二氢乳清酸酶

二氢乳清酸脱氢酶（Dihydroorotate Dehydrogenase, DHODH） 

1. 定义与作用

二氢乳清酸脱氢酶（DHODH） 是嘧啶核苷酸从头合成（de novo pyrimidine synthesis）途径中的关键酶，负责催化 二氢乳清酸（DHO） 氧化为 乳清酸（Orotic Acid） 的第四步反应。此反应是嘧啶核苷酸（如UTP、CTP）合成的限速步骤，对DNA、RNA合成及细胞增殖至关重要。

2. 反应机制

• 化学反应式：

  $$\text{二氢乳清酸}+\text{泛醌（CoQ）}\stackrel{\text{DHODH}}{\to }\text{乳清酸}+\text{泛醌醇（CoQH₂）}$$

• 辅因子：

  • 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：作为电子传递中间体。

  • 泛醌（CoQ）：最终电子受体，反应与线粒体电子传递链（ETC）偶联，生成ATP。

3. 结构与亚细胞定位

• 结构特征：

  • 人类DHODH：属于Class 2型，含FMN结合域和泛醌结合域，定位于线粒体内膜。

  • 晶体结构：已解析的复合物结构（如PDB 4I9U）显示其活性位点与抑制剂（如特立氟胺）的结合模式。

• 功能定位：

  • 主要在线粒体内膜发挥作用，与能量代谢直接关联。

4. 生物学功能

• 嘧啶合成：

  • 为DNA/RNA合成提供嘧啶碱基（尿嘧啶、胞嘧啶）。

  • 快速增殖细胞（如癌细胞、活化免疫细胞）高度依赖DHODH活性。

• 能量代谢：

  • 通过泛醌将电子传递至ETC，促进ATP生成。

5. 临床应用与药物靶点

（1）免疫抑制治疗

• 来氟米特（Leflunomide）：

  • 机制：代谢为特立氟胺（Teriflunomide），抑制DHODH，阻断T/B细胞增殖。

  • 适应症：类风湿性关节炎、多发性硬化症。

（2）抗癌治疗

• Brequinar：

  • 强效DHODH抑制剂，通过耗竭嘧啶池选择性杀伤癌细胞，临床试验用于白血病和实体瘤。

• 联合疗法：

  • 与化疗药物（如吉西他滨）或免疫检查点抑制剂联用，克服耐药性。

（3）抗病毒研究

• 抑制RNA病毒：如登革热病毒、寨卡病毒，通过阻断宿主嘧啶合成抑制病毒复制。

6. 其他生理与病理关联

• 铁死亡（Ferroptosis）：

  • DHODH通过维持线粒体CoQH₂水平，抑制脂质过氧化，保护细胞免于铁死亡。

  • DHODH抑制剂可增强铁死亡诱导剂的抗癌效果。

• 神经退行性疾病：

  • 线粒体功能障碍导致DHODH活性下降，可能与阿尔茨海默病、帕金森病的氧化应激相关。

7. 术语澄清

• 可能存在的混淆：

  • 用户提到的“二氢乳清酸酶”实际应为 二氢乳清酸脱氢酶（DHODH），因其催化氧化反应（脱氢），而非单纯水解或裂解。

  • 在嘧啶合成途径中，DHODH是唯一催化此步骤的酶，无其他“二氢乳清酸酶”存在。

8. 研究工具与检测

• 活性检测：

  • 分光光度法监测乳清酸生成（270 nm吸光度）或泛醌醇还原。

• 基因编辑模型：

  • CRISPR敲除DHODH研究嘧啶缺陷对细胞周期的影响。

• 代谢组学：

  • 分析乳清酸、尿嘧啶等代谢物水平评估酶活性。

总结

二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）是连接嘧啶合成与能量代谢的核心酶，其抑制剂在自身免疫病、癌症及抗病毒治疗中具有重要价值。理解其作用机制和调控网络，有助于开发靶向药物及联合治疗策略。未来研究需进一步探索其在代谢疾病、衰老等领域的新功能，并优化抑制剂的选择性与安全性。