验已经证实，经过10周的高脂饮食喂养，Pon3基因敲除小鼠体重增加比野生型高37%、性腺的脂肪细胞平均体积比野生型高25%。而且通过解剖发现Pon3 基因敲除的小鼠皮下脂肪、腹膜后脂肪、性腺脂肪的重量与野生型小鼠相比都有显著增加。Shih等[3] 研究还证实Pon3对小鼠肝细胞和白色脂肪细胞的线粒体功能具有保护作用，这可能是PON3减轻肥胖的部分原因。此外，PI3K/AKT信号通路的失调被认为与肥胖发生关系密切[26]。 Zhu等[2]发现PI3K/ AKT信号途径能上调PON3的表达，我们前期研究发现二甲双胍可能通过上调PI3K/AKT的表达影响 Pon3在糖尿病大鼠脂肪组织中的表达[24]，提示 PI3K/AKT可能通过影响PON3的表达参与了肥胖。Diana等[27]还在雄性Pon3转基因小鼠中检测到瘦素比非转基因小鼠低75%，这说明PON3可能通过对瘦素的影响参与了代谢性疾病的发生，Pon3 转基因鼠瘦素水平降低原因不明确，可能与Pon3 转基因鼠体重下降导致脂肪组织来源的瘦素产生减少有关，总之，PON3与瘦素的关系值得深入研究。Labrecque等[28]研究发现胖猪肾周和皮下脂肪组织中PON3 mRNA水平比瘦猪高，脂肪组织中 PON3 mRNA水平与皮下、内脏和总体脂肪重量成正相关，这进一步支持了PON3参与肥胖相关疾病发生的论断。因此认为，PON3可显著减轻肥胖的作用值得肯定，并且可能通过减轻肥胖影响了胰岛素抵抗的发展进程。
Shih等[3]在高脂喂养Pon3基因敲除的小鼠 16 周后，检测发现血液中总胆固醇、甘油三脂及胆汁酸显著增加。其原因是PON3能保护高胆固醇喂养小鼠肝脏中胆固醇-7α羟化酶(cytochrome P450, family 7, subfamily A, polypeptide 1)水平，进而维持正常的胆固醇向胆汁酸转化，减少胆固醇肝累积。另一方面，Pon3缺乏可导致胆固醇喂养小鼠促动脉粥样硬化的脂蛋白水平改变，包括中等密度脂蛋白、低密度脂蛋白水平升高，高密度脂蛋白降低。其原因可能是PON3增加了胆固醇代谢，并减少低密度脂蛋白氧化和增加高密度脂蛋白的抗氧化能力，从而增加了胆固醇向肝脏转运。也有报道提示PON3能影响动脉粥样硬化进程[29]，由此可见PON3对脂代谢具有重要影响作用，实验发现与非基因敲除小鼠比较，高脂喂养Pon3基因敲除的小鼠后，其肝脏胆固醇水平升高40%[3]，这提示PON3的正常表达具有促进胆固醇的正常代谢及保护脂蛋白作用。
3 PON3与氧化应激及细胞凋亡关系
3.1 PON3减少氧化应激
氧化损伤的重要危害是诱导细胞凋亡，加快细胞的病理性死亡，从而造成胰岛素作用靶器官与组织的损伤和功能失调，氧化应激与细胞凋亡是糖尿病发生的重要因素。在以往的研究中发现 PON1、PON2有着很强的抗氧化作用，Draganov 等[5]发现虽然在兔子血清中PON3以两倍数量级低于PON 1的水平，但PON 3具有更强的保护低密度脂蛋白被氧化修饰的作用，从兔血清中纯化的 PON3具有抑制体外铜诱导的LDL氧化的能力，并且兔PON3阻止LDL氧化的有效性比兔PON1高约 100倍。此外，Reddy等[30]发现过表达PON3的Hela 细胞亦可阻止轻度氧化LDL的形成、灭活己形成的轻度氧化LDL,并发现在HepG2细胞中PON3的表达不受磷脂氧化的影响，在鼠的肝脏中检测到 Pon3的表达不受高脂饮食影响，这可能是PON3具有更强抗氧化作用原因之一。Lu等[31]通过克隆技术在大肠杆菌内成功表达人类PON3，重组人类 PON3的大肠杆菌能有效延迟和抑制体外LDL氧化。人体晶状体和视网膜组织对氧化应激高度敏感，Bharathidevi等[32]研究发现PNO3 mRNA在眼球组织中广泛表达，糖尿病患者视网膜组织PON3表达显著上调，这提示PON3可能是眼球视网膜组织中的一种重要抗氧化剂，在糖尿病视网膜组织中发挥抗氧化应激作用。Ferreira等[33]在公牛睾丸组织中发现了PON3的表达，其可能参与了阻止与男性生殖功能相关的氧化损伤。Meijide等[34]研究发现卵泡中PON3活性与卵泡的大小具有相关性， PON3的抗氧化作用可能对卵泡成熟具有促进作用。Ozgun等[35]研究发现硫辛酸可上调链脲霉素诱导的糖尿病鼠体内Pon3水平发挥抗氧化应激作用，并认为通过提高体内PON3和PON1水平可预防糖尿病血管病变发生，因此认为，PON3具有显著抗氧化应激作用，可能通过抗氧化应激阻碍代谢性疾病的发生发展。
3.2 PON3减少细胞凋亡
PI3K/AKT信号通路在细胞增殖、分化和抗凋亡过程中均发挥重要作用。多种生长因子均可通过PI3K途径激活Akt/PKB。PI3K/AKT信号通路被活化后，AKT被磷酸化后转移到细胞核，细胞核中磷酸化AKT可以调节NF-КB导致抗凋亡基因转录增加，促进细胞存活。Zhu等[2]最近研究发现口腔鳞状癌细胞通过AKT信号途径上调PON3表达减少细胞凋亡，并通过特异性抑制AKT信号途径来下调PON3的表达后，发现细胞存活率显著下降。研究发现，PON3表达缺乏还可影响胆酸和胆固醇喂养后的小鼠牛磺胆汁酸钠共转运多肽(Na+-taurocholate cotransporting polypeptide, TNCP)表达[3]，后者表达下降可导致小鼠肝脏中胆汁转运减少及血浆中胆汁酸上升，研究发现，胆汁酸诱导活性氧生成，并诱导线粒体释放细胞色素C和凋亡因子[36]，这提示PON3很可能通过上调TNCP表达来减少胆汁酸诱导的细胞凋亡。
内质网(Endoplasmatic reticulum,ER)应激可引起内质网中ROS的产生，ER相关氧化应激诱导钙离子从ER钙储存库中释放出来，随后被吸收入线粒体。进入线粒体内的Ca2+能改变线粒体功能，增加线粒体内ROS生产，这又进一步诱发内质网应激反应和Ca2+释放，这种恶性循环损害细胞内稳态并导致细胞凋亡。据报道发现，PON3能通过调节钙稳态来保护细胞免受内质网应激诱导细胞凋亡[6-7]。 Shih等[3]发现PON3在内质网中的表达仅次于在线粒体膜中的表达，这提示细胞内PON3可能通过调节钙稳态减少细胞凋亡。研究还发现PON3在肿瘤细胞中还可以减少内质网的MAPKs信号传导而减少由内质网应激引起的细胞凋亡[22]。Peng等[19]研究也发现PON3高表达可上调肝损伤期小鼠超氧化物歧化酶SOD的活性和增加谷胱甘肽含量来减少氧化应激，从而减少氧化应激所致的细胞凋亡，可能PON3通过减少细胞凋亡的影响参与了糖尿病的发生。
细胞凋亡与细胞代谢关系密切，上述研究均提示PON3对减轻细胞凋亡具有重要作用[2-3,6-7,19]，因此认为，PON3减少细胞凋亡是其影响细胞代谢的重要机制，PON3与细胞代谢关系密切。
期刊推荐：《中国医院药学杂志》1981年创刊，是中国药学会主办、中国科协主管的国内外公开发行的医院药学专业性学术期刊，为中国精品科技期刊。主要介绍国内外医院药学创新性成果、药学先进技术、临床合理用药、中西药制剂、医院调剂、医院药学学科的科学管理与改革、药学基础知识及理论等。
4 问题与展望
PON3能够影响代谢性疾病的发生发展，特异性的靶向基因敲除PON3在动物实验中证实了其保护性的作用[3]。主要表现在，通过减少炎症标志物产生、减少ROS产生而减少NF-κB炎症通路激活发挥抗炎作用[1]，细胞内PON3通过上调TNCP表达减少线粒体释放凋亡因子，稳定细胞内的线粒体、内质网功能而起到抗氧化应激作用[3]。通过影响肝细胞及白色脂肪细胞线粒体呼吸功能减少脂肪沉积、PON3还可保护肝脏中胆固醇-7α羟化酶水平，减少胆固醇肝累积以及减少肝毒性，并增加血液中HDL抗氧化作用，影响动脉粥样硬化的进程[3]。硫辛酸是临床常用的一种常用的营养神经药物，被广泛用于与糖尿病周围神经病变的治疗。国外研究发现硫辛酸药物可能通过上调糖尿病小鼠 Pon3水平，从而在糖尿病周围血管病变中也发挥干预作用[35]。在前期临床研究发现阿托伐他汀钙片治疗T2DM患者合并颈动脉中内膜厚度(Carotid Intima Media Thickness, CIMT)降低，血清PON3水平升高，并能够降低新诊断T2DM合并颈动脉粥样硬化患者CIMT[23]，研究还发现PON3与糖尿病肾病密切相关，参与糖尿病并发症的发生[11]，这说明他汀类药物可能部分依赖上调血液中的PON3水平来减少糖尿病血管并发症的发生，但其确切机制尚不明确，值得我们深入研究，这为代谢性疾病发生、发展提供了新的线索，也提示我们可把血清PON3作为抗代谢疾病及其并发症的重要作用靶点，值得我们进一步研究。
