إنزيم أكسيد النيتريك البطاني

إنزيم أكسيد النيتريك سينثاز البطاني ( eNOS )، المعروف أيضًا باسم سينثاز أكسيد النيتريك 3 ( NOS3 ) أو سينثاز أكسيد النيتريك التكويني ( cNOS )، هو إنزيم يُشفَّر في البشر بواسطة جين NOS3 الموجود في المنطقة 7q35-7q36 من الكروموسوم 7. ^{[ 5 ]} يُعد هذا الإنزيم واحدًا من ثلاثة نظائر تُصنِّع أكسيد النيتريك (NO)، وهو جزيء غازي صغير محب للدهون يشارك في العديد من العمليات البيولوجية. ^{[ 6 ] [ 7 ]} تشمل النظائر الأخرى سينثاز أكسيد النيتريك العصبي (nNOS)، الذي يُعبَّر عنه بشكل دائم في خلايا عصبية محددة في الدماغ ^{[ 8 ]،} وسينثاز أكسيد النيتريك المُحفَّز (iNOS)، الذي يُحفَّز تعبيره عادةً في الأمراض الالتهابية . ^{[ 9 ]} يُعدّ إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) المسؤول الرئيسي عن إنتاج أكسيد النيتريك (NO) في البطانة الوعائية ، ^{[ 10 ]} وهي طبقة أحادية من الخلايا المسطحة تُبطّن السطح الداخلي للأوعية الدموية، عند الحد الفاصل بين الدم المتدفق في تجويف الوعاء وبقية جدار الوعاء. ^{[ 11 ]} يلعب أكسيد النيتريك المُنتَج بواسطة إنزيم أكسيد النيتريك البطاني في البطانة الوعائية أدوارًا حاسمة في تنظيم توتر الأوعية الدموية، وتكاثر الخلايا، والتصاق الكريات البيضاء ، وتجمع الصفائح الدموية . ^{[ 12 ]} لذلك، يُعدّ إنزيم أكسيد النيتريك البطاني الفعال ضروريًا لصحة الجهاز القلبي الوعائي.

إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) هو ثنائي يتكون من وحدتين أحاديتين متطابقتين بوزن 140 كيلو دالتون، تتألفان من نطاق مختزل يحتوي على مواقع ارتباط لثنائي نيوكليوتيد الأدينين نيكوتيناميد الفوسفات (NADPH) وأحادي نيوكليوتيد الفلافين (FMN) وثنائي نيوكليوتيد الأدينين الفلافين (FAD)، ونطاق مؤكسد يحتوي على مواقع ارتباط لمجموعة الهيم والزنك والعامل المساعد رباعي هيدروبترين ( BH4 ) والركيزة L-أرجينين . ^{[ 13 ]} يرتبط النطاق المختزل بالنطاق المؤكسد عبر تسلسل ارتباط بالكالمودولين . ^{[ 14 ]} في بطانة الأوعية الدموية، يُصنّع أكسيد النيتريك (NO) بواسطة eNOS من L-أرجينين والأكسجين الجزيئي، الذي يرتبط بمجموعة الهيم في eNOS، ويُختزل ثم يُدمج في L-أرجينين لتكوين NO و L-سيترولين . ^{[ 15 ] [ 16 ]} يُعد ارتباط العامل المساعد BH4 ضروريًا لكي يُنتج إنزيم eNOS أكسيد النيتريك بكفاءة. ^{[ 17 ]} في غياب هذا العامل المساعد، يتحول إنزيم eNOS من شكل ثنائي إلى شكل أحادي، وبالتالي ينفصل. ^{[ 18 ]} في هذا الشكل، بدلًا من إنتاج أكسيد النيتريك، يُنتج إنزيم eNOS أنيون فوق الأكسيد ، وهو جذر حر شديد التفاعل ذو عواقب وخيمة على الجهاز القلبي الوعائي. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

يؤدي إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) وظيفة وقائية في الجهاز القلبي الوعائي، تُعزى إلى إنتاج أكسيد النيتريك (NO). ويُعد تنظيم توتر الأوعية الدموية أحد أبرز أدوار أكسيد النيتريك في هذا الجهاز. فبعد إنتاجه في الخلايا البطانية، ينتشر أكسيد النيتريك عبر أغشية خلايا العضلات الملساء الوعائية، مُنشطًا إنزيم غوانيلات سيكلاز القابل للذوبان (sGC)، الذي يُحفز تحويل غوانوزين ثلاثي الفوسفات إلى غوانوزين أحادي الفوسفات الحلقي (cGMP). ^{[ 21 ]} بدوره، يُنشط cGMP بروتين كيناز G (PKG)، الذي يُعزز فسفرة متعددة لأهداف خلوية، مما يُخفض تركيز أيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ داخل الخلايا ، ويُعزز استرخاء الأوعية الدموية. ^{[ 22 ]} يُمارس أكسيد النيتريك تأثيرات مضادة للتكاثر من خلال تثبيط تدفق أيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ عبر cGMP ، أو من خلال تثبيط نشاط إنزيمي الأرجينيز وأورنيثين ديكاربوكسيلاز بشكل مباشر، مما يُقلل من إنتاج البولي أميدات اللازمة لتخليق الحمض النووي (DNA). ^{[ 23 ] [ 24 ]} يمتلك أكسيد النيتريك (NO) أيضًا تأثيرات مضادة للتخثر ناتجة عن انتشاره عبر غشاء الصفائح الدموية وتنشيط إنزيم غوانيلات سيكلاز القابل للذوبان (sGC)، مما يؤدي إلى تثبيط تجمع الصفائح الدموية. ^{[ 25 ]} علاوة على ذلك، يؤثر أكسيد النيتريك على التصاق الكريات البيضاء بالبطانة الوعائية عن طريق تثبيط العامل النووي كابا بي ( NF-κB )، الذي يحفز التعبير عن الكيموكينات وجزيئات الالتصاق في البطانة الوعائية. ^{[ 26 ]} بالإضافة إلى هذه الوظائف، يتمتع أكسيد النيتريك الناتج عن إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) بخصائص مضادة للأكسدة، حيث يقلل من تكوين أنيون فوق الأكسيد نتيجة لزيادة التعبير عن إنزيم ديسموتاز فوق الأكسيد ، وهو إنزيم مضاد للأكسدة يحفز تحويل أنيون فوق الأكسيد إلى بيروكسيد الهيدروجين ، بفعل أكسيد النيتريك . ^{[ 27 ]} علاوة على ذلك، يُعزى جزء من خصائص أكسيد النيتريك المضادة للأكسدة إلى زيادة التعبير عن إنزيم هيم أوكسيجيناز-1 والفيريتين، مما يقلل من تركيزات أنيون فوق الأكسيد في الأوعية الدموية. ^{[ 28 ]}

يخضع التعبير عن إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) ونشاطه لسيطرة دقيقة من خلال آليات تنظيمية متعددة مترابطة على مستويات النسخ، وما بعد النسخ، وما بعد الترجمة. ويُعد ارتباط عوامل النسخ، مثل Sp1 و Sp3 و Ets-1 و Elf-1 و YY1 ، بمحفز NOS3 ومَثْيَلَة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) آليةً مهمةً لتنظيم النسخ. ^{[ 29 ]} أما على مستوى ما بعد النسخ، فيتم تنظيم eNOS من خلال تعديلات على النسخة الأولية، واستقرار الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، والتموضع داخل الخلية، والنقل بين النواة والسيتوبلازم. ^{[ 30 ]} وتشمل تعديلات ما بعد الترجمة لـ eNOS أستلة الأحماض الدهنية، والتفاعلات بين البروتينات، وتوافر الركيزة والعوامل المساعدة، ودرجة الفسفرة . ومن الجدير بالذكر أن eNOS يرتبط، عبر الميريستلة والبالميتلة، بالكافولاي ، وهي تجاويف غشائية غنية بالكوليسترول والدهون السفينغولية . ^{[ 31 ]} عند ارتباط إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS) بالكافولاي، يُعطَّل الإنزيم نتيجةً للتفاعل القوي والمباشر بينه وبين الكافولين-1 . ^{[ 32 ]} يؤدي ارتباط الكالمودولين المُنشَّط بالكالسيوم بإنزيم eNOS إلى إزاحة الكافولين-1 وتنشيطه. مع ذلك، شككت دراسات حديثة في فرضية ارتباط الكافولين-1 مباشرةً بإنزيم eNOS، إذ قد تكون المنطقة المُقترحة لارتباط الكافولين-1 بإنزيم eNOS غير متاحة بسبب موقعها في الغشاء البلازمي. ونتيجةً لذلك، لا تزال تفاصيل كيفية تفاعل الكافولين-1 مع إنزيم eNOS لتنظيم نشاطه غير واضحة. ^{[ 33 ] علاوةً} على ذلك، يُنظَّم تنشيط إنزيم eNOS ديناميكيًا بواسطة مواقع فسفرة متعددة عند بقايا التيروسين والسيرين والثريونين . ^[ 13 ^]

يُعدّ انخفاض إنتاج أكسيد النيتريك عاملاً مساهماً في نشأة العديد من الأمراض، مثل ارتفاع ضغط الدم، وتسمم الحمل ، وداء السكري، والسمنة، وضعف الانتصاب ، والصداع النصفي. وفي هذا السياق، أظهرت دراسات عديدة أن تعدد الأشكال الجينية في جين NOS3 يؤثر على قابلية الإصابة بهذه الأمراض. على الرغم من أن جين NOS3 هو جين متعدد الأشكال للغاية، فقد تمت دراسة ثلاثة أشكال متعددة وراثية في هذا الجين على نطاق واسع: تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) g.-786T>C (حيث يشير "g." إلى تغيير جينومي ينتج عنه تغيير Glu298Asp في البروتين المشفر)، الموجود في محفز NOS3 وفي الإكسون 7، على التوالي، وعدد التكرارات المترادفة المتغيرة ( VNTR ) الذي يتميز بتكرار 27 زوجًا قاعديًا في الإنترون 4. ^{[ 34 ]} يرتبط الأليل C لتعدد الأشكال g.-786T>C، والذي يؤدي إلى انخفاض تعبير eNOS وإنتاج NO، ^{[ 35 ]} بزيادة خطر الإصابة بارتفاع ضغط الدم، ^{[ 36 ]} وتسمم الحمل، ^{[ 37 ]} واعتلال الكلى السكري ، ^{[ 38 ]} واعتلال الشبكية ، ^{[ 39 ]} والصداع النصفي، ^{[ 40 ]} وضعف الانتصاب. ^{[ 41 ]} يؤدي وجود أليل "Asp" لتعدد الأشكال Glu298Asp إلى تقليل نشاط إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS)، ^{[ 42 ]} ويرتبط بزيادة القابلية للإصابة بارتفاع ضغط الدم، ^{[ 43 ] [ 44 ]} وتسمم الحمل، ^{[ 45 ]} وداء السكري، ^{[ 46 ]} والصداع النصفي، ^{[ 40 ]} وضعف الانتصاب. ^{[ 47 ] [ 48 ]} يؤثر تكرار التتابع المتغير في عدد النسخ (VNTR) في الإنترون 4 على التعبير عن إنزيم أكسيد النيتريك البطاني (eNOS)، ^{[ 49 ]} وعلى القابلية للإصابة بارتفاع ضغط الدم، ^{[ 36 ]} وتسمم الحمل، ^{[ 37 ]} والسمنة، ^{[ 50 ]} وداء السكري. ^{[ 46 ]} تدعم الأدلة المتزايدة ارتباط الأمراض بأنماط هابلوتايب NOS3 (مجموعة من الأليلات المتقاربة، ضمن كتلة DNA). قد يكون هذا النهج أكثر إفادة من تحليل تعدد الأشكال الجينية واحدًا تلو الآخر. ^{[ 51 ]}أثرت الأنماط الفردية، بما في ذلك تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة g.-786T>C وGlu298Asp، بالإضافة إلى تكرار التتابع المتغير في الإنترون 4، على قابلية الإصابة بارتفاع ضغط الدم ^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]} ، وتسمم الحمل ^{[ 56 ]} ، وارتفاع ضغط الدم لدى مرضى السكري ^{[ 57 ]} . قد تؤثر متغيرات NOS3 أيضًا على الاستجابة للأدوية التي تؤثر على إشارات أكسيد النيتريك، مثل الستاتينات، ومثبطات الإنزيم المحول للأنجيوتنسين ( ACEi )، ومثبطات فوسفودايستراز النوع 5 (PDE-5i) . كان العلاج بالستاتينات أكثر فعالية في زيادة التوافر الحيوي لأكسيد النيتريك لدى الأفراد الذين يحملون النمط الجيني CC لتعدد الأشكال g.-786T>C مقارنةً بحاملي النمط الجيني TT. ^{[ 58 ] [ 59 ]} أظهر مرضى ارتفاع ضغط الدم الحاملون للنمطين الجينيين TC/CC والأليل C لتعدد الأشكال g.-786T>C استجابات أفضل لخفض ضغط الدم باستخدام مثبط الإنزيم المحول للأنجيوتنسين إينالابريل . ^{[ 60 ]} وبالمثل، أظهر مرضى ضعف الانتصاب الحاملون للأليل C لتعدد الأشكال g.-786T>C استجابات أفضل لمثبط إنزيم فوسفودايستراز-5 سيلدينافيل . ^{[ 61 ] [ 62 ]} تشير هذه الدراسات مجتمعةً إلى أن الستاتينات ومثبطات الإنزيم المحول للأنجيوتنسين ومثبطات إنزيم فوسفودايستراز-5 قد تُعيد إنتاج أكسيد النيتريك المُختل لدى الأفراد الحاملين للأليل/النمط الجيني المتغير لتعدد الأشكال g.-786T>C في جين NOS3، مما يُخفف من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية. بالإضافة إلى تحليل التعددات الجينية بشكل فردي، فقد تبين أن الأنماط الفردانية التي تشمل تعددات النوكليوتيدات المفردة g.-786T>C و Glu298Asp و VNTR في الإنترون 4 تؤثر على الاستجابة للسيلدينافيل لدى المرضى الذين يعانون من ضعف الانتصاب. ^{[ 61 ]}