Las hepoxilinas (Hx) son un conjunto de metabolitos epoxialcohólicos de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), es decir, poseen tanto un residuo epóxido como un residuo alcohol (es decir, hidroxilo ). HxA3 , HxB3 y sus isómeros formados no enzimáticamente son eicosanoides no clásicos derivados del ácido (PUFA), ácido araquidónico . Un segundo grupo de hepoxilinas menos estudiadas, HxA4 , HxB4 y sus isómeros formados no enzimáticamente son eicosanoides no clásicos derivados del PUFA, ácido eicosapentaenoico . Recientemente, 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 han sido definidos como derivados del ácido araquidónico que son producidos por una vía metabólica diferente a HxA3, HxB3, HxA4, o HxB4 y difieren de las hepoxilinas antes mencionadas en las posiciones de sus residuos hidroxilo y epóxido. Finalmente, productos similares a hepoxilina de otros dos PUFA, ácido docosahexaenoico y ácido linoleico , han sido descritos. Todos estos metabolitos de epoxialcohol son al menos algo inestables y son fácilmente metabolizados enzimáticamente o no enzimáticamente a sus contrapartes trihidroxi correspondientes, las trioxilinas (TrX). HxA3 y HxB3, en particular, están siendo metabolizados rápidamente a TrXA3 , TrXB3 y TrXC3 . Las hepoxilinas tienen diversas actividades biológicas en modelos animales y/o tejidos y células de mamíferos (incluidos humanos) cultivados. Los metabolitos TrX de HxA3 y HxB3 tienen una actividad menor o nula en la mayoría de los sistemas estudiados, pero en algunos sistemas conservan la actividad de sus precursores, las hepoxilinas. Con base en estos estudios, se ha propuesto que las hepoxilinas y las trioxilinas funcionan en la fisiología y patología humana, por ejemplo, promoviendo respuestas inflamatorias y dilatando las arterias para regular el flujo sanguíneo regional y la presión arterial.
En 1984, CR Pace-Asciak y JM Martin identificaron, nombraron y demostraron por primera vez que HxA3 y HxB3 tenían actividad biológica para estimular la secreción de insulina en islotes pancreáticos de Langerhans de ratas cultivadas en Canadá. [1] Poco después, Pace-Asciak identificó, nombró y demostró que HxA4 y HxB4 tenían actividad secretagoga de insulina. [2]
HxA3, HxB3 y sus isómeros se distinguen de la mayoría de los demás eicosanoides (es decir, moléculas de señalización creadas por oxidación de ácidos grasos de 20 carbonos) en que contienen residuos tanto de epóxido como de hidroxilo ; se diferencian estructuralmente en particular de otras dos clases de eicosanoides derivados del ácido araquidónico, los leucotrienos y las lipoxinas , en que carecen de dobles enlaces conjugados . HxA4 y HxB4 se distinguen de HxA3 y HxB3 por poseer cuatro en lugar de tres dobles enlaces . Los eicosanoides no clásicos 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 se distinguen de las hepoxilinas antes mencionadas en que se forman por una vía metabólica diferente y difieren en la posición de sus residuos de epóxido e hidroxilo. Otras dos clases de ácidos grasos epoxialcohólicos, los derivados del ácido graso poliinsaturado de 22 carbonos, ácido docosahexaenoico, y el ácido graso de 18 carbonos, ácido linoleico, se distinguen de las hepoxilinas mencionadas anteriormente por la longitud de su cadena de carbono; se denominan similares a la hepoxilina en lugar de hepoxilinas. [3] [4] Un derivado similar a la hepoxilina del ácido linoleico se forma en el ácido linoleico que se esterifica a una esfingosina en un lípido complejo denominado omega-hidroxilacil-esfingosina esterificada (EOS). [4]
Las identidades estructurales completas de las hepoxilinas y los compuestos similares a las hepoxilinas en la mayoría de los estudios no están claras en dos aspectos importantes. En primer lugar, la quiralidad R versus S de su residuo hidroxi en el estudio inicial y en la mayoría de los estudios posteriores no está definida y, por lo tanto, se da con, por ejemplo, HxB3 como 10 R/S -hidroxi o simplemente 10-hidroxi. En segundo lugar, la quiralidad R , S versus S , R del residuo epóxido en estos estudios anteriores tampoco está definida y se da con, por ejemplo, HxB3 como 11,12-epóxido. Si bien algunos estudios posteriores han definido la quiralidad de estos residuos para los productos que aislaron, [5] a menudo no está claro que los estudios anteriores trataran con productos que tenían exactamente la misma o una quiralidad diferente en estos residuos.
Las hepoxilinas, como la HxA3 y la HxB3, son intermediarios metabólicos derivados del ácido graso poliinsaturado (PUFA), el ácido araquidónico. Poseen tanto un residuo epóxido como un residuo hidroxilo. Como intermediarios metabólicos, las hepoxilinas desempeñan varias funciones en la fisiología y patología humana. Tienen diversas actividades biológicas en modelos animales y/o tejidos y células de mamíferos cultivados (incluidos los humanos). Por ejemplo, se las ha implicado en la promoción de la respuesta inflamatoria basada en neutrófilos a varias bacterias en los intestinos y pulmones de roedores.
El HxA3 y el HxB3 humanos se forman en una reacción de dos pasos. Primero, se añade oxígeno molecular (O2) al carbono 12 del ácido araquidónico (es decir, ácido 5Z,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoico) y, al mismo tiempo, el doble enlace 11Z en este araquidonato se mueve a la posición 10E para formar el producto intermedio, ácido 12S - hidroperoxi -5Z,8Z,10E,14Z-eicosatetraenoico (es decir, ácido 12S - hidroperoxieicosatetraenoico o 12S - HpETE). En segundo lugar, el 12 S -HpETE se convierte en los productos de hepoxilina, HxA3 (es decir, ácido 8 R/S -hidroxi-11,12-óxido-5 Z ,9 E ,14 Z -eicosatrienoico) y HxB3 (es decir, ácido 10 R/S -hidroxi-11,12-óxido-5 Z ,8 Z ,14 Z -eicosatrienoico). [3] Esta reacción metabólica de dos pasos se ilustra a continuación:
El segundo paso en esta reacción, la conversión de 12( S )-HpETE a HxA3 y HxB3, puede ser catalizada por ALOX12 como una propiedad intrínseca de la enzima. [6] Sin embargo, con base en estudios de eliminación de genes , la lipoxigenasa epidérmica, ALOXE3 , o más correctamente, su ortólogo de ratón Aloxe3, parece ser responsable de convertir 12( S )-HpETE a HxB3 en la piel y el tejido espinal del ratón. [4] [7] [8] Se sugiere que ALOXE3 contribuye en parte o en su totalidad a la producción de HxB3 y quizás otras hepoxilinas por los tejidos donde se expresa, como la piel. [4] [9] Además, los ácidos grasos insaturados que contienen hidroperóxido pueden reorganizarse de manera no enzimática para formar una variedad de isómeros de epoxialcohol. [10] Se sugiere que el 12( S )-HpETE formado en los tejidos puede reorganizarse de manera similar de manera no enzimática para formar HxA3 y HXB3. [4] Sin embargo, a diferencia de los productos fabricados por ALOX12 y ALOXE3, que son estereoespecíficos para formar solo HxA3 y HxB3, esta producción no enzimática de hepoxilinas puede formar una variedad de isómeros de hepoxilina y ocurrir como un artefacto del procesamiento de tejidos. [4] Finalmente, las peroxidasas celulares reducen fácil y rápidamente el 12( S )-HpETE a su análogo hidroxilo, el ácido 12 S -hidroxi-5Z,8Z,10E,14Z-eicosatetraenoico (12 S -HETE; ver ácido 12-hidroxieicosatetraenoico ; esta reacción compite con la reacción de formación de hepoxilina y en células que expresan una actividad de peroxidasa muy alta puede ser responsable de bloquear la formación de las hepoxilinas. [3]
ALOX15 es responsable de metabolizar el ácido araquidónico a 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 como se indica en la siguiente reacción de dos pasos que primero forma ácido 15( S )-hidroperoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -eicosatetraenoico (15 S -HpETE) y luego dos isómeros específicos de ácido 11 S/R -hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Z ,8 Z ,12 E -eicosatrienoico (es decir, 14,15-HxA3) y ácido 13 S/ R)-hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z -eicosatrienoico (es decir, 14,15-HxB3):
Ácido 5Z,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoico + O 2 → 15( S )-hidroperoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -eicosatetraenoico → 11 R -hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Z ,8 Z ,12 E -eicosatrienoico y 13 R -hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z -eicosatrienoico
ALOX15 parece capaz de llevar a cabo ambos pasos en esta reacción [11] aunque estudios adicionales pueden mostrar que ALOXE3, reordenamientos no enzimáticos y la reducción de 15 S -HpETE a ácido 15( S )-hidroxi-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E -eicosatetraenoico (es decir, 15 S -HETE; ver ácido 15-hidroxiicosatetraenoico ) pueden estar involucrados en la producción de 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 como lo están en la de HxA3 y HxB3.
La producción de metabolitos similares a la hepoxilina del ácido docosahexaenoico, ácido 7 R/S -hidroxi-10,11-epoxi-4 Z ,7 E ,13 Z ,16 Z ,19 Z -docosapentaenoico (es decir, 7-hidroxi-bis-α-dihomo-HxA5) y ácido 10-hidroxi-13,14-epoxi-4 Z ,7 EZ ,11 E ,16 Z ,19 Z -docosapentaenoico (es decir, 10-hidroxi-bis-α-dihomo-HxA5) se formó (o se infirió que se formó con base en la formación de sus metabolitos tihidroxi (ver trioxilinas, a continuación) como resultado de agregar ácido docosahexaenoico a la glándula pineal o al hipocampo aislado de ratas; no se ha descrito la(s) vía(s) que producen estos productos. [3] [12]
En la piel de los seres humanos y los roedores se forma un metabolito del ácido linoleico similar a la hepoxilina. Esta hepoxilina se esterifica a esfinganina en un complejo lipídico denominado EOS (es decir, omega-hidroxiacil-esfingosina esterificada, véase Lipoxigenasa#Función biológica y clasificación#Lipoxigenasas humanas ) que también contiene un ácido graso de cadena muy larga . En esta vía, ALOX12B metaboliza el ácido linoleico esterificado a su derivado 9R-hidroperoxi y luego ALOXE3 metaboliza este intermedio a su producto 13R - hidroxi- 9R ,10R - epoxi. La vía funciona para entregar ácidos grasos de cadena muy larga a la envoltura lipídica cornificada de la superficie de la piel. [9]
HxA3 es extremadamente inestable y HxB3 es moderadamente inestable, descomponiéndose rápidamente en sus productos tri-hidroxi, por ejemplo, durante procedimientos de aislamiento que utilizan incluso métodos ligeramente ácidos; también se metabolizan rápidamente enzimáticamente en las células a estos mismos productos tri-hidroxi, denominados trioxilinas (TrX) o ácidos trihidroxieicoxatrienoicos (THETA); HxA3 se convierte en ácido 8,11,12-trihidroxi-5 Z ,9 E ,14 Z -eicosatrienoico (trioxilina A3 o TrXA3) mientras que HxB3 se convierte en ácido 10,11,12-trihidroxi-5 Z ,8 Z ,14 Z -eicosatrienoico (trioxilina B3 o TrXB3). [3] [13] Se ha detectado un tercer ácido trihidroxi, el ácido 8,9,12-trihidroxi-5 Z ,10 E ,14 Z eicosatrienoico (trioxilina C3 o TrXC3), en el tejido de la aorta de conejo y ratón incubado con ácido araquidónico. [5] [14] El metabolismo de HxA3 a TrXA3 y HXB3 a TrX se lleva a cabo por la epóxido hidrolasa soluble en el hígado del ratón; dado que está ampliamente distribuida en varios tejidos de varias especies de mamíferos, incluidos los humanos, la epóxido hidrolasa soluble puede ser la enzima principal responsable de metabolizar estos y quizás otros compuestos de hepoxilina. [3] [15] Sin embargo, parece posible que otras epóxido hidrolasas de acción similar , como la epóxido hidrolasa microsomal o la epóxido hidrolasa 2 , puedan demostrar actividad de hepoxilina hidrolasa. Si bien los productos trihidroxi de la síntesis de hepoxilina generalmente se consideran inactivos y, por lo tanto, se considera que la vía sEH funciona para limitar las acciones de las hepoxilinas, [3] [16] algunos estudios encontraron que TrXA3, TrXB3 y TrXC3 eran más potentes que HxA3 para relajar las arterias precontraídas de ratones [5] y que TrXC3 era un relajante relativamente potente de la aorta precontraída de conejo. [14]
La HxA3 se convirtió a través de una adición de Michael catalizada por la glutatión transferasa a su conjugado de glutatión , HxA3-C, es decir, 11-glutatiónil-HxA3, en un sistema libre de células o en homogeneizados de tejido de hipocampo de cerebro de rata ; la HxA3-C demostró ser un potente estimulador de la hiperpolarización de la membrana en las neuronas CA1 del hipocampo de rata. [17] Esta formación de hepoxilina A3-C parece análoga a la formación de leucotrieno C4 por la conjugación de glutatión con leucotrieno A4 . También se han detectado conjugados de glutatión de 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 en la línea celular de Reed-Sternberg de la enfermedad de Hodgkin humana , L1236. [11]
HxB3 y TrX3 se encuentran esterificados en la posición sn -2 del fosfolípido en lesiones de psoriasis humana y muestras de piel psoriásica humana acilan HxBw y TrX2 en estos fosfolípidos in vitro . [3] [18]
Prácticamente todos los estudios biológicos sobre las hepoxilinas se han llevado a cabo en animales o in vitro en tejidos animales y humanos. Sin embargo, estos estudios arrojan resultados diferentes según la especie, lo que complica su relevancia para los seres humanos. La traducción útil de estos estudios a la fisiología, patología, medicina clínica y terapias humanas requiere mucho más estudio.
La HxA3 y la HxB3 poseen acciones proinflamatorias, por ejemplo, estimulando la quimiotaxis de los neutrófilos humanos y aumentando la permeabilidad de los capilares de la piel. [3] [19] Estudios en humanos han encontrado que la cantidad de HxB3 es >16 veces mayor en lesiones psoriásicas que en la epidermis normal. Está presente en las escamas psoriásicas a ~10 micromolar, una concentración que puede ejercer efectos biológicos; no se detectó HxB3 en estos tejidos, aunque su presencia fue fuertemente indicada por la presencia de su metabolito, TrXB3, en niveles relativamente altos en las escamas psoriásicas pero no en el tejido epidérmico normal. [13] Estos resultados sugieren que los efectos proinflamatorios de la HxA3 y la HxB3 pueden contribuir a la respuesta inflamatoria que acompaña a la psoriasis y quizás a otras afecciones inflamatorias de la piel. [3] [13] [20] [21] La HxA3 también ha estado implicada en la promoción de la respuesta inflamatoria basada en neutrófilos a varias bacterias en los intestinos y pulmones de roedores.; [22] [23] esto permite que esta hepoxilina también pueda promover la respuesta inflamatoria de los humanos en otros tejidos, particularmente aquellos con una superficie mucosa , además de la piel. Además, la HxA3 y un análogo sintético de la HxB3, PBT-3, inducen a los neutrófilos humanos a producir trampas extracelulares de neutrófilos , es decir, matrices de fibrillas extracelulares ricas en ADN capaces de matar patógenos extracelulares mientras minimizan el tejido; por lo tanto, estas hepoxilinas pueden contribuir a la inmunidad innata al ser responsables de la eliminación directa de patógenos. [24]
Además de 12 S -HETE y 12 R -HETE (ver 12-HETE#Presión arterial ), HxA3, TrXA3 y TrXC3, pero ni HxB3 ni TrXB3 relajan las arterias del mesenterio del ratón precontraídas por el tromboxano A2 (TXA2). Mecanísticamente, estos metabolitos se forman en el endotelio vascular , se mueven al músculo liso subyacente y revierten la contracción del músculo liso causada por TXA2 al funcionar como un antagonista del receptor , es decir, inhiben competitivamente la unión de TXA2 a su receptor de tromboxano , la isoforma α . [5] Por el contrario, el epoxialcohol derivado de la 15-lipoxigenasa y los metabolitos trihidroxi del ácido araquidónico, a saber, el ácido 15-hidroxi-11,12-epoxieicosatrienoico, el ácido 13-hidroxi-14,15-epoxi-eicosatrienoico (un isómero 14,15-HxA4) y el ácido 11,12,15-trihidroxieicosatrienoico dilatan la aorta del conejo mediante un mecanismo del factor hiperpolarizante derivado del endotelio (EDHF), es decir, se forman en el endotelio de los vasos, se mueven hacia los músculos lisos subyacentes y desencadenan una respuesta de relajación inducida por hiperpolarización (biología) al unirse y abrir así sus canales de potasio activados por calcio (SK) de pequeña conductancia sensible a la apamina . [5] [25] [26] Los metabolitos citados pueden utilizar uno u otro de estos dos mecanismos en diferentes lechos vasculares y en diferentes especies animales para contribuir a regular el flujo sanguíneo regional y la presión arterial. Si bien no se ha estudiado el papel de estos metabolitos en la vasculatura humana, 12 S -HETE, 12 R -HETE, HxA3, TrXA3 y TrXC3 inhiben la unión de TXA2 al receptor de tromboxano humano. [5] [27]
HXA3 y HXB3 parecen ser responsables de la hiperalgesia y la alodinia táctil (dolor causado por un estímulo normalmente no doloroso) en respuesta a la inflamación de la piel de los ratones. En este modelo, las hepoxilinas se liberan en la médula espinal y activan directamente los receptores TRPV1 y TRPA1 para aumentar la percepción del dolor. [3] [28] [29] TRPV1 (el canal de cationes de potencial transitorio del receptor, miembro 1 de la subfamilia V (TrpV1), también denominado receptor de capsaicina o receptor vanilloide ) y TRPA1 (canal de cationes de potencial transitorio del receptor, miembro A1) son canales iónicos de la membrana plasmática en las células; se sabe que estos canales están involucrados en la percepción del dolor causado por estímulos físicos y químicos exógenos y endógenos en una amplia gama de especies animales, incluidos los humanos.
Las células de los islotes pancreáticos RINm5F de rata cultivadas que sufren estrés oxidativo secretan HxB3; HxB3 (y HxA3) a su vez regulan positivamente las enzimas peroxidasas que actúan para disminuir este estrés; se propone que esta inducción de oxidasas desencadenada por HxB3 constituye una respuesta de defensa compensatoria general utilizada por una variedad de células para proteger su vitalidad y funcionalidad. [30] [31]
Las acciones secretoras de insulina de HxA3 y HxB3 en células aisladas de islotes pancreáticos de rata implican su capacidad para aumentar o potenciar la actividad secretora de insulina de la glucosa, requiere concentraciones muy altas (por ejemplo, 2 micromolares) de hepoxilinas y no se ha extendido a animales intactos o humanos. [3] [32]
Las hepoxilinas también se producen en el cerebro. [33]