酸性鞘磷脂酶活性調(diào)控及相關(guān)藥物研究進展

劉思思，楊嘉輝，王 安

（中南大學(xué)湘雅公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)系，湖南 長沙 410078）

鞘磷脂是質(zhì)膜的基本成分，涉及跨膜信號的調(diào)節(jié)。鞘磷脂酶是調(diào)節(jié)鞘磷脂代謝的關(guān)鍵酶，鞘磷脂可被5種不同的鞘磷脂酶水解為神經(jīng)酰胺和磷酸膽堿。神經(jīng)酰胺作為第二信使，可介導(dǎo)細胞炎癥、分化、凋亡和衰老等多種生物效應(yīng)[1-2]。各種鞘磷脂酶基于其最適pH被分為酸性鞘磷脂酶（acid sphingomyelinase，ASM）、中性鞘磷脂酶和堿性鞘磷脂酶，它們有不同的亞細胞分布[3]。其中，ASM占鞘磷脂酶總活性的90%[4]，在細胞生物學(xué)中的作用也日益明確。近年來，越來越多研究表明，ASM參與神經(jīng)系統(tǒng)、肺、肝、腎疾病和免疫系統(tǒng)疾病及腫瘤等的發(fā)生發(fā)展，引起一系列生理和病理改變[2-3，5]。事實上，ASM活性的改變幾乎影響著人體所有重要器官的功能[5]。本文綜述了ASM活性調(diào)控及相關(guān)藥物研究進展，探討其在疾病中的防治潛力。

1 ASM分子生物學(xué)特點

ASM是一種溶酶體糖蛋白，由位于11號染色體短臂上的鞘磷脂磷酸二酯酶1基因編碼，由N端鞘脂激活蛋白結(jié)構(gòu)域、富含脯氨酸的連接體和C端催化結(jié)構(gòu)域3個主要結(jié)構(gòu)域組成，其分子質(zhì)量為72ku[6-7]。

根據(jù)前體蛋白轉(zhuǎn)運途徑的不同，將ASM分為溶酶體型ASM（lysosomal ASM，L-ASM）和分泌型ASM（secreted ASM，S-ASM）2種形式[8]。L-ASM主要通過溶酶體途徑產(chǎn)生，而S-ASM主要通過組成型分泌途徑產(chǎn)生。S-ASM與Zn2+分離，需要添加Zn2+才能被激活[9]。糖基化是ASM活化所必需的，ASM在6個潛在的N-糖基化位點被糖基化后促使酶活化[6]。有研究表明，至少有5個糖基化位點對蛋白質(zhì)的折疊、輸運和防止溶酶體內(nèi)蛋白質(zhì)水解有著重要的保護作用[10]。糖基化模式?jīng)Q定著酶的輸運，ASM寡糖側(cè)鏈中甘露糖-6-磷酸殘基驅(qū)動其向溶酶體轉(zhuǎn)運，體現(xiàn)了甘露糖-6-磷酸受體特異性識別ASM并將其轉(zhuǎn)運至溶酶體的特點[10-11]。許多因素可誘導(dǎo)ASM從溶酶體轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜外層，最后通過水解鞘磷脂分子生成神經(jīng)酰胺，介導(dǎo)細胞生物學(xué)功能。

2 ASM活性變化與相關(guān)疾病

人們最初認識ASM是在20世紀60年代末，BRADY等[12]對尼曼-匹克病這種罕見病的研究發(fā)現(xiàn)，這是一種由ASM缺陷或過少引起溶酶體貯存障礙的疾病。該病的產(chǎn)生主要由于鞘磷脂磷酸二酯酶1基因突變引起常染色體隱性遺傳，最終使鞘磷脂在肝、脾和肺等多個器官累積[13]。據(jù)估計，不同國家新生兒ASM缺陷疾病的發(fā)病率約為每100萬4～6例[14]。臨床上主要通過開發(fā)重組ASM作為替代進行治療[15]。

大量文獻報道，ASM活性增強與疾病的產(chǎn)生存在密切聯(lián)系。BECKER等[16]制備自身免疫性腦脊髓炎小鼠模型，研究ASM在多發(fā)性硬化癥中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自身免疫性腦脊髓炎模型小鼠血清中ASM活性增加，神經(jīng)炎癥反應(yīng)明顯。LEE等[17]在實驗中發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病模型小鼠的大腦中ASM活性顯著增加，從大腦中分離神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞，檢測到神經(jīng)元中ASM活性增加程度明顯大于小膠質(zhì)細胞，提示阿爾茨海默病模型小鼠的大腦中ASM主要蓄積在神經(jīng)元。LI等[18]使用棕櫚酸處理大鼠主動脈內(nèi)皮細胞，研究ASM是否調(diào)節(jié)2型糖尿病血管內(nèi)皮細胞的胰島素抵抗，發(fā)現(xiàn)ASM激活可使糖尿病大鼠血管內(nèi)皮細胞胰島素抵抗增強，誘發(fā)糖尿病血管并發(fā)癥。此外，研究發(fā)現(xiàn)，ASM是肝細胞凋亡和肝星狀細胞活化的重要調(diào)控因子，ASM激活易引發(fā)膿毒癥肝功能障礙[19]。

ASM被認為是一種臨床生物標志物[20]。近年來人群調(diào)查發(fā)現(xiàn)，急性冠狀動脈綜合征[21]、急性川崎病[22]、非酒精性脂肪肝[23]、先兆子癇[24]、抑郁癥[25]和帕金森病患者[26]血清中ASM活性顯著升高。不同的是，卵巢癌患者中ASM表達比非卵巢癌患者低[20]。表明ASM的活性變化可能與多種常見疾病有關(guān)，且越來越多的學(xué)者提出通過調(diào)控ASM的活性來治療相關(guān)疾病。

3 激活A(yù)SM活性的因素

ASM的激活促使大量神經(jīng)酰胺在細胞膜堆積，引起機體代謝紊亂、炎癥反應(yīng)或細胞凋亡，最終導(dǎo)致疾病發(fā)生[10]。綜合近年來體內(nèi)外實驗和臨床資料，ASM激活誘導(dǎo)神經(jīng)酰胺累積，促使腫瘤細胞快速死亡，可作為潛在抗癌劑，用于白血病、胃癌和結(jié)腸癌等腫瘤的治療[27-28]。環(huán)境因素、藥物因素及其他因素是激活A(yù)SM的主要原因，ASM在其影響下活性增強。

3.1 環(huán)境因素

ASM作為外源刺激的介質(zhì)，是外源環(huán)境穩(wěn)定的一個重要因素。細菌和病毒感染如金黃色葡萄球菌[29]、銅綠假單胞菌[30]、腦膜炎奈瑟球菌[31]、肺炎鏈球菌[32]、分枝桿菌屬[33]、埃博拉病毒[34]、柯薩奇病毒B3[35]和鼻病毒[36]等可激活A(yù)SM，使大量神經(jīng)酰胺累積于細胞膜，脂筏結(jié)構(gòu)聚簇，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)或使細胞發(fā)生凋亡，導(dǎo)致疾病發(fā)生。長期或高劑量暴露在電離輻射[37]、紫外線[38]、噪聲[39]或重金屬[40]的環(huán)境下，ASM迅速活化，釋放到細胞表面，水解膜上鞘磷脂的磷酸二酯鍵，產(chǎn)生神經(jīng)酰胺，通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，造成機體損傷。流行病學(xué)調(diào)查顯示，抑郁癥患者外周血單核細胞和血漿中ASM活性增加，可能與慢性社會心理壓力相關(guān)[41]。REICHEL等[42]通過建立慢性心理應(yīng)激模型，誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生慢性社會心理壓力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模型小鼠的肝和血清中ASM活性均升高，且肝炎癥浸潤，鞘磷脂代謝紊亂。表明慢性社會心理壓力可能通過增強ASM活性進而影響機體健康。

3.2 藥物因素

外源性因素是促使ASM活性增強的關(guān)鍵因素之一，而藥物因素的影響也不能忽視。乙醇是一種精神藥物，攝入過量可激活A(yù)SM生成神經(jīng)酰胺介導(dǎo)神經(jīng)元細胞死亡[43]。REICHEL等[44]對酒精依賴患者血漿進行ASM活性測定，結(jié)果與健康者比較，酒精依賴患者中S-ASM活性高出3倍，提示S-ASM活性增強可能與乙醇誘導(dǎo)脂質(zhì)改變有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，利用高糖腹透液治療終末期腎病，常引起透析液的生物不相容性，造成腹膜損傷[45]。湯天鳳等[46]通過動物實驗探討高糖腹透液誘導(dǎo)腹膜間皮細胞凋亡的作用機制，發(fā)現(xiàn)高糖腹透液可激活A(yù)SM誘導(dǎo)腹膜間皮細胞凋亡，導(dǎo)致腹膜受損。李燕飛等[47]實驗發(fā)現(xiàn)，百草枯致小鼠肺纖維化的過程中伴隨著ASM活性的升高，肺部組織出現(xiàn)炎癥細胞浸潤和膠原沉積，表明ASM可能參與百草枯致肺纖維化的病理生理過程。此外，脂多糖也可介導(dǎo)小鼠肺損傷，導(dǎo)致肺彈性下降，肺泡萎陷；脂多糖給藥2～4 h后，ASM的活性達到峰值[48]。

有趣的是，ASM與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有一定的相關(guān)性。綜合近幾年體內(nèi)、外和臨床試驗結(jié)果，一些抗腫瘤藥物包括全反式維甲酸[49]、順鉑[50]、吉西他濱[51]、吳茱萸堿[52]、喹乙醇[53]、白藜蘆醇[54]、鞣花酸[55]和慶大霉素[56]等通過激活A(yù)SM，提高神經(jīng)酰胺含量，使腫瘤細胞死亡，具有抗腫瘤作用。其中，全反式維甲酸作為ASM激活劑，在人急性早幼粒細胞白血病細胞骨髓分化過程中可使ASM表達增強4倍，隨后產(chǎn)生大量神經(jīng)酰胺堆積于急性早幼粒白血病細胞內(nèi)，應(yīng)用全反式維甲酸8 h后，ASM水平明顯增高，24 h達到最高值[49]，表明神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的信號通路，尤其是ASM的作用，很可能是腫瘤治療的一個突破口。

3.3 其他

除環(huán)境因素和藥物因素誘導(dǎo)ASM活性外，其他因素也會激活A(yù)SM。研究發(fā)現(xiàn)，許多受體和非受體通過激活A(yù)SM介導(dǎo)細胞應(yīng)激形式，啟動一系列生物化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)已知受體如白細胞介素1β[57]、白細胞介素 6[58]、淋巴細胞功能相關(guān)抗原1[59]、白細胞分化抗原 95[60]、白細胞分化抗原 40[61]、白細胞分化抗原28[62]等可使ASM堆集于質(zhì)膜中，產(chǎn)生富含神經(jīng)酰胺的結(jié)構(gòu)域，進而激活下游信號分子，導(dǎo)致細胞纖維化、炎癥反應(yīng)或使機體免疫下降等相關(guān)效應(yīng)產(chǎn)生。另有研究報道稱，血小板活化因子[63]、腫瘤壞死因子[8]和核因子 E2 相關(guān)因子[64]可迅速激活A(yù)SM，影響溶酶體功能，這些細胞因子可在轉(zhuǎn)錄或翻譯水平上調(diào)節(jié)ASM，或使其受翻譯后修飾的影響。ATP也是調(diào)控ASM活化的一種形式。WANG等[65]通過體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，ATP上調(diào)ASM活性，促使細胞表面組織因子解密和微泡脫落，嚴重可致血栓性疾病發(fā)生。此外，SUN等[66]研究表明，活性氧自由基可能通過誘導(dǎo)蛋白二聚體來激活A(yù)SM，引起線粒體功能障礙，導(dǎo)致細胞周期阻滯，最終走向凋亡，但尚未明確活性氧是否直接調(diào)節(jié)酶的活性，或是由其他中間體完成。

4 抑制ASM活性的因素

ASM活性抑制具有抗凋亡和保護細胞的作用，可潛在地用于治療與ASM活性增強相關(guān)的疾病，如阿爾茨海默病、抑郁癥、多發(fā)性硬化癥、感染性疾病和帕金森病等[8，67]，其抑制主要受藥物因素和其他因素的影響。

4.1 藥物因素

ASM直接抑制劑是一種直接作用于酶靶標具有生物活性的化合物，低濃度即可抑制酶活性，對ASM活性增強相關(guān)的疾病損害具有保護作用[67]。α-倒捻子素（alpha-mangostin）是一種來自于山竹果皮上的提取物，可直接抑制ASM活性。LUO等[68-69]發(fā)現(xiàn)，α-倒捻子素可減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的腎細胞凋亡，減輕糖尿病腎損傷。基于α-倒捻子素，研究者們發(fā)現(xiàn)1，3，6，7-四羥基黃酮衍生物[70]、1，3，6，7-四羥基呫噸酮衍生物[71]和N-羥基-3-烷氧基苯甲酰胺[72]能更有效地抑制ASM活性，對優(yōu)質(zhì)化妝品的開發(fā)研究及ASM相關(guān)疾病藥物的制備具有重要意義。此外，磷脂酰肌醇-3，5-雙磷酸鹽衍生物[73]、雙磷酸鹽[74]和苯并吡喃酮衍生物的類似物[13]也可直接抑制ASM活性，具有抗細胞凋亡、細胞分化和增殖的作用。由于直接抑制ASM活性藥物的通用支架很難找到，且其分子質(zhì)量大，不易通過生物膜，作為臨床藥用還需進一步研究和驗證[75]。ASM晶體結(jié)構(gòu)的解析[6]，將為今后開發(fā)高效的小分子直接抑制劑作為候選藥物提供依據(jù)。

KORNHUBER等[76]通過體外實驗檢測各種藥物抑制ASM活性的能力，最終72種可使ASM活性降低超50%的藥物被列為ASM功能抑制劑（functional inhibitors of ASM，F(xiàn)IASM），其中42種可使ASM活性降低70%～90%。FIASM主要積累于溶酶體，促使ASM從溶酶體內(nèi)膜脫離，經(jīng)蛋白水解降解失活[68]。大多數(shù)FIASM藥物被列入世界衛(wèi)生組織批準藥物清單，應(yīng)用于ASM相關(guān)的臨床疾病治療[67]。這些藥物雖然高效，但存在明顯的副作用和并發(fā)癥風(fēng)險。近幾年來，研究者們通常使用ASM功能性抑制藥物，如阿米替林[77]、丙咪嗪[78]、地西帕明[79]、氟西汀[80]、帕羅西汀[24]和奮乃靜[81]等來抑制ASM活性。研究外界刺激對宿主疾病損害的減輕程度及其機制，有望進一步推行到非臨床或臨床試驗中，為相關(guān)疾病診治提供參考意義。此外，一些新藥物，包括芬戈莫德[82]、芬地林[83]、扇貝多肽[84]、青蒿琥珀[85]和褪黑素[86]等可降低ASM活性，介導(dǎo)下游信號通路，減少外源刺激誘導(dǎo)的機體損害，其具體作用機制還有待深入研究。

4.2 其他

動物實驗中通過敲除ASM或細胞實驗中運用RNA干擾技術(shù)，通過質(zhì)粒構(gòu)建siRNA表達載體轉(zhuǎn)染細胞，皆可抑制ASM基因表達[87-88]。ASM調(diào)節(jié)自噬，自噬也可抑制ASM活性。氯喹是一種自噬通量抑制劑，可抑制ASM活性[89]。研究發(fā)現(xiàn)，ASM功能性抑制劑通常是一種帶弱堿性和陽離子兩親性質(zhì)的化合物，具有高pKa和高logP值，能較好地通過血腦屏障，在此條件下，ASM才具有潛在的抑制作用[68]。

5 結(jié)語

綜上所述，ASM調(diào)節(jié)細胞增殖、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞凋亡，其活性的變化與疾病間存在密切聯(lián)系。ASM活性調(diào)控受到多種因素的影響（表1），ASM的激活是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵，其激活受外源性環(huán)境因素和藥物因素和其他因素的影響，但影響體內(nèi)ASM活化的分子機制仍有待研究。研究者們已發(fā)現(xiàn)，通過抑制ASM活性可減輕相關(guān)疾病帶來的機體損害，其抑制主要受藥物因素影響。ASM直接抑制劑可直接抑制酶活性，但需要準確的目標定位才具有生物活性。而FIASM對ASM無特定影響，在影響ASM活性的同時也作用于其他靶標，產(chǎn)生許多副作用。在今后的工作中，研究ASM調(diào)控外界刺激與宿主細胞作用的同時，應(yīng)以ASM活性的改變是否對宿主有益或有害為出發(fā)點，開發(fā)高效的小分子直接抑制劑或不影響其他靶標的ASM功能性藥物，發(fā)展新的治療策略。

表1 酸性鞘磷脂酶（ASM）活性調(diào)控及其影響因素