血小板活化因子及其乙酰水解酶与支气管哮喘

薛金梅　石玉珍

[摘要] 血小板活化因子(PAF)是一种具有广泛生物学活性的炎症介质,血小板活化因子乙酰水解酶(PAF-AH)是其主要的降解酶,二者在支气管哮喘的发病过程中起着重要的作用。

[关键词] 血小板活化因子; 血小板活化因子乙酰水解酶; 支气管哮喘

[中图分类号] R562.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2009)23-21-03

血小板活化因子(PAF)是一种具有广泛生物学活性的炎症介质,血小板活化因子乙酰水解酶(PAF-AH)是其主要的降解酶,二者在支气管哮喘的发病过程中起着重要的作用。本文就PAF的代谢特征﹑生物学效应及其乙酰水解酶与支气管哮喘的关系作一概述。

1 PAF的代谢特征

1.1 PAF的生物合成

PAF是一种内原性具有生物学活性的磷脂,由嗜酸性粒细胞﹑嗜中性粒细胞﹑血小板﹑肥大细胞﹑内皮细胞和巨噬细胞产生的一种磷脂类炎症介质。PAF的化学结构为1-醚基-2-乙酰基-Sn-甘油-3-磷脂酰胆碱,具有高度的立体结构特异性。PAF在体内有新生和修饰两条酶促途径[1]。新生途径是在生理条件下合成PAF的主要途径,脑肾等组织利用此途径合成PAF,调节人体血压,维持自身器官稳定。它的合成前体底物为烷基甘油磷脂,在磷酰胆碱转移酶作用下直接产生PAF。修饰途径是在病理条件下生成PAF的主要途径,主要是由细胞受到适合的抗原物质刺激,如化学肽、酵菌糖、凝血酶、钙离子载体等炎症信号刺激下,磷脂酶A2(PLA2)作用于磷酸甘油胆碱转化为溶解性PAF(lyso-PAF),再在乙酰基转移酶作用下,以乙酰辅酶A等为底物,使lyso-PAF乙酰化生成PAF,这种途径的合成主要在于Sn-2位的乙酰化,因而长链脂肪酸如花生四烯酸及十二烷酸等的释放,可作为潜在的中间物质。PAF由溶甘油磷酸脂的合成过程通过三个基团的反应,包括以下物质和步骤:①溶甘油磷酸脂的乙酰基转移;②乙酰甘油磷酸脂的磷酸水解;③二巯基不敏感的磷酸胆碱转移碱酶作用合成,或由较复杂的酶脂,如磷脂酰胆碱或PAF的前体通过长链酰基辅酶A、溶甘油磷酸脂的酰基转移酶、磷脂酰磷酸水解酶、二巯基敏感的磷酸胆碱转移酶作用合成。

1.2 PAF的降解

PAF在体内代谢快,血液中的半衰期非常短,仅为30s。它的降解过程除了受一般磷脂甘油降解酶系的作用(如磷脂酶D.C)外,还受特异性降解酶的作用如:PAF乙酰水解酶(PAF-AH)、特异性脂肪酰基转移酶及裂解酶等,其中PAF-AH是PAF的主要降解酶。PAF主要由PAF-AH催化内部基团水解为Lyso-PAF,Lyso-PAF缺乏PAF活性,但有细胞毒性,因其通常和其他溶磷脂一同作用。但大多数细胞对Lyso-PAF的代谢很快,或是释放到细胞外液中。在Lyso-PAF代谢中最为重要的酶是使基团高度失活的花生四烯酸脂肪氧合酶或酰基转移酶,使Lyso-PAF生成为聚烯酰甘油磷酸胆碱,最终在上述酶的作用下PAF降解为磷酸和甘油。

1.3 PAF的代谢调节

生理条件下PAF的代谢调节主要受乙酰转移酶﹑磷酸水解酶﹑磷酸胆碱转移酶的活性影响。而病理条件下PAF的代谢调节受诸多因素的影响。这些因素主要有:(1)钙离子的浓度,高浓度的钙离子可直接抑制磷脂酶D(PLD)对PAF的降解,使PAF维持在较高水平,并促进病理条件下PAF的合成,抑制生理条件下PAF的合成;(2)PAF-AH的调控作用。血浆中的PAF-AH主要由巨噬细胞和肝细胞合成分泌的,其细胞内外形式均可催化相同底物。PAF可刺激人肝细胞分泌PAF-AH,而LPS﹑TNF-a﹑IL-1则能抑制后者的活性[2]。(3)其他炎症介质。花生四烯酸可通过提高合成酶或抑制降解酶活性使PAF维持在较高水平,协同放大其生物学活性,这在修饰途径中更明显;IL-8可通过抑制PAF-AH的分泌来调节PAF的含量[3]。雌激素可改变孕晚期小鼠PAF和PAF-AH的量[4]。Na+-H+系统在内皮细胞中出现和乙酰转移酶的聚集密切相关,在有血凝素的刺激下可提高PAF的生物合成。

2 PAF的生物学效应及作用机制

PAF具有广泛的生物学效应:(1)可使血小板发生变形﹑聚集和释放反应,是迄今发现的最有效的血小板激活剂;(2)激活中性粒细胞,释放氧自由基等物质;(3)作用于血管内皮细胞,使微血管壁通透性大大增强,作用比组胺大1000～10000倍;(4)使支气管平滑肌产生急性收缩反应并使其反应性增高;(5)PAF还可通过很多炎性介质,如胺类(组胺﹑5-HT﹑儿茶酚胺等)发挥作用。PAF的作用机制是通过与反应细胞膜上的PAF受体结合而发挥的,两者的结合具有时间依赖性﹑蛋白依赖性﹑可逆性和饱和性。生理条件下,PAF主要参与细胞内信号传递及代谢调节,而在病理条件下,诸多激动剂作用于不同组织,产生大量PAF,同时相应的细胞表面PAF受体表达增加,两者结合后,通过激活磷脂酰肌醇,钙信使系统及相关蛋白激酶(包括蛋白激酶A﹑C以及有丝分裂原活化的蛋白激酶MAPK),以剂量和时间依赖性的方式诱导某些蛋白质的丝氨酸﹑苏氨酸﹑酪氨酸发生磷酸化,完成信息传递,引起毛细血管通透性升高[5],促使血小板和中性粒细胞的黏附聚集,参与呼吸爆发,氧自由基的释放及花生四烯酸磷酸肌醇的代谢,参与血管通透性的升高﹑血栓形成﹑低血压﹑肺动脉高压﹑门脉高压﹑过敏反应﹑心脑血管微循环障碍等病理生理改变的发生发展过程。

3 PAF-AH的分类和生物学作用

PAF-AH是磷脂酶A2(PLA2)家族中独特的一组,具有明显的底物选择性,可作用于PAF以及结构和生物学活性类似于PAF的氧化磷脂,这些底物的共同结构是在Sn-2位置上具有酰基,而且在某些疾病中常有一定相关性,目前发现PAF-AH有血浆型和细胞内型等多种同工酶。细胞内型PAF-AH至少有四种亚型,Ia﹑Ib﹑II和红细胞型,PAF-AH Ib可通过水解自身合成的中间产物和清除PAF来调节细胞内PAF的水平。PAF-AH II型氨基酸序列与血浆型有41%的一致性,Hattori等深入研究了PAF-AH II型并将其克隆,它在肾脏和肝脏表达,除了水解PAF外,还能清除氧化性磷脂片段,对氧化应激诱导的细胞死亡起保护作用。红细胞型PAF-AH与血浆内的PAF-AH活性不同,它具有两个特点,即首先是钙离子非依赖性的,其次能水解在Sn-2位置上含短的或氧化性酰基的磷脂,它在体内主要作用是水解膜磷脂的氧化片段,从而阻止进一步氧化反应,减少氧化磷脂的毒性效应。血浆型PAF-AH的活性与支气管哮喘的发作有密切的关系,Stafforini等研究发现PAF-AH与PAF的含量密切相关,血浆和血清中的PAF浓度都主要由PAF-AH来调节。

4 PAF及PAF-AH与支气管哮喘

支气管哮喘是由多种细胞(如嗜酸性粒细胞﹑肥大细胞﹑嗜中性粒细胞﹑血小板﹑内皮细胞和巨嗜细胞)和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病。主要表现为反复发作的喘息﹑气促﹑胸闷和(或)咳嗽等症状,多在夜间或凌晨发作加剧,多数患者可自行缓解或经治疗后缓解。支气管哮喘的发作是气道综合性的病理生理变化的结果,发病机制极为复杂,许多环节仍然不明确,有待于深入研究,且其临床治疗效果欠佳。因此,探讨其发病机制,为临床治疗支气管哮喘提供新的思路成为现在研究的热点。随着分子生物学的发展和完善,对介导支气管哮喘发作的炎性介质有了进一步的深刻认识,许多炎性介质均参与了支气管哮喘的发生、发展,它们使气道反应性增高,气道收缩,黏液分泌增加,血管渗出增多。而PAF是哮喘气道炎症的重要递质之一,其可由多种炎细胞释放且与炎细胞的反复激活有关,在支气管哮喘的发生﹑发展过程中起重要作用,它的致痉作用比白三烯和组胺强,且比乙酰胆碱所致支气管痉挛强1000倍。PAF可通过多种方式和途径引起支气管哮喘:(1)PAF能增加气道反应性。哮喘的主要特征是非特异性气道反应性增高,其程度与支气管哮喘症状出现率﹑严重程度密切相关。PAF的主要作用之一是引起实验动物和人类气道反应性增高。人类吸入PAF后,对甲酰胆碱组胺的反应性显著增强。嗜酸性粒细胞是哮喘患者中主要的炎症细胞,也是PAF的丰富来源。PAF可通过趋化作用或与血小板的相互作用使其聚集于气道并释放多种炎症介质,如碱性蛋白﹑嗜酸性阳离子蛋白和嗜酸性神经毒素等,这些介质对气道上皮有明显毒性,可导致哮喘患者气道上皮破坏和脱落,气道上皮细胞合成的平滑肌松弛因子减少或缺乏,直接引起气道反应性增高;气道上皮的破坏可使气道中传入神经末梢中的C纤维显露,使其易遭受各种炎症介质如缓激肽等的刺激而增加气道反应性。(2)PAF可致支气管痉挛。实验证实PAF是人与实验动物强力的支气管致痉剂。吸入PAF可使正常人的支气管平滑肌收缩,气道阻力的明显上升[6]。PAF还可能通过白三烯﹑血栓素和前列腺素的释放,引起支气管平滑肌收缩。(3)PAF可致气道炎症反应。PAF可通过血管内皮细胞的PAF受体引起血管通透性增加;通过对炎症细胞的趋化作用导致嗜酸性粒细胞和中性粒细胞等的浸润,引起气道黏膜水肿。(4)PAF可导致气道黏液栓的形成。PAF可以直接或通过嗜酸性粒细胞使气道上皮破坏和脱落,黏膜纤毛功能受损;同时,PAF能增加气道黏夜分泌,并通过增加血浆蛋白外渗而使气道分泌物中蛋白含量增加,导致末梢气道中黏液栓形成。PAF-AH作为血浆PAF的主要降解酶,它的活性决定着血浆PAF的浓度。经研究证实PAF-AH在哮喘患者中的水平是明显降低的[7]。对于支气管哮喘患者,给予吸入PAF-AH可以减轻支气管患者的炎症细胞的渗出及气道的阻力[8]。1988年Miwa等报道816例健康日本成人中有32例血浆PAF-AH无活性,健康儿童中观察到的比率为8/211例,10个家族的基因分析提示该酶缺陷属常染色体隐性遗传,而且严重哮喘的患儿酶缺陷概率高于正常儿童。有人对支气管哮喘的小鼠经腹腔和鼻腔给予乙酰水解酶[9],病理形态学观察和免疫组化标记发现:治疗组小鼠气道黏液储留量下降,间质炎细胞明显减少,肺内巨噬细胞大量增生。由此可见,PAF-AH的活性降低在哮喘的发病机制中起重要作用。

5 重组PAF-AH在相关疾病的应用研究和前景

PAF的广泛生物学活性和PAF-AH表达水平与多种疾病相关性的研究,使人们对应用PAF-AH治疗和预防疾病产生了浓厚的兴趣,Kim等评价PAF-AH在游离的大鼠肺缺血再灌注模型中的保护效应,再灌注中加入PAF-AH并检测氧合作用和毛细血管滤过系数等各项指标,结果同对照组比,再灌注后氧合作用明显改善,毛细血管渗透性降低。在鼠的哮喘模型中,经卵蛋白致敏后再次给予抗原,引发肺中大量嗜酸粒细胞浸润,分泌黏液堵塞气道,给予重组PAF-AH对减轻晚期肺部炎症有明显效应,提示PAF-AH对气道有过敏反应的患者可能有治疗作用。在临床的探索性工作中,Noreen等[8]对14例患有严重支气管哮喘的患者给予重组PAF-AH(1mg/kg),发现重组PAF并不能明显减轻患者的速发型和迟发型气道高反应性,但可以减轻炎症细胞的渗出及气道的阻力。亦有人对可能发展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的重症患者给予重组PAF-AH,结果表明,患者对重组PAF-AH有较好的耐受性,同安慰剂组相比,ARDS发生率和死亡率明显降低。过去人们对PAF受体拮抗剂作了一些研究,以期找到防治疾病的新方法,但终因其临床效果不理想,且有较多的副作用而未被应用。而PAF-AH是正常存在于血浆和细胞内的活性酶,它能水解PAF和氧化磷脂,对与获得性或遗传性PAF-AH缺陷相关的疾病有预防和治疗作用,随着分子生物学对其研究的深入,将来会有更好的应用前景。

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(收稿日期:2009-03-15)