Arachidonate 5-lipoxygenase, also known as ALOX5, 5-lipoxygenase, 5-LOX, or 5-LO, is a non-heme iron-containing enzyme (EC 1.13.11.34) that in humans is encoded by the ALOX5gene.[1] Arachidonate 5-lipoxygenase is a member of the lipoxygenase family of enzymes. It transforms essential fatty acids (EFA) substrates into leukotrienes as well as a wide range of other biologically active products. ALOX5 is a current target for pharmaceutical intervention in a number of diseases.
Gene
The ALOX5 gene, which occupies 71.9 kilobase pairs (kb) on chromosome 10 (all other human lipoxygenases are clustered together on chromosome 17), is composed of 14 exons divided by 13 introns encoding the mature 78 kilodalton (kDa) ALOX5 protein consisting of 673 amino acids. The gene promoter region of ALOX5 contains 8 GC boxes but lacks TATA boxes or CAT boxes and thus resembles the gene promoters of typical housekeeping genes. Five of the 8 GC boxes are arranged in tandem and are recognized by the transcription factors Sp1 and Egr-1. A novel Sp1-binding site occurs close to the major transcription start site (position – 65); a GC-rich core region including the Sp1/Egr-1 sites may be critical for basal 5-LO promoter activity.[2]
Expression
Cells primarily involved in regulating inflammation, allergy, and other immune responses, e.g. neutrophils, eosinophils, basophils, monocytes, macrophages, mast cells, dendritic cells, and B-lymphocytes express ALOX5. Platelets, T cells, and erythrocytes are ALOX5-negative. In skin, Langerhans cells strongly express ALOX5. Fibroblasts, smooth muscle cells and endothelial cells express low levels of ALOX5.[2][3] Up-regulation of ALOX5 may occur during the maturation of leukocytes and in human neutrophils treated with granulocyte macrophage colony-stimulating factor and then stimulated with physiological agents.
Aberrant expression of LOX5 is seen in various types of human cancer tumors in vivo as well as in various types of human cancer cell lines in vitro; these tumors and cell lines include those of the pancreas, prostate and colon. ALOX5 products, particularly 5-hydroxyeicosatetraenoic acid and 5-oxo-eicosatetraenoic acid, promote the proliferation of these ALOX5 aberrantly expressing tumor cell lines suggesting that ALOX5 acts as a pro-malignancy factor for them and by extension their parent tumors.[2]
Studies with cultured human cells have found that there are a large number of ALOX5 mRNA splice variants due to alternative splicing. The physiological and/or pathological consequences of this slicing has yet to be defined. In one study, however, human brain tumors were shown to express three mRNA splice variants (2.7, 3.1, and 6.4 kb) in addition to the full 8.6 lb species; the abundance of the variants correlated with the malignancy of these tumors suggesting that they may play a role in the development of these tumors.[2]
Biochemistry
Human ALOX5 is a soluble, monomeric protein consisting of 673 amino acids with a molecular weight of ~78 kDa. Structurally, ALOX5 possesses:[3][4]
- A C-terminal catalytic domain (residues 126–673)
- An N-terminalC2-like domain which promotes its binding to ligand substrates, Ca2+, cellular phospholipid membranes, Coactin-like protein (COL1), and Dicer protein
- A PLAT domain within its C2-like domain; this domain, by analogy to other PLAT domain-bearing proteins, may serve as a mobile lid over ALOX5's substrate-binding site
- An adenosine triphosphate (ATP) binding site; ATP is crucial for ALOX5's metabolic activity
- A proline-rich region (residues 566–577), sometimes termed a SH3-binding domain, which promotes its binding to proteins with SH3 domains such as Grb2 and may thereby link the enzyme's regulation to tyrosine kinase receptors.
La enzima posee dos actividades catalíticas como lo ilustra su metabolismo del ácido araquidónico . La actividad dioxigenasa de ALOX5 agrega un residuo de hidroperoxilo (es decir, HO 2 ) al ácido araquidónico (es decir, ácido 5 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico) en el carbono 5 de su grupo 1,4 dieno (es decir, sus enlaces dobles 5 Z ,8 Z ) para formar ácido 5( S )-hidroperoxi-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico (es decir, 5 S -HpETE). [ 5 ] El intermedio 5 S -HpETE puede ser liberado por la enzima y reducido rápidamente por las peroxidasas de glutatión celulares a su alcohol correspondiente, ácido 5( S )-hidroxi-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico (es decir, 5-HETE ), o, alternativamente, metabolizado aún más por la actividad epoxidasa de ALOX5 (también denominada LTA4 sintasa) que convierte 5 S -HpETE en su epóxido , ácido 5 S ,6 S -hidroxi-6 E ,8 Z ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico (es decir, LTA4 ). [ 6 ] Luego, el LTA4 es procesado por una enzima soluble separada, la hidrolasa de leucotrieno-A4 , para formar el producto dihidroxilado, ácido leucotrieno B4 (LTB4, es decir, ácido 5 S ,12 R -dihidroxi-5 S ,6 Z ,8 E , 10 E ,12 R ,14 Z -eicosatetraenoico) o por la sintasa LTC4 o la glutatión S-transferasa microsomal 2 ( MGST2 ), que unen el azufre del residuo tio (es decir SH) de la cisteína en el tripéptido glutamato - cisteína - glicina al carbono 6 del LTA4 formando así LTC4 (es decir, ácido 5 S -hidroxi,6 R -(S-glutatiónil)-7 E ,9 E ,11 Z ,14 Z -eicosatetraenoico). Los residuos de Glu y Gly de LTC4 pueden ser eliminados paso a paso por la gamma-glutamiltransferasa y una dipeptidasa para formar secuencialmenteLTD4 and LTE4.[4][7] To varying extents, the other PUFA substrates of ALOX5 follow similar metabolic pathways to form analogous products.
Sub-human mammalian Alox5 enzymes like those in rodents appear to have, at least in general, similar structures, distributions, activities, and functions as human ALOX5. Hence, model Alox5 studies in rodents appear to be valuable for defining the function of ALOX5 in humans (see Lipoxygenase § Mouse lipoxygenases).
Regulation
ALOX5 exists primarily in the cytoplasm and nucleoplasm of cells. Upon cell stimulation, ALOX5: a) may be phosphorylated on serine 663, 523, and/or 271 by mitogen-activated protein kinases, S6 kinase, protein kinase A (PKA), protein kinase C, Cdc2, and/or a Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase; b) moves to bind with phospholipids in the nuclear membrane and, probably, endoplasmic reticulum membrane; c) is able to accept substrate fatty acids presented to it by the 5-lipoxygenase-activating protein (FLAP) which is embedded in these membranes; and d) thereby becomes suited for high metabolic activity. These events, along with rises in cytosolic Ca2+ levels, which promote the translocation of ALOX5 form the cytoplasm and nucleoplasm to the cited membranes, are induced by cell stimulation such as that caused by chemotactic factors on leukocytes. Rises in cytosolic Ca2+, ALOX5's movement to membranes, and ALOX5's interaction with FLAP are critical to the physiological activation of the enzyme.[3] Serine 271 and 663 phosphorylations do not appear to alter ALOX5's activity. Serine 523 phosphorylation (which is conducted by PKA) totally inactivates the enzyme and prevents its nuclear localization; stimuli which cause cells to activate PKA can thereby block production of ALOX5 metabolites.[4][8]
Además de su activación, ALOX5 debe acceder a sus sustratos de ácidos grasos poliinsaturados (AGPI), que comúnmente se unen mediante un enlace éster a la posición sn 2 de los fosfolípidos de membrana , para formar productos biológicamente activos. Esto se logra mediante una gran familia de enzimas fosfolipasa A2 (PLA 2 ). El conjunto citosólico de PLA 2 (es decir, cPLA 2 s) de enzimas PLA 2 (véase Fosfolipasa A2 § Fosfolipasas A2 citosólicas (cPLA2) ) en particular media muchos casos de liberación de AGPI inducida por estímulos en células inflamatorias. Por ejemplo, los factores quimiotácticos estimulan a los neutrófilos humanos para aumentar el Ca 2+ citosólico, lo que desencadena que las cPLA 2 s, en particular la isoforma α (cPLA 2 α ), se muevan desde su residencia normal en el citosol a las membranas celulares. Esta estimulación del factor quimiotáctico provoca simultáneamente la activación de las quinasas de proteínas activadas por mitógenos (MAPK), que a su vez estimulan la actividad de la cPLA2α mediante su fosforilación en la serina 505 (otros tipos celulares pueden activar esta u otras isoformas de cPLA2 utilizando otras quinasas que las fosforilan en diferentes residuos de serina). Estos dos eventos permiten que las cPLA2 liberen los PUFA esterificados a los fosfolípidos de membrana a la FLAP, que luego los presenta a la ALOX5 para su metabolismo. [ 9 ] [ 10 ]
Other factors are known to regulate ALOX5 activity in vitro but have not been fully integrated into its physiological activation during cell stimulation. ALOX5 binds with the F actin-binding protein, coactin-like protein. Based on in vitro studies, this protein binding serves to stabilize ALOX5 by acting as a chaperone (protein) or scaffold, thereby averting the enzyme's inactivation to promote its metabolic activity; depending on circumstance such as the presence of phospholipids and levels of ambient Ca2+, this binding also alters the relative levels of hydroperoxy versus epoxide (see arachidonic acid section below) products made by ALOX5.[3][4] The binding of ALOX5 to membranes as well as its interaction with FLAP likewise cause the enzyme to alter its relative levels of hydroperoxy versus epoxide production, in these cases favoring the production of the epoxide products.[4] The presence of certain diacylglycerols such as 1-oleoyl-2-acetyl-sn-glycerol, 1-hexadecyl-2-acetyl-sn-glycerol, and 1-O-hexadecyl-2-acetyl-sn-glycerol, and 1,2-dioctanoyl-sn-glycerol but not 1-stearoyl-2-arachidonyl-sn-glycerol increase the catalytic activity of ALOX5 in vitro.[4]
Substrates, metabolites, and metabolite activities
ALOX5 metabolizes various omega-3 and omega-6 PUFA to a wide range of products with varying and sometimes opposing biological activities. A list of these substrates along with their principal metabolites and metabolite activities follows. ![]()
Arachidonic acid
La ALOX5 metaboliza el ácido graso omega-6 , ácido araquidónico (AA, es decir, ácido 5Z ,8Z , 11Z , 14Z - eicosatetraenoico ), a ácido 5-hidroperoxieicosatetraenoico ( 5-HpETE ), que luego se convierte rápidamente en productos fisiológica y patológicamente importantes. Las peroxidasas de glutatión (GPX) celulares ubicuas reducen el 5-HpETE a ácido 5-hidroxieicosatetraenoico ( 5-HETE ); el 5-HETE puede ser metabolizado posteriormente por la 5-hidroxieicosanoide deshidrogenasa (5-HEDH) a ácido 5-oxo-eicosatetraenoico (5-oxo-ETE). Alternativamente, la actividad intrínseca de ALOX5 puede convertir 5-HpETE en su epóxido 5,6, leucotrieno A4 LTA4 , que luego se convierte rápidamente en leucotrieno B4 ( LTB4 ) por la hidrolasa de leucotrieno-A4 (LTA4H) o en leucotrieno C4 ( LTC4 ) por la sintasa de LTC4 (LTC4S); LTC4 sale de sus células de origen a través del transportador MRP1 (ABCC1) y se convierte rápidamente en LTD4 y luego en LTE4 ) por enzimas gamma-glutamiltransferasa y peptidasa dipeptidasa unidas a la superficie celular. En otra vía, ALOX5 puede actuar en serie con una segunda enzima lipoxigenasa, ALOX15 , para metabolizar AA en lipoxina A4 (LxA4) y LxB4 (ver Mediadores pro-resolutivos especializados § Lipoxinas ). [ 3 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Las GPX, 5-HEDH, LTA4H, LTC4S, ABCC1 y las peptidasas de la superficie celular pueden actuar de manera similar sobre los metabolitos derivados de ALOX5 de otros PUFA.
LTB4, 5-HETE, and 5-oxo-ETE may contribute to the innate immune response as leukocyte chemotactic factors, i.e. they recruit and further activate circulating blood neutrophils and monocytes to sites of microbial invasion, tissue injury, and foreign bodies. When produced in excess, however, they may contribute to a wide range of pathological inflammatory responses (5-HETE and LTB4). 5-Oxo-ETE is a particularly potent chemotactic factor for and activator of eosinophils and may thereby contribute to eosinophil-based allergic reactions and diseases.[4][14] These metabolites may also contribute to the progression of certain cancers such as those of the prostate, breast, lung, ovary, and pancreas. ALOX5 may be overexpressed in some of these cancers; 5-Oxo-ETE and to a lesser extent 5-HETE stimulate human cell lines derived from these cancers to proliferate; and the pharmacological inhibition of ALOX5 in these human cell lines causes them to die by entering apoptosis.[14][15][16][17][18] ALOX5 and its LTB4 metabolite as well as this metabolite's BLT1 and BLT2 receptors have also been shown to promote the growth of various types of human cancer cell lines in culture.[19][20]
LTC4, LTD4, and LTE4 contribute to allergic airways reactions such as asthma, certain non-allergic hypersensitivity airways reactions, and other lung diseases involving bronchoconstriction by contracting these airways and promoting in these airways inflammation, micro-vascular permeability, and mucus secretion; they likewise contribute to various allergic and non-allergic reactions involving rhinitis, conjunctivitis, and urticaria.[3] Certain of these peptide-leukotrienes have been shown to promote the growth of cultured human breast cancer and chronic lymphocytic leukemia cell lines thereby suggesting that ALOX5 may contribute to the progression of these diseases.[19]
LxA4 y LxB4 pertenecen a la clase de mediadores pro-resolutivos especializados, metabolitos de ácidos grasos poliinsaturados. Se forman posteriormente a los factores quimiotácticos derivados de ALOX5 en la respuesta inflamatoria y se cree que limitan o resuelven estas respuestas, por ejemplo, inhibiendo la entrada de leucocitos circulantes en los tejidos inflamados, inhibiendo la acción proinflamatoria de los leucocitos, promoviendo su salida de los sitios de inflamación y estimulando la apoptosis de los leucocitos (véase Mediadores pro-resolutivos especializados y Lipoxina ). [ 11 ]
ácido de Mead
El ácido mead (es decir, ácido 5 Z ,8 Z ,11 Z -eicosatrienoico) es idéntico al AA excepto que tiene un enlace simple en lugar de doble entre su carbono 14 y 15. ALOX5 metaboliza el ácido mead a análogos de la serie 3 (es decir, que contienen 3 enlaces dobles) de sus metabolitos AA de la serie 4, a saber, ácido 5( S )-hidroxi-6 E ,8 Z ,11 Z -eicosatrienoico (5-HETrE), ácido 5-oxo-6,8,11-eicosatrienoico (5-oxo-ETrE), LTA3 y LTC3; dado que LTA3 inhibe la hidrolasa de LTA, las células que metabolizan el ácido mead producen relativamente poco LTB3 y se les bloquea la metabolización del ácido araquidónico a LTB4. Por otro lado, el 5-oxo-ETrE es casi tan potente como el 5-oxo-ETE como factor quimiotáctico de eosinófilos y, por lo tanto, puede contribuir al desarrollo de respuestas alérgicas fisiológicas y patológicas. [ 12 ] Presumiblemente, las mismas vías metabólicas que siguen a ALOX5 en la metabolización del ácido araquidónico a los metabolitos de la serie 4 actúan igualmente sobre el ácido mead para formar estos productos.
ácido eicosapentaenoico
ALOX5 metaboliza el ácido graso omega-3 , ácido eicosapentaenoico (EPA, es decir, ácido 4 Z ,8 Z ,11 Z ,14 Z ,17 Z -eiosapentaenoico), a ácido 5-hidroperoxi-eicosapentaenoico que luego se convierte en productos de la serie 5 que son estructuralmente análogos a sus contrapartes de ácido araquidónico, a saber, ácido 5-hidroxi-eicosapentaenoico (5-HEPE), ácido 5-oxo-eicosapentaenoico (5-oxo-HEPE), LTB5, LTC5, LTD5 y LTE5. [ 4 ] [ 21 ] Presumiblemente, las mismas vías metabólicas que siguen a ALOX5 en la metabolización del ácido araquidónico a los metabolitos de la serie 4 también actúan sobre el EPA para formar estos productos de la serie 5. ALOX5 también coopera con otras enzimas lipoxigenasa, ciclooxigenasa o citocromo P450 en vías metabólicas en serie para metabolizar el EPA en resolvinas de la serie E (véase Mediadores pro-resolutivos especializados § Resolvinas derivadas del EPA para obtener más detalles sobre este metabolismo), a saber, resolvina E1 (RvE1) y RvE2. [ 22 ] [ 23 ]
5-HEPE, 5-oxo-HEPE, LTB5, LTC5, LTD5 y LTE5 son generalmente menos potentes para estimular células y tejidos que sus homólogos derivados del ácido araquidónico; dado que su producción está asociada con una producción reducida de sus homólogos derivados del ácido araquidónico, pueden servir indirectamente para reducir las actividades proinflamatorias y proalérgicas de sus homólogos derivados del ácido araquidónico. [ 4 ] [ 21 ] RvE1 y ReV2 son mediadores pro-resolutivos especializados que contribuyen a la resolución de la inflamación y otras reacciones. [ 23 ]
ácido docosahexaenoico
ALOX5 actúa en serie con ALOX15 para metabolizar el ácido graso omega 3, ácido docosahexaenoico (DHA, es decir, ácido 4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z-docosahexaenoico), a resolvinas de la serie D (véase Mediadores pro - resolutivos especializados § Resolvinas derivadas de DHA para obtener más detalles sobre este metabolismo). [ 23 ] [ 24 ]
The D series resolvins (i.e. RvD1, RvD2, RvD3, RvD4, RvD5, RvD6, AT-RVD1, AT-RVD2, AT-RVD3, AT-RVD4, AT-RVD5, and AT-RVD6) are specialized pro-resolving mediators that contribute to the resolution of inflammation, promote tissue healing, and reduce the perception of inflammation-based pain.[23][24]
Transgenic studies
Studies in model animal systems that delete or overexpress the Alox5 gene have given seemingly paradoxical results. In mice, for example, Alox5 overexpression may decrease the damage caused by some types yet increase the damage caused by other types of invasive pathogens. This may be a reflection of the array of metabolites made by the Alox5 enzyme some of which possess opposing activities like the pro-inflammatory chemotactic factors and the anti-inflammatory specialized pro-resolving mediators. Alox5 and presumably human ALOX5 functions may vary widely depending on: the agents stimulating their activity; the types of metabolites that they form; the specific tissues responding to these metabolites; the times (e.g. early versus delayed) at which observations are made; and very likely various other factors.
Los ratones knockout del gen Alox5 son más susceptibles al desarrollo y las complicaciones patológicas de la infección experimental con Klebsiella pneumoniae , Borrelia burgdorferi y Paracoccidioides brasiliensis . [ 8 ] [ 25 ] En un modelo de sepsis inducida por perforación del ciego , los ratones knockout del gen ALOX5 exhibieron una disminución en el número de neutrófilos y un aumento en el número de bacterias que se acumularon en su peritoneo . [ 26 ] Por otro lado, los ratones knockout del gen ALOX5 demuestran una mayor resistencia y una patología reducida a la infección por Brucella abortus [ 27 ] y, al menos en su fase aguda, a la infección por Trypanosoma cruzi . [ 28 ] Además, los ratones Alox5 -null exhiben un componente inflamatorio empeorado, una falla en la resolución de las respuestas relacionadas con la inflamación y una supervivencia reducida en modelos experimentales de enfermedad por virus sincitial respiratorio , enfermedad de Lyme , enfermedad por Toxoplasma gondii y lesión corneal . Estos estudios indican que Alox5 puede desempeñar una función protectora, presumiblemente mediante la generación de metabolitos como factores quimiotácticos que movilizan el sistema inmunitario innato . Sin embargo, la supresión de la inflamación también parece ser una función de Alox5, presumiblemente mediante la contribución a la producción de mediadores pro-resolutivos especializados (SPM) antiinflamatorios , al menos en ciertos sistemas modelo de inflamación en roedores. Estos estudios genéticos permiten que ALOX5, junto con los factores quimiotácticos y los SPM que contribuye a producir, pueda desempeñar funciones proinflamatorias y antiinflamatorias opuestas similares en humanos. [ 22 ] [ 29 ]
Los ratones knock-out del gen Alox5 exhiben un aumento en el volumen del tumor pulmonar y metástasis hepática de células de carcinoma pulmonar de Lewis que fueron implantadas directamente en sus pulmones; este resultado difiere de muchos estudios in vitro que implicaron a ALOX5 humano junto con ciertos de sus metabolitos con la promoción del crecimiento de células cancerosas en que encuentra que Alox5 de ratón y, tal vez, ciertos de sus metabolitos inhiben el crecimiento de células cancerosas. Los estudios en este modelo sugieren que Alox5, actuando a través de uno o más de sus metabolitos, reduce el crecimiento y la progresión del carcinoma de Lewis al reclutar células T cooperadoras CD4+ inhibidoras del cáncer y células T citotóxicas CD8+ a los sitios de implantación. [ 30 ] Esta notable diferencia entre los estudios in vitro humanos e in vivo de ratones puede reflejar diferencias de especies, diferencias in vitro versus in vivo, o diferencias del tipo de célula cancerosa en la función de ALOX5/Alox5.
Importancia clínica
Inflamación
Los estudios implican a ALOX5 en la contribución a la inmunidad innata al contribuir al aumento de las respuestas inflamatorias a una amplia gama de enfermedades:
- invasión aguda de patógenos , traumatismos y quemaduras (véase Inflamación § Causas )
Sin embargo, ALOX5 también contribuye al desarrollo y la progresión de respuestas inflamatorias excesivas y crónicas, tales como:
(véase Inflamación § Trastornos ).
Estas funciones duales probablemente reflejan la capacidad de ALOX5 para formar: a) el potente factor quimiotáctico LTB4, y posiblemente también el factor quimiotáctico más débil 5S - HETE, que sirven para atraer y activar células inductoras de inflamación como leucocitos circulantes, macrófagos tisulares y células dendríticas ; y b) la subfamilia de lipoxinas y resolvinas de SPM, que tienden a inhibir estas células, así como las respuestas inflamatorias generales. [ 8 ] [ 31 ] [ 32 ]
Alergia
ALOX5 contribuye al desarrollo y la progresión de alergias y reacciones inflamatorias alérgicas , así como a enfermedades como:
- rinitis alérgica
- conjuntivitis
- asma
- erupciones
- eccema (véase Alergia § Signos y síntomas ).
Esta actividad refleja la formación de a) LTC4, LTD4 y LTE4 que promueven la permeabilidad vascular, contraen el músculo liso de las vías respiratorias y perturban estos tejidos, y b) LTB4 y posiblemente 5-oxo-ETE que son factores quimiotácticos y activadores del tipo celular que promueve dichas reacciones, el eosinófilo . [ 8 ] [ 14 ] El 5-oxo-ETE y, en menor medida, el 5 S -HETE, también actúan sinérgicamente con otro mediador proalérgico, el factor activador de plaquetas , para estimular y activar los eosinófilos. [ 14 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]
Reacciones de hipersensibilidad
ALOX5 contribuye a las reacciones de hipersensibilidad no alérgicas a los AINE del sistema respiratorio y la piel , tales como:
- enfermedad respiratoria exacerbada por aspirina
- rinitis no alérgica
- conjuntivitis no alérgica
- angioedema
- urticarial .
También puede contribuir a las respuestas de hipersensibilidad del sistema respiratorio al aire frío y posiblemente incluso a las bebidas alcohólicas. Es probable que estas respuestas patológicas involucren los mismos metabolitos formados por ALOX5 que los que promueven las reacciones alérgicas. [ 13 ] [ 8 ] [ 36 ]
Fármacos inhibidores de ALOX5
Los estudios de tejidos, modelos animales y estudios genéticos en animales y humanos citados anteriormente implican a ALOX5 en una amplia gama de enfermedades:
- respuestas inflamatorias excesivas a patógenos , traumatismos, quemaduras y otras formas de daño tisular (véase Inflamación § Causas )
- afecciones inflamatorias crónicas como:
(véase Inflamación § Trastornos )
- Reacciones alérgicas e inflamatorias tales como:
- Reacciones agudas no alérgicas inducidas por AINE, tales como:
- asma
- rinitis
- conjuntivitis
- angioedema
- urticaria
- la progresión de ciertos tipos de cáncer, como los de próstata y páncreas.
Sin embargo, el uso clínico de fármacos que inhiben la ALOX5 para tratar cualquiera de estas enfermedades solo ha tenido éxito con Zileuton, junto con su presentación de liberación controlada, Zileuton CR.
Zileuton está aprobado en EE. UU. para la profilaxis y el tratamiento crónico del asma alérgica; también se utiliza para tratar reacciones crónicas no alérgicas como las reacciones pulmonares, nasales y conjuntivales no alérgicas inducidas por AINE, así como el asma inducida por el ejercicio. Zileuton ha mostrado algunos efectos beneficiosos en ensayos clínicos para el tratamiento de la artritis reumatoide, la enfermedad inflamatoria intestinal y la psoriasis. [ 8 ] [ 37 ] Zileuton se encuentra actualmente en un estudio de fase II para el tratamiento del acné vulgar (acné facial inflamatorio leve a moderado) y un estudio de fase I (véase Ensayo clínico § Fases ) que lo combina con imatinib para el tratamiento de la leucemia mieloide crónica . [ 38 ] [ 39 ] Zyleuton y zileuton CR causan elevaciones de las enzimas hepáticas en el 2 % de los pacientes; por lo tanto, ambos fármacos están contraindicados en pacientes con enfermedad hepática activa o elevaciones persistentes de las enzimas hepáticas superiores a tres veces el límite superior de la normalidad. Se debe evaluar la función hepática antes de iniciar cualquiera de estos fármacos, mensualmente durante los primeros 3 meses, cada 2-3 meses durante el resto del primer año y periódicamente a partir de entonces; además, el zileutón tiene un perfil farmacológico bastante desfavorable (véase Zileutón § Contraindicaciones y advertencias ). [ 38 ] Dadas estas deficiencias, se están estudiando otros fármacos dirigidos a ALOX5.
Flavocoxid es una mezcla patentada de bioflavonoides purificados derivados de plantas, que incluye baicalina y catequinas . Inhibe la COX-1, la COX-2 y la ALOX5 in vitro y en modelos animales. Flavocoxid ha sido aprobado para su uso como alimento médico en los Estados Unidos desde 2004 y está disponible con receta médica para el tratamiento de la osteoartritis crónica en comprimidos de 500 mg bajo el nombre comercial Limbrel. Sin embargo, en ensayos clínicos se observaron elevaciones de las enzimas hepáticas séricas en hasta el 10 % de los pacientes tratados con flavocoxid, aunque las elevaciones superiores a tres veces el límite superior de la normalidad se presentaron solo en el 1-2 % de los receptores. Desde su lanzamiento, se han reportado varios casos de daño hepático agudo clínicamente evidente atribuidos a flavocoxid. [ 40 ]
Setileuton (MK-0633) ha completado un ensayo clínico de fase II para el tratamiento del asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y la aterosclerosis (NCT00404313, NCT00418613 y NCT00421278, respectivamente). [ 38 ] [ 41 ] PF-4191834 [ 42 ] ha completado estudios de fase II para el tratamiento del asma (NCT00723021). [ 38 ]
La hiperforina , un componente activo de la hierba hipérico , es activa a concentraciones micromolares en la inhibición de ALOX5. [ 43 ] La indirubina-3'-monoxima, un derivado del alcaloide natural indirubina , también se describe como un inhibidor selectivo de ALOX5 eficaz en una variedad de sistemas modelo libres de células y basados en células. [ 44 ] Además, la curcumina , un componente de la cúrcuma , es un inhibidor de 5-LO según lo definido por estudios in vitro de la enzima. [ 45 ]
Se ha descubierto que el ácido acetil-ceto-beta-boswélico ( AKBA ) , uno de los ácidos boswélicos bioactivos presentes en Boswellia serrata (incienso indio), inhibe la 5-lipoxigenasa. La boswellia reduce el edema cerebral en pacientes irradiados por tumores cerebrales, y se cree que esto se debe a la inhibición de la 5-lipoxigenasa. [ 46 ] [ 47 ]
Si bien solo un fármaco inhibidor de ALOX5 ha demostrado ser útil para el tratamiento de enfermedades humanas, otros fármacos que actúan en etapas posteriores de la vía iniciada por ALOX5 se utilizan clínicamente. Montelukast , zafirlukast y pranlukast son antagonistas del receptor de cisteinil leucotrieno 1 , que contribuye a mediar las acciones de LTC4, LTD4 y LTE4. Estos fármacos se utilizan comúnmente como profilaxis y tratamiento crónico del asma y la rinitis alérgicas y no alérgicas [ 3 ] y también pueden ser útiles para tratar la apnea del sueño adquirida en la infancia debida a hipertrofia adenotonsilar (véase Miopatía no inflamatoria adquirida § Dieta y miopatía inducida por traumatismos ). [ 48 ]
Hasta la fecha, sin embargo, ni los inhibidores de la síntesis de LTB4 (es decir, los bloqueadores de la hidrolasa ALOX5 o LTA4) ni los inhibidores de los receptores de LTB4 (BLT1 y BLT2) han demostrado ser fármacos antiinflamatorios eficaces. Además, los bloqueadores de la síntesis de LTC4, LTD4 y LTE4 (es decir, los inhibidores de ALOX5), así como los antagonistas de los receptores de LTC4 y LTD4, han demostrado ser inferiores a los corticosteroides como monoterapia para el asma persistente, particularmente en pacientes con obstrucción de las vías respiratorias. Como segundo fármaco añadido a los corticosteroides, los inhibidores de los leucotrienos parecen ser inferiores a los agonistas beta2-adrenérgicos en el tratamiento del asma. [ 49 ]
Genética humana
ALOX5 contribuye a la formación de metabolitos de ácidos grasos poliinsaturados (AGPI) que pueden promover (por ejemplo, los leucotrienos, 5-oxo-ETE) pero también a la de metabolitos que inhiben (es decir, lipoxinas, resolvinas) enfermedades. En consecuencia, una determinada anomalía en la expresión o actividad de ALOX5, debida a variaciones en su gen, puede promover o suprimir la inflamación, dependiendo de las funciones relativas que estos metabolitos opuestos desempeñen en la regulación del tipo específico de reacción examinada. Además, las reacciones tisulares relacionadas con ALOX5 estudiadas hasta la fecha están influenciadas por múltiples variables genéticas, ambientales y del desarrollo que pueden afectar las consecuencias de las anomalías en la expresión o función de ALOX5. Por consiguiente, las anomalías en el gen ALOX5 pueden variar según la población y los individuos estudiados.
Asma alérgica
El promotor corriente arriba en el gen ALOX5 humano posee comúnmente cinco repeticiones GGGCCGG que se unen al factor de transcripción Sp1 y, por lo tanto, aumentan la transcripción del gen ALOX5. Las variantes homocigotas para esta región promotora de cinco repeticiones en un estudio de 624 niños asmáticos en Ankara, Turquía, tenían muchas más probabilidades de tener asma grave . Estas variantes están asociadas con niveles reducidos de ALOX5, así como con una producción reducida de LTC4 en sus eosinófilos. [ 50 ] Estos datos sugieren que ALOX5 puede contribuir a atenuar la gravedad del asma, posiblemente mediante la metabolización de PUFA en mediadores pro-resolutivos especializados . [ 51 ] Las diferencias de polimorfismo de un solo nucleótido en los genes que promueven la actividad de ALOX5 (es decir, la proteína activadora de la 5-lipoxigenasa ), metabolizan el producto inicial de ALOX5, 5 S -HpETE, a LTB4 (es decir, la hidrolasa de leucotrieno-A4 ), o son los receptores celulares responsables de mediar las respuestas celulares a los productos posteriores de ALOX, LTC4 y LTD4 (es decir, CYSLTR1 y CYSLTR2 ) se han asociado con la presencia de asma en estudios de poblaciones individuales. Estos estudios sugieren que las variantes genéticas pueden desempeñar un papel, aunque relativamente menor, en la susceptibilidad general al asma alérgica. [ 50 ]
Reacciones no alérgicas inducidas por AINE
Aspirin and other non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAID) can cause NSAID-exacerbated diseases (N-ERD). These have been recently classified into 5 groups 3 of which are not caused by a classical immune mechanism and are relevant to the function of ALOX5: 1) NSAIDs-exacerbated respiratory disease (NERD), i.e. symptoms of bronchial airways obstruction, shortness of breath, and/or nasal congestion/rhinorrhea occurring shortly after NSAID ingestion in patients with a history of asthma and/or rhinosinusitis; 2) NSAIDs-exacerbated cutaneous disease (NECD), i.e. wheal responses and/or angioedema responses occurring shortly after NSAID ingestion in patients with a history of chronic urticaria; and 3) NSAIDs-induced urticaria/angioedema (NIUA) (i.e. wheals and/or angioedema symptoms occurring shortly after NSAID ingestion in patients with no history of chronic urticaria).[52] The geneticsingle-nucleotide polymorphism (SNP) variant in the ALOX5 gene, ALOX5-1708 G>A is associated with NSAID-induced asthma in Korean patients and three SNP ALOX5 variants, rs4948672,[53] rs1565096,[54] and rs7894352,[55] are associated with NSAID-induced cutaneous reactions in Spanish patients.[33]
Atherosclerosis
Bearers of two variations in the predominant five tandem repeat Sp1 binding motif (GGGCCGG) of the ALOX5 gene promoter in 470 subjects (non-Hispanic whites, 55.1%; Hispanics, 29.6%; Asian or Pacific Islander, 7.7&; African Americans, 5.3%, and others, 2.3%) were positively associated with the severity of atherosclerosis, as judged by carotid intima–media thickness measurements. Variant alleles involved deletions (one or two) or additions (one, two, or three) of Sp1 motifs to the five tandem motifs allele.[56]
See also
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Enlaces externos
- Arachidonate+5-Lipoxygenase at the U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Human ALOX5 genome location and ALOX5 gene details page in the UCSC Genome Browser.
- Human genes
- EC 1.13.11
- Enzymes
- Eicosanoids
- Lipid metabolism
- Peripheral membrane proteins