NADPHオキシダーゼ

NADPHオキシダーゼ(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸オキシダーゼ) は、細胞外空間に面した膜結合酵素複合体です。細胞膜だけでなく、好中球白血球が微生物を貪食するために使用するファゴソームの膜にも存在します。複合体の触媒成分のヒトアイソフォームには、 NOX1、 NOX2、 NOX3、 NOX4、 NOX5、 DUOX1、およびDUOX2があります。 ^[1]

NADPHオキシダーゼはNADPHから酸素に電子を1つ渡すことでスーパーオキシドフリーラジカルの生成を触媒します。^[2]

NADPH + 2O ₂ ↔ NADP ⁺ + 2O−2+ ほ⁺

哺乳類では、NADPHオキシダーゼは2種類存在し、1つは白血球（好中球）に、もう1つは血管細胞に存在し、生化学的構造と機能が異なります。^[3]好中球NADPHオキシダーゼはほぼ瞬時にスーパーオキシドを生成しますが、血管酵素は数分から数時間でスーパーオキシドを生成します。^[4]さらに、白血球では、スーパーオキシドは電子を膜を越えて細胞外酸素に伝達することが分かっていますが、血管細胞では、ラジカルアニオンは主に細胞内で放出されるようです。^{[5] [6]}

好中球に見られるアイソフォームは 6 つのサブユニットで構成されています。これらのサブユニットは次のとおりです。

• Rho GTPase、通常はRac1またはRac2（RacはRho関連C3ボツリヌス毒素基質の略）
• 5 つの食作用酸化酵素サブユニット:
  • gp91^{フォックス}( NOX2 )
  • p22^{フォックス}( CYBA )
  • p40^{フォックス}( NCF4 )
  • p47^{フォックス}( NCF1 )
  • p67^{フォックス}( NCF2 )

NOX2 サブユニットのパラログを使用する複合体の血管アイソフォームがいくつかあります。

• ノックス1
• NOX3 ^[7]

• ノックス4
• ノックス5

甲状腺には NOX2 サブユニットのさらに 2 つのパラログがあります。

• デュオックス1
• デュオックス2

膜結合型血管酵素の全体構造は、2つの細胞質サブユニット（p47phoxとp67phox）、gp91phox、p22phoxからなるシトクロムb558、および小型Gタンパク質Racの5つの部分で構成されています。^[3]血管NADPHにおけるスーパーオキシドの生成は、還元型NADPHを電子供与体として使用し、gp91phoxサブユニットを介した酸素の1電子還元によって発生します。小型Gタンパク質は、GDP結合型（不活性）とGTP結合型（活性）を切り替えることで、酸化酵素の活性化に重要な役割を果たします。^[8]

NADPHオキシダーゼ（NOX）は細胞内の活性酸素種（ROS）の主な発生源の一つであり、通常の生理学的条件下でROSを生成するという独自の機能のため、現在でも幅広い研究の焦点となっています。NADPHオキシダーゼ複合体は通常の状況下では休眠状態ですが、呼吸バースト時に活性化されて膜に集まります。活性化されたNADPHオキシダーゼは、動物の免疫応答や植物のシグナル伝達に役割を果たすスーパーオキシドを生成します。^[9]

スーパーオキシドは、細菌や真菌を摂取したファゴソーム内で生成されることもあれば、細胞外でも生成されることがある。^[10]マクロファージでは、スーパーオキシドが細菌や真菌を殺しますが、そのメカニズムはまだ完全には解明されていません。^{[11] [12]}スーパーオキシドは自発的に不均化して過酸化物を形成し、それがプロトン化されて過酸化水素を生成します。 オキシダーゼが好中球内で微生物を殺す仕組みについては意見が分かれています。一方では、過酸化水素がミエロペルオキシダーゼの基質として作用して次亜塩素酸を生成すると考えられています。^[13] また、重要な代謝酵素を不活性化し、脂質過酸化を開始し、鉄硫黄クラスターを損傷し、^[14]酸化還元活性鉄を遊離させて、ヒドロキシルラジカルなどの無差別酸化剤を生成する可能性があります。^[12]別の見方では、酸化酵素は液胞内のpHを約9.0に上昇させ、これが細胞質顆粒から脱顆粒する中性プロテアーゼ（pH約5.5では不活性）にとって最適であり、液胞にカリウムを送り込み、酵素を可溶化し、活性化されたプロテアーゼが微生物を殺して消化するというものです。^[15]

昆虫では、NOXの機能がいくつか明らかにされています。節足動物には3種類のNOXタイプ（NOX4-art、節足動物特有のp22-phox非依存性NOX4、および2つのカルシウム依存性酵素DUOX）があります。^{[16] [17] [18]}腸では、細菌刺激を受けたショウジョウバエの粘膜からのDUOX依存性ROS産生は、重要な病原体殺傷メカニズムであり^[19]、防御反応として排便を増加させる可能性があります。^[20]ネッタイシマカでは、DUOXは腸内常在細菌叢の制御に関与しています。^[21] Rhodnius prolixusには、卵殻硬化に関与するカルシウム活性化DUOXと^[22]腸の運動と血液消化の制御に関与するNOX5があります。^{[23] [24]}

NADPHオキシダーゼ活性の慎重な制御は、体内のROSの健康的なレベルを維持するために不可欠です。この酵素は休止細胞では休眠状態ですが、細菌産物やサイトカインなどのいくつかの刺激によって急速に活性化されます。^[25]血管NADPHオキシダーゼは、血管リモデリングと疾患において重要な役割を果たすことが知られているさまざまなホルモンや因子によって制御されています。これらには、トロンビン、血小板由来成長因子（PDGF）、腫瘍壊死因子（TNFa）、ラクトシルセラミド、インターロイキン-1、酸化LDLが含まれます。^{[26]また、アゴニストや}アラキドン酸によっても刺激されます。^{[26]逆に、複合体の組み立ては}アポシニンとジフェニレンヨードニウムによって阻害されます。アポシニンは、マウスの体内でインフルエンザ誘発性肺炎症を軽減するため、インフルエンザ治療に臨床的効果がある可能性があります。^[27]

Ang-1はNOX2、NOX4、ミトコンドリアを刺激してROSを放出し、これらの発生源から得られるROSはAng-1/Tie2シグナル伝達経路と血管新生促進反応の調節において明確な役割を果たしていることが示唆されている^{[28] 。}

スーパーオキシドは人体中の外来細菌を殺すのに不可欠です。そのため、活性が低いとカタラーゼ陽性微生物などの生物に対する感受性が高まり、活性が高すぎると酸化ストレスや細胞損傷を引き起こす可能性があります。

血管細胞におけるROSの過剰産生は、高血圧、アテローム性動脈硬化症、心筋梗塞、虚血性脳卒中など、多くの心血管疾患の原因となる。^[29]アテローム性動脈硬化症は、コレステロールを含むマクロファージ（泡沫細胞）が動脈壁（内膜）に蓄積することで引き起こされる。NADPHオキシダーゼによって産生されたROSは、マクロファージを動脈壁に接着させる酵素を活性化する（アクチン繊維を重合することにより）。このプロセスは、NADPHオキシダーゼ阻害剤および抗酸化物質によって相殺される。ROSが有利な不均衡がアテローム性動脈硬化症を引き起こす。試験管内研究では、NADPHオキシダーゼ阻害剤のアポシニンおよびジフェニレンヨードニウムが、抗酸化物質のN-アセチルシステインおよびレスベラトロールとともに、アクチンを脱重合し、癒着を破壊し、泡沫細胞が内膜から遊走することを可能にすることがわかった。^{[30] [31]}

ある研究では、ケタミン誘発性のニューロンパルブアルブミンおよびGAD67発現の減少にNADPHオキシダーゼが関与していることが示唆されている。 ^[32]同様の減少は統合失調症でも観察されており、その結果はNADPHオキシダーゼがこの疾患の病態生理学における可能性のある役割を示唆している可能性がある。^[33] ニトロブルーテトラゾリウムは、特に慢性肉芽腫性疾患の診断テストに使用される。慢性肉芽腫性疾患はNADPHオキシダーゼに欠陥があるため、食細胞が細菌を殺すために必要な活性酸素種またはラジカルを生成できず、その結果、細菌が食細胞内で繁殖する。青のスコアが高いほど、細胞が活性酸素種をより多く生成していることを意味する。

また、NADPHオキシダーゼは、胎盤の発達に役割を果たす特定の血管新生促進因子を不活性化するタンパク質であるsFlt- 1の形成を誘導するメカニズムにおいて役割を果たしていることが示されており、sFlt-1の形成の媒介物と疑われる活性酸素種の形成を促進することによって、これらの効果は妊婦の子癇前症の誘発に部分的に関与している^[34]。

NADPHオキシダーゼサブユニット遺伝子の変異は、感染症に対する極めて感受性の高い特徴を持ついくつかの慢性肉芽腫性疾患（CGD）を引き起こします。^[26]これらには以下が含まれます。

• X連鎖性慢性肉芽腫性疾患（CGD）
• 常染色体劣性シトクロムb陰性CGD
• 常染色体劣性シトクロムb陽性CGDタイプI
• 常染色体劣性シトクロムb陽性CGDタイプII。

これらの疾患では、細胞の貪食能力が低下し、持続的な細菌感染が発生します。感染した細胞の領域は、肉芽腫としてよく見られます。好中球免疫不全症候群と呼ばれる同様の疾患は、複合体の一部である RAC2 の変異に関連しています。

NADPHオキシダーゼは、アポシニン、一酸化窒素（NO）、ジフェニレンヨードニウムによって阻害される。アポシニンはNADPHオキシダーゼサブユニットの組み立てを阻害することによって作用する。アポシニンはマウスの体内でインフルエンザ誘発性肺炎症を軽減するため、インフルエンザ治療に臨床的効果がある可能性がある。^[27]

NOによるNADPHオキシダーゼの阻害は、血管系における酸化ストレスの原因をブロックします。そのため、NO供与薬（ニトロ血管拡張薬）は、過剰なスーパーオキシドが健康な血管細胞を劣化させるのを防ぎ、冠動脈疾患、高血圧、心不全の治療に1世紀以上にわたって使用されてきました。^[3]

より高度なNADPHオキシダーゼ阻害剤には、NOX4およびNOX1アイソフォームの二重阻害剤であるGKT-831（旧GKT137831）があり^[35] 、 2007年に特許を取得しました。^[36]この化合物は当初、特発性肺線維症の治療薬として開発され、2010年末にFDAとEMAから希少疾病用医薬品の指定を受けました。 ^[37]

• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)の NADPH+オキシダーゼ
• EC1.6.3.1​