曾益新(审校)

中图分类号：R－05；R329.28；R344文献标识码：A

文章编号：1000－467X(1999)05－0605－03

（神经）鞘磷脂（Sphingomyelin，SM）长期以来被认为只是生物膜的一个结构成分，主要分布在脂双层的外层，不知它有什么功能。然而，自从1991年Kolesnick等首先报道甘油二酯（DAG）可诱导SM水解生成神经酰胺(Ceramide,Cer)，并发现Cer本身不能象DAG那样激活PKC以来，Cer作为胞内第二信使得到了广泛的证实。作为第二信使，Cer在介导细胞生长、增殖、分化、凋亡及损伤等多种生理、病理过程中起着广泛的作用。本文就Cer生成相关的酶、Cer的效应分子及其与糖脂和其它鞘脂代谢物[如鞘氨醇(Sphingosine)、鞘氨醇1磷酸(Sphingosine-1-Phospha-te)]介导的信号传递途径之间的联系作一综述，并简述Cer信使途径的生物学意义。

1参与Cer生成的酶

1.1鞘磷脂酶(Sphingomyelinas-e，SMase)

SM可在SMase催化下水解产生Cer和磷酸胆碱，此过程是可逆的，因此称为SM循环。多种激活因素(如TNF-α、IFN-γ、ILs、FasL、1，25-(OH)2-D3、地塞米松、化疗药物、电离辐射及热刺激等)可诱导诸如U937、HL-60、JurkatT细胞、Molt4、PC12等细胞内SM水解而产生Cer，最终导致细胞周期停滞或凋亡等现象的发生。根据SMase的体外活化条件及最适pH值的不同，现发现至少存在4种SMase:(1)膜型中性SMase(nSMase)，其活性依赖于Mg^2＋及中性pH环境(最适pH7.0～7.5)，(2)胞浆型nSMase，为Mg^2＋非依赖性。BinLiu等报道该酶可被生理浓度的GSH抑制，GSH合成抑制剂可导致时间依赖性的GSH降低，而在许多细胞损伤和凋亡过程中发现有GSH的减少，提示GSH的降低可能是nSMase活化的重要机制。(3)酸性SMase(aSMase)，主要分布于溶酶体及核内体，激活时需DAG，最适pH值4.5～5.0。(4)碱性SMase，激活时需胆盐，最适pH值9.0。前三种参与信号传递已得到确认，碱性SMase是否与信号传递相关有待进一步研究证实，其中nSMase被认为是SM循环的调节性激活和信号传递中的关键性酶。人的nSMase和aSMase已被克隆，其中nSMase为47.6KD的糖蛋白，由423个氨基酸残基组成。至今测得的具有最强的nSMase活性的组织是中枢神经系统，这与nSMase的广泛组织分布不相一致，提示可能存在一个脑组织特异性的nSMase的活化过程^〔1～3〕。

1.2Cer酶(Ceramidase)和Cer合酶(Ceramide Synthase)

Cer在Ceramidase催化下脱酰基生成鞘氨醇，鞘氨醇也可在Cer合酶催化下生成Cer，因此这二种酶在控制细胞内Cer水平起重要作用。Cer可通过激活Cer合酶而从头合成，但至今未发现鞘氨醇头合成途径，因此体内鞘氨醇的生成必需依赖于Ceramidase。许多实验发现Cer和鞘氨醇常诱导相反或不同的生物效应，因此这两种可相互转变的鞘脂代谢物生成的平衡对调控细胞功能可能是一个重要因素。此外，发现诱导细胞凋亡发生的Cer不一定只来自SM的水解：抗癌药物daunorubicin可刺激P388和U937细胞内Cer水平升高并发生凋亡，但此种Cer是通过激活Cer合酶而从头合成的，这是从研究fumonisins得到的结果。Fumonisins是一类Cer合酶的天然的、特异性抑制物，FumonisinB1(FB1)可抑制双氢鞘氨醇-N-酰基转移酶(Sphinganine N-acyltransferase)，即Cer合酶的活性而阻断daunorubicin引发的Cer升高及凋亡。Garzotto等报道TPA通过激活PKC-α而诱导LNCaP前列腺细胞凋亡是由Cer合酶介导的，因为此过程中aSMase和nSMase活性均未见升高，并且FB1可取消TPA诱导的Cer产生和细胞凋亡^〔1,4〕。

1.3磷脂酸磷酸水解酶(phosphatidate phohydrolase，PAP)

PAP以两种形式存在，PAP-1存在于胞浆，为Mg^2＋依赖性，可转移至内质网或线粒体，也可转移至细胞膜内表面，并降解由PLD活化产生的磷脂酸(PA)而生成DAG，但PAP-1是否参与信号传递有待证实^〔1〕。PAP-2是一膜结合蛋白，为Mg^2＋非依赖性，也可降解PA产生DAG，但这种PLD来源的DAG不能激活PKC，因此PAP-2可能是通过PA而终止信号传递。PAP-2也可降解Cer-1-P和Sph-1-P（SPP），因此PAP-2可通过降解这类物质而终止来自PA、Cer-1-P、Sph-10-P的信号，但也会产生DAG、Cer和Spingosine（SP）一类具有生物活性的物质，可见PAP可通过调节这类参与细胞活化和控制细胞生长的生物活性脂质之间的平衡而在细胞信号传递中起重要作用^〔1〕。

2参与Cer信号传递的效应分子

Cer作为第二信使，必定要通过一系列效应分子的级联放大反应，最终激活核内相关基因而产生不同的生物学效应。目前发现神经酰胺活化的蛋白磷酸酶(Ceramide-activated protein phosphatase，CAPP)、神经酰胺活化的蛋白激酶(Ceramide-activated profein kinase，CAPK)、PKC-ζ及原癌基因产物VaV等是Cer的直接靶分子^〔5〕。此外，最近在不同细胞系中还发现有下列几种效应分子参与Cer介导的信号传递。

2.1JNK和ERK

JNK(C-Jun N-terminal Kinase),又称SAPK(应激活化的蛋白激酶)，是MAPK超家族的亚族成员，JNK介导的信号传递通路与细胞生长抑制、凋亡及炎症反应相关；ERK(extracellular signal-regulated kinase)途径主要与细胞增殖相关，生长因子和鞘氨醇等可激活ERK而促进细胞生长。实验资料表明，Cer可迅速激活P46-JNK1/P54-JNK2，从而增强JNK的主要底物C-Jun的表达和活性增高，同时Cer可使P42-ERK1/P44-ERK2活性逐渐地、中等程度地降低，而且发现JNK的底物C-Jun的表达和活性的增强对Cer诱导的细胞凋亡发生是绝对必需的^〔6〕。但有人在以C2-Cer处理含有Ki-ras突变的人HCT-116结肠癌细胞研究中发现，尽管C2-Cer引起该细胞显著凋亡，但没有观察到JNK/SAPK的激活，可能在该类细胞中有其他信号途径参与了Cer诱导的凋亡^〔7〕。

2.2TAK1

TAK1(TGF-βactivated kinase),为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于MAPKKK家族成员，人和鼠的TAK1氨基酸序列高度同源(同源性达98％)，因此TAK1是进化上相当保守的激酶。据报道，Cer可直接激活TAK1，活化的TAK1导致SEK1/MKK4激活，后者可继续活化JNK/SAPK，而TAK1的非活化型阻止Cer诱导的JNK/SAPK的激活，说明TAK1是Cer活化JNK/SAPK的关键性中间物，其它脂类物质(包括DAG，花生四烯酸)处理细胞时发现TAK1未被激活，提示TAK1参与了Cer诱发的信号传递^〔8〕。此外，还发现TAK1结合蛋白(TAB1)的过表达几乎完全抑制TGF-β刺激TAK1的活化，但对Cer诱导的TAK1激活作用甚微，因此Cer对TAK1的激活是TAB1非依赖性的^〔11〕。

2.3Caspases

Caspases,属于天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶家族，目前根据其种系发生可分为三个亚族：(1)CED-3亚族，包括Caspase-3/CPP32、Caspase-6、Caspase-7、Caspase-8、Caspase-9和Caspase-10；(2)ICE家族，包括Caspase-1、Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11；(3)Nedd-2亚族，以Caspase-2为代表。DNA修复酶PARP、DNA-PKcs和核结构蛋白NuMa、lamins等是这类酶的底物，这些底物的水解可能与细胞凋亡时核形态和生化上的改变有关。CED-3亚族的几个Caspase可在凋亡早期催化PARP的分解，其中Caspase-3/CPP32被认为最有效(其次为Caspase-7)；核lamins的降解是浓缩染色质进入凋亡小体(凋亡晚期典型的形态结构)所必需的，Caspase-6是目前唯一所知的水解lamins的酶^〔10,11〕。Kuo等报道Caspase-3在C2-Cer诱导的HL-60细胞凋亡过程中被激活，而Caspase-3的特异性抑制物Ac-DEVD-CHO可有效地保护Cer诱导的细胞死亡，提示Caspase-3在Cer诱导的凋亡过程中起关键作用^〔12〕

3Cer信使途径与糖脂及其他鞘脂代谢物介导的信号途径之间的相互作用

许多文献报道了Cer能够诱导细胞凋亡而DAG具有抗凋亡的特性，并且在多种类型细胞中发现因Cer水平增高而诱导的细胞死亡可被DAG所抑制，因此在糖脂和鞘脂信号途经之间必然存在相互作用的位点。目前发现以下事实:（1）细胞渗透性C2和C6-Cer可抑制诸如血清、凝血酶、磷脂酸、SPP或佛波酯等PLD（磷脂酶D）激活剂刺激的PLD活性的增加，而双氢Cer对此无多大影响，说明Cer作用具有特异性;（2）PKC是一类由多种同功酶组成的结构相关的丝氨酸/苏氨酸蛋白酶激酶，与许多细胞功能相关。目前只发现PKC-α、δ、ε受Cer调节。最近有报道称Cer可诱导PKC-δ、ε从胞膜向胞浆的转位，并且外源SMase、TNF-α、Fas抗体（均可诱导凋亡发生）有类似功能，提示PKC-δ、ε的转位在Cer介导的凋亡中起重要作用。（3）细胞渗透性Cer抑制PA、lysoPA、SPP、C2-/C8-Cer-1-P及天然Cer-1-P刺激的DNA合成，即抑制了这类物质对细胞的增殖作用;（4）Cer也可通过某种机制促进外源PA、lysoPA、SPP、Cer-1-P的降解^〔1〕。

4Cer信使途径的生物学意义

Cer信使途径是一个普遍存在的、进化上保守的信号传递系统，与cAMP和PI途经相似，大多数哺乳动物细胞可经该途径传递信号^〔13〕。有关实验表明该途径参与了细胞生长、增殖、分化、.凋亡、衰老、应激反应及细胞分泌活动等多种生理、病理的过程。总的来看，该途径以传递细胞凋亡等细胞生长抑制活动信号为主，用二酯酰甘油抑制Cer诱导的细胞凋亡，抑<