酸性鞘磷脂酶與肝腎相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

蘆 俊 楊勝輝 賴 娟 謝思健

湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖南長沙 410208

鞘磷脂是生成參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的神經(jīng)酰胺（ceramide，CER）的主要來源，鞘磷脂酶（sphingomyelinase，SMase）是作用于鞘磷脂的水解酶，通過水解鞘磷脂的磷酸二酯鍵產(chǎn)生CER 和磷酸膽堿[1-2]。CER 在酸性神經(jīng)酰胺酶的作用下進(jìn)一步降解為鞘氨醇，鞘氨醇進(jìn)一步磷酸化形成1-磷酸鞘氨醇（sphingosine 1-phosphase，S1P）。CER 和S1P 能夠相互轉(zhuǎn)化，二者的比值決定了細(xì)胞的命運，調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)細(xì)胞的凋亡、分化、增殖和遷移[3]。依據(jù)適宜的pH 值、體內(nèi)分布的位置等可將SMase 分為酸性、中性、堿性3 種，3 種酶的亞細(xì)胞分布及特性各不相同，各自介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制差異亦很大[4]。酸性鞘磷脂酶（acid sphingomyelinase，ASMase）是鞘磷脂類代謝的一種關(guān)鍵酶，其活性占SMase 生物學(xué)活性的90%[4-5]。人們最初是通過對ASMase 缺乏的尼曼匹克病（Niemann-Pick disease，NPD）的研究發(fā)現(xiàn)了在啟動CER 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中起重要作用的這種酶[4,6]。研究顯示，ASMase 的激活能產(chǎn)生大量CER，導(dǎo)致細(xì)胞膜上的CER 分布異常，在許多疾病的病理生理過程及組織器官的損傷中起重要的介導(dǎo)和調(diào)節(jié)作用[7-10]。研究ASMase 在疾病中的作用對研究疾病發(fā)生機(jī)制及提出預(yù)防控制措施有重要意義，本文將從肝臟、腎臟疾病著手對ASMase 與相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展過程中的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 ASMase 與肝臟相關(guān)疾病

1.1 ASMase 與肝細(xì)胞凋亡

鞘磷脂類被證實在腫瘤壞死因子-α（TNF-α）誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵的調(diào)控作用，TNF-α 誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡中CER 的生成增加，活化的ASMase 水解鞘磷脂迅速產(chǎn)生CER 加速細(xì)胞凋亡；肝細(xì)胞對凋亡刺激因子（尤其是TNF-α）的敏感性促使許多肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展，而ASMase、CER 起重要的調(diào)控作用。García-Ruiz 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，線粒體谷胱甘肽（mGSH）耗盡的肝細(xì)胞對TNF-α 更加敏感，外源性加入ASMase可增加對TNF-α 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的敏感性，ASMase通過參與鞘磷脂代謝在TNF-α 誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡中起重要作用。此外，ASMase 通過下調(diào)甲硫氨酸腺苷基轉(zhuǎn)移酶（MAT1A）的活性在TNF-α 誘導(dǎo)的肝細(xì)胞衰竭過程中也有重要作用[12]。

CER 作為鞘磷脂類的主要成員之一，可調(diào)節(jié)多種細(xì)胞活動（如細(xì)胞凋亡）。ASMase 活化水解鞘磷脂產(chǎn)生的CER 在肝缺血-再灌注損傷中起到重要作用；Llacuna 等[13]發(fā)現(xiàn)，在小鼠肝臟缺血再灌注階段，ASMase迅速活化，隨后CER 瞬間上升。抑制ASMase 活性可減少CER 生成，降低血清中丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶水平、細(xì)胞色素C 釋放、Caspase3 活化，減少肝細(xì)胞死亡、減輕肝損傷程度。ASMase/CER 通路在肝缺血再灌住損傷中起關(guān)鍵作用，調(diào)控ASMase/CER 為治療肝缺血再灌住損傷的重要靶點；上述研究提示調(diào)控鞘磷脂類代謝、調(diào)控ASMase 活化產(chǎn)生的CER 表達(dá)，為減少肝細(xì)胞凋亡、治療肝臟疾病提供了新方向。

1.2 ASMase 與脂肪性肝病

1.2.1 酒精性脂肪肝 酒精性脂肪肝是許多慢性肝病的主要原因之一，酒精攝入過多致肝毒性是發(fā)病的直接原因，其發(fā)病機(jī)制中關(guān)鍵的原因是TNF-α 的過表達(dá)、酒精攝入增加TNF-α 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的敏感性。mGSH 水平、ASMase 活化情況決定TNF-α 誘導(dǎo)后肝細(xì)胞的生存情況，研究發(fā)現(xiàn)增加mGSH 或抑制ASMase活性降低CER 水平有助于改善酒精性脂肪肝，提示ASMase 參與酒精性脂肪肝病理生理發(fā)展過程[14]。酒精導(dǎo)致線粒體功能障礙是酒精性脂肪肝的一大特點，而線粒體損傷的一個重要原因是過多膽固醇進(jìn)入線粒體。酒精攝入可刺激ASMase活化進(jìn)而產(chǎn)生CER、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子SREBP-2 活化，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)膽固醇的從頭合成增加，導(dǎo)致線粒體的功能障礙。阿米替林抑制ASMase 活性可減輕喂飼酒精的小鼠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及LPS/ConA 誘導(dǎo)的肝損傷。以上研究充分說明ASMase 在酒精性脂肪肝、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中起關(guān)鍵作用，靶向ASMase 的治療或許成為治療酒精性肝病的一種新的治療方式[14]。

為研究ASMase 在酒精誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中的作用，F(xiàn)ernandez 等[15]在構(gòu)建ASMase-/-基因型小鼠模型的實驗中發(fā)現(xiàn)，ASMase-/-基因型小鼠體內(nèi)反應(yīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的生物標(biāo)志物表達(dá)降低，肝內(nèi)脂肪生成及脂肪肝的進(jìn)程減緩，外源性的ASMase 通過干擾Ca2+穩(wěn)態(tài)誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，抑制ASMase 活性有效減輕酒精誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、降低TNF-α 敏感性。酒精性肝炎患者體內(nèi)ASMase、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激生物標(biāo)志StARD1 表達(dá)上調(diào)。Liangpunsakul 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，喂飼酒精的小鼠肝內(nèi)SMPD1 mRNA 表達(dá)增加，C16、C18 神經(jīng)酰胺分別增加28%、36%，與對照組比較，加入ASMase 抑制劑丙咪嗪的干預(yù)組肝脂肪變性情況有所改善。此外，Longato 等[17]也認(rèn)為ASMase 在酒精誘導(dǎo)的酒精性脂肪肝的過程中起著重要作用，抑制鞘磷脂類通路中ASMase 酶的活性可預(yù)防或改善酒精誘導(dǎo)的脂肪性肝病的進(jìn)程。

1.2.2 非酒精性脂肪肝 隨著肥胖及相關(guān)代謝綜合征全球化的流行趨勢，非酒精性脂肪性肝病現(xiàn)已成為諸多國家及地區(qū)慢性肝病的重要病因。研究認(rèn)為非酒精性脂肪肝患者ASMase 和其他慢性肝病患者血清ASMase 蛋白表達(dá)上調(diào)，鞘磷脂類物質(zhì)可作為非酒精性脂肪肝和慢性肝病新的生物標(biāo)志物[18]。齊雪等[19]通過病例對照研究發(fā)現(xiàn)，非酒精性脂肪肝患者血清ASMase活性及表達(dá)水平較對照組顯著升高，且ASMase 的變化隨脂肪病變及纖維化的進(jìn)展而升高，提示ASMase可能是非酒精性脂肪肝發(fā)病機(jī)制中的重要參與因子。高峻等[20]也指出血清ASMase 水平可作為非酒精性脂肪肝患者肝纖維化程度預(yù)測指標(biāo)。此外，研究發(fā)現(xiàn)非酒精性脂肪肝患者肝CER 合成、降解相關(guān)基因表達(dá)有變化，體重減輕有助于改善脂肪肝及肝細(xì)胞損傷，CER 代謝相關(guān)基因表達(dá)亦有變化，而CER 的生成中ASMase水解途徑是最重要的生成途徑，提示ASMase 在非酒精性脂肪肝的病理生理過程中有著不可忽視的作用[21]。

脂肪性肝病正嚴(yán)重威脅著人們的健康，ASMase在肝脂肪變性、纖維化、脂毒性調(diào)控機(jī)制（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、細(xì)胞自噬）中起重要的作用，靶向ASMase 調(diào)節(jié)鞘磷脂類的代謝或許能夠成為治療酒精肝和非酒精肝的有效方式[22]。

1.3 ASMase 與肝纖維化、肝硬化

肝纖維化是各種致病因子所致肝內(nèi)結(jié)締組織異常增生，肝內(nèi)彌漫性細(xì)胞外基質(zhì)過度沉淀的病理過程。Moles 等[23]在四氯化碳誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，ASMase 蛋白表達(dá)升高，高表達(dá)的ASMase 可通過調(diào)控下游組織蛋白酶B/D 表達(dá)來促進(jìn)肝星形細(xì)胞活化及肝纖維化；抑制ASMase 活性一方面降低肝細(xì)胞ASMase 活性減輕肝損傷，另一方面影響肝星形細(xì)胞活化減少肝纖維化的發(fā)生。肝豆?fàn)詈俗冃允且环N遺傳性銅代謝障礙所致肝硬化和以基底節(jié)為主的腦部變性疾病。Lang 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，該病患者體內(nèi)過多的Cu2+促使ASMase 活化、CER 釋放誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡，敲除ASMase 基因或藥物抑制ASMase 的活性可減少Cu2+誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡，并能相應(yīng)改善肝硬化的癥狀。上述研究提示ASMase 在肝纖維化、肝硬化的進(jìn)程中有重要的調(diào)控作用，有望將其應(yīng)用于肝纖維化、肝硬化疾病的防治中。

1.4 ASMase 與肝腫瘤及在腫瘤治療中的應(yīng)用

ASMase 影響腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長、增殖和凋亡，ASMase-/-基因型小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞生長能力明顯強(qiáng)于ASMase+/+基因型小鼠，ASMase的過表達(dá)增強(qiáng)放射治療的抗腫瘤效應(yīng)，而缺乏ASMase時腫瘤細(xì)胞對輻射表現(xiàn)出一定的抵抗性[25]。此外有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，一氧化氮可能通過調(diào)節(jié)ASMase 激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶，進(jìn)而誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞HepG2細(xì)胞死亡，提示ASMase 參與人肝癌細(xì)胞凋亡、增殖、代謝等生物學(xué)過程[26]。Osawa 等[27]分別對ASMase-/-和ASMase+/+基因型小鼠接種SL4 結(jié)腸癌細(xì)胞建立結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的模型中發(fā)現(xiàn)，接種SL4 細(xì)胞后ASMase 蛋白表達(dá)增加、CER 生成增加，ASMase-/-基因型小鼠肝腫瘤生長較快、巨噬細(xì)胞數(shù)量減少，巨噬細(xì)胞的損耗促進(jìn)腫瘤生長，ASMase 過表達(dá)伴隨S1P 生成增加減緩腫瘤生長，S1P 刺激吞噬細(xì)胞遷移，提示肝內(nèi)ASMase通過增加S1P 減少吞噬細(xì)胞含量進(jìn)而抑制腫瘤生長。ASMase 抑制結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的腫瘤生長并非特異性，在B16C2M 黑色素瘤肝轉(zhuǎn)移研究中亦有發(fā)現(xiàn)[28]。Savi＇c等[29]進(jìn)行BALB/c 小鼠體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，人重組酸性鞘磷脂酶（rhASM）作為佐劑聯(lián)合索拉菲尼治療肝細(xì)胞癌的效果優(yōu)于單純應(yīng)用索拉菲尼。上述研究說明ASMase 參與肝腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程，調(diào)控ASMase表達(dá)及相關(guān)藥物開發(fā)可為肝腫瘤提供新的治療方向。

2 ASMase 與腎臟相關(guān)疾病

腎臟是毒物重要的靶器官之一，外源性毒物所致腎臟損傷及相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制尚不十分明確，現(xiàn)有的關(guān)于ASMase 及鞘磷脂類信號通路與腎臟疾病研究的文獻(xiàn)報道較少，但也有研究提示ASMase 參與多種腎臟疾病的病理生理過程。如Mitrofanova 等[30]研究結(jié)果顯示鞘磷脂類信號通路是腎臟相關(guān)疾病尤其是糖尿病腎病和腎小球硬化征發(fā)病和進(jìn)展的關(guān)鍵因素，關(guān)鍵代謝酶等可能直接參與腎小球疾病的發(fā)病機(jī)制，針對鞘磷脂類通路的治療策略可能會對糖尿病腎病、腎小球疾病及更廣泛的慢性腎臟疾病起到保護(hù)作用。Holland 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病性腎病腎組織中ASMase 活化可促使CER 積聚，進(jìn)而導(dǎo)致腎細(xì)胞凋亡增加；去甲替林、阿米替林等抗抑郁藥是ASMase 功能性抑制劑，有學(xué)者應(yīng)用阿米替林后發(fā)現(xiàn)腎臟炎癥反應(yīng)有所減輕、腎纖維化亦有改善；腎臟炎癥反應(yīng)、腎纖維化的改善與ASMase 活性的關(guān)系有待后續(xù)研究證實。此外，Woo 等[32]通過整體動物實驗研究驗證了線粒體CER 在足細(xì)胞中的積累引起糖尿病腎病患者線粒體損傷的假說，證實了CER 與糖尿病代謝并發(fā)癥（糖尿病腎病）有關(guān)；抑制CER 產(chǎn)生可預(yù)防糖尿病腎病，而CER 的生成與ASMase 密不可分，鞘磷脂類信號通路可能成為減緩糖尿病腎病發(fā)展的藥理靶點。Boini等[33]通過構(gòu)建ASMase 基因沉默的動物模型證實ASMase 在高同型半胱氨酸血癥誘導(dǎo)的腎小球損傷硬化中起重要作用，ASMase 基因缺失型小鼠腎小球氧化應(yīng)激損傷有所改善、腎小球硬化也有所好轉(zhuǎn)。同時Boini 等[34]的研究也揭示抑制ASMase 活性可成為治療和預(yù)防肥胖、代謝綜合征以及腎臟損傷等組織器官損害的新策略。

重金屬污染一直是社會熱點話題，鎘是常見的腎性毒物，但關(guān)于鎘致腎臟損傷的分子機(jī)制尚不明確。Lee 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，暴露于Cd2+6 h 內(nèi)腎小管上皮細(xì)胞、CER 的含量增加，隨后鈣依賴性蛋白酶被活化，引起細(xì)胞凋亡進(jìn)而導(dǎo)致腎損傷，添加神經(jīng)酰胺合成酶抑制劑后CER 的生成減少而細(xì)胞凋亡有所減輕，而CER 的生成與ASMase 水解SM 又密不可分，充分說明鎘致腎毒性與SM 代謝關(guān)系密切。筆者在前期研究中發(fā)現(xiàn)氯化鎘亞慢性染毒大鼠血、尿、腎組織勻漿上清液中ASMase 活性、蛋白表達(dá)、腎SMPD1 mRNA 表達(dá)水平均有所增加。在筆者實驗條件下，大鼠血ASMase活性從第3 周開始增加，早于尿β2 微球蛋白含量升高的時間；腎組織ASMase 蛋白表達(dá)與腎組織病理形態(tài)學(xué)的變化趨勢一致，且ASMase 活性變化與SMPD1 mRNA 表達(dá)趨勢一致，提示ASMase 可能參與了鎘性腎損害的發(fā)生過程，為研究鎘性腎損害的綜合診治措施提供新方向[36]。

3 結(jié)語及展望

綜上所述，已有的研究提示ASMase 可通過調(diào)節(jié)鞘磷脂類的代謝過程參與肝臟、腎臟相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展，抑制ASMase 的活性和表達(dá)對預(yù)防相關(guān)疾病的發(fā)生、減緩疾病的進(jìn)程有重要意義。然而ASMase 在肝腎相關(guān)疾病的病理生理發(fā)展過程中的確切調(diào)控機(jī)制等仍需深入研究，其中應(yīng)用于人類的臨床研究較少，尚需進(jìn)一步的深入研究ASMase 在肝腎相關(guān)疾病中的調(diào)控和作用機(jī)制，同時研究開發(fā)高活性、特異性的ASMase 活性抑制劑，為深入闡述肝腎相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及疾病的防治提供新的策略和措施。