花生四烯酸5-脂氧合酶

白三烯构成一组具有生物活性的花生四烯酸衍生化合物，表明在炎症和速发型超敏反应中具有重要作用。酶 5-脂氧合酶（ EC 1.13.11.34 ） 催化形成白三烯的 2 个反应（ Matsumoto et al., 1988 ）。

▼ 克隆与表达

松本等（1988）分离了人肺和胎盘 5-脂氧合酶的 cDNA 克隆，并推断了该酶的完整氨基酸序列。从推导的一级结构来看，该基因似乎编码了一个 673 个氨基酸的蛋白质，计算出的分子量为 77,856。5-脂氧合酶与白三烯 A（4） 水解酶（LTA4H; 151570 ） 没有明显的序列同源性，后者是花生四烯酸级联中的下一个酶之一。

狄克逊等人（1988）同样克隆了 5-LO 的 cDNA，并提供了从 cDNA 序列推导出的酶的完整氨基酸序列。

▼ 测绘

通过对人仓鼠体细胞杂交 DNA 面板的 PCR 分析，Funk 等人（1992）将 ALOX5 基因对应到 10 号染色体。Gross（2011）根据 ALOX5 序列（GenBank BC130332 ） 与基因组序列（GRCh37） 的比对，将 ALOX5 基因对应到染色体 10q11.21。

▼ 基因功能

Voelkel 等人（1996）研究了 5-LO 在肺动脉高压中的作用。通过免疫组织学，他们将 5-LO 定位于正常和慢性缺氧大鼠肺的巨噬细胞，也仅定位于慢性缺氧肺的血管内皮细胞。正常和长期缺氧肺的原位杂交表明 5-LO mRNA 仅在巨噬细胞中表达。缺氧 4 周的大鼠出现肺动脉高压，肺 5-LO 从胞质溶胶到膜部分的易位增加，肺 5-LO 激活蛋白（FLAP；603700），正如西方分析所证明的那样。MK-886 是一种 FLAP 配体，在体外抑制急性血管紧张素 II 和缺氧诱导的肺血管收缩，在体内抑制大鼠慢性缺氧性肺动脉高压的发展。与年龄匹配的 5-LO 能力小鼠相比，5-LO 敲除小鼠的右心肥大较少。作者认为 5-LO 参与肺血管张力调节和缺氧啮齿动物模型中慢性肺动脉高压的发展。

人 5-LO 包含 3 个核定位序列（NLS） 和一个参与核定位的磷酸化位点（ser271）。罗等人（2003）发现 NLS1 或 ser271 的突变在体外不影响 5-LO 酶活性，但会降低白三烯 B4（LTB4） 的合成并降低转染小鼠成纤维细胞中 5-LO 的核定位。所有 3 个 NLS 或 NLS1 和 ser271 的突变都会抑制 90% 的 LTB4 合成并消除核定位。在用离子载体刺激后，野生型 5-LO 易位到核膜的内膜并与外源性花生四烯酸共定位。相比之下，细胞溶质 5-LO 定位于细胞质和核周膜。罗等人（2003）得出结论，5-LO 在静息细胞核内的位置决定了在随后激活时产生 LTB4 的能力。

在患病的小鼠和人类动脉中，Zhao 等人（2004）证明 5-LO 阳性巨噬细胞定位于新血管生成区域，并且这些细胞构成了 Apoe（ 107741 ） -/- 小鼠中由含有胆酸盐的致动脉粥样硬化饮食诱导的主动脉瘤的主要成分。5-LO 缺乏显着减弱了这些动脉瘤的形成，并与基质金属蛋白酶-2（MMP2; 120360 ） 活性降低和血浆巨噬细胞炎症蛋白-1-α（CCL3; 182283 ） 减少有关，但对脂质形成的影响很小- 丰富的病变。白三烯 LTD4 强烈刺激巨噬细胞中 CCL3 和内皮细胞中CXCL2（ 139110 ） 的表达。赵等人（2004）得出结论，5-LO 通路与动脉壁的高脂血症依赖性炎症和通过潜在的趋化因子中介途径与主动脉瘤的发病机制有关。

De Caterina 和 Zampolli（2004）讨论并图解了 5-脂氧合酶在动脉粥样硬化中的主要推定作用。

邱等人（2006）报道，与 6 个对照相比，72 个人颈动脉粥样硬化斑块中 5-LO、FLAP 和 LTA4H 的 mRNA 和蛋白质水平增加。这些蛋白质共定位于内膜病变的巨噬细胞内，可能促进酶偶联和白三烯 B4（LTB4） 的合成。5-LO 和 LTA4H mRNA 水平升高与近期或正在进行的斑块不稳定症状之间存在相关性。相比之下，小鼠动脉粥样硬化斑块中的 5-LO mRNA 没有增加，并且小鼠斑块表现出 5-LO 和 LTA4H 的分离细胞表达。这些差异表明了重要的差异，并敦促在将小鼠模型转化为人类病理学时要谨慎。

使用 HPLC 分析，Rakonjac 等人（2006）表明 CLP（COTL1; 606748 ） 可以作为 Ca（2+） 诱导的 5-LO 活性的支架，类似于膜。在磷脂酰胆碱（膜）存在的情况下，CLP 通过 5-LO 诱导 LTA4 的形成增加。CLP 还增加了 5-HETE 与 5-HPETE 的比率。突变分析表明，这些效应需要 5-LO β 三明治的配体结合环中的 trp13、trp75 和 trp102。蛋白质印迹分析表明，用 Ca（2+） 离子载体刺激多形核细胞诱导 CLP 和 5-LO 从细胞质向细胞核易位。Rakonjac 等人（2006）得出的结论是，CLP 与各种细胞类型的胞质溶胶中 5-LO 产物（如 5-HETE）的形成有关，并且与 5-LO 和膜一起以复合物的形式作用，增加了 5-LO 用于白三烯生物合成的能力。

Chu 和 Pratico（2011）表明 5-LO通过直接激活 CREB ​​（ 123810 ） 来调节 β-淀粉样蛋白（APP; 104760 ） 的形成，从而增加参与 γ-分泌酶复合物的蛋白质的转录。在 APP 基因（ 104760.0008 ） 中转染了阿尔茨海默病（AD; 104300 ） 相关突变的人类神经母细胞瘤细胞中进行了研究。）。药理学抑制或 ALOX5 基因破坏导致β-淀粉样蛋白产生和γ-分泌酶水平显着降低。与对照组相比，具有 APP 突变的转基因小鼠的 5-LO 水平升高，并且用 5-LO 抑制剂治疗降低了大脑中的 β-淀粉样蛋白水平。Alox5-null 小鼠的β-淀粉样蛋白40 和-42 种类的水平较低。Chu 和 Pratico（2011）提出了 5-LO 在调节中枢神经系统内源性淀粉样蛋白形成中的新功能作用。

▼ 生化特征

ALOX5 活性是短暂的，显然部分是由于酶的内在不稳定性。吉尔伯特等人（2011）在 ALOX5 的 C 末端附近发现了一个富含赖氨酸的区域，该区域具有不稳定性。用序列 ENL 替换氨基酸 653 处的序列 KKK，在其他花生四烯酸代谢脂氧合酶中发现，在 37 摄氏度时酶的半衰期增加了一倍以上，但没有改变白三烯 A4 的产生。吉尔伯特等人（2011）以 2.4 埃的分辨率确定了这种突变体、稳定形式的 ALOX5 的晶体结构。典型的 LOX 框架包含一个约 120 个氨基酸的 N 末端 C2 样结构域，在 ALOX5 中，其赋予钙依赖性膜结合，以及更大的催化结构域。后者主要是 α-螺旋并含有非血红素催化铁，它由 3 个保守的组氨酸（his367、his372 和 his550）以及 C 末端 ile673 配位。此外，包含额外的催化残基 leu420 和 phe421 的拱形螺旋屏蔽了接触催化铁并产生独特的活性位点腔。

▼ 分子遗传学

导致白三烯产生的生物合成途径中的第一个定型酶是 5-脂氧合酶。在等人（1997）检查了从 25 名正常受试者和 31 名哮喘患者（其中 6 名患有阿司匹林敏感性哮喘）中分离出的基因组 DNA 中已知转录因子结合区和该基因的蛋白质编码区的突变。鉴定了富含 G+C 的转录因子结合区域的一系列突变，包括 176 至 147 区域的 1 个缺失、2 个缺失或添加 1 个锌指（Sp1/Egr-1） 结合位点bp 上游的 ATG 翻译起始位点，通常有 5 个 Sp1 结合基序串联。报告的由转录因子结合区的任何突变形式引导的基因活性显着（P小于0.05）比野生型转录因子结合区驱动的活性低效。电泳迁移率变动分析证明了野生型和突变转录因子结合区结合人脐静脉内皮细胞核提取物的能力。这些数据被认为与自然发生的 LOG5 启动子突变改变转录因子结合并可能在体内 LOG5 基因表达中起作用的假设一致。在 LOG5 基因的编码区没有发现会改变蛋白质氨基酸序列的突变。他们推测，这一等位基因家族的鉴定可能提供一种方法，将给定患者的临床反应与改变 5-LO 通路的治疗及其 LOG5 基因座基因型联系起来。这些数据被认为与自然发生的 LOG5 启动子突变改变转录因子结合并可能在体内 LOG5 基因表达中起作用的假设一致。在 LOG5 基因的编码区没有发现会改变蛋白质氨基酸序列的突变。他们推测，这一等位基因家族的鉴定可能提供一种方法，将给定患者的临床反应与改变 5-LO 通路的治疗及其 LOG5 基因座基因型联系起来。这些数据被认为与自然发生的 LOG5 启动子突变改变转录因子结合并可能在体内 LOG5 基因表达中起作用的假设一致。在 LOG5 基因的编码区没有发现会改变蛋白质氨基酸序列的突变。他们推测，这一等位基因家族的鉴定可能提供一种方法，将给定患者的临床反应与改变 5-LO 通路的治疗及其 LOG5 基因座基因型联系起来。

临床上相似的哮喘患者可能通过不同的机制发展气道阻塞。特异性干扰 5-脂氧合酶途径的哮喘治疗提供了一种方法来识别那些患者中 ALOX5 途径的产物（即白三烯）有助于哮喘表型的表达。哮喘患者对 ALOX5 通路修饰剂治疗没有反应表明白三烯对该患者哮喘表型的表达不是关键的。在等人（1997）和西尔弗曼等人（1998 年）在 ALOX5 基因的核心启动子中定义了一个 DNA 序列变体家族，这些变体与组织培养中的启动子 - 报告基因活性降低有关。因为 ALOX5 的表达部分受到转录调控，德拉岑等人（1999）推断具有这些序列变体的患者可能已经减少了基因转录，因此减少了 ALOX5 产物的产生，并减少了对靶向该途径的药物治疗的临床反应。这种效应表明基因启动子序列变体和药物治疗反应之间的相互作用，即启动子序列对治疗反应的药物遗传学效应。

由于动脉粥样硬化涉及动脉炎症，Dwyer 等人（2004）假设 5-脂氧合酶基因启动子的多态性可能与人类的动脉粥样硬化有关，并且这种效应可能与饮食摄入的竞争性 5-脂氧合酶底物相互作用。他们在洛杉矶动脉粥样硬化研究的 470 名健康中年女性和男性中发现 6.0% 的变异 5-脂氧合酶基因型（缺乏共同等位基因）。与普通（野生型）等位基因携带者相比，2 个变异等位基因携带者的平均内膜中层厚度（IMT） 根据年龄、性别、身高和种族或族裔群体调整后增加了 80 微米。在多变量分析中，2 个变异等位基因携带者的 IMT 增加与糖尿病相关的增加相似，糖尿病是最常见的心血管危险因素。饮食中花生四烯酸的增加显着增强了基因型的明显致动脉粥样硬化作用，而增加饮食中 n-3 脂肪酸的摄入量则减弱了这种作用。最后，血浆 C 反应蛋白（CRP；123260 ），一种炎症标志物，与普通等位基因携带者相比，在 2 个变异等位基因携带者中增加了 2 倍。测试的 ALOX 变体涉及启动子中串联 Sp1 结合基序（5-prime-GGGCGG-3-prime） 的数量。变异等位基因涉及对共同等位基因中 5 个串联基序的 Sp1 基序的缺失（1 或 2 个）或添加（1、2 或 3 个）。

阿西姆斯等人（2008）对 1,552 名“临床显着”冠状动脉疾病（CAD） 患者和 1,583 名对照患者的 ALOX5 基因中的 7 个 SNP 进行基因分型，并确定启动子 SNP rs12762303与高加索患者 CAD 之间存在名义上显着的关联（p = 0.002）；然而，该关联无法在 9,800 名高加索人和 3,352 名非裔美国人受试者中重现，其中分别包括 1,154 和 255 例冠心病（CHD） 病例。他们发现rs12762303与白种人和西班牙裔受试者的 Sp1 重复位点之间存在高度相关性。阿西姆斯等人（2008）发现rs12762303之间没有显着关联颈动脉IMT的平均程度，各种脂肪酸的膳食摄入量对冠心病风险的影响，脂肪酸的膳食摄入量对颈动脉IMT的平均程度。

Herb 等人通过对 1,916 名痰阳性肺结核（TB；见607948）和 2,269 名健康但暴露于 TB 的对照组的ALOX5 多态性进行基因分型（2008 年）发现，串联重复（VNTR） 启动子等位基因或基因组 760A 外显子等位基因的变体（5 个重复除外）和野生型（5 个重复）变体数量的杂合子携带者患 TB 的风险更高。在感染了非洲分枝杆菌结核菌株的患者中，与外显子等位基因的关联更强。与变体 VNTR/760G 单倍型相比，最强的单倍型关联是变体 VNTR/760A 单倍型。赫伯等人（2008）提出该人群中 ALOX5 变体与 TB 的关联支持来自动物模型的证据，即 5-LO 产物在调节对结核分枝杆菌的免疫反应中的重要性。

▼ 动物模型

阿里伯蒂等人（2002）发现 5-lo -/- 小鼠对弓形虫感染的抵抗力降低。

巴菲卡等人（2005）发现感染结核分枝杆菌的野生型小鼠的内皮细胞和巨噬细胞产生高水平的类花生酸 LTB4 和脂氧素 A4（LXA4）。在慢性感染期间维持 LXA4 的合成，而不是 LTB4 的合成。相比之下，在受感染的 5-lo -/- 小鼠中均未检测到高于背景水平的类花生酸。组织病理学和细菌学分析表明，5-lo -/- 小鼠对肺结核感染的控制得到了加强，其中的杆菌更少，肺部炎症浸润也更低。在高剂量感染而非低剂量感染后，正常耐药的野生型小鼠品系比基因敲除小鼠死亡得更快。实时 RT-PCR 分析检测到 Il12b（ 161561 ）、Ifng（ 147570 ） 的表达显着增加） 和 Nos2（ 163730 ），但不是 Tnf（ 191160 ），在 5-lo -/- 小鼠中与野生型小鼠相比。ELISA 分析证实了 Il12b 和 Tnf 的表达数据。给予稳定的 LXA4 类似物 ATLa2 可消除 5-lo -/- 小鼠中细菌复制的增强控制，但对野生型小鼠的抗性没有影响。巴菲卡等人（2005）得出结论，5-LO 依赖性脂氧素产生途径在控制针对结核分枝杆菌感染的促炎和 Th1 免疫反应中很重要。他们提出 5-LO 抑制剂可能是治疗结核病患者的有用免疫药物。

德雷克等人（2001）确定了小鼠 6 号染色体上的一个位点，该位点对肥胖、血浆脂蛋白水平和骨密度具有多效性影响。Mehrabian 等人（2005）使用整合基因组学方法表明，6 号染色体基因座的多效性代谢效应至少部分归因于编码 5-脂氧合酶的 Alox5 基因。他们使用了正向和反向遗传方法。

陈等人（2009 年）发现 Alox5 缺失小鼠对 BCR/ABL（见151410）诱导的慢性粒细胞白血病（CML；608232 ）的发展具有抗性）。最初的细胞研究表明，与不表达 BCR/ABL 的细胞相比，转导并表达 BCR/ABL 的白血病干细胞（LSC） 显示出 Alox5 的上调。Alox5 缺乏通过影响长期 LSCs 的分化、细胞分裂和存活而导致 LSCs 功能受损。这导致 LSC 耗尽和 CML 开发失败。相比之下，Alox5 缺乏不会损害正常造血干细胞的功能。进一步的研究表明，完整的 Alox5 通路对于 BCR/ABL 诱导 CML 至关重要。用 5-LO 抑制剂治疗 CML 小鼠也通过影响长期 LSC 和延长存活来损害 LSC 的功能。

▼ 等位基因变体（ 1 示例）：

.0001 哮喘，对抗白三烯治疗的反应减弱
动脉粥样硬化，易感性
ALOX5，变体启动子 SP1 绑定
德拉岑等人（1999）发现作为 ALOX5 基因启动子区域变异携带者的哮喘患者对用抗白细胞三烯药物治疗的反应减弱，这表明启动子序列对治疗反应的药物遗传学影响。与常见等位基因相比，已发现结合基序的删除或添加与 ALOX5 基因的改变（减少）转录有关。

德怀尔等人（2004）研究了颈动脉内膜中层厚度与 ALOX5 基因启动子区域多态性的关系，特别是串联 Sp1 结合基序（5-prime-GGGCGG-3-prime） 的数量。在 6 个等位基因中（由In et al., 1997的方法确定），最常见的等位基因，占 80.5%，包含 5 个这些串联基序。变异等位基因涉及对共同等位基因中 5 个串联基序的 SP1 基序的缺失（1 个或 2 个）或添加（1、2 或 3 个）。变体 ALOX5 基因型确定了动脉粥样硬化增加的亚群。此外，Dwyer 等人（2004）观察到饮食-基因相互作用，表明饮食中的 n-6 多不饱和脂肪酸促进，而海洋 n-3 脂肪酸抑制白三烯介导的炎症，导致这一健康中年女性和男性亚群的动脉粥样硬化。