【每周一鼠】强大的脂质代加工——Alox15

Alox15基因

Alox15基因编码的蛋白酶属于脂氧合酶家族，该酶以各种多聚不饱和脂肪酸作为底物，产生多种具有生物活性的脂质中间体，如类二十烷酸、肝素、脂氧素等。Alox15编码的蛋白酶及其参与的反应产物已被证明在炎症反应和免疫反应中具有重要的作用，并且在人类基因组中，研究人员鉴定出该基因的多个假基因^[1]。

图1. ALOX15蛋白结构预测模型^[3]。

Alox15编码的蛋白酶是不含血红素铁的双加氧酶，具有催化和酯化多不饱和脂肪酸过氧化的功能，并产生一系列生物活性脂质中间产物。该蛋白酶能在花生四烯酸酯的C12或C15处插入过氧基，产生12-HPETE和15-HPETE，然后将12-HPETE反应，并代谢产生具有促炎特性的因子hepoxilins。

研究人员还发现，Alox15也可以将亚油酸酯过氧化为13-HPODE，并参与 DHA的氧化以产生特异性促炎症消退介质 (specialized pro-resolving mediators ,SPM) ，如分解素D5和能主动下调免疫反应并具有抗血小板聚集特性的(7S ,14S)-diHPDHA^[3]。

除了在免疫和炎症反应中的作用外，研究人员发现这种酶还可能通过产生脂氧素 A4 (LXA4) 和二十二碳六烯酸衍生的神经保护素 D1 (NPD1; 10R,17S- HDHA)具有抗炎和神经保护作用。此外，该酶可以调节诸如凋亡细胞的吞噬过程中肌动蛋白的聚合，这对多种生物过程来说至关重要。该酶还参与PPAR-γ内源性配体的产生，并调节巨噬细胞的发育和功能，另外，Alox15编码的蛋白酶还可能通过该途径调节骨量，并对骨骼发育产生负面影响^[3]。

图2. 一种涉及Alox15的催化反应^[3]。

与Alox15相关的疾病包括哮喘、鼻息肉、阿司匹林耐受不良和脑室旁白质软化。其相关途径包括先天免疫系统以及HETE和HPETE生物合成及代谢。与该基因相关的GO注释分析包括铁离子结合活性和氧化还原酶活性。该基因一个重要同源基因是Alox12^[4]。

Alox15基因敲除小鼠

有研究发现，纯合的Alox15等位基因敲除小鼠表现出花生四烯酸代谢异常，并进一步发展为脾肿大、脾结构异常、白细胞增多症、嗜碱性粒细胞增多、淋巴结形态异常、皮炎并可能因为贫血引发相关骨髓增殖性疾病导致过早死亡^[5]。

硫乙醇酸盐诱导对Alox15敲除小鼠巨噬细胞的影响

研究人员首先使用尾压法测量雄性野生鼠（WT）和雄性Alox15敲除小鼠的收缩压，实验结果显示，两组基础血压无显著差异，并且，两组小鼠收缩压的结果介于94mmHg和98mmHg之间（图 3，灰色条），这表明，敲除Alox15基因对小鼠的基础血压没有影响。

接着，研究人员用L-NAME诱发高血压，WT组小鼠的血压在摄入L-NAME的第5天和第7天之间升高至140mmHg，相较而言，Alox15敲除小鼠的血压基本保持不变（图 3，黑条）。最后，将硫乙醇酸盐诱导、来源于Alox15敲除小鼠的腹腔巨噬细胞过继转移到Alox15敲除小鼠中，研究人员发现，处理后的Alox15敲除小鼠在L-NAME诱导后产生了高血压，结果显示，巨噬细胞的过继转移导致Alox15敲除小鼠的血压升高至122mmHg（图 3）。

以上这些数据表明硫乙醇酸盐诱导的来源于Alox15敲除小鼠的巨噬细胞可以导致Alox15敲除小鼠在高血压刺激物的诱导下发生血压升高的现象^[6]。

图3. Alox15敲除小鼠对L-NAME诱导的高血压的反应。野生型小鼠或Alox15敲除小鼠都能通过L-NAME的诱导产生高血压。还有一组Alox15敲除小鼠在注射了8*10⁶硫乙醇酸盐诱导提供来源于Alox15敲除小鼠的巨噬细胞，过继转移到Alox15敲除小鼠中，并用L-NAME诱导产生了高血压。本实验采用尾压法间接监测小鼠血压。对于要注射腹腔巨噬细胞或诱导物的Alox15敲除小鼠，统计4只小鼠，其他组统计8只小鼠^[6]。

小结

Alox15是一个重要的蛋白酶，能催化产生多种具有生物活性的脂质，该基因涉及的生物学功能广泛且复杂，本文只是简要介绍了全敲小鼠所具有的一个表型，即敲除小鼠中巨噬细胞不一样的代谢模式。除此之外，还有文章报道了胰腺特异性Alox15敲除小鼠在肥胖诱导下的胰岛的氧化应激反应，有兴趣的老师也可以参考相关文献^[7]。最后，相信如此重要且功能广泛的酶，在不同的部位的敲除可能都会产生不同的生物学效应。

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参考资料：

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/246

2. https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/P16050

3. https://www.uniprot.org/uniprot/P16050#function

4. https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=ALOX15&keywords=alox15

5. http://www.informatics.jax.org/marker/MGI:87997

6. Kriska T ,  Cepura C ,  Gauthier K M , et al. Role of macrophage PPARγ in experimental hypertension.[J]. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology, 2014, 306(1):H26.

7. Tersey S A ,  Maier A B ,  Nishiki A Y , et al. 12-Lipoxygenase Promotes Obesity-Induced Oxidative Stress in Pancreatic Islets.