，STZ）诱导糖尿病大鼠模型肾组织COX-2发现，糖尿病组大鼠肾脏COX-2蛋白表达明显增加。与此同时，肾皮质中COX-2表达和尿PGE2也随之相应升高。 h培养后，两者的12/15-LO和COX-2表达与对照组相比均显着增高（P\u003e0.01）。
分类
环氧化酶(Cyclooxygenase,cox)又称前列腺素内氧化酶还原酶，是一种双功能酶，具有环氧化酶和过氧化氢酶活性，是催化花生四烯酸单细胞油转化为前列腺素的关键酶。目前发现环氧化酶有两种COX-1和COX-2同工酶，前者为结构型，主要存在于血管、胃、肾等组织中，参与血管舒缩、血小板聚集、胃粘膜血流、胃黏液分泌及肾功能等的调节，其功能与保护胃肠黏膜、调节血小板聚集、调节外周血管的阻力和调节肾血流量分布有。后者为诱导型，各种损伤性化学、物理和生物因子激活磷脂酶A2水解细胞膜磷脂，生成花生四烯酸，后者经COX-2催化加氧生成前列腺素。
区别
从治疗学角度分析，COX-1和COX-2的主要区别是在生理功能上：COX-1是原生型的酶，在正常的状态下就存在于胃肠道、肾脏等部位，其功能是促进生理性PGs的合成，调节正常组织细胞的生理活动，如对消化道黏膜起保护作用，改变血管张力等。
COX-2为同工酶，是诱生型酶。COX-2在正常组织细胞内的活性极低，当细胞受到炎症等刺激时，其在炎症细胞中的表达水平可升高至正常水平的10-80倍，引起炎症部位PEG2、PGI2和PGE1含量的增加，导致炎症反应和组织损伤。
在细胞内，COX-1主要位于内质网，COX-2则主要位于核膜，因此COX-2产生的PGs产物可以优先进入核内，调节靶基因的转录；而COX-1的PGs产物则通过胞浆分泌至组织间隙或血液内，完成调节生理活动的功能。另外，COX-1和COX-2的不同还反映在利用花生四烯酸的来源不同、mRNA的稳定性不同和终产物的不同。
发展历程
COX的发展历程是与NSIADs的研究密切相关的。100多年前，第一种NSAIDs阿司匹林即已面世，然而在早期人们对NSIADs的作用机制并不了解。1964年，J.R.vane及其同事发现阿司匹林具有阻断内源性PGs合成酶的作用，在此基础上Vane等人于1971年指出NSAIDS是通过抑制COX，阻断花生四烯酸单细胞油转化为PGs，从而发挥其抗炎药、止痛和解热作用。这一理论的提出，促进了科学家们对COX的深入研究。1976年，有人首先分离得到具有酶活性的COX，这是一种存在于细胞内质网内的膜结合糖蛋白，分子量为71kDa，它可以将花生四烯酸转化为PGG2，而PGG2又可还原成PGH2，最终形成一系列PGs。随后的研究发现，细菌内毒素可使离体人单核细胞和在体小鼠巨噬细胞中COX的活性增强，而这种变化可受到糖皮质激素地塞米松的抑制。人们开始认识到体内可能存在着新的COX异构体。1991年有人分离得到了这种可被诱导产生的COX，命名为COX-2。COX-2在结构、功能等多方面均不同于以前发现的COX，所以人们将以前发现的COX命名为COX-1，即构成型COX，而COX-2为诱导型COX 。
COX-2的生物学性质
COX是花生四烯酸代谢过程中前列腺素（prostaglandins，PGs）合成的限速酶。传统观念认为，COX有两种结构亚型，即结构型COX-1和诱导型COX-2。近期，COX的第三种同工酶——COX-3，在神经系统组织内被发现。COX-1主要存在于正常的组织细胞中，催化产生维持正常生理功能的PGs。COX-2是一种膜结合蛋白。研究证实，在巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和单核细胞中COX-2均可被诱导表达。生理状态下绝大部分组织细胞不表达COX-2；而在炎症、肿瘤等病理状态下受炎性刺激物、损伤、有丝分裂原和致癌物质等促炎介质诱导后，呈表达增高趋势，参与多种病理生理过程，具体是细胞膜磷脂通过磷脂酶A2途径被水解释放出花生四烯酸，在COX-2的催化下，合成前列腺素E2（PGE2），最后产生系列炎症介质，并通过瀑布式级联反应参与机体各生理、病理过程。人类COX-2基因位于1号染色体q 25.2～q 25.3，长8.3 kb，含有10个外显子和9个内含子，编码604个氨基酸，含有17个氨基酸残基的信号肽。
COX-2与糖尿病
Pickup研究发现，炎症细胞因子、氧化应激等在2型糖尿病中具有重要作用，首次将2型糖尿病和亚临床炎症联系起来。COX-2作为重要的炎症介质，参与糖尿病的发病机制以通过诱导合成PGs类衍生物来实现。PGE2作为COX-2的产物之一，能抑制葡萄糖刺激胰岛素分泌，导致糖耐量减低。COX-2抑制剂能增加β细胞胰岛素的合成，且呈剂量依赖形式。同时，COX-2作为炎性反应的介质，能降低人体对胰岛素的敏感性。相关动物实验显示，NOD小鼠和BALB/C小鼠进展为糖尿病前，COX-2仅仅表达于胰腺内分泌细胞，糖尿病时期主要表达于胰腺巨噬细胞和树突状细胞，并且COX-2和胰岛素在胰腺的不同细胞群中表达。提示了COX-2病理表达会影响胰岛素分泌，并在胰岛β细胞的病理生理过程中发挥重要作用。通过Heitmeier等的研究也证实，在1型糖尿病患者的胰岛细胞中，一些细胞因子如IL-1、IFN-γ、TNF-α通过诱导刺激COX-2表达，使PGE2合成增加，造成胰岛β细胞功能障碍和退化。在高葡萄糖浓度的刺激下，1型和2型糖尿病患者的胰岛细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞及其离体培养的单核细胞中COX-2的表达均会增加。表明高血糖的刺激或炎性因子诱导都能使COX-2异常表达，造成胰岛细胞损害。
COX-2与DN
DN作为糖尿病常见的微血管病变，又称肾小球硬化症。COX-2主要在肾小球致密斑、皮质髓升支粗段、足细胞和肾髓质的间质细胞表达，与其他炎性介质共同参与肾小球和肾小管间质结构功能改变，在DN发生中起重要作用。
刘志纯等检测链霉素（streptozotocin，STZ）诱导糖尿病大鼠模型肾组织COX-2发现，糖尿病组大鼠肾脏COX-2蛋白表达明显增加。陈芳等观察了3周及6周糖尿病大鼠肾组织COX-2表达后得出，糖尿病早期肾小球滤过率（GFR）大约增加50%，重要成因之一是PGs代谢紊乱。而应用COX-2抑制剂——罗非昔布干预3周和6周糖尿病大鼠后，药物干预组肾脏肥大指数（分别为1.19±0.17、1.25±0.21）均显着低于非干预组（分别为1.25±0.19、1.39±0.21，P\u003c0.05）。以24 h尿蛋白、尿白蛋白为肾损伤生化指标，检测到药物干预组中两指标在各时间点上都均显着低于非干预组（P\u003c0.01，P\u003c0.05），且药物干预组COX-2在肾组织表达显着低于非干预组。综合分析，糖尿病组肾组织COX-2的表达与24 h尿蛋白、尿白蛋白呈明显正相关。Komers等通过研究4周及12周2型糖尿病动物模型的尿蛋白与COX-2的变化关系发现，糖尿病模型12周的尿蛋白较4周糖尿病模型显着升高。与此同时，肾皮质中COX-2表达和尿PGE2也随之相应升高。
以上研究共同证明了COX-2在糖尿病肾病组织中的表达上调，且在病理、生化指标的分析中均提示COX-2导致肾脏损伤。
大量动物实验及临床研究均证实高血糖是上调肾小球系膜细胞COX-2表达的最主要因素。其具体机制未完全明确。
2. 活性氧簇（ROS）产物作用：
通过将人系膜细胞（HMC）置于不同葡萄糖浓度中培养，Kiritoshi等发现，在30 mmol/L葡萄糖条件中HMC的COX-2 mRNA表达增加，同样条件下，利用荧光探针检测发现线粒体内ROS产物也增加。利用定向诱变将含有变异NF-κB结合位点序列的COX-2启动子区瞬间转染进HMC，看到单独5′或3′端变异的序列使COX-2表达[分别为5.6 mmol/L葡萄糖条件下的（235.8±24.0）%、（212.8±4.8）%]较5′和3′端全变异序列的COX-2表达显着增加。从而该研究认为由于COX-2是受NF-κB调控的靶基因，在高糖条件下通过线粒体电子传递链致使ROS产物增加，导致NF-κB的活化，进而让HMC的COX-2 mRNA表达增加。
3. 磷脂肌醇-3-激酶（pi3k）/丝Thr蛋白激酶（AKT）途径：
Sheu等在一项体外实验中，将鼠肾小球系膜细胞置在含33 mmol/L的高浓度葡萄糖培养基中行24 h培养后发现，PI3K于高糖刺激1～5 min后活性升高，PI3K下游功能区AKT在高糖刺激5～20 min后活性增高，ROS及NF-κB则分别在高糖刺激15～120 min、30～60 min后表达升高。COX-2蛋白表达则于高糖刺激6 h后开始升高，24 h时达高峰。而同摩尔浓度的甘露醇却不会影响COX-2蛋白的表达，由此排除了高糖因高摩尔渗透压介质所致COX-2表达升高的机制。同时观察到，若加入10 μmol/L的PI3K抑制剂，则能使ROS、NF-κB活性减低以致最终COX-2蛋白表达下降。故推测，在系膜细胞中高糖可能通过pi3k/AKT途径激活ROS调控的NF-κB从而致使COX-2表达增加。
4. COX-2与12/15-脂氧合酶（12/15-LO）的共同作用：
有研究将糖尿病 db/db小鼠、STZ-小鼠的肾皮质系膜细胞在含25 mmol/L葡萄糖培养基中行24 h培养后，两者的12/15-LO和COX-2表达与对照组相比均显着增高（P\u003c0.01）。12/15-LO基因敲除小鼠的COX-2 mRNA在肾皮质中的表达量低于野生型小鼠（P\u003c0.01）。同时该研究发现，12/15-LO的代谢产物12（S）-HETE也能促使COX-2和PGE2表达增高。具体机制是，12（S）-HETE活化了JNK信号途径使c-jun磷酸化，活化的c-jun通过CRE位点引起COX-2基因的表达。同时还证实了，COX-2和PGE2以正反馈调节12/15-LO的活性。这也说明12/15-LO和 COX-2的共同作用是DN进程中的一个潜在机制。
5. COX-2和PGE2的相互作用：
邢杰等在DN大鼠模型中用Western-blot检测COX-2的表达时，不但发现高糖可使肾脏内COX-2蛋白增加，而且PGE2作为COX-2的代谢产物之一，在DN大鼠模型的肾皮质中是刺激肾小球系膜细胞COX-2蛋白表达增加的另一个因素。进一步说明，PGE2和COX-2在DN的发生与发展中可能存在正反馈、交互协同作用。
6. COX-2致DN的机制——肾血流动力学改变：
糖尿病时肾内血流动力学改变直接参与了DN的发生，是导致蛋白尿、肾小球硬化的重要因素。血流动力学异常也是DN的最早期表现。肾小球高滤则在其中起关键作用。COX-2表达增加可通过改变肾脏血流动力学和增强炎症反应而导致糖尿病肾脏损害。COX-2源性的PGs类化合物与肾小球高滤、高灌注密切相关，是肾血流动力学改变的机制，也是致使DN发生功能与形态学异常的基础。
Nishikawa等研究表明DN早期肾脏超滤是由于COX-2过度表达所致。Komers等在实验性糖尿病大鼠模型中观察到，未经胰岛素治疗的糖尿病大鼠肾皮质与正常大鼠COX-2表达部位相同，但强度增加。分别将COX1抑制剂戊酰水杨酸盐和COX-2抑制剂NS398用于STZ-糖尿病大鼠，并将此组的肾小球滤过分数（FF）和GFR分别与对照组相比，发现以上两反映肾血流动力学的指数明显降低（P\u003c0.05），但未对平均动脉压和肾血浆流量产生影响。同时观察到，虽然两种COX抑制剂均可减少尿PGE2，但只有NS398能同时减少此组大鼠尿PGE2（P\u003c0.01）和尿血栓A2的排泄率（P\u003c0.05）。说明COX-2源性的PGs参与了DN发生的肾血流动力学改变。糖尿病鼠血管平滑肌细胞COX-2高表达，使血管收缩的反应性增高可影响肾血流动力学。Cherney等以GFR、FF为检测指标，在21名病程大于5年的1型糖尿病患者中使用选择性COX-2抑制剂（塞来考昔）以观察COX-2对1型糖尿病患者肾血流动力学的影响。结果在肾小球超滤病例组中，塞来考昔干预组的GFR、FF较对照组显着降低（P\u003c0.05）；但在正常滤过组，塞来考昔却使以上两指标较对照组提高（P\u003c0.05）。
通过以上研究可得结论，一方面病理条件下，COX-2会导致肾小球高滤，加速DN的发生与发展。肾小球高灌注、高滤过使内皮、上皮细胞损害，破坏正常的滤过屏障，造成蛋白质滤过增加。另一方面生理条件下COX-2能维持正常的肾小球滤过。
疾病与药物
炎症
早在1967年就发现COX在前列腺素合成中具有作用，但直到20世纪90年代，其在炎症中的诱导作用才被确定。对动物关节炎模型的研究发现，前列腺素含量的增加是由于COX-2的表达上升所引起的。在腰椎骨质增生的软骨及风湿性关节炎的滑液中都能检测到COX-2的高表达。通过对人滑膜细胞和其它炎症细胞（如单核细胞）的培养，发现炎症因子（如IL-1、TNFα、LPS、TGFβ、西妥昔单抗、PDGF和FGF）能诱导COX-2的高表达，而IL-4、IL-13等抗炎药因子和免疫抑制剂糖皮质激素能降低COX-2的水平。在离体培养的骨关节炎病人滑膜细胞中能检测到高水平的COX-2和前列腺素。
另外一种重要的炎症介质——一氧化氮（NO）能在腰椎骨质增生的软骨细胞中调节前列腺素的产生，而在滑膜细胞中则不能。对诱导性一氧化氮合酶（iNOS）与环氧化酶相互作用关系的研究表明，iNOS选择性抑制剂能显著降低COX-2水平。在iNOS基因敲除动物的细胞中，PGE2的含量显著下降。在iNOS基因敲除小鼠的尿液中，PGE2含量下降达78%[，但COX-2蛋白含量没有变化。据此，可以推测NO及其衍生物可能在体内调节COX-2的活性。为进一步研究COX-2在炎症中的地位，人们设计了一些COX-2特异性抑制剂。人体实验表明，COX-2特异性抑制剂如Celecoxib和Rofecoxib能有效地治疗腰椎骨质增生、类风湿关节炎，并且没有明显的胃肠道毒性，因此在上述病症的治疗中得到广泛应用[。
肾炎
前列腺素（PGs）是重要的生理调节剂，能调节血管紧张性和维持体内的水盐平衡。在哺乳动物的肾脏中，PGs能调节肾小球的血液动力学、肾小管的水盐重吸收和肾素的分泌。长期以来，人们一直认为COX-1与正常的肾脏功能有关，而COX-2有另外的功能。但有研究表明，COX-2分布于大鼠肾脏的致密斑和髓质间质细胞中，致密斑在调节肾小球过滤、近曲小管重吸收以及肾素分泌相互作用中有重要的功能，这与盐平衡、肾流量有关。而COX-1与COX-2介导的系统在肾脏的相互作用尚不清楚。
前列腺素受体在肾脏内分布不同，这可能是COX-1和COX-2所产生的不同的前列腺素产物对肾脏不同作用而引起的。对COX-2基因敲除小鼠的研究发现，组织特异性和时间依赖性的COX-2表达对动物出生后肾脏的发育、正常肾脏的结构和功能的维持是很必要的。COX-2基因敲除小鼠的肾脏发育存在严重的缺陷。COX-1染色法研究表明，在肾小球系膜细胞增生的肾小球炎症的大鼠模型中，COX-1在肾小球，主要是系膜细胞中含量大增；COX-2在致密斑区域含量增多，但在肾小球细胞中没有上调。由此可见，在肾小球中，是COX-1而非COX-2在调节前列腺素的合成。
特异的COX-2抑制剂用于研究正常人体中由COX-2控制产生的前列腺素对肾生理功能的作用，然而肾功能不全的病人如果服用COX-2选择性抑制剂会产生肾衰竭。因此对于炎症，究竟应该使用COX-2选择性还是非选择性抑制剂，要看具体炎症的部位，如对肾小球肾炎，更倾向于应用COX-2非选择性抑制剂。
阿尔茨海默病（AD）
2000年，有研究者讨论了AD和炎症的分子机制关系。AD是一种发展性痴呆，脑中伴随β-淀粉样纤维沉淀，而微神经胶质细胞的表型激活作用与β-淀粉样斑的形成有关。微神经胶质细胞的激活会导致综合的局部致炎反应，引起炎症物质的分泌。流行病学研究表明，长期服用NSAIDs治疗疾病（如风湿性关节炎）的病人患AD的可能性比不服用者减少50%。但NSAIDs在大脑中的具体药理学作用尚不明确，许多研究者都试图通过实验来解释COX在AD病中的作用。细胞因子（如IL-1和IL-6）和一些急性期蛋白，如α1-抗胰凝乳蛋白酶（ACT）参与了AD的病理学过程。
一种新的NSAID——Tepoxalin能显著抑制星形胶质细胞中IL-1β诱导的IL-6和ACT的合成。脂多糖（LPS）诱导的微神经胶质细胞经Tepoxalin作用也能降低IL-1β和IL-6的合成。这种作用是通过抑制核因子-κB（NF-κB）的活性得以实现的。而NF-κB在一定条件下能诱导COX-2的表达。另外，β-淀粉体能通过微神经胶质细胞刺激前炎性物质的分泌，介导神经毒性和星形胶质细胞的激活，这些作用也能被NSAIDs抑制，抑制作用可能是通过PPARγ的激活而实现的。
在偶发AD病人的海马锥型层中COX-2表达升高，并且与淀粉斑密度有关。对来自转基因小鼠COX-2高表达的神经元的体外研究表明，COX-2的上调能加强Abeta介导的氧化压力。将54位AD病人尸体的脑部标本与正常死亡者比较，发现神经元COX-2在海马锥型层神经元中的表达是早期AD病人发展性痴呆的一个标志。IL-1β和合成的β淀粉多肽能诱导成神经细胞瘤细胞系（SK-NSH）中COX-2的表达和PGE2的释放。由于COX-2与AD的发生和发展有密切关系，因此COX-2可以成为治疗AD的一个基本靶点。
癌症
初步分子生物学研究表明，在人和动物大肠癌组织中COX-2的表达量增高，而在其周围组织未检测到COX-2的表达。大量表达COX-2不仅与结肠癌和上皮细胞肿瘤有关，且在人乳腺癌、肺癌、子宫癌、宫颈癌组织中的COX-2表达也有所上调。体外动物实验还发现，COX-2在膀胱癌和皮肤癌中也有作用。而NSAIDs会显著降低结肠癌动物模型肿瘤的发生率。
调查表明，在使用阿司匹林和其他NSAIDs药物的人群中，结肠癌发病率下降40%-50%。Jacoby等发现，celecoxib（塞来昔布）能有效防止和抑制APC基因突变的腺瘤样息肉瘤小鼠模型的腺瘤。临床前研究显示，Celecoxib不论在体内和体外都能抑制放射性肠炎癌细胞的生长，并且对胃肠道无副作用。美国FDA已批准该药用于治疗家族性结肠腺瘤样息肉瘤。
NSAIDs可抑制肿瘤细胞生长、抑制血管生成和诱导肿瘤细胞凋亡。NSAIDs的抗肿瘤机制可能与其抑制COX活性、导致前列腺素合成减少有关。但迄今为止只是部分探明了它的作用机制。COX-2调节肿瘤细胞增殖和凋亡最可能的机制是通过与其下游的各种前列腺素及血栓素结合相应的受体（包括膜受体：G-蛋白偶联受体和核内受体：PPARs）而发挥其相应的作用。此外，COX抑制剂对脑癌、颈癌及食道癌可能也有治疗作用。
未来展望
近年来，特异性COX-2抑制剂（如塞来昔布及罗非昔布）的陆续上市已对医药市场和临床治疗产生极大的影响。在药品生产商和舆论的推动下，人们似乎已完全接受特异性COX-2抑制剂，并认为它将替代传统的NSIADs。事实上，目前对COX-2尚存在不少疑问，例如目前已有部分研究证实COX-2对人体的正常生理机能同样发挥着作用，而并非象以前所认为的只有在炎症、败血症及细胞损伤等病理情况下才表达。那么COX-2对机体正常生理活动究竟起着什么样的作用呢？另外，特异性COX-2抑制剂在减少传统NSIADs胃肠道不良反应的同时，是否也会带来其它的严重副作用？而目前已有一些临床试验发现特异性COX-2抑制剂可能增加患者心血管事件的危险性。再有，目前有研究提示可能人体内存在COX-3，那么这种COX-3的作用是什么，它与COX-1和COX-2的关系又如何？因此，从目前情况来看，有关COX的研究还远未达到终点。
结语
糖尿病及其并发症是一种慢性、低度炎症的观点已经得到多数共识。诸多实验与研究都已经证实，COX-2作为重要的炎症介质与糖尿病、DN的发生和发展关系密切。进一步寻找阻断COX-2信号转导途径的干扰技术和研制针对性强的新型COX-2抑制剂都是今后研究的方向。