磷脂信号分子与激素分泌(1)
【摘要】磷脂代谢的中间产物如磷脂酸、溶血磷脂酸等已被公认为脂质第二信使，其信号反应涉及细胞增殖、生长、分化等。而激素的胞外释放是一个复杂的过程,调节分泌的因素除钙离子、ATP、多种胞质蛋白外,脂类信号分子及其代谢相关的磷脂酶亦参与其中。本文主要介绍磷脂信号分子代谢、功能等方面，并系统探讨其在激素分泌中的作用。
【关键词】磷脂酸；溶血磷脂酸；磷脂酶；激素分泌
1磷脂酸(phosphatidic acid,PA)的代谢及功能
1.1PA的代谢细胞内PA 的来源主要有两个:(1)磷脂酶D(Phospholipase D,PLD)途径,即PLD水解其重要底物磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)生成PA；(2)磷脂酶C/二脂酰甘油激酶途径,即磷脂酶C(phospholipase C,PLC)水解磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PIP2)产生三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)和二脂酰甘油(diacylglycerol,DAG),后者在甘油二酯激酶的催化下磷酸化生成PA。而细胞对PA的消除则是通过磷脂酶A(phospholipase A,PLA)水解其酯酰基生成溶血磷脂酸——另一种多生物功能的脂类信号分子。
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1.2PA的功能研究表明，PA是激素、生长因子和细胞因子重要的第二信使。在细胞激活状态下,PA能引起钙离子动员,激活或协同激活细胞内各种酶,如磷酸二酯酶(PDE)、蛋白激酶C(PKC)、还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶等，从而产生各种细胞效应。如：(1)通过丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)信号转导途径、cAMP-PDE信号转导途径促进细胞有丝分裂[1]。(2)抗细胞增殖效应，Gilbert在大鼠和人类B淋巴细胞中首次发现PA在拮抗成熟B淋巴细胞增殖中起作用；(3)通过一种新的丝/苏氨酸激酶磷酸化p22phox进而激活中性粒细胞NADPH氧化酶产生过氧化物[2]；(4)激发肌动蛋白聚合过程引起肌肉收缩；(5)促进激素分泌。
近年来，越来越多的研究表明PA参与细胞内转运小泡介导的物质运输过程。PA在大鼠垂体前叶细胞(GH3细胞)的小泡运输和分泌中起重要作用。首先，GH3细胞与PA共育可部分降低酒精对小泡运输的抑制作用。其次,将可通透GH3细胞与1-丁醇共育抑制高尔基体分泌小泡的产生。另外,将催化PA产生的酶与可通透的GH3细胞共育导致高尔基体产生分泌小泡。加入外源PA(100～500 μmol/L)可增加GH3分泌小泡生成，抑制PA的合成可导致高尔基体结构的改变和内分泌细胞分泌功能的抑制。Schmidt A等人[3]报道，分子呈倒锥形的LPA脂酰化生成分子呈锥形的PA的分子结构的改变可使质膜高度卷曲，从而促使转运小泡的生成。Weigert等人[4]报道这种分子结构改变也诱导高尔基体管道形成。
, 百拇医药
上述结果表明,PA在内分泌细胞分泌中具有重要作用。其作用的机制可能为:(1)PA可与衣蛋白Ⅰ、Ⅱ,clathrin和dynamin形成脂质体,在小泡包被的形成中起蛋白和脂的连接作用；(2)PA是PIP2合成的中间体,而PIP2起蛋白和脂的连接作用。近来,PIP2被提示在细胞运输小泡与目标靶膜的融合中起作用。
2溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)的代谢和功能
2.1LPA结构及代谢LPA(1-脂酰-甘油-3磷酸)是结构最简单的水溶性甘油磷脂。细胞外的LPA存在于血清、血浆和眼房水中,可以由血小板、成纤维细胞、癌细胞和脂肪细胞分泌。而细胞内LPA主要由PA在磷脂酶 A(phospholipase A,PLA)的催化水解生成。
2.2LPA生理功能LPA通过其特异的G蛋白偶联受体发挥作用，其信号反应包括活化蛋白激酶以及磷脂酶C和D、Ca2+动员、抑制腺苷环化酶、促使花生四烯酸释放和刺激DNA合成等等,在血小板聚合、平滑肌收缩、细胞增殖以及肌动蛋白细胞骨架的重排等细胞过程中发挥关键调节作用[5，6]。
, 百拇医药
此外，有报道[7]指出，一种与LPA同类的脂类信号分子溶血磷脂酸胆碱(LPC)通过一种新发现的内源性G蛋白偶联受体119(G-protein-coupled receptor,GPR119)促进胰岛素的分泌，而该受体主要在胰腺中表达。研究表明，LPC通过刺激腺苷酸环化酶有效增强高浓度葡萄糖灌流的大鼠胰腺的胰岛素分泌效应，并呈剂量依赖性诱导小鼠胰岛β-细胞系NIT-1细胞内cAMP的积累和胰岛素分泌。Kyungmoo Yea等[8]亦发现LPA可以通过刺激肌管和脂肪细胞葡萄糖的摄取来调节血糖水平进而影响胰岛素分泌。
3磷脂酶与激素分泌
细胞内磷脂信号分子PA及LPA水平，主要受各种磷脂酶活性调节。研究表明，影响PA生成的PLD及PLC均参与了内分泌细胞的分泌功能。
3.1磷脂酶DPLD在神经内分泌细胞的脱颗粒过程中以及神经递质的分泌过程中都有重要作用，其可能机制为：(1)PLD酶解 PC产生 PA 可改变膜的双磷脂分子层的性质；(2)通过在细胞膜上产生PA富集区，募集或激活融合所必需的蛋白质如蛋白激酶C；(3)PA富集区可加速囊泡与位于胞浆侧细胞膜的磷脂的融合。Siddhanta[9]发现二磷酸腺苷核糖基化因子(ADP ribosylation factor-1,ARF-1)可激活GH3细胞PLD1导致PA产生增加,PA介导衣蛋白(coat protein-Ⅰ)聚集至高尔基体膜,并且促使高尔基体新生分泌小泡的形成。
, 百拇医药
3.2磷脂酶CSophia等[10]则提出PLC参与了胰岛B细胞胰岛素分泌的信号转导过程：当细胞内的Ca2+浓度增加时PLC被激活，引起细胞膜上的PIP2水解为IP3和DAG；IP3与内质网上的IP3受体结合后引起内质网上配体门控钙离子通道开放，使胞质内Ca2+浓度进一步增加；DAG通过活化蛋白激酶PKC引起下游蛋白质磷酸化而诱发胰岛素的释放。
郑宏庭等人[11]以不同浓度的葡萄糖干预鼠胰腺B细胞株βHC9细胞，发现PLC具有葡萄糖敏感性，PLC活性与葡萄糖浓度呈同向变化趋势；同时细胞内钙离子浓度亦存在相应变化。周恒宇等人[12]葡萄糖刺激INS-1细胞适当时间后，半定量RT-PCR及Western Blot检测到PLC表达上调；过表达PLC β1则显著提高INS-1细胞的胰岛素分泌。因此他们认为，PLC-IP3/DAG-Ca2+途径参与了GSIS信息传递，其中PLC充当最为关键的“葡萄糖传感器”角色。然而PLC酶解膜PIP2生成的DAG也参与了高尔基体囊泡和小管早期形成阶段[13]，但该酶是否通过影响转运小泡形成而促进胰岛素分泌则未见报道。
, 百拇医药
3.3磷脂酶A细胞内PA消除的唯一途径是磷脂酶A对PA的水解，生成另一种第二信使LPA。亲磷脂酸磷脂酶A1(phosphatidic acid-preferring phospholipase A1,PA-PLA1)是对PA具有高度亲和性的磷脂酶A，在细胞内水解膜PA的sn-1-脂酰基生成sn-2-溶血磷脂酸(sn-2-LPA)。牛PA-PLA1最先由华盛顿大学Glomset的实验室从牛的睾丸和脑组织中分离纯化与克隆[14，15]。PA-PLA1有特定的组织分布，在成年牛的睾丸和脑组织中具有较高的酶活性，其中成年牛睾丸组织比新生牛高10倍。而在肝脏、心脏、脾脏和血液中检测不到该酶活性。因此，PA-PLA1参与的信号转导过程被认为与精子的发生和神经元的相互作用有关[14]。Delgado等[16]证实了磷脂酶和溶血脂类在顶体细胞外分泌期间存在于精子膜融合物中。, 百拇医药(于婕 曾思恩 刘永明)
【关键词】磷脂酸；溶血磷脂酸；磷脂酶；激素分泌
1磷脂酸(phosphatidic acid,PA)的代谢及功能
1.1PA的代谢细胞内PA 的来源主要有两个:(1)磷脂酶D(Phospholipase D,PLD)途径,即PLD水解其重要底物磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)生成PA；(2)磷脂酶C/二脂酰甘油激酶途径,即磷脂酶C(phospholipase C,PLC)水解磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PIP2)产生三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)和二脂酰甘油(diacylglycerol,DAG),后者在甘油二酯激酶的催化下磷酸化生成PA。而细胞对PA的消除则是通过磷脂酶A(phospholipase A,PLA)水解其酯酰基生成溶血磷脂酸——另一种多生物功能的脂类信号分子。
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1.2PA的功能研究表明，PA是激素、生长因子和细胞因子重要的第二信使。在细胞激活状态下,PA能引起钙离子动员,激活或协同激活细胞内各种酶,如磷酸二酯酶(PDE)、蛋白激酶C(PKC)、还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶等，从而产生各种细胞效应。如：(1)通过丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)信号转导途径、cAMP-PDE信号转导途径促进细胞有丝分裂[1]。(2)抗细胞增殖效应，Gilbert在大鼠和人类B淋巴细胞中首次发现PA在拮抗成熟B淋巴细胞增殖中起作用；(3)通过一种新的丝/苏氨酸激酶磷酸化p22phox进而激活中性粒细胞NADPH氧化酶产生过氧化物[2]；(4)激发肌动蛋白聚合过程引起肌肉收缩；(5)促进激素分泌。
近年来，越来越多的研究表明PA参与细胞内转运小泡介导的物质运输过程。PA在大鼠垂体前叶细胞(GH3细胞)的小泡运输和分泌中起重要作用。首先，GH3细胞与PA共育可部分降低酒精对小泡运输的抑制作用。其次,将可通透GH3细胞与1-丁醇共育抑制高尔基体分泌小泡的产生。另外,将催化PA产生的酶与可通透的GH3细胞共育导致高尔基体产生分泌小泡。加入外源PA(100～500 μmol/L)可增加GH3分泌小泡生成，抑制PA的合成可导致高尔基体结构的改变和内分泌细胞分泌功能的抑制。Schmidt A等人[3]报道，分子呈倒锥形的LPA脂酰化生成分子呈锥形的PA的分子结构的改变可使质膜高度卷曲，从而促使转运小泡的生成。Weigert等人[4]报道这种分子结构改变也诱导高尔基体管道形成。
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上述结果表明,PA在内分泌细胞分泌中具有重要作用。其作用的机制可能为:(1)PA可与衣蛋白Ⅰ、Ⅱ,clathrin和dynamin形成脂质体,在小泡包被的形成中起蛋白和脂的连接作用；(2)PA是PIP2合成的中间体,而PIP2起蛋白和脂的连接作用。近来,PIP2被提示在细胞运输小泡与目标靶膜的融合中起作用。
2溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)的代谢和功能
2.1LPA结构及代谢LPA(1-脂酰-甘油-3磷酸)是结构最简单的水溶性甘油磷脂。细胞外的LPA存在于血清、血浆和眼房水中,可以由血小板、成纤维细胞、癌细胞和脂肪细胞分泌。而细胞内LPA主要由PA在磷脂酶 A(phospholipase A,PLA)的催化水解生成。
2.2LPA生理功能LPA通过其特异的G蛋白偶联受体发挥作用，其信号反应包括活化蛋白激酶以及磷脂酶C和D、Ca2+动员、抑制腺苷环化酶、促使花生四烯酸释放和刺激DNA合成等等,在血小板聚合、平滑肌收缩、细胞增殖以及肌动蛋白细胞骨架的重排等细胞过程中发挥关键调节作用[5，6]。
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此外，有报道[7]指出，一种与LPA同类的脂类信号分子溶血磷脂酸胆碱(LPC)通过一种新发现的内源性G蛋白偶联受体119(G-protein-coupled receptor,GPR119)促进胰岛素的分泌，而该受体主要在胰腺中表达。研究表明，LPC通过刺激腺苷酸环化酶有效增强高浓度葡萄糖灌流的大鼠胰腺的胰岛素分泌效应，并呈剂量依赖性诱导小鼠胰岛β-细胞系NIT-1细胞内cAMP的积累和胰岛素分泌。Kyungmoo Yea等[8]亦发现LPA可以通过刺激肌管和脂肪细胞葡萄糖的摄取来调节血糖水平进而影响胰岛素分泌。
3磷脂酶与激素分泌
细胞内磷脂信号分子PA及LPA水平，主要受各种磷脂酶活性调节。研究表明，影响PA生成的PLD及PLC均参与了内分泌细胞的分泌功能。
3.1磷脂酶DPLD在神经内分泌细胞的脱颗粒过程中以及神经递质的分泌过程中都有重要作用，其可能机制为：(1)PLD酶解 PC产生 PA 可改变膜的双磷脂分子层的性质；(2)通过在细胞膜上产生PA富集区，募集或激活融合所必需的蛋白质如蛋白激酶C；(3)PA富集区可加速囊泡与位于胞浆侧细胞膜的磷脂的融合。Siddhanta[9]发现二磷酸腺苷核糖基化因子(ADP ribosylation factor-1,ARF-1)可激活GH3细胞PLD1导致PA产生增加,PA介导衣蛋白(coat protein-Ⅰ)聚集至高尔基体膜,并且促使高尔基体新生分泌小泡的形成。
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3.2磷脂酶CSophia等[10]则提出PLC参与了胰岛B细胞胰岛素分泌的信号转导过程：当细胞内的Ca2+浓度增加时PLC被激活，引起细胞膜上的PIP2水解为IP3和DAG；IP3与内质网上的IP3受体结合后引起内质网上配体门控钙离子通道开放，使胞质内Ca2+浓度进一步增加；DAG通过活化蛋白激酶PKC引起下游蛋白质磷酸化而诱发胰岛素的释放。
郑宏庭等人[11]以不同浓度的葡萄糖干预鼠胰腺B细胞株βHC9细胞，发现PLC具有葡萄糖敏感性，PLC活性与葡萄糖浓度呈同向变化趋势；同时细胞内钙离子浓度亦存在相应变化。周恒宇等人[12]葡萄糖刺激INS-1细胞适当时间后，半定量RT-PCR及Western Blot检测到PLC表达上调；过表达PLC β1则显著提高INS-1细胞的胰岛素分泌。因此他们认为，PLC-IP3/DAG-Ca2+途径参与了GSIS信息传递，其中PLC充当最为关键的“葡萄糖传感器”角色。然而PLC酶解膜PIP2生成的DAG也参与了高尔基体囊泡和小管早期形成阶段[13]，但该酶是否通过影响转运小泡形成而促进胰岛素分泌则未见报道。
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3.3磷脂酶A细胞内PA消除的唯一途径是磷脂酶A对PA的水解，生成另一种第二信使LPA。亲磷脂酸磷脂酶A1(phosphatidic acid-preferring phospholipase A1,PA-PLA1)是对PA具有高度亲和性的磷脂酶A，在细胞内水解膜PA的sn-1-脂酰基生成sn-2-溶血磷脂酸(sn-2-LPA)。牛PA-PLA1最先由华盛顿大学Glomset的实验室从牛的睾丸和脑组织中分离纯化与克隆[14，15]。PA-PLA1有特定的组织分布，在成年牛的睾丸和脑组织中具有较高的酶活性，其中成年牛睾丸组织比新生牛高10倍。而在肝脏、心脏、脾脏和血液中检测不到该酶活性。因此，PA-PLA1参与的信号转导过程被认为与精子的发生和神经元的相互作用有关[14]。Delgado等[16]证实了磷脂酶和溶血脂类在顶体细胞外分泌期间存在于精子膜融合物中。, 百拇医药(于婕 曾思恩 刘永明)