Cyklooxygenáza 1
1.1.1.2 Izoformy COX a jejich role
COX-1 a COX-2 jsou si blízce příbuzné (mají >60% sekvenční identitu) a katalyzují stejnou reakci – tvorbu prostaglandinů (PG) PGG2 a PGH2 z kyseliny arachidonové (obr. 1.1). Kyselina arachidonová je uvolňována z membránových fosfolipidů fosfolipázou A2, která je aktivována různými podněty (zánětlivými, fyzikálními, chemickými a mitogenními). PGG2 a PGH2 jsou cyklické endoperoxidy, nestabilní meziprodukty, které jsou přeměňovány tkáňově (relativně) specifickými enzymy na PG (PGE2, PGF2α, PGD2 a PGI2) a na tromboxan A2 (TxA2) souhrnně nazývané prostanoidy (FitzGerald a Patrono, 2001; Smyth et al., 2011). Tkáňovou specifičnost ilustrují příklady TxA2, který je dominantním produktem COX-1 v krevních destičkách, a PGE2, který je dominantním produktem COX-2 v makrofázích (Smyth et al., 2011).
Obrázek 1.1. Biosyntéza a hlavní biologické aktivity prostanoidních mediátorů a místo působení NSAID (Brune a Patrignani, 2015; FitzGerald a Patrono, 2001; Rang a kol., 2015a; Smyth a kol., 2011).
Zkratky: COX, cyklooxygenáza; GI, gastrointestinální; tNSAIDs tradiční nesteroidní protizánětlivé léky; PG, prostaglandin; TxA2, tromboxan A2.
Exprese COX-1 a COX-2 a jejich role v organismu se většinou liší (Grosser et al., 2011; Rang et al., 2015b; Smyth et al., 2009).
COX-1 je převážně konstitutivní enzym široce exprimovaný ve většině tkání včetně gastrointestinální (GI) sliznice, krevních destiček, endotelu, ledvin a dělohy (Frölich, 1997; Jouzeau et al., 1997; Smyth et al., 2011). Má „hospodyňskou“ roli, protože se zásadně podílí na homeostáze tkání. V žaludeční sliznici je COX-1 zodpovědný za syntézu PGE2 a PGI2, které mají cytoprotektivní účinky na několik aspektů žaludeční funkce, jako je zvýšení sekrece bikarbonátu a hlenu, snížení sekrece žaludeční kyseliny a pepsinu a udržení dostatečného průtoku krve sliznicí. Podporují také sekreci ochranného hlenu v duodenu (Cryer, 2001; Grosser et al., 2011; Rang et al., 2015d; Smyth et al., 2011). Inhibice produkce GI PGs je považována za příčinu nejčastějších a potenciálně nejnebezpečnějších nežádoucích účinků tNSAID – žaludečních/duodenálních vředů a krvácení (Cryer, 2001) (oddíl 1.1.4.1).
V krevních destičkách je COX-1 nezbytná pro syntézu TxA2, který stimuluje agregaci destiček a vazokonstrikci, a tím působí hemostaticky/trombogenně. Farmakologická inhibice syntézy TxA2 vede k inhibici agregace destiček. To je mechanismus zodpovědný za ochranný účinek aspirinu proti arteriální trombóze, kde je agregace destiček dominantním procesem. V endotelu vede aktivace COX-1 k produkci prostacyklinu (PGI2), který inhibuje agregaci destiček a působí vazodilatačně. Oba účinky přispívají k jeho antitrombogennímu působení (Frölich, 1997; Rang et al., 2015a; Smyth et al., 2011). V ledvinách ovlivňují PGE2 a PGI2 několik funkcí, včetně celkového průtoku krve ledvinami, distribuce průtoku krve ledvinami, reabsorpce Na+ a vody a uvolňování reninu. V současné době je známo, že se na regulaci funkcí ledvin podílí jak COX-1, tak COX-2 (Frölich, 1997; Rang et al., 2015c; Smyth et al., 2009, 2011). Inhibice COX v ledvinách je spojena se zvýšeným rizikem periferních otoků a retence sodíku. V děloze produkuje COX-1 PGF2α, PGE2 a PGI2, které hrají roli při menstruaci a zahájení porodu, ale podílí se na nich i COX-2 (Frölich, 1997; Rang et al., 2015c; Smyth et al.,
COX-2 je převážně indukovatelný enzym, který je považován za zodpovědný především za produkci prostanoidů při zánětu (FitzGerald a Patrono, 2001; Hawkey, 1999; Rang a kol., 2015b). Ačkoli COX-2 hraje hlavní roli, v počáteční fázi zánětu přispívá také COX-1 (Grosser et al., 2011; McAdam et al., 2000).
Jedním z hlavních podnětů pro indukci COX-2 jsou cytokiny (například interleukin-1, IL-1 a tumor nekrotizující faktor-α, TNF-α) (Rang et al., 2015b; Smyth et al., 2009, 2011). Zánět, který je normální reakcí na jakékoli poškození tkáně, může být přehnaný nebo trvající bez jasného prospěchu, a stát se tak příčinou běžných obtěžujících příznaků mnoha onemocnění – bolesti a otoků. PGE2 a PGI2 jsou primární PG, které zprostředkovávají zánět. Zvyšují lokální průtok krve a cévní permeabilitu, což způsobuje edém, a snižují práh na stimulaci nociceptorů, čímž způsobují jejich senzibilizaci (jev nazývaný periferní senzibilizace), která se projevuje zvýšenou citlivostí na bolestivé podněty (hyperalgezie) (Pulichino et al., 2006). Inhibice syntézy PGs NSAIDs je tedy zodpovědná za jejich protizánětlivý (antiedematózní) a analgetický účinek. Je třeba poznamenat, že existuje také centrální složka analgetického účinku NSAID související s inhibicí PG (dominantně PGE2 produkovaných COX-1 a COX-2), které usnadňují přenos bolestivých impulzů v míše (centrální senzitizace) (Grosser et al., 2011; Vanegas a Schaible, 2001).
COX-2 se také podílí na genezi horečky. Při stavech, jako je infekce nebo malignita, působí cytokiny (např. IL-1, IL-6) a interferony jako endogenní pyrogeny indukující COX-2 v preoptické hypotalamické oblasti (Engblom et al., 2003). Uvolněný PGE2 působí na hypotalamus a nastavuje termoregulační centrum na vyšší bod, což způsobuje zvýšení tělesné teploty. NSAID tuto reakci inhibují snížením syntézy PGE2 (Grosser et al., 2011).
Celkově se COX-1 a COX-2 podílejí na tvorbě prostanoidů zapojených do homeostatických i zánětlivých funkcí, ale relativní podíl těchto izoenzymů se liší: COX-1 se více podílí na homeostáze a COX-2 se více podílí na zánětu.