Las hepoxilinas (Hx) son un conjunto de metabolitos epoxialcohólicos de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA), es decir, poseen un residuo tanto de epóxido como de alcohol (es decir, hidroxilo ). HxA3 , HxB3 y sus isómeros formados no enzimáticamente son eicosanoides no clásicos derivados del ácido (PUFA), el ácido araquidónico . Un segundo grupo de hepoxilinas menos estudiadas, HxA4 , HxB4 , y sus isómeros formados no enzimáticamente son los eicosanoides no clásicos derivados del PUFA, el ácido eicosapentaenoico . Recientemente, 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 se han definido como derivados del ácido araquidónico que se producen mediante una vía metabólica diferente a la de HxA3, HxB3, HxA4 o HxB4 y difieren de las hepoxilinas antes mencionadas en las posiciones de sus hidroxilos y residuos de epóxido. Finalmente, se han descrito productos similares a la hepoxilina de otros dos PUFA, el ácido docosahexaenoico y el ácido linoleico . Todos estos metabolitos de epoxialcohol son al menos algo inestables y fácilmente se combinan enzimática o no enzimáticamente con sus correspondientes homólogos trihidroxi, las trioxilinas (TrX). HxA3 y HxB3, en particular, se metabolizan rápidamente a TrXA3 , TrXB3 y TrXC3 . Las hepoxilinas tienen diversas actividades biológicas en modelos animales y/o tejidos y células cultivadas de mamíferos (incluidos humanos). Los metabolitos TrX de HxA3 y HxB3 tienen menos o ninguna actividad en la mayoría de los sistemas estudiados, pero en algunos sistemas conservan la actividad de sus hepoxilinas precursoras. Con base en estos estudios, se ha propuesto que las hepoxilinas y trioxilinas funcionan en la fisiología y patología humana, por ejemplo, promoviendo respuestas inflamatorias y dilatando arterias para regular el flujo sanguíneo regional y la presión arterial.
HxA3 y HxB3 fueron identificados, nombrados y demostrados por primera vez que tienen actividad biológica para estimular la secreción de insulina en islotes pancreáticos de ratas cultivadas de Langerhans en Canadá en 1984 por CR Pace-Asciak y JM Martin. [1] Poco después, Pace-Asciak identificó, nombró y demostró tener actividad secretagoga de insulina HxA4 y HxB4. [2]
HxA3, HxB3 y sus isómeros se distinguen de la mayoría de los demás eicosanoides (es decir, moléculas de señalización formadas por oxidación de ácidos grasos de 20 carbonos) en que contienen residuos tanto de epóxido como de hidroxilo ; se diferencian estructuralmente 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 dobles enlaces en lugar de tres . Los eicosanoides no clásicos 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 se distinguen de las hepoxilinas mencionadas anteriormente en que se forman mediante una ruta metabólica diferente y difieren en la posición de sus residuos epóxido e hidroxilo. Otras dos clases de ácidos grasos epoxialcohólicos, los derivados del ácido graso poliinsaturado de 22 carbonos, el ácido docosahexaenoico, y el ácido graso de 18 carbonos, el ácido linoleico, se distinguen de las hepoxilinas antes mencionadas por la longitud de su cadena de carbonos; se denominan similares a hepoxilina en lugar de hepoxilinas. [3] [4] Un derivado del ácido linoleico similar a la hepoxilina se forma en el ácido linoleico que está esterificado 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 la hepoxilina en la mayoría de los estudios no están claras en dos aspectos importantes. Primero, 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 presenta 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, por ejemplo, con 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 trataron con productos que tenían exactamente la misma o diferente quiralidad en estos residuos.
Las hepoxilinas, como HxA3 y HxB3, son intermediarios metabólicos derivados del ácido graso poliinsaturado (PUFA), el ácido araquidónico. Poseen un residuo tanto de epóxido como de 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 (incluidos humanos) cultivados. Por ejemplo, se les ha implicado en la promoción de la respuesta inflamatoria basada en neutrófilos a diversas bacterias en los intestinos y pulmones de roedores.
El HxA3 y el HxB3 humanos se forman en una reacción de dos pasos. Primero, se agrega oxígeno molecular (O 2 ) al carbono 12 del ácido araquidónico (es decir, ácido 5Z,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoico) y al mismo tiempo el doble enlace 8 Z en este araquidonato se mueve a la posición 9 E para formar el producto intermedio. , ácido 12 S -hidroperoxi-5Z,8Z,10E,14Z-eicosatetraenoico (es decir, ácido 12 S -hidroperoxieicosatetraenoico o 12 S -HpETE). En segundo lugar, el 12 S -HpETE se convierte en los productos de hepoxilina, HxA3 (es decir, 8 R/S -hidroxi-11,12-oxido-5 Z ,9 E ,14 Z -ácido eicosatrienoico) y HxB3 (es decir, 10 R/S - ácido hidroxi-11,12-oxido-5 Z ,8 Z ,14 Z- eicosatrienoico). [3] Esta reacción metabólica de dos pasos se ilustra a continuación:
El segundo paso de esta reacción, la conversión de 12( S )-HpETE en HxA3 y HxB3, puede ser catalizado por ALOX12 como propiedad intrínseca de la enzima. [6] Sin embargo, según estudios de eliminación genética , la lipoxigenasa epidérmica, ALOXE3 , o más correctamente, su ortólogo de ratón Aloxe3, parece responsable de convertir 12( S )-HpETE en 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 de otras hepoxilinas en los tejidos donde se expresa, como la piel. [4] [9] Además, los ácidos grasos insaturados que contienen hidroperóxido pueden reorganizarse de forma 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 forma similar de forma no enzimática para formar HxA3 y HXB3. [4] Sin embargo, a diferencia de los productos elaborados por ALOX12 y ALOXE3, que son estereoespecíficos al 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 rápida y fácilmente el 12( S )-HpETE a su análogo hidroxilo, el ácido 12S -hidroxi-5Z,8Z,10E,14Z-eicosatetraenoico (12 S -HETE; ver ácido 12-hidroxieicosatetraenoico ; este La reacción compite con la reacción de formación de hepoxilina y en células que expresan una actividad peroxidasa muy alta puede ser responsable de bloquear la formación de hepoxilinas.
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 15( S )-hidroperoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z ,13 E - ácido eicosatetraenoico (15 S -HpETE) y luego dos isómeros específicos de 11 S/R -hidroxi-14 S , 15 S -epoxi-5 Z , 8 Z , 12 E -ácido eicosatrienoico (es decir, 14,15-HxA3) y 13 S/ R)-hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z- ácido 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 -ácido eicosatetraenoico → 11 R -hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Ácido Z ,8 Z ,12 E -eicosatrienoico y ácido 13 R -hidroxi-14 S ,15 S -epoxi-5 Z ,8 Z ,11 Z -eicosatrienoico
ALOX15 parece capaz de realizar ambos pasos en esta reacción [11] aunque estudios adicionales pueden mostrar que ALOXE3, los reordenamientos no enzimáticos y la reducción de 15 S -HpETE a 15 ( S ) -hidroxi-5 Z , 8 Z , 11 Z El ácido ,13 E -eicosatetraenoico (es decir, 15 S -HETE; ver ácido 15-hidroxiicosatetraenoico ) puede estar involucrado en la producción de 14,15-HxA3 y 14,15-HxB3 como lo están en la de HxA3 y HxB3.
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 se formó 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) ( o se infiere que se forma basándose 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 han descrito las vías para producir estos productos. [ 3] [12]
Un metabolito del ácido linoleico similar a la hepoxilina se forma en la piel de humanos y roedores. Esta hepoxilina está esterificada a esfinganina en un complejo lipídico denominado EOS (es decir, omega-hidroxiacil-esfingosina esterificada, consulte Lipoxigenasa#Función y clasificación biológica#Lipoxigenasas humanas ) que también contiene un ácido graso de cadena muy larga . En esta vía, ALOX12B metaboliza el ácido linoleico esterificado a su derivado 9 R -hidroperoxi y luego ALOXE3 metaboliza este intermedio a su producto 13 R -hidroxi-9 R ,10 R -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 y se descompone rápidamente en sus productos trihidroxi, por ejemplo, durante procedimientos de aislamiento que utilizan métodos incluso ligeramente ácidos; también se metabolizan rápidamente enzimáticamente en las células a estos mismos productos trihidroxi, 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 TxB3 se convierte en 10,11,12-trihidroxi-5 Z ,8 Z ,14 Z -ácido eicosatrienoico (trioxilina B3 o TrXB3). [3] [13] Un tercer ácido trihidroxi, el ácido 8,9,12-trihidroxi-5 Z ,10 E ,14 Z eicosatrienoico (trioxilina C3 o TrXC3), se ha detectado en tejido de aorta de conejo y ratón incubado con ácido araquidónico. [5] [14] El metabolismo de HxA3 a TrXA3 y de HXB3 a TrX se logra mediante la epóxido hidrolasa soluble en el hígado de ratón; Dado que está ampliamente distribuido en diversos tejidos de diversas especies de mamíferos, incluidos los humanos, la epóxido hidrolasa soluble puede ser la principal enzima responsable de metabolizar estos y quizás otros compuestos de hepoxilina. [3] [15] Parece posible, sin embargo, 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. en la relajación de arterias de ratón precontraídas [5] y que TrXC3 era un relajante relativamente potente de la aorta precontraída de conejo. [14]
HxA3 se convirtió mediante una adición de Michael catalizada por glutatión transferasa a su conjugado de glutatión , HxA3-C, es decir, 11-glutationil-HxA3, en un sistema libre de células o en homogeneizados de tejido de hipocampo de cerebro de rata; 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 mediante 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 Reed-Sternberg de la enfermedad de Hodgkin humana , L1236. [11]
HxB3 y TrX3 se encuentran esterificados en la posición sn -2 de fosfolípidos 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 hepoxilinas se han realizado en animales o in vitro en tejidos animales y humanos. Sin embargo, estos estudios arrojan resultados diferentes según cada especie, lo que complica su relevancia para los humanos. La traducción útil de estos estudios a la fisiología, patología y medicina y terapias clínicas humanas requiere muchos más estudios.
HxA3 y HxB3 poseen acciones proinflamatorias al estimular, por ejemplo, la quimiotaxis de neutrófilos humanos y aumentar 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 las lesiones psoriásicas que en la epidermis normal. Está presente en las escamas psoriásicas en ~10 micromolar, una concentración que puede ejercer efectos biológicos; No se detectó HxB3 en estos tejidos, aunque su presencia estaba 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 HxA3 y 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] HxA3 también ha estado implicado en la promoción de la respuesta inflamatoria basada en neutrófilos a diversas 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, HxA3 y un análogo sintético de 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 minimizando al mismo tiempo el tejido; por tanto, estas hepoxilinas pueden contribuir a la inmunidad innata al ser responsables de la destrucción 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 mesentéricas del ratón precontraídas por el tromboxano A2 (TXA2). Mecánicamente, estos metabolitos se forman en el endotelio vascular , se desplazan al músculo liso subyacente y revierten la contracción del músculo liso causada por TXA2 al funcionar como antagonista del receptor , es decir, inhiben competitivamente la unión de TXA2 a su receptor de tromboxano , la isoforma α . [5] Por el contrario, el alcohol epoxi 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 ácido 14,15- isómero HxA4) y el ácido 11,12,15-trihidroxieicosatrienoico dilatan la aorta de 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 hiperpolarización (biología ) -relajación inducida uniéndose y abriendo así su pequeña conductancia sensible a la apamina (SK) Canal de potasio activado por calcio#canales SK . [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 responsables de la respuesta de hiperalgesia y alodinia táctil (dolor causado por un estímulo normalmente no doloroso) de los ratones a la inflamación de la piel. 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 miembro 1 de la subfamilia V del canal catiónico potencial del receptor transitorio (TrpV1), también denominado receptor de capsaicina o receptor vanilloide ) y TRPA1 (canal catiónico potencial del receptor transitorio, miembro A1) son iones de membrana plasmática. canales en 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 los islotes pancreáticos de rata implican su capacidad para aumentar o potenciar la actividad secretora de insulina de la glucosa, requieren concentraciones muy altas (por ejemplo, 2 micromolar) de hepoxilinas y no se han extendido a células intactas. animales o humanos. [3] [32]
Las hepoxilinas también se producen en el cerebro. [33]