堿性鞘磷脂酶與脂類代謝相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

李欣+張萍+張濤

[摘要] 堿性鞘磷脂酶（Alk-SMase）存在于腸道和人的膽汁中，是消化道中水解鞘磷脂的關(guān)鍵酶。鞘磷脂的消化水解作用減弱，代謝活性產(chǎn)物減少，將導(dǎo)致細(xì)胞增生、凋亡、炎癥等失去調(diào)控，最終導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。脂類代謝是人類體內(nèi)重要的代謝過程，Alk-SMase及其代謝產(chǎn)物也能影響腸道中磷脂、膽固醇和三酰甘油等脂類的代謝，最終導(dǎo)致肝膽疾病、腸道炎癥以及結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。本文將重點(diǎn)討論Alk-SMase與脂類代謝的關(guān)系，對近年來Alk-SMase與脂類代謝相關(guān)疾病的研究進(jìn)展作一簡要綜述。

[關(guān)鍵詞] 堿性鞘磷脂酶；鞘磷脂；脂類代謝；結(jié)腸癌

[中圖分類號] R575.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）01（b）-0036-03

[Abstract] Alkaline sphingomyelinase （Alk-SMase） is the key enzyme for the hydrolysis of sphingomyelin in the digestive tract， which exists in the intestine and human bile. Decreased sphingomyelin hydrolysis and metabolic active products will cause cell proliferation， apoptosis， inflammation and ultimately leading to cancer. Lipid metabolism is an important metabolic process in humans. Alk-SMase and its metabolites can affect the metabolism of phospholipids， cholesterol and triglycerides in the intestine， leading to hepatobiliary diseases， intestinal inflammation and colon tumors. This article will focus on the relationship between Alk-SMase and lipid metabolism， and make a brief review of the research progress of Alk-SMase and lipid metabolism related diseases.

[Key words] Alkaline sphingomyelinase； Sphingomyelin； Lipid metabolism； Colon cancer

最初，堿性鞘磷脂酶（Alk-SMase）作為水解腸道中鞘磷脂（SM）生成神經(jīng)酰胺的關(guān)鍵酶而被人們所熟知，而神經(jīng)酰胺可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化及凋亡，是SM代謝通路中的重要信使分子，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要的功能[1]。近年來，越來越多的文獻(xiàn)報(bào)道，Alk-SMase不僅能參與SM的代謝，抑制結(jié)腸腫瘤的發(fā)生發(fā)展，對膽固醇和三酰甘油的代謝也有一定的調(diào)節(jié)作用。Alk-SMase的活性變化能直接影響腸道中膽固醇吸收、脂肪酸及三酰甘油的生成。脂類代謝紊亂可引起一系列病理生理的變化和多種疾病發(fā)生發(fā)展。那么，能否通過調(diào)節(jié)Alk-SMase，來調(diào)節(jié)脂類代謝，從而改善脂類代謝相關(guān)疾病呢？本文將對近年來Alk-SMase與脂類代謝疾病關(guān)系的研究進(jìn)展作一簡要綜述。

1 Alk-SMase的特性

Alk-SMase屬于核苷酸焦磷酸酶磷酸二酯酶（nucleotide pyrophosphatase phosphodiesterase，NPP）家族，它與其他鞘磷脂酶沒有結(jié)構(gòu)相似性，又被命名為NPP7[2]。作為NPP家族成員的細(xì)胞外酶，Alk-SMase和其他NPPs結(jié)構(gòu)相似，通過N末端和C末端膜域綁定在質(zhì)膜上，主體部分（包括催化域）都位于細(xì)胞外[2-3]。鞘磷脂酶（SMase）主要有三種類型：酸性、中性及Alk-SMase[3]。Alk-SMase和其他SMase相比，具有組織表達(dá)特異性、膽汁鹽依賴性和胰酶消化抵抗性等獨(dú)具特性。Alk-SMase的組織表達(dá)特異性表現(xiàn)為其只在哺乳動(dòng)物腸道黏膜中表達(dá)（人的肝臟中也有表達(dá)），并通過腸道黏膜上皮細(xì)胞分泌到腸腔中發(fā)揮活性，而其活性在膽汁鹽存在時(shí)可增加二十幾倍[4]，同時(shí)腸道中胰酶不但不能使其滅活，還能促進(jìn)酶蛋白釋放并增加其活性。因此，當(dāng)其他SMase被胰酶滅活時(shí)，它的活性可以從小腸一直持續(xù)到結(jié)腸乃至糞便中，而成為水解腸道中SM的關(guān)鍵酶。

2 Alk-SMase與脂類代謝的關(guān)系

2.1 調(diào)節(jié)腸道中磷脂的代謝

Alk-SMase具有磷脂酶C活性，可水解SM的磷酸酯鍵生成神經(jīng)酰胺和磷酸膽堿。SM存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜內(nèi)，是髓鞘的主要成分，人體含量最多的SM是神經(jīng)鞘磷脂，由鞘氨醇、脂肪酸及磷酸膽堿構(gòu)成。神經(jīng)鞘磷脂是構(gòu)成生物膜的重要磷脂，它常與卵磷脂并存于細(xì)胞膜外側(cè)。一些食物中也含有SM，如牛奶、肉類、雞蛋和魚[5]。Alk-SMase水解SM生成神經(jīng)酰胺，進(jìn)一步水解生成鞘胺醇和1-磷酸鞘胺醇等脂類信號分子[6]，它們對腸道細(xì)胞增殖、分化和凋亡發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。除了SM以外，血小板壞死因子（PAF）、溶血卵磷脂（lyso-PC）等帶有磷酸酯鍵的磷脂也是它的底物。Alk-SMase可通過磷脂酶C活性水解lyso-PC生成甘油一酯，競爭NPP2的磷脂酶D活性將lyso-PC水解生成溶血磷脂酸（LPA），從而降低LPA的生成量[7]。LPA可刺激Ark和Erk1/2釋放IL-8，引起細(xì)胞增殖和炎癥，促進(jìn)腸道炎癥和腫瘤的發(fā)生[8-9]。Alk-SMase還可以水解并滅活PAF，PAF也是一種潛在的促炎因子，促進(jìn)細(xì)胞因子釋放和細(xì)胞增殖效應(yīng)，引發(fā)腸道的炎癥和腫瘤[10]。在腸腔和腸道黏膜中，Alk-SMase通過水解各類磷脂，參與磷脂的代謝，是NPPs家族中唯一一個(gè)具有抗癌作用的成員[11]。endprint

2.2 調(diào)節(jié)膽固醇的代謝

膽固醇平衡取決于它的從頭合成，分解代謝，分泌入膽汁，以及膽汁和膳食膽固醇在腸道的吸收。小腸在調(diào)節(jié)體內(nèi)膽固醇平衡過程中起著重要作用，約30%的血漿膽固醇從小腸吸收而得[12]。通過抑制膽固醇的吸收，可以減少約37%的血漿膽固醇[12]。眾所周知，腸道膽固醇的吸收是個(gè)多步驟的過程，其中膽固醇由膽汁酸和磷脂微?；?，再由腸細(xì)胞吸收，組裝成脂蛋白，并輸送到淋巴和循環(huán)。飲食中的SM已被證明能抑制腸道中膽固醇的吸收，當(dāng)喂食等摩爾量的SM和膽固醇混合物時(shí)，只有10%的膽固醇被吸收[8]。這一發(fā)現(xiàn)也被Nyberg等[11]證實(shí)和擴(kuò)充，發(fā)現(xiàn)牛奶鞘磷脂比雞蛋鞘磷脂更有效。并且，這種抑制作用在嚙齒動(dòng)物中比在人類中更明顯[11-12]。在腸道，SM由Alk-SMase催化水解產(chǎn)生神經(jīng)酰胺，并能進(jìn)一步由腸中性神經(jīng)酰胺酶水解生成鞘氨醇，神經(jīng)酰胺降解的過程是緩慢的、不完全的，而鞘氨醇可以被腸細(xì)胞有效吸收[8]。又有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)酰胺對膽固醇的吸收也有抑制作用，而且由Alk-SMase催化產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺比SM對膽固醇的吸收具有更強(qiáng)的抑制作用[13]。但最近，Zhang等[14]利用Alk-SMase基因敲除鼠進(jìn)行糞便雙同位素法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表明Alk-SMase能通過降低腸內(nèi)SM以促進(jìn)膽固醇的吸收。所以，Alk-SMase對膽固醇吸收的影響究竟是促進(jìn)還是抑制以及SM是否可能影響人體內(nèi)源性膽固醇，還有待我們進(jìn)行進(jìn)一步深入的研究。

2.3 調(diào)節(jié)三酰甘油的代謝

膳食中的SM由腸道Alk-SMase和中性神經(jīng)酰胺酶水解成鞘氨醇，鞘氨醇能被吸收并轉(zhuǎn)化為棕櫚酸，并?；扇槊游⒘Ｈ８视停═Gs）[8]。在腸道中，SM及其代謝物會影響三酰甘油水解，膽固醇吸收，脂蛋白形成和黏膜生長。有研究表明，SM能抑制三酰甘油的代謝，而鞘磷脂酶的存在能激活三酰甘油的水解[15]。此外，磷脂的存在可能會抑制胰脂肪酶水解三酰甘油的速率，但同時(shí)加入磷脂酶A2處理則能明顯縮短三酰甘油的水解時(shí)間[15]。Rezhdo等[16]也通過研究證實(shí)，膽汁鹽磷脂微團(tuán)（包括膽汁鹽鞘磷脂微團(tuán)）可用于替代阿拉伯膠乳化底物的合成酶，并抑制三酰甘油的分解。因此，SM的存在和SM的緩慢水解可能延長三酰甘油水解過程。

3 Alk-SMase與脂類代謝相關(guān)疾病的關(guān)系

3.1 與肝膽疾病的關(guān)系

肝臟是人體主要的代謝器官，肝臟在脂類的消化、吸收、分解、合成及運(yùn)輸?shù)却x過程中均起著重要作用。膽汁主要負(fù)責(zé)乳化脂質(zhì)，亦會幫助消化一些蛋白質(zhì)和糖類。Alk-SMase能在人的腸道和肝臟表達(dá)，在其他哺乳動(dòng)物的肝臟中尚未發(fā)現(xiàn)其活性[17]。人的膽囊黏膜并沒有Alk-SMase活性而膽汁中有，表明膽汁中的Alk-SMase也是來源于肝臟[5，18]。已有文獻(xiàn)報(bào)道，惡性肝膽疾病時(shí)Alk-SMase活性降低。在易于發(fā)生腫瘤的肝臟疾病中，Alk-SMase水平也趨于下降[5]。近來膽管癌的發(fā)病率逐年增加，除了手術(shù)切除外幾乎是不可治愈的，由于缺乏早期標(biāo)記，大多數(shù)膽管癌患者都錯(cuò)過了可手術(shù)切除治療的階段，并且5年生存率幾乎為零[18]。有研究顯示，膽管癌患者的Alk-SMase水平明顯降低。因此，膽汁中的Alk-SMase大量減少可以作為膽管癌的早期診斷標(biāo)志物[19-20]。

3.2 與瘤腸道炎癥和結(jié)腸腫的關(guān)系

不同類型的SMase負(fù)責(zé)不同器官和細(xì)胞SM的分解代謝[21]。Alk-SMase是水解SM的關(guān)鍵酶[17，22]，其存在于腸道黏膜和內(nèi)腔中，在小腸中部具有峰值活性[21]。動(dòng)物研究表明，膳食SM的消化主要發(fā)生在Alk-SMase豐富的小腸中下部，這說明Alk-SMase對腸道鞘磷脂的水解起到重要作用[21]。此外，膳食SM可能對結(jié)腸的細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)生具有調(diào)節(jié)作用[10，23]。喂食小鼠SM并用二甲基肼處理時(shí)，結(jié)腸異常隱窩病灶數(shù)量減少了70%[21]。同時(shí)，膳食SM也能降低二甲基肼處理小鼠的惡性腫瘤發(fā)生比例。在結(jié)腸Alk-SMase可以通過產(chǎn)生神經(jīng)酰胺和鞘氨醇來保護(hù)結(jié)腸黏膜，并抵抗腫瘤的發(fā)生[8]。長期結(jié)腸炎[24]，結(jié)腸腺瘤、癌[18]，腺瘤性息肉病時(shí)，Alk-SMase活性顯著降低[8]，因此，Alk-SMase對結(jié)腸癌有潛在的化學(xué)預(yù)防作用[21]。Chen等[25]利用Alk-SMase基因敲除鼠模型發(fā)現(xiàn)，腫瘤發(fā)生率、腫瘤數(shù)目、腫瘤大小和惡變程度均明顯增加，這也證明了在結(jié)腸中Alk-SMase是一種能抵抗腫瘤發(fā)生和惡變的生理因素。

4 小結(jié)

近年來，Alk-SMase在肝膽疾病和結(jié)腸癌方面的研究逐漸引起了廣泛關(guān)注，Alk-SMase也將有望成為為結(jié)腸癌的早期診斷、療效評價(jià)及預(yù)后效果的判斷指標(biāo)。因此，研究Alk-SMase與脂類代謝疾病的關(guān)系，不但有生理學(xué)意義，更有臨床意義。所以，我們下一步將利用Alk-SMase基因敲除鼠進(jìn)行研究來進(jìn)一步確定Alk-SMase與脂類代謝疾病的關(guān)系。相信隨著我們對Alk-SMase生物學(xué)功效不斷深入的研究和認(rèn)識，一定會為脂類代謝相關(guān)性疾病的研究做出更加深遠(yuǎn)的影響。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Adada M，Luberto C，Canals D. Inhibitors of the sphingom?yelin cycle：Sphingomyelin synthases and sphingomyelinases [J]. Chem Phys Lipids，2016，197：45-59.

[2] Gorelik A，Liu F，Illes K，et al. Crystal Structure of the Human Alkaline Sphingomyelinase Provides Insights into Substrate Recognition [J]. J Biol Chem，2017，292（17）：7087-7094.endprint

[3] Parrill AL，Wanjala IW，Pham，TC，et al. Computational identification and experimental characterization of substrate binding determinants of nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 7 [J]. BMC Biochem，2011，12：65.

[4] Maldonado-Valderrama J，Wilde P，Macierzanka A，et al. The role of bile salts in digestion [J]. Adv Colloid Interface Sci，2011，165（1）：36-46.

[5] Bienias K，F(xiàn)iedorowicz A，Sadowska A，et al. Regulation of sphingomyelin metabolism [J]. Pharmacol Rep，2016，68（3）：570-581.

[6] Airola MV，Allen WJ，Pulkoski-Gross MJ，et al. Structural Basis for Ceramide Recognition and Hydrolysis by Human Neutral Ceramidase [J]. Structure，2015，23（8）：1482-1491.

[7] Duan RD，Nilsson A. Metabolism of sphingolipids in the gut and its relation to inflammation and cancer development [J]. Prog Lipid Res，2008，48（1）：62-72.

[8] Nilsson A，Duan RD. Absorption and lipoprotein transport of sphingomyelin [J]. J Lipid Res，2005，47（1）：154-171.

[9] Keune WJ，Hausmann J，Bolier R，et al. Steroid binding to Autotaxin links bile salts and lysophosphatidic acid signaling [J]. Nat Commun，2016，7：11248.

[10] Nilsson ?. Role of Sphingolipids in Infant Gut Health and Immunity [J]. J Pediatr，2016，173 Suppl：S53-S59.

[11] Nyberg L，Duan RD，Nilsson A. A mutual inhibitory effect on absorption of sphingomyelin and cholesterol [J]. J Nutr Biochem，2000，11（5）：244-249.

[12] Ohlsson L，Hertervig E，J？nsson BA，et al. Sphingolipids in human ileostomy content after meals containing milk sphingomyelin [J]. Am J Clin Nutr，2010，91（3）：672-678.

[13] Feng D，Ohlsson L，Ling W，et al. Generating ceramide from sphingomyelin by alkaline sphingomyelinase in the gut enhances sphingomyelin-induced inhibition of choles?terol uptake in Caco-2 cells [J]. Dig Dis Sci，2010，55（12）：3377-3383.

[14] Zhang P，Chen Y，Cheng Y，et al. Alkaline sphingomye?linase（NPP7）promotes cholesterol absorption by affecting sphingomyelin levels in the gut：A study with NPP7 knockout mice [J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2014，306（10）：G903-908.

[15] Venuti E，Shishmarev D，Kuchel PW，et al. Bile salt stimu?lated lipase：Inhibition by phospholipids and relief by phos?pholipase A2 [J]. J Cyst Fibros，2017，16（6）：763-770.

[16] Rezhdo O，Di Maio S，Le，P，et al. Characterization of coll?oidal structures during intestinal lipolysis using small-angle neutron scattering [J]. J Colloid Interface Sci，2017， 499：189-201.

[17] Duan RD. Alkaline sphingomyelinase：an old enzyme with novel implications [J]. Biochim Biophys Acta，2006，1761（3）：281-291.endprint

[18] Duan RD，Hindorf U，Cheng Y，et al. Changes of activity and isoforms of alkaline sphingomyelinase（nucleotide pyrophosphatase phosphodiesterase 7）in bile from patients undergoing endoscopic retrograde cholangiopancreatography [J]. BMC Gastroenterol，2014，14：138.

[19] Khan SA，Thomas HC，Davidson BR. et al. Cholangiocarcinoma [J]. Lancet，2005，366（9493）：1303-1314.

[20] Reddy SB，Patel T. Current approaches to the diagnosis and treatment of cholangiocarcinoma [J]. Curr Gastroenterol Rep，2006，8（1）：30-37.

[21] Liu JJ，Nilsson A，Duan RD. In vitro effects of fat，F(xiàn)A，and cholesterol on sphingomyelin hydrolysis induced by rat intestinal alkaline sphingomyelinase [J]. Lipids，2002， 37（5）：469-474.

[22] Zhang Y，Cheng Y，Hansen GH，et al. Crucial role of alkaline sphingomyelinase in sphingomyelin digestion：a study on enzyme knockout mice [J]. J Lipid Res，2010， 52（4）：771-781.

[23] Maceyka M，Spiegel S. Sphingolipid metabolites in inflammatory disease [J]. Nature，2014，510（7503）：58-67.

[24] Foersch S，Waldner MJ，Neurath MF. Colitis and colorectal cancer [J]. Dig Dis，2012，30（5）：469-476.

[25] Chen Y，Zhang P，Xu SC，et al. Enhanced colonic tumorigenesis in alkaline sphingomyelinase（NPP7）knockout mice [J]. Mol Cancer Ther，2014，14（1）：259-267.

（收稿日期：2017-10-03 本文編輯：張瑜杰）endprint