Cyclooxygenasen (COX) sind Enzyme, die eine Schlüsselrolle in der Synthese von Prostaglandinen und anderen Eicosanoiden spielen, die wichtige Mediatoren zahlreicher physiologischer und pathophysiologischer Prozesse im Körper sind. Diese Enzyme, die auch als Prostaglandin-Endoperoxid-Synthasen bekannt sind, katalysieren die Umwandlung von Arachidonsäure, einer mehrfach ungesättigten Fettsäure, in Prostaglandin-H2 (PGH2), den Ausgangspunkt für die Synthese verschiedener Prostaglandine, Thromboxane und Prostacycline. Die Aktivität der Cyclooxygenasen beeinflusst somit die Regulation von Entzündungen, Schmerzempfinden, Blutgerinnung und der Aufrechterhaltung der Magenschleimhaut.

Es gibt zwei Hauptisoformen der Cyclooxygenase: COX-1 und COX-2. Diese Isoformen unterscheiden sich in ihrer Expression, Regulation und Funktion. COX-1 ist konstitutiv, d. h. es wird in den meisten Geweben kontinuierlich exprimiert und erfüllt vor allem hausmeisterartige Funktionen. Es ist entscheidend für die Synthese von Prostaglandinen, die den Magen-Darm-Trakt schützen, die Nierenfunktion unterstützen und die Thrombozytenaggregation fördern. COX-2 hingegen wird überwiegend induzierbar exprimiert, beispielsweise durch Entzündungsmediatoren wie Zytokine, Wachstumsfaktoren oder Gewebeschäden. Es ist vor allem in Entzündungsherden aktiv und spielt eine zentrale Rolle bei der Vermittlung von Schmerz, Fieber und der Immunantwort.

Die Funktion der Cyclooxygenasen kann durch nichtsteroidale Antirheumatika (NSAR) wie Aspirin, Ibuprofen oder Diclofenac moduliert werden, die ihre Aktivität hemmen. NSAR wirken, indem sie die Bindungsstelle der Arachidonsäure im Enzym blockieren und so die Prostaglandinsynthese reduzieren. Dies führt zu einer Linderung von Entzündung, Schmerz und Fieber. Die Hemmung von COX-1 kann jedoch unerwünschte Nebenwirkungen haben, wie etwa eine erhöhte Magen-Darm-Ulzeration oder Blutungsneigung, da die schützenden Prostaglandine ebenfalls reduziert werden. Aus diesem Grund wurden selektive COX-2-Inhibitoren, wie Celecoxib, entwickelt, die gezielt die entzündungsfördernde COX-2-Isoform hemmen und so weniger Nebenwirkungen verursachen.

Die Rolle der Cyclooxygenasen geht jedoch über die Entzündungsreaktion hinaus. Sie sind an der Regulierung von Prozessen wie der Blutdruckkontrolle, der Fortpflanzung und der Heilung von Gewebeschäden beteiligt. Darüber hinaus werden sie mit der Pathogenese verschiedener Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter kardiovaskuläre Erkrankungen, chronische Entzündungen, neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Krebs. Insbesondere COX-2 ist in einigen Tumorarten überexprimiert und fördert durch die Synthese von Prostaglandinen das Tumorwachstum, die Angiogenese und die Hemmung der Immunüberwachung. Diese Erkenntnisse haben zur Untersuchung von COX-2-Inhibitoren als mögliche therapeutische Ansätze in der Onkologie geführt.

Auf molekularer Ebene katalysieren Cyclooxygenasen eine zweistufige Reaktion: Zunächst erfolgt eine Oxidation, bei der Arachidonsäure zu PGG2 umgewandelt wird, gefolgt von einer Peroxidase-Reaktion, die PGG2 zu PGH2 reduziert. PGH2 wird dann von gewebespezifischen Enzymen weiterverarbeitet, um verschiedene bioaktive Produkte zu erzeugen. Diese Vielfalt an Prostaglandinen und verwandten Molekülen ermöglicht es, dass Cyclooxygenasen eine breite Palette von physiologischen Funktionen und Anpassungen steuern können.

Zusammenfassend sind Cyclooxygenasen lebenswichtige Enzyme, deren präzise Regulation essenziell für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen physiologischen Prozessen und der Reaktion auf Verletzungen oder Entzündungen ist. Ihr Verständnis hat weitreichende Auswirkungen auf die Medizin, insbesondere in der Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von Entzündungskrankheiten, Schmerzen und bestimmten Krebsarten. Ihre zentrale Rolle in der menschlichen Biologie macht sie zu einem der bedeutendsten Ziele der pharmakologischen Forschung.