综述：白三烯研究中的动物模型：复杂通路与治疗干预的当前见解

《Pharmacology & Therapeutics》：Animal models in leukotriene research: Current insights into complex pathways and therapeutic intervention

本文系统评述了动物模型在解析5-脂氧合酶（5-LOX）及白三烯（LTs）通路中的关键作用，重点探讨了该通路在炎症、哮喘、心血管疾病、癌症等多种病理过程中的机制，并展望了靶向干预（如LTRAs、5-LOX抑制剂）的治疗前景。文章强调不同模型（如基因编辑小鼠）的优势与局限，为转化医学提供重要见解。

　　

Animal models in leukotriene research: Current insights into complex pathways and therapeutic intervention

Abstract

氧化脂质（Oxylipins）是由多不饱和脂肪酸（PUFAs）通过环氧化酶（COX）、脂氧合酶（LOX）和细胞色素P450酶（CYPs）作用形成的氧合生物活性脂质介质，参与众多生理和病理过程。例如，它们调节血管张力、分娩启动、疼痛、炎症、发热，并与哮喘、癌症、关节炎、糖尿病、肥胖及神经退行性疾病等相关。理解氧合脂质生物合成的机制和细胞成分对于开发有效疗法至关重要。迄今为止，各种动物模型增进了我们对复杂生物环境中氧合脂质生物合成及调控的理解，也促进了新药靶点的发现以及药物安全性和有效性的评估。然而，每种模型系统都有其优势和局限性。本文概述了脂质介质研究中最相关和广泛使用的模型，重点关注5-脂氧合酶（5-LOX）和白三烯（LT）通路，强调动物模型在加深我们对白三烯生物学复杂性及其对人类健康影响的理解方面的重要性。

Introduction

氧合脂质是高效力、短寿命的氧合脂质介质，其合成受到精密调控。它们通常在纳摩尔至皮摩尔浓度下起作用，其产量受限于游离多不饱和脂肪酸（PUFAs）的有限可用性。在生理或病理刺激下，磷脂酶A₂（PLA₂）从质膜释放PUFAs，随后通过COX、LOX和CYP酶将其转化为特定的氧合脂质。许多氧合脂质介导或影响炎症的典型体征：疼痛、肿胀、发红和发热。

COX将PUFAs代谢为前列腺素内过氧化物PGH₂和PGG₂，这些物质随后被特定的合酶转化为PGE₂、PGF_2α、PGI₂、PGD₂以及血栓烷（TXs），如TxA₂。前列腺素（PGs）跨质膜分泌，并通过G蛋白偶联受体（GPCRs）以旁分泌和自分泌方式发挥作用。CYP酶是一个多样的蛋白质家族，既能代谢外源物质，也能以花生四烯酸（AA）或其他PUFAs为底物产生各种氧合脂质，如环氧二十碳三烯酸（EETs）或羟基二十碳四烯酸（HETEs）。CYP来源的EETs和HETEs可通过质膜排出细胞，其信号传导涉及离子通道（如TRPV4）、核受体（如PPARs）和GPCRs（如GPR40、GPR75）。LOXs催化PUFAs氧化为氢过氧脂肪酸，后者进一步还原为HETEs，并经过一系列酶促事件加工成白三烯（LTs）和脂氧素（LXs）。

5-脂氧合酶（5-LOX）与5-脂氧合酶激活蛋白（FLAP）协同，催化白三烯生物合成级联中的第一个关键步骤，形成LTA₄。LTA₄随后被可溶性LTA₄水解酶（LTA₄H）转化为高生物活性的LTB₄，或被微粒体LTC₄合酶（LTC₄S）转化为LTC₄。LTB₄和半胱氨酰白三烯（cysLTs，包括LTC₄、LTE₄、LTD₄）通过GPCRs发挥作用。LTB₄主要通过与高亲和力受体BLT1结合信号传导，同时也与低亲和力受体BLT2结合。值得注意的是，12-羟基十七碳三烯酸（12-HHT）目前被认为是BLT2的主要内源性配体。cysLTs则通过CysLT1、CysLT2和GPR99受体发挥作用。

自20世纪70年代发现生物活性脂质介质以来，动物模型被广泛用于阐明白三烯的生理和病理作用。LTB₄是人体内已知最有效的趋化剂之一，驱动中性粒细胞募集、细胞运动、白细胞粘附以及抗菌效应功能（如细胞因子和趋化因子的产生）。相比之下，cysLTs是强效的痉挛原性和免疫调节介质，是哮喘病理生理学的关键贡献者，促进支气管收缩、血管通透性增加和微循环中的血浆外渗。它们作为生物化学介质的作用还延伸至各种炎症和过敏性疾病，如类风湿性关节炎、炎症性肠病（IBD）和花粉症。过去十年间，先进遗传工具（如CRISPR/Cas9生殖系编辑、腺相关病毒-CRISPR体细胞细胞类型限制性敲除、Cre/loxP条件性等位基因）的引入，使得能够在体内越来越精确地解析5-LOX/LT通路，为机制洞察和转化应用开辟了新途径。

本综述聚焦于5-LOX和LT通路，这些通路因其在免疫调节、炎症以及广泛病理条件中的关键作用而受到极大关注。白三烯在呼吸系统疾病（如哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD））中具有核心致病作用。在心血管疾病（包括动脉粥样硬化、高血压和心肌梗死）中，5-LOX来源的白三烯有助于血管炎症、内皮功能障碍和斑块不稳定性。LT通路也在癌症发病机制中发挥作用，特别是肺癌和结直肠癌，通过促进血管生成、免疫逃逸和慢性炎症来支持肿瘤进展。在神经系统疾病（包括痴呆、阿尔茨海默病和帕金森病等中枢神经系统疾病、疼痛、中风和脑缺血）中，白三烯会加剧神经炎症、血脑屏障破坏和神经元损伤。在肝肾疾病（如非酒精性脂肪肝、肝纤维化/肝硬化、急性肝或肾损伤、慢性肾病和糖尿病肾病）中，白三烯以及前列腺素的生物合成显著上调，导致炎症、纤维化和器官功能障碍。在胃肠道疾病（如消化性溃疡和胃炎）中，白三烯介导粘膜免疫反应并导致上皮损伤。此外，在皮肤和过敏性疾病（如特应性皮炎、荨麻疹和银屑病）中，白三烯导致炎症细胞浸润、屏障功能障碍和瘙痒。在自身免疫性疾病（如多发性硬化症、系统性红斑狼疮、关节炎、IBD）中，白三烯通过放大炎症环境、影响T细胞极化和抗原呈递细胞活性，从而放大自身免疫反应。在脓毒症或其他全身性炎症中，白三烯促进细胞因子风暴、内毒素休克和器官衰竭。在这些疾病中，5-LOX和LT通路不仅是疾病机制的核心，也是有前景的治疗靶点。

Animal models

动物模型在生物医学研究中仍然是不可或缺的工具，提供了用于研究疾病机制、评估药理学干预和建立基因与表型之间因果关系的受控系统。啮齿类动物，特别是小鼠和大鼠，是最广泛使用的物种，因为它们相对廉价、特征明确，并且适用于多种应用，包括药理学测试、疾病模型开发、活体显微镜检查，以及最重要的遗传操作。

Choice of model, limitations and challenges

研究5-LOX和LT通路时动物模型的选择受多种因素影响，包括具体的研究问题、遗传操作的可行性以及模型与人类疾病的生理相关性。方法学考虑，如LT抑制剂的给药途径、干预时机和终点选择，对结果的解释至关重要。

Concluding remarks and perspectives

动物模型对于理解LT通路酶在各种病理条件中的作用至关重要，并促进了用于临床的LT修饰药物（如白三烯受体拮抗剂（LTRAs）、5-LOX抑制剂、LTA₄H抑制剂和LTC₄S抑制剂）的开发。从基因工程小鼠到更大的脊椎动物模型，每个物种都为了解LT介导的炎症和疾病的潜在机制提供了独特的见解。未来5-LOX和白三烯生物化学的研究将受益于动物模型的持续开发和改进应用，特别是在人类疾病中重现LT通路复杂性的模型。将动物研究与人类遗传学、类器官和计算模型相结合，将加速针对涉及失调LT信号传导的疾病的靶向治疗的发展。