花生四烯酸與氧化應激的研究進展*

陶 磊，傅淑霞

(河北醫(yī)科大學第二醫(yī)院腎內(nèi)科，河北 石家莊 050000)

花生四烯酸(arachidonic acid，AA)是一種人體內(nèi)含量最豐富、性質(zhì)最活躍、分布最廣泛的多不飽和必需脂肪酸，具有很強的生物活性，其代謝網(wǎng)絡是炎癥代謝網(wǎng)絡的重要組成部分。AA不僅在炎癥中發(fā)揮重要作用而且與氧化應激關系密切。對兩者相互作用的研究能夠更好地闡明疾病發(fā)生的機制，對病因探究及疾病治療具有重要意義。

1 AA及其代謝

AA屬于n－6系多不飽和必需脂肪酸，簡記為20:4(n－6)，由油酸轉化而來。在哺乳動物體內(nèi)，絕大部分AA與甘油磷脂上的羥基結合，以酯的形式幾乎全部存在于膜磷脂Sn－2的位置。通過以下3條途徑從膜磷脂中釋放:(1)非特異性磷脂酶A2的直接水解;(2)磷脂酰肌醇特異性的磷脂酶C和二酰甘油脂肪酶聯(lián)合作用;(3)特異性磷脂酶A2水解作用。其次AA的釋放還受酰基轉移酶的影響，抑制其活性，可以降低再?；乃俾?，提高游離 AA的水平［1］。釋放的 AA經(jīng)3條途徑被代謝:(1)環(huán)氧酶(cyclooxygenase，COX)途徑，催化生成前列腺素類和血栓素;(2)脂氧酶(lipoxygenase，LOX)途徑，生成過氧化氫廿碳四烯酸、白三烯類、羥化廿碳四烯酸和脂氧素;(3)經(jīng)細胞色素 P450酶(cytochrome P450，CYP450)途徑，生成羥化廿碳四烯酸、環(huán)氧化二十碳四烯酸及其下級產(chǎn)物二羥基二十碳三烯酸。

2 AA對氧化應激的影響

氧化應激指機體在遭受各種有害刺激時，體內(nèi)高活性分子如活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)產(chǎn)生過多，超出了機體對氧化物的清除能力，氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，導致組織損傷。組織和細胞的氧化損傷被認為是許多人類疾病發(fā)展的中心環(huán)節(jié)，正常的氧化代謝會產(chǎn)生活性氧，但濃度非常低，低濃度的活性氧可作為信號轉導通路中的信號分子，或者本身作為細胞的刺激物發(fā)揮重要的生理作用，然而高濃度的活性氧是致命的，氧化應激過程中產(chǎn)生的大量活性氧通過脂質(zhì)過氧化反應，對膜磷脂內(nèi)的脂肪酸進行修飾，改變了膜的流動性、膜蛋白結構及細胞信號轉導通路等，導致細胞的壞死或凋亡。

2.1 AA誘導氧化應激的產(chǎn)生 AA對氧化應激的誘導主要是通過產(chǎn)生大量活性氧來實現(xiàn)的。AA主要通過以下幾條通路促進活性氧的大量產(chǎn)生:首先，AA能夠激活細胞膜上的鈣通道致鈣內(nèi)流，使細胞內(nèi)鈣離子濃度增加［2，3］，增加的鈣離子能夠激活 NADPH氧化酶，產(chǎn)生大量活性氧［4］。其次，AA和高糖共同作用能夠激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)進而激活PKC依賴的NADPH氧化酶，產(chǎn)生大量活性氧［5］。通過使用活性氧(ROS)捕獲劑雙氫羅丹明123，進一步證實了AA和高糖能夠顯著增加ROS的形成，并且隨著AA和高糖的濃度增加，培養(yǎng)液中脂質(zhì)過氧化物及氧化型谷胱甘肽(L－glutathione oxidized，GSSG)的量也逐漸增加，從而說明氧化應激逐漸加重［6，7］。AA還能誘導人中性粒細胞釋放超氧基［8］。此外，AA通過激活受體交互作用蛋白1(receptor－ interacting protein 1，RIP1)，產(chǎn)生大量ROS［9］。AA還能通過抑制線粒體呼吸鏈中的復合酶I和III的活性以及增加線粒體膜的流動性，誘導ROS的產(chǎn)生，并且有研究發(fā)現(xiàn)在老鼠的心肌細胞線粒體中，ROS的產(chǎn)生量和復合酶III的抑制程度呈線性正相關［10］。除上述途徑外，AA在通過COX、LOX途徑代謝時，也產(chǎn)生大量活性氧，包括脂質(zhì)過氧化物和超氧陰離子，加重氧化應激［11］。

2.2 AA抑制氧化應激 AA通過提高抗氧化酶活性及減少線粒體ROS的生成，抑制氧化應激，見圖1。AA通過激活過氧化物酶增殖體激活受體(peroxisome proliferator－activated receptor，PPAR)及促進新蛋白的合成，提高了銅鋅超氧化物歧化酶(copper/zinc superoxide dismutase，Cu/Zn－SOD)、錳超氧化物歧化酶、谷胱甘肽－過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)及過氧化氫酶(catalase)4種抗氧化酶的活性，對抗谷氨酸鹽及過氧化氫(H2O2)造成的氧化應激損傷，并且對于提高每種抗氧化酶活性所需AA的量及誘導時間各不相同，具有特異性［12］。PPAR包括PPAR－α、PPAR－γ等多種亞型，為進一步明確AA通過激活何種亞型而發(fā)揮作用，在實驗中使用了PPAR－α抑制劑MK886，PPAR－γ抑制劑雙酚A二縮水甘油醚(bisphenol A diglycidyl ether，BADGE)以及真核生物蛋白合成抑制劑放線菌酮(cycloheximide)，發(fā)現(xiàn)其中BADGE和cycloheximide能夠完全阻斷AA的保護作用，MK886不能阻斷AA的保護作用，證明AA對抗氧化應激的神經(jīng)保護作用主要是通過激活PPAR－γ和合成新蛋白來實現(xiàn)的。盡管MK886不能阻斷AA的保護作用，但是也不能除外AA可能通過PPAR－α途徑發(fā)揮保護作用的可能性，因為MK886在阻斷PPAR－α同時，其本身有直接的神經(jīng)保護作用［12］。AA還能通過激活表皮生長因子受 體 (epidermal growth factor receptor，EGFR)［13］，進而激活谷胱甘肽過氧化物酶［14］。除上述通過提高抗氧化酶活性抑制氧化應激外，AA還通過以下途徑減少ROS的生成抑制氧化應激:首先，AA通過解偶聯(lián)作用，降低線粒體膜電位，阻止反向電子轉運(reverse electron transport，RET)，進而阻止依賴 RET的ROS產(chǎn)生［10］。其次，AA通過降低NADPH氧化酶p47亞基的表達，抑制NADPH氧化酶的活性［15］，減少ROS的生成。AA還能通過抑制一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)的活性，抑制具有強氧化性的ROS－過氧亞硝酸鹽(ONOO－)的形成［16］。

Figure 1.The inhibitory effect of AA on oxidative stress.圖1 花生四烯酸對氧化應激的抑制作用

3 氧化應激對AA的影響

3.1 氧化應激促進AA的釋放

①氧化應激通過增強磷脂酶A2活性，促進AA釋放。磷脂酶A2是一種能水解甘油磷脂分子中第2位酯鍵的酶，分布廣泛，根據(jù)其存在部位、氨基酸順序同源性及生化功能不同分為3類:分泌型磷脂酶A2(secreted phospholipase A2，sPLA2);胞質(zhì)型磷脂酶A2(cytosolic phospholipase A2，cPLA2)，這兩者都表現(xiàn)出對Ca2+的高度敏感性;以及Ca2+非依賴型磷脂酶A2(calcium － independent phospholipase A2，iPLA2)。其中cPLA2被認為是氧化應激狀態(tài)下激活產(chǎn)生AA的主要酶，cPLA2水平與AA的釋放量呈正相關。cPLA2主要通過以下幾條途徑激活，見圖2。(1)氧化應激能夠增加細胞內(nèi)游離鈣離子濃度(［Ca2+］i)，增加的鈣離子，一方面通過激活絲裂原激活的蛋白激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶的激酶1(MAPK/ERK kinase 1，MEK－1)，進而激活細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2(extracellular signal－regulated kinase 1/2，ERK1/2)，使cPLA2磷酸化激活;另一方面促進cPLA2從胞質(zhì)向膜的轉運，這兩方面共同促進膜磷脂釋放AA［17］。(2)氧化應激能夠激活 PKC，被激活的PKC一方面通過激活ERK1/2，磷酸化激活cPLA2;另一方面PKC也能直接磷酸化激活cPLA2，促進AA的釋放［17］。(3)氧化應激能夠直接誘導ERK1/2和p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen－activated protein kinase，p38 MAPK)的磷酸化激活［18］，激活的這兩種酶能夠分別誘導cPLA2磷酸化，激活cPLA2，釋放 AA［19，20］。(4)氧化應激還能通過 Raf－ MEK －p42/44(MAPK)通路，致 cPLA2磷酸化，激活 cPLA2，釋放AA［21］。(5)氧化應激狀態(tài)下膜磷脂發(fā)生脂質(zhì)過氧化，cPLA2對氧化的膜磷脂具有高度親和力和選擇性的降解作用，進一步增強cPLA2活性，增加AA釋放［21］。(6)氧化應激下存在sPLA2的激活，激活的sPLA2通過增強PKC和ERK的活性，進而增加cPLA2的激活，促進 AA釋放［17］。除上述 cPLA2激活外，氧化的膜磷脂能夠顯著增加sPLA2的活性［22］，并且氧化應激下激活的cPLA2也能進一步增強sPLA2的活性［17］。由此可見，氧化應激狀態(tài)下存在cPLA2和sPLA2兩種酶的激活，并且兩者之間存在著復雜相互關系，共同作用促進AA釋放。

Figure 2.The activation of cPLA2and the release of AA under oxidative stress.圖2 氧化應激下cPLA2的激活及AA的釋放

對于iPLA2是否參與氧化應激下AA的釋放，存在爭議，在星形膠質(zhì)細胞研究中發(fā)現(xiàn)，氧化應激狀態(tài)下抑制 iPLA2的活性，對 AA的釋放沒有影響［18］。然而在U937吞噬細胞研究中卻發(fā)現(xiàn)，iPLA2是氧化應激下釋放AA的主要酶［23］。

②氧化應激抑制AA的再?；?，增加游離的AA濃度。AA參與了膜磷脂的脫?；驮脔；饔醚h(huán)，AA被PLA2從磷脂膜上水解下來，另1個脂肪酸通過?；o酶A合成酶和溶血磷脂酯酰轉移酶結合到膜磷脂上，這個循環(huán)是構成AA和其它脂肪酸結合到磷脂上的主要通路，氧化應激狀態(tài)時AA的再酰化被抑制。氧化應激通過損傷線粒體，抑制三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的合成［24］，而 ATP 是合成?；饔弥虚g產(chǎn)物脂肪酰輔酶A所必須的，通過抑制ATP的合成，從而抑制了AA的酯化作用，增加了AA的釋放。

3.2 氧化應激抑制血小板 AA的釋放 Sorrell等［25］利用吩嗪衍生物綠膿菌素的氧化還原特性產(chǎn)生了少量的活性氧自由基，來研究氧化應激對人血小板內(nèi)AA代謝的影響，血小板內(nèi)的AA預先用［3H］標記，并且向培養(yǎng)液中加入鈣離子載體A23187，使鈣離子快速進入細胞內(nèi)，保證了細胞質(zhì)的游離鈣離子濃度，結果發(fā)現(xiàn)用綠膿菌素處理的血小板游離AA標記量減少，相對應的是膜磷脂上的標記增加。在向培養(yǎng)液中加入綠膿菌素前用抗氧化劑，超氧化物歧化酶，過氧化氫酶或者羥自由基清除劑，甘露醇等預處理，能夠恢復AA的釋放和類花生四烯酸的量，從而說明氧化應激抑制血小板膜磷脂AA釋放，然而，綠膿菌素產(chǎn)生的活性氧對加入外源性AA的代謝沒有影響。

4 小結

綜上所述，AA既能誘導氧化應激產(chǎn)生，也能抑制氧化應激，同時氧化應激對AA的釋放也有正反兩方面作用。AA作為一種重要的炎癥因子，與氧化應激之間存在著復雜的相互關系，不同細胞間二者的相互關系也不盡相同，通過AA的橋梁作用，不僅能夠將炎癥和氧化應激有機結合起來，從炎癥和氧化應激兩方面系統(tǒng)闡述疾病發(fā)生發(fā)展全過程，而且還能從這兩個方面對疾病進行治療，對臨床疾病的診治具有重大意義。

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