ALDH2

概述

    硝酸甘油(GTN，glyceryl trinitrate，nitroglycerin)用于治疗心绞痛和心力衰竭已有130年的历史，舌下含服硝酸甘油片是抗冠心病心绞痛急性发作的常规首选药方，但其临床有效性常因人而异。有的人因它而及时挽救了生命，而有的人服用之后，效果却不甚明显。以往国内外医学界一直认为硝酸甘油对部分病人疗效不佳是因其“耐药性”所致，但研究结果证实并非如此。近来的研究表明基因突变是影响硝酸甘油药物疗效的决定性因素。

    ALDH2基因是编码线粒体乙醛脱氢酶的基因，具有脱氢酶活性，对人体内乙醛的氧化发挥主要的作用（即与体内代谢酒精的能力直接相关）。除了上述的脱氢酶活性以外，ALDH2还有酯酶活性，可以催化硝酸甘油水解产生NO。最新的研究成果表明，ALDH2基因存在一个Glu504Lys多态，第504位的谷氨酸被赖氨酸替代会影响其酶活性，从而影响硝酸甘油的疗效。

基因结构

    ALDH2全称aldehyde dehydrogenase 2 family(mitochondrial)，中文名乙醛脱氢酶2，又称线粒体乙醛脱氢酶。ALDH2基因位于第12号染色体的12q24.2位置，全长43,438bp，共有15个外显子，mRNA全长2,445nt，编码由517个氨基酸残基组成的蛋白质。

基因分子生物学功能

  线粒体乙醛脱氢酶属于乙醛脱氢酶蛋白家族，是乙醇代谢主要氧化通路中的第二个酶。肝细胞中共有两种乙醛脱氢酶，一为细胞质型，二为线粒体型。根据电泳迁移率、酶动力学常数和细胞内的定位可以将这两种亚型进行区分。大多数高加索人都有这两种同工酶，然而约50%的东方人只有细胞质型的酶，线粒体型酶缺失。东方人中高发生率的急性酒精中毒与该同工酶的缺失有关。ALDH2编码的线粒体乙醛脱氢酶对乙醛具有最低的Km值(3pmol/L)，主要定位于线粒体基质中。

    ALDH2也是人体催化硝酸甘油生物转化的主要途径，该酶同时具有脱氢酶和酯酶的催化活性，其酯酶活性可以通过将硝酸甘油脱硝产生NO，进而引起血管扩张。硝酸甘油和乙醛互为竞争性抑制剂的事实也暗示ALDH2对硝酸甘油和乙醛的催化活性中心重叠。




                                                                 图1 ALDH2催化GTN生成亚硝酸的多种机制[1]


参与的通路

ALDH2主要作用为乙醇代谢通路中的第二相代谢的催化剂，在线粒体内将乙醛转化为乙酸释放入血液，而后血液将乙酸输送到其他组织进入三羧酸循环，最后氧化为CO2。ALDH2也可作为酯酶参与硝酸甘油的代谢途径。


                                                                        图2 ALDH2参与的乙醇代谢通路





                                                                     图3 ALDH2参与的硝酸甘油代谢通路

基因对药效的影响

    硝酸酯是治疗心血管疾病的历史悠久、疗效确切一类药物，临床应用已有100余年历史。该类药物在近20年发展迅速，具有不同的种类、给药途径及制剂，主要包括硝酸甘油(GTN)、二硝基山梨醇酯(ISDN)和5-单硝酸异山梨酯(5-ISMN)。硝酸酯在体内经生物转化，释放一氧化氮(NO)或S-亚硝酸硫醇，激活鸟苷酸环化酶(sGC)生成cGMP，使血管平滑肌细胞(VSMC)胞浆内Ca2+减少，扩张动、静脉，改善心肌的供血、供氧及降低心肌负荷和耗氧量，临床上广泛地应用于冠心病(CHD)和充血性心力衰竭(CHF)的治疗。但是，硝酸酯耐药(nitrate tolerance)的出现，使其临床价值受到一定限制。

    线粒体乙醛脱氢酶受抑制是一个最近确定的新的耐药机制。线粒体乙醛脱氢酶(ALDH2)在线粒体内催化GTN成为1,2-二硝酸甘油和亚硝酸盐，ALDH2的抑制阻断了依赖于cGMP的GTN的血管舒张作用。现已有研究证明，线粒体是活性氧的另一个来源，持续使用GTN后，线粒体自由基生成增加，抑制了ALDH2，进而阻断GTN的生物转化。该学说与氧阴离子增加学说共同提供了新的GTN耐药和交叉耐药的概念。但是也有部分学者的研究提示，通过ALDH2进行的NTG线粒体生物转化，在整个血管的生物转化中作用较小。

    分子生物学研究显示，ALDH2是一个四聚体，只要其中的一个亚基缺少或发生结构改变就足以导致其酶活性的丧失或活性下降。Glu504Lys是ALDH2基因上最重要的一个SNP位点，该位点与ALDH2蛋白的空间结构有关，因此影响该酶的活性。Glu504纯合子(ALDH2*1/1)显示正常的酶活性；Glu504/Lys504杂合子(ALDH2*1/2)只有大约其正常活性的6％；而Lys504纯合子(ALDH2*2/2)对于乙醛降解基本上不具备酶活性。所以，ALDH2基因变异对GTN的药效有显著影响。