花生四烯酸及其代谢物的生物学作用_袁成凌

花生四烯酸及其代谢物的生物学作用1

袁成凌　姚建铭　余增亮

(中国科学院等离子体物理研究所离子束生物工程中心,合肥230031)

摘　要　花生四烯酸(AA)是人体的一种必需脂肪酸.本文阐述它的存在与分布及生化代谢途径,并就AA及其代谢物的生理功能进行综述.同时探讨它们与多种疾病的关系,说明应用药物影响AA的释放及代谢具有重要的临床意义.

关键词　花生四烯酸;代谢物;生理功效;疾病

花生四烯酸(arachidonic acid)简称AA,是5, 8,11,14-二十碳四烯酸.它是人体的一种必需脂肪酸.该脂肪酸含有20个碳原子,4个双键,其中第一个双键起始于甲基端起第6个碳原子(其结构见图1),故属于n-6系列的多不饱和脂肪酸,简记为20∶4(n-6).

C H3

C O O H

Fig.1　The molecular structural formula

1　AA的存在与分布

AA广泛分布于动物的中性脂肪中,牛乳脂、猪脂肪、牛脂肪、血液磷脂、肝磷脂和脑磷脂中含量较少(约为1%),肾上腺磷脂混合脂肪酸中也含有该成分(15%).在油料种子中的分布也比人们原先估计的要广泛一些,是花生油中的一种主要成分.Sohlek等人〔1〕从几种苔藓和蕨类植物中检测到了AA.另外,在日本沙丁鱼油中,也分析出一定数量的花生四烯酸.AA也是人体中含量最高,分布最广的一种多不饱和脂肪酸(PUFA).尤其是在脑和神经组织中,AA含量一般占总PUFAs的40%～50%.在神经末梢甚至高达70%.在正常人的血浆中的含量也高达400mg/L,而DH-γ-亚油酸(DH LG)含量为100mg/L,γ-亚麻酸仅为25mg/L.母乳中,存在着丰富的AA.授乳第一周后母乳中AA的含量约占类脂物总量的0.4%〔2〕.

真菌中,AA主要分布在原始的几个纲中,如丝壶菌纲(Hy phochytrimy cete)、壶菌纲(Hytrid-iomycetes)、卵菌纲(Oomy cetes)以及被孢霉属(Mortierella)等〔3〕.2　AA的生化代谢途径

AA是多种生物活性物质的前体,在人体内由油酸转化而来〔4〕.它在生物体内主要是以磷脂的形式存在于细胞膜上,在磷脂酶A2和磷脂酶C 的作用下分解成游离的AA.AA的释放受磷脂酶A2和磷脂酶C的调节.虽然游离的AA在正常的生理状态下水平很低,但当细胞膜受到各种刺激时,AA便从细胞膜的磷脂池中释放出来,并转变为具有生物活性的代谢产物.目前知道至少有三类酶参与AA的代谢,形成具有生物活性的二十碳衍生物(eicosanoids)〔5〕.

游离的AA在环加氧酶(CO)的作用下,先形成不稳定的环内过氧化物(PGG2和PGH2),然后进一步形成前列腺素(PG),前列环素(PGI2)和血栓烷素(TXA2).TXA2在水溶液中不稳定,很快降解为TXB2.PGI2的性质不稳定,在中性溶液中可水解成6-k-PGF1α,然后在肝脏中进一步代谢为6-k-PGE1.AA经脂加氧酶(LPO)作用生成羟基二十碳四烯酸(H ETEs),白三烯(LTs)以及脂氧素(LXs).CO和LPO都是双氧化酶,还有一类酶是单氧化酶,叫细胞色素P-450单氧化酶,也叫环氧化酶(EPO).它分解AA生成多种环氧化物(epoxides),同时也产生HETEs等.其代谢途径示意图见图2.

1990年Mo rrow等〔6〕发现,在氧自由基催化下AA形成内过氧化中间产物,并最终生成一类结构与前列腺素类似的物质,称为异构前列腺素(iso-PGs).

AA及其代谢衍生物具有很强的生物活性,

第10卷　第1期2000年3月　总35期

中国药物化学杂志

Chinese Journal o f M edicinal Chemistry

Vol.10　No.1　p.75

Mar.2000Sum.35

收稿日期:1999-07-08 1安徽省地方攻关项目　No.85-722-22-01

并在许多疾病的病理生理过程中起着重要的作用.下面就有关的研究现状加以综述.

E P O

C 4※

D 4※

E 4

)(L T A 4※B 4)T X B 26-$-P G F 1αP G I 2

P G s

T X A 2

L X s

L T s 5-H E T E s H E T E s

E p o x i d e s 5-H P E T E s

P G G 2·P G H 2L P O

C O 游离的A A

磷脂酶C

磷脂酶A 2

细胞膜磷脂

Fig .2　The metabolism passes of AA

3　AA 及其代谢物的生理功效

3.1　第二信使作用

细胞内产生的AA 及其代谢物在细胞内可发挥第二信使作用.D .Piomelli 等〔7〕

发现AA 活性

代谢物二十碳酸类是海生软体动物海兔感觉神经元突触前抑制作用的第二信使.LPO 代谢物在海兔神经节细胞中能引起双向反应中的迟发成分———超级化,介导由组胺等引起的效应,发挥第二信使作用.

AA 及其代谢物亦能促进或放大其他第二信使系统,如cAMP 和cGM P .另外PG (E 1,E 2,I 2,D 2)也能使腺苷酸环化酶活化,致使细胞内cAMP 浓度增高〔8〕.

细胞内形成的AA 及其代谢物亦可释放至细胞外,作为第一信使作用于产生它们的细胞或邻近细胞,通过另外的第二信使产生效应.如在成纤维细胞、激素促进细胞内PGs 合成,而形成的PGs 则作用于细胞表面的受体促进cAMP 的形成〔9〕

.

3.2　参与造血和免疫调节〔10〕

PGs 对免疫活性细胞能产生不同作用,即双向功能.主要表现为:对M 吞噬作用的促进与抑制;巨噬细胞抗肿瘤作用的抑制与恢复;对抗体产生的抑制与促进作用;对Tc 细胞活性的抑制与增强;对NK 细胞活性的抑制与增强.

PGs 对红系造血干细胞增殖分化都有明显的促进作用.

AA 的LPO 代谢产物(HETEs 及其前体HPETEs 和LTs )对免疫细胞和免疫反应有抑制作用,外源性HPETEs 有直接损伤细胞的作用,而其在体内还抑制淋巴因子产生.LTB 4,LTD 4和

LTE 4在浓度非常低时就可抑制免疫功能,抑制淋巴细胞对有丝分裂源刺激的反应及抗体产生.LTB 4可诱导抑制性T 细胞和NK 细胞活性增强.

3.3　对心血管系统的影响

研究表明,AA 及其代谢物能引起血管舒张,某些血管含有EPO ,AA 需经EPO 代谢后发挥作用.离体和整体实验都发现5,6-环氧化物具有扩张血管作用.血小板中CO 的活性很高,当血小板受胶原、血栓素等激活时,能释放ADP 和5-H T ,增加TXs 合成,从而引起聚集作用.而EPO 代谢物则能抑制血小板CO 活性,减少TXs 产生,从而抑制血小板聚集.这样EPO 代谢物可能与其它抗血小板聚集因子如PGD 2和PGI 2有协同作用,而与促血小板聚集因子(ADP ,5-H T ,TXs )达成平衡〔5〕.

TXA 2是血小板中AA 的一种主要代谢产物,具有促进血小板聚集和诱发血栓形成的作用.TXA 2能促使致密管系统中Ca 2+的游离,引起致密体收缩,并释放出ADP 和5-H T ,使附近的血小板发生聚集.PGI 2是血管壁中AA 代谢的主要产物,是一种对血小板聚集最有效的内源性抑制剂〔11〕.在正常的生理状态下,循环血中TXA 2和PG I 2的水平处于相对平衡状态,这是维持血液循环畅通的重要因素之一.TXA 2-PGI 2失衡可导致血栓形成和组织缺血的一系列生理机能的改变.血栓形成时,通常都有TXA 2产生增多或/PGI 2产生减少.尽管TXA 2-PGI 2失衡只能部分解释血栓栓塞倾向,但TXA 2-PGI 2这对相互作用的因子为有关的药理学研究提供了重要的指标.

LTs 可刺激TXA 2合成,PGI 2能抑制LTs 的合成.实验证明,LTC 4和LTD 4可引起明显的血管收缩,它们是强效冠脉血管收缩剂,能降低冠脉血流,且LTC 4>LTD 4.LTC 4和LTD 4可致灌注心脏的收缩力下降,心输出量减少,特别当发生速发型过敏反应时,白三烯对心脏的抑制作用更加明显,有时可致各种传导阻滞,因此可诱发或加重心肌梗塞和心绞痛〔12〕.3.4　对肝、胆器官的影响〔13〕

PG ,TXA 2和LT 均参与肝、胆多种生理功能的调节并与某些肝胆疾病有关.胆汁中存在较大量的各种PG 和LT .前列腺素类化合物可改变肝胆汁流量,并可能与某些促胆汁分泌的激素的释

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放与作用有关.它还参与胆囊收缩,吸收水分,与胆囊炎及胆结石的发生密切相关.PG对各种类型的实验性肝损伤有保护作用,而LT则可损伤肝细胞及胆道组织.

3.5　在炎症中的作用

LTA4为不稳定的环氧化物,可被转变为其他LT.LT为致炎症介质,其中LTB4是重要的白细胞活化物质,使白细胞趋化、聚集、粘附于血管内皮细胞、脱颗粒、释放氧自由基及溶酶体酶,还可增加血管通透性,刺激支气管粘液分泌.LTC4及LTD4可收缩小动脉、支气管及胃肠道平滑肌,收缩肾小球毛细血管及系膜细胞,增加血管壁通透性,而LTB4无收缩血管及系膜细胞的作用〔14〕.

LXs作用基本与LT相反,可拮抗LT的致炎症作用.LXs活化细胞的PKC,使细胞内Ca2+升高,刺激吞噬细胞合成磷脂酸,使膜磷脂再塑而促进PMN释放AA〔15〕.

3.6　与神经内分泌组织的关系〔5〕

AA还参与神经内分泌,AA能刺激垂体前叶、胎盘和肥大细胞的分泌,在多种神经内分泌组织中AA参与调节多种激素和神经肽,如ACTH, LH及催产素、加压素、胰岛素、胰高血糖素等的分泌.

3.7　促细胞分裂作用

PGF2α,TXB2能启动DNA复制,并促进细胞增生,TX和肝细胞增生、黑色素增长以及白细胞增殖都有关〔8〕.另外HETEs在平滑肌细胞、成纤维细胞、淋巴细胞等中也具有此作用〔5〕.

4　AA及其代谢物与疾病

4.1　AA与脑缺血〔16〕

脑缺血再灌流后,Ca2+大量进入细胞内,激活磷脂酶A2和C,使膜磷脂降解,生成AA,后者转化为PGI2,PGI2在血栓素合成酶作用下形成TXA2,结果TXA2和PGI2失衡,引起血小板粘附、聚集、阻塞血管,同时血管痉挛,侧支循环血流量降低,脑组织损伤加重.细胞内Na+贮留,细胞膜系统被破坏,因而缺血再灌流后脑组织含水量增加,引起脑水肿.在TXA2生成过程中,生成大量自由基,自由基又进一步激活磷脂酶A2,同时破坏细胞膜系统,形成恶性循环.

4.2　AA与皮肤病〔17〕

AA在许多皮肤病的病理生理过程中起重要作用.如在银屑病、痤疮、荨麻疹、掌脓疱病及接触性皮炎、异位性皮炎中,AA及其衍生物(尤其是LTs)都发挥着重要的作用.这提示人们,干预AA代谢的物质对皮肤病具有极大的治疗潜能.

4.3　AA与糖尿病肾病的关系

李耀等人〔18〕发现糖尿病患者血浆中的TXB2明显升高,6-k-PGF1α明显降低.同时他们还发现糖尿病肾病患者的肾小球滤过率(GFR)显著升高,动物试验证实,早期糖尿病鼠的肾脏和肾单位的GFR较正常鼠增加40%.这种早期高滤状态可能与肾小球产生的具有舒张性的PGE2及PGI2增多有关.研究发现,高血糖时Δ-5与Δ-6去饱和酶活性降低,导致AA增加,刺激TXA2合成增加,血浆TXB2升高,这是构成糖尿病肾病的重要因素之一.

4.4　AA与呼吸道疾病的关系〔12〕

LTC4,LTD4是引起支气管痉挛最强的介质,二者对支气管作用相等,人们还发现LTD4是人肺慢反应物质(SRS-A)的主要成分.Holroyde给两名正常志愿者雾化吸入合成的LTC4和LTD4,导致支气管收缩,出现咳嗽等症状.如用S RS-A 对抗剂(FPL-55712)能取消咳嗽反应,部分抑制支气管痉挛.这可能是白三烯直接作用于其受体的结果.Tleisch等(1981)证明,豚鼠平滑肌有多种白三烯受体,肺脏白三烯受体与回肠不同. LTD4可产生浓度依赖性的收缩回肠、肺及气管平滑肌,其强度顺序为:回肠>肺>气管.此外, LTC4可促进麻醉猫气管粘蛋白分泌,故白三烯被认为是炎症呼吸道分泌的介质.同时有报告证明,囊性纤维化病人痰中含有LTB4和LTD4,也含有少量的LTC4和LTE4,这些白三烯类物质可刺激支气管平滑肌收缩,使气道狭窄甚至阻塞.

4.5　其他

研究发现白三烯能诱发哮喘,并能引起新生儿持续性肺动脉高压的症状,如肺血管收缩、支气管收缩、肺顺应性下降、肺水肿等.LTC4和LTD4能促进血浆外渗,并会收缩血管、降低冠脉血流,加重缺血缺氧,加剧心绞痛与心肌梗塞.LTB4不仅是血管通透性介质,也是痛风病人炎症介质,有报道在类风湿性关节炎患者的膝关节滑液内LTB4浓度较非炎症关节病患者显著增高〔12〕.另外,PGs还有抗癌活性.在日本,癌症研究的一分支就是以PGD2(PGJ2)的抗癌效果为基础,寻求

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1期袁成凌等:花生四烯酸及其代谢物的生物学作用

PGs系列的抗癌剂〔8〕.

对AA及其代谢物的深入研究,不仅有助于阐明它们与多种疾病的病理生理学基础,也为治疗这些疾病开拓了新的道路.应用药物影响AA 的释放及代谢,或膳食干预体内AA含量具有重要的临床意义.目前,欧美、日本等国开展了用发酵法生产花生四烯酸的发酵产品(Sun-TGA),并投放市场.国内有关花生四烯酸研制的报道不多.从1995年起,本研究组开展了离子注入诱变筛选花生四烯酸高产菌株及其发酵方面的研究工作.对此,我们将作进一步的报道.

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(上接第67页)

Synthesis of Cetirizine Hydrochloride

Li Rongdong,Zhu Zhihong,Duan Lixin

(Hunan Institute of Pharmac eutical Industry,Changsha410014)

A bstract　Cetirizine hydrochloride w as synthesized from chlorobenzene and benzoyl chlo ride by the Friedel-Crafts reaction,reduction,and chlorination followed by condensation with piperizine,2-chlo roethanol and sodium chlo roacetate in turn in28.2%overall yield based o n chlorobenzene.

Key words　cetirizine hydrochlo ride;anti-allergy;synthesis

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