質(zhì)膜組分磷脂酰絲氨酸外翻的分子調(diào)控機(jī)制

畢丹，徐揚(yáng)，逄越，李慶偉

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質(zhì)膜組分磷脂酰絲氨酸外翻的分子調(diào)控機(jī)制

畢丹1,2，徐揚(yáng)1,2，逄越1,2，李慶偉1,2

1. 遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，大連116029；2. 遼寧師范大學(xué)七鰓鰻研究中心，大連116029

磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine, PS)是細(xì)胞質(zhì)膜重要的磷脂成分之一，具有重要的生物學(xué)功能。在細(xì)胞凋亡及一些特殊的病理?xiàng)l件下，細(xì)胞內(nèi)ATP供能不足，胞漿Ca2+濃度升高，引起PS發(fā)生外翻。PS外翻在不同類型細(xì)胞中具有不同的生物學(xué)功能，且外翻的程度與疾病發(fā)展程度密切相關(guān)，可作為癌癥等多種疾病治療的靶標(biāo)。文章綜述了細(xì)胞質(zhì)膜中磷脂酰絲氨酸的重要生物學(xué)功能和意義、磷脂酰絲氨酸外翻的分子機(jī)制及在臨床醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，以期對(duì)未來的功能和臨床應(yīng)用研究提供參考。

磷脂酰絲氨酸；靶標(biāo)分子；細(xì)胞凋亡；磷脂酰絲氨酸外翻

磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine，PS)屬于細(xì)胞質(zhì)膜磷脂中的甘油磷脂類，是細(xì)胞質(zhì)膜重要的磷脂成分之一，主要存在于細(xì)菌、酵母、植物、哺乳動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)膜中[1]。1942年，Jordi Folch首次從牛腦磷脂中提取出了PS[2]；1952年，Baer等[3]闡明了PS的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)：頭部為親水性的甘油骨架，尾部為兩個(gè)烴鏈構(gòu)成的親油基團(tuán)。親水性的甘油頭部由絲氨酸殘基、磷酸殘基和甘油骨架上第3位碳原子上的羥基3個(gè)基團(tuán)組成，而甘油頭部的另外兩個(gè)羥基與脂肪酸成酯構(gòu)成了PS的尾部。雖然PS只占膜總磷脂含量的2%~10%，但是其與細(xì)胞質(zhì)膜的一系列功能有關(guān)，其中腦細(xì)胞質(zhì)膜中的PS對(duì)大腦的各種功能起到重要的調(diào)節(jié)作用[4]。

在正常生理情況下，PS通常集中分布于細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)小葉。但是細(xì)胞在凋亡狀態(tài)下，PS會(huì)存在于細(xì)胞質(zhì)膜的外小葉中，即PS外翻。PS外翻以往僅僅作為凋亡細(xì)胞特有的一個(gè)特征性現(xiàn)象，但是近年來，隨著多種可以與PS特異性結(jié)合的小分子物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)以及流式細(xì)胞術(shù)、熒光光譜技術(shù)和分子靶向技術(shù)等迅速發(fā)展，科研人員對(duì)PS進(jìn)行了更深入的研究，取得了一些重要成果。PS外翻現(xiàn)象存在于多種細(xì)胞類型中，并具有重要的生物學(xué)意義[4]。本文對(duì)PS的功能、PS外翻機(jī)制、PS外翻對(duì)不同類型細(xì)胞的生物學(xué)意義及其在分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1 PS的生物學(xué)功能

構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)膜4種主要磷脂中，PS是唯一可以調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜中蛋白功能以及狀態(tài)的磷脂。由于不同來源PS的脂乙酰殘基有很大區(qū)別，所以通常的PS并非指單一成分，而是一組化合物。PS在細(xì)胞代謝中具有重要作用，如參與調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜流動(dòng)性的重要脂質(zhì)——磷脂酰膽堿(乙酰膽堿的前體)，可由PS甲基化形成；且PS在多條細(xì)胞信號(hào)通路中起到介導(dǎo)細(xì)胞受體與第二信使的作用。同時(shí)，PS可作為激活酶的輔助因子，例如在蛋白激酶C(PKC)的活化過程中，未活化的PKC在DAG(二酰甘油)協(xié)助下轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)膜，在酶催化下與膜中的PS、Ca2+形成PKC·PS·DGA·Ca2+復(fù)合物，變?yōu)榛罨瘧B(tài)，進(jìn)而激活下游通路。另外，PS還可以激活絡(luò)氨酸羥化酶和Na+/K+-ATP酶等[1]。

近幾年研究表明，PS還具有多種藥理功能，例如：PS具有提高認(rèn)知能力，尤其是記憶能力和學(xué)習(xí)能力的功能，并且在改善阿茲海默癥、抑郁癥等方面都有顯著效果。

2 PS外翻及分子機(jī)制

在正常生理情況下，細(xì)胞質(zhì)膜脂的分布存在不對(duì)稱性。這是由于在細(xì)胞質(zhì)膜中存在一種磷脂轉(zhuǎn)(移)位酶(ATP-dependent aminophospho-lipid translocase)，可以特異地將PS和磷脂酰乙醇胺(Phosphatidyletha-nolamine, PE)運(yùn)送到膜的內(nèi)小葉。同時(shí)，另外一種細(xì)胞質(zhì)膜中的翻轉(zhuǎn)酶(ATP-dependent floppase)負(fù)責(zé)將PS與磷脂酰膽堿(Phosphatidylcholine, PC)運(yùn)送至細(xì)胞質(zhì)膜外小葉。這兩種酶對(duì)膜同時(shí)起作用，但翻轉(zhuǎn)酶的反應(yīng)速度比轉(zhuǎn)位酶慢10倍。這兩個(gè)酶促反應(yīng)各自獨(dú)立進(jìn)行，即當(dāng)翻轉(zhuǎn)酶的活性被抑制時(shí)，轉(zhuǎn)位酶仍有活性。在正常生理情況下，這兩種酶的作用相互協(xié)調(diào)，引起膜內(nèi)主要磷脂的不對(duì)稱分布，即鞘磷脂(Sphingomyelin, SM)和磷脂酰膽堿(Phospha-tidylcholine, PC)集中分布在細(xì)胞質(zhì)膜外小葉，而磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine, PE)和PS集中分布于細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)小葉[5]。這種膜脂的不對(duì)稱性分布是細(xì)胞的一種自我保護(hù)機(jī)制，與細(xì)胞識(shí)別、內(nèi)吞與外排、凝血及某些疾病如血栓、自身免疫病等的發(fā)展有密切關(guān)系。

然而，在凋亡、能量不足等特殊條件下，膜脂的不對(duì)稱性被破壞，引起PS外翻[6]。其引發(fā)機(jī)制有以下幾方面：

2.1 ATP缺乏

磷脂轉(zhuǎn)位與翻轉(zhuǎn)酶分別屬于膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中的ABC超家族和P-型質(zhì)子泵，都需要依賴ATP供能以維持其活性。因此，當(dāng)胞內(nèi)ATP濃度過低時(shí)，這兩種酶的活性將大大降低，失去了轉(zhuǎn)運(yùn)能力，導(dǎo)致由膜外小葉至內(nèi)小葉的PS轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)生障礙而使PS外翻[7]。

2.2 胞漿Ca2+濃度升高

正常情況下，細(xì)胞外Ca2+濃度約比細(xì)胞內(nèi)高4個(gè)數(shù)量級(jí)，然而當(dāng)大量Ca2+進(jìn)入胞漿時(shí)，會(huì)激活一種Ca2+依賴性的脂質(zhì)爬行酶(Scramblase)的活性。這種酶最先是在血小板膜中發(fā)現(xiàn)，作用是使膜脂雙層內(nèi)的磷脂分子雙相翻轉(zhuǎn)。磷脂爬行酶在正常情況下活性很低，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時(shí)，才會(huì)活化。另外，Ca2+活化磷脂爬行酶的過程造成胞內(nèi)供能不足，抑制了磷脂轉(zhuǎn)位酶的活性，使翻轉(zhuǎn)到膜外小葉的PS不能及時(shí)翻轉(zhuǎn)回來[8]。同時(shí)高濃度的Ca2+可以使一些半胱氨酸蛋白水解酶類(Cysteinyl aspartate specific proteinase)活性升高，激活了細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而導(dǎo)致大量PS外翻。

2.3 其他類型的生物損傷

除了ATP、Ca2+的影響之外，在其他極端的生理?xiàng)l件下也會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)膜中PS外翻，如一些物理性損傷。另外，活性氧濃度過高以及腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞因子的激活也會(huì)引起腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)膜表面PS外翻[9]。

3 PS外翻對(duì)于不同類型細(xì)胞的生物學(xué)意義

3.1 凋亡細(xì)胞

眾所周知，外翻的PS可與另外一些分子共同構(gòu)成“識(shí)我”(find me)和“食我”(eat me)的信號(hào)使凋亡細(xì)胞被吞噬細(xì)胞識(shí)別和吞噬。過去人們認(rèn)為吞噬細(xì)胞中僅存在一種可以與PS特異性結(jié)合的受體，但近期研究結(jié)果表明，有多種可與PS特異性結(jié)合的受體來介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。按照結(jié)合方式可將特異性結(jié)合PS的受體分為兩類：一類為直接識(shí)別，這類受體屬于膜蛋白(如BAI1、TIM-4[10]和Stabilin 2等)，可以直接識(shí)別凋亡細(xì)胞表面外翻的PS；另一類為間接識(shí)別，受體(MER和αvβ3等)則通過與一些可溶性橋接分子(MFG-E8和Gas6等)相結(jié)合，橋接分子再與PS特異性結(jié)合的方式完成對(duì)PS的特異性識(shí)別[11](圖1)。當(dāng)吞噬細(xì)胞通過“識(shí)我”信號(hào)的引導(dǎo)靠近凋亡細(xì)胞時(shí)，凋亡細(xì)胞表面的“食我”信號(hào)(外翻的PS、細(xì)胞質(zhì)膜表面粘附分子和糖基化位置的改變等)就負(fù)責(zé)引導(dǎo)吞噬細(xì)胞進(jìn)行吞噬[12]。

圖1 吞噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的識(shí)別作用示意圖

由此可見，PS外翻是細(xì)胞凋亡的重要表面標(biāo)志之一。但這也容易造成理解上的誤區(qū)，似乎細(xì)胞凋亡與PS外翻是緊密聯(lián)系，互相依賴的過程。但近年的研究表明，細(xì)胞凋亡與PS外翻是兩個(gè)彼此獨(dú)立的事件，即凋亡細(xì)胞不一定發(fā)生PS外翻，而PS外翻的細(xì)胞也不一定是凋亡細(xì)胞。在多種細(xì)胞類型中，PS外翻發(fā)生在細(xì)胞凋亡之前，具有明顯的細(xì)胞類型特異性，且不同細(xì)胞間表達(dá)量有較大差別。另外，一些含巰基的藥劑作用細(xì)胞會(huì)引起細(xì)胞PS外翻，但該細(xì)胞并未發(fā)生凋亡，因?yàn)樽饔煤笤摷?xì)胞中未出現(xiàn)Caspase活化或DNA破碎等典型凋亡的標(biāo)志性現(xiàn)象。PS外翻對(duì)于很多類型細(xì)胞還具有區(qū)別于細(xì)胞凋亡的其他生物學(xué)意義[13]。

3.2 血細(xì)胞

研究表明，在多種血細(xì)胞表面均有少量PS表達(dá)，而且對(duì)于不同血細(xì)胞有不同的生物學(xué)意義。

3.2.1 紅細(xì)胞

哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞中沒有線粒體等細(xì)胞器，所以不存在以線粒體為中心的內(nèi)源性細(xì)胞凋亡途徑，因此紅細(xì)胞的程序性死亡稱為紅細(xì)胞衰亡。與細(xì)胞凋亡類似，紅細(xì)胞衰亡可由外源物質(zhì)的刺激引起[14]，表現(xiàn)為Ca2+濃度升高、ATP供能不足、Caspase活化、PS外翻和細(xì)胞皺縮等[15]。鐮刀形紅細(xì)胞貧血病患者的紅細(xì)胞表面也有大量PS表達(dá)，這是由于細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度過高，激活了Gardos通道(又稱中電導(dǎo)鈣激活K+通道)，導(dǎo)致大量K+外流，其外流伴有細(xì)胞水分的丟失、Cl-流失和PS外翻，進(jìn)而導(dǎo)致紅細(xì)胞脫水、皺縮，出現(xiàn)鐮刀形紅細(xì)胞[3,16]。因此，可以利用該離子通道阻斷劑，如克霉唑(Clotrimazole)來治療鐮刀形紅細(xì)胞貧血病。

3.2.2 血小板

在血小板中，PS能在凝血因子Ⅷ和IXa存在的條件下激活凝血因子X。凝血因子Xa還能夠促進(jìn)凝血因子Va-Xa復(fù)合物的形成，從而激活凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)[17]。研究表明，在紅細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞與中性粒細(xì)胞4種血細(xì)胞表面表達(dá)的PS均有一定的促凝血作用[18]。

3.3 寄生蟲

在寄生蟲蟲體細(xì)胞中，PS外翻的現(xiàn)象被稱為“凋亡模擬”，是一種逃避宿主免疫應(yīng)答以及炎癥反應(yīng)的策略[19]。例如在利什曼蟲()中，無鞭毛的蟲體無PS外翻現(xiàn)象，而前端著生鞭毛的蟲體中，有的亞群有PS外翻現(xiàn)象，有的亞群則無此現(xiàn)象[20]。當(dāng)這兩個(gè)亞群的利什曼蟲()同時(shí)侵入宿主體內(nèi)時(shí)，PS外翻的亞群會(huì)吸引大量巨噬細(xì)胞對(duì)其圍追堵截，而另一個(gè)亞群的利什曼蟲因此回避了宿主的免疫應(yīng)答，會(huì)趁機(jī)加速宿主的侵染[21]。

3.4 腫瘤細(xì)胞

研究表明，原代培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞系、惡性轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞如前列腺癌細(xì)胞、原發(fā)性黑色素瘤細(xì)胞表面均有PS表達(dá)，而且其表面表達(dá)PS的量與腫瘤細(xì)胞的惡性程度呈正相關(guān)性。而針對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜表面PS表達(dá)量的檢測，目前最常用的是AnnexinV- FITC熒光探針標(biāo)記法。膜聯(lián)蛋白(Annexin)是一類與膜上的酸性磷脂發(fā)生反應(yīng)、鈣依賴性的蛋白家族，可分為12種(AnnexinⅠ-AnnexinⅫ)類型，其N端區(qū)不同，但C端區(qū)高度同源，含4~8個(gè)重復(fù)單位，每個(gè)單位含有5個(gè)α螺旋，參與膜轉(zhuǎn)運(yùn)、膜表面依賴鈣調(diào)蛋白的多項(xiàng)活動(dòng)。AnnexinV分子量約為35 kDa，能與PS高親和力特異性結(jié)合。將Annexin-V進(jìn)行熒光素(FITC、PE)或biotin標(biāo)記，被標(biāo)記了的Annexin-V可作為熒光探針，檢測細(xì)胞質(zhì)膜表面的PS表達(dá)。在熒光光譜實(shí)驗(yàn)中，科研人員利用AnnexinV-FITC探針分別標(biāo)記生黑色素細(xì)胞與不同惡性程度的黑色素瘤細(xì)胞表面的PS后，絕對(duì)熒光強(qiáng)度值表明，原發(fā)性黑色素瘤細(xì)胞表面PS的表達(dá)量是生黑色素細(xì)胞的兩倍，而惡性黑色素瘤細(xì)胞表面PS的表達(dá)量則達(dá)到了生黑色素細(xì)胞的8~11倍。2011年，Riedl等[22]僅以PS是否外翻為唯一指標(biāo)，通過流式細(xì)胞術(shù)成功地分選出了腫瘤細(xì)胞與非腫瘤細(xì)胞，這就意味著可以將外翻的PS作為腫瘤細(xì)胞特異性標(biāo)志物對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行定性。

但是，腫瘤細(xì)胞為什么會(huì)PS外翻仍然是個(gè)謎。有研究表明，這與腫瘤細(xì)胞高頻率的細(xì)胞分裂與細(xì)胞凋亡有關(guān)，但也有研究證明腫瘤細(xì)胞表面的PS外翻并沒有逃過巨噬細(xì)胞對(duì)其的識(shí)別[22]，但是腫瘤細(xì)胞卻機(jī)智地逃過了死亡的命運(yùn)繼續(xù)生存，比如黑色素瘤細(xì)胞可以沉默細(xì)胞凋亡因子Apaf-1基因的表達(dá)，使激活的促凋亡因子p53失去介導(dǎo)該細(xì)胞凋亡的功能，避免腫瘤細(xì)胞凋亡[23]。目前，關(guān)于腫瘤細(xì)胞PS外翻的生物學(xué)意義學(xué)術(shù)界仍無確切的說法，但是可以確定的一點(diǎn)是PS外翻對(duì)于整個(gè)腫瘤的生長利大于弊。

4 PS外翻在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

4.1 腫瘤治療新方案

目前，惡性腫瘤已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人們生活質(zhì)量的疾病之一，而且多數(shù)消化道腫瘤具有早期易轉(zhuǎn)移、晚期難治療等特點(diǎn)，致死率很高。目前對(duì)消化道惡性腫瘤的治療主要采取手術(shù)、放療和化療的方法?；熢谙滥[瘤治療中占首要地位，然而其耐藥性可造成化療療效降低甚至失敗[24]。P-糖蛋白(P-gP)為一種跨膜糖蛋白，由多藥耐藥基因(Multi-drugs resistance, MDR1)編碼，屬于ABC超家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。研究表明，P-gP為單向藥物輸出蛋白，多藥耐藥腫瘤細(xì)胞質(zhì)膜表面高表達(dá)，其高表達(dá)原因與腫瘤細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度偏高有關(guān)。細(xì)胞表面P-gP的Walker A和Walker B結(jié)構(gòu)域水解ATP供能，還能夠?qū)S翻轉(zhuǎn)至膜的外層，造成腫瘤細(xì)胞表面PS高表達(dá)[25]。

P-gP抑制劑的開發(fā)與研究一直都是腫瘤治療研究的重點(diǎn)之一，目前已發(fā)展了三代P-gp抑制劑，但都會(huì)對(duì)機(jī)體造成一定程度的損害。目前，科研人員利用P-gP使PS外翻的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了新型P-gP抑制劑，例如使用降低細(xì)胞質(zhì)膜極性頭部區(qū)域的流動(dòng)性的藥物，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜脂質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，減少PS外翻機(jī)會(huì)，繼而降低P-gP底物外排速率[26]。

利用腫瘤細(xì)胞表面PS外翻的特征，還可以設(shè)計(jì)一系列以腫瘤細(xì)胞表面外翻的PS為靶點(diǎn)的新藥，具有藥效高，能被限定在特定的靶細(xì)胞、器官或組織內(nèi)等特點(diǎn)[27]。

目前，以PS為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)的抗癌藥物大部分由抗菌肽(Antimicrobial peptides)加工而成。這類由自身免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的帶正電荷的短肽，可由離子鍵與帶負(fù)電荷的腫瘤細(xì)胞表面PS特異性結(jié)合。因?yàn)檎＜?xì)胞不存在PS外翻的現(xiàn)象，所以這類藥物不能作用正常細(xì)胞，因此，與傳統(tǒng)的全身用藥的化學(xué)療法相比，特異性強(qiáng)副作用小。目前，隨著高通量抗菌肽篩選技術(shù)的應(yīng)用，研發(fā)特異性強(qiáng)的抗菌肽類藥物擁有廣闊的發(fā)展前景[28,29]。

4.2 增強(qiáng)某些抗癌藥物的細(xì)胞毒性

利用PS外翻可以從分子水平上提高一些抗癌藥物的細(xì)胞毒性。如用于治療乳腺癌的藥物氟達(dá)拉濱，其殺傷乳腺癌細(xì)胞的方式是在磷酸酶的作用下先脫去一個(gè)磷酸基團(tuán)，再在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的幫助下進(jìn)入細(xì)胞，通過整合進(jìn)DNA或RNA的方式殺傷細(xì)胞，此過程比較繁瑣[30]。2013年，Krais等[31]為了優(yōu)化這一過程，將嘌呤核苷磷酸化酶(Purine nucleoside phosphorylase, PNP)與Annexin V(膜聯(lián)蛋白)構(gòu)建成融合蛋白作用于MCF細(xì)胞，由于Annexin V可以與MCF細(xì)胞表面PS特異性結(jié)合，所以將這個(gè)融合蛋白固定在MCF細(xì)胞表面。而PNP的作用則是將氟達(dá)拉濱的核糖-1-磷酸基團(tuán)脫去，使之變成2-氟腺嘌呤的形式(圖2)。這種形式的氟達(dá)拉濱是以自由擴(kuò)散的形式進(jìn)入細(xì)胞，而且2-氟腺嘌呤不僅可以作用DNA、RNA，還可以作用胞內(nèi)蛋白，從而大大提高了氟達(dá)拉濱的細(xì)胞毒性[6]。另外，還可以將細(xì)胞殺傷性蛋白藥物包被在PS脂質(zhì)體內(nèi)，保護(hù)該藥物在到達(dá)病灶前不被降解，從而起到緩釋作用，延長藥物的半衰期，如SapC-DOPS的應(yīng)用[32,33]。

4.3 作為多種疾病的評(píng)價(jià)指標(biāo)

因?yàn)槎喾N疾病的惡性程度與細(xì)胞表面PS表達(dá)量息息相關(guān)，所以可以通過細(xì)胞PS外翻總量大致判定某種疾病的惡性程度，也可以在給藥治療后通過實(shí)時(shí)監(jiān)測其細(xì)胞表面PS表達(dá)量的變化程度來評(píng)價(jià)該藥物的療效。目前這種評(píng)價(jià)方法已經(jīng)應(yīng)用到多種癌癥的治療中，例如，目前常用來評(píng)測抗癌藥物療效的18F-FDG顯像法針對(duì)肝癌、腎癌及乳腺癌的顯像存在很大的局限性，且葡萄糖代謝的減緩并不一定代表腫瘤細(xì)胞發(fā)生死亡[34]。因此，Palmowski等[35]針對(duì)腫瘤細(xì)胞表面特異性表達(dá)PS這一特點(diǎn)，利用一種新型小分子化合物PSVue794作為熒光探針，標(biāo)記腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)的PS，代替18F-FDG，通過熒光成像技術(shù)檢測PSVue794是否聚集，來評(píng)價(jià)抗腫瘤血管生成藥物的療效。PSVue794分子量僅1.84 kDa，它比常規(guī)用來標(biāo)記細(xì)胞表面PS的Annexin V-FITC對(duì)PS量的變化反應(yīng)更為敏感，所以對(duì)藥物療效的評(píng)測更為準(zhǔn)確，適用范圍也更廣。再如前文中提到負(fù)責(zé)特異性運(yùn)輸PS至細(xì)胞質(zhì)膜外小葉的翻轉(zhuǎn)酶，屬于膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABC超家族。這種酶還有另外一個(gè)作用：與載脂蛋白apoAI結(jié)合促進(jìn)膽固醇與apoAI形成高密度脂蛋白(HDL)[36]。HDL顆粒小，結(jié)構(gòu)致密，能清除積存于血管壁內(nèi)的膽固醇，且不向組織釋放膽固醇，具有將組織中膽固醇轉(zhuǎn)移出來的功能，是抗動(dòng)脈粥樣硬化的保護(hù)因子。當(dāng)人體內(nèi)HDL合成受阻時(shí)，就易患高密度脂蛋白缺乏癥，并有可能演變?yōu)閯?dòng)脈粥樣硬化。為了促進(jìn)HDL的形成，可以使用一些藥物增加翻轉(zhuǎn)酶活性，促進(jìn)膽固醇與apoAI的結(jié)合，同時(shí)還可以將外翻PS的量作為評(píng)價(jià)該藥物作用效果的有效指標(biāo)[37]。

圖2 PNP-AV融合蛋白作用示意圖

5 細(xì)胞質(zhì)膜中PS的檢測方式

由于PS在藥理及臨床診斷方面有重要的應(yīng)用，所以針對(duì)不同的目的，選擇不同的技術(shù)來檢測細(xì)胞質(zhì)膜中PS的表達(dá)情況十分重要。目前，PS的檢測技術(shù)主要分為直接檢測法與間接檢測法兩類。直接檢測法一般是指將光譜分析與化學(xué)分餾相結(jié)合，這種方法可以獲得比較精確的數(shù)據(jù)，如Allison等[38]用傅里葉紅外光譜儀結(jié)合生物信息學(xué)分析對(duì)腫瘤細(xì)胞質(zhì)膜中各種磷脂成分進(jìn)行了準(zhǔn)確定量。而間接檢測法是指利用多種可以與PS特異性結(jié)合的配體與實(shí)驗(yàn)細(xì)胞進(jìn)行孵育，配體帶有熒光標(biāo)簽，從而可以使用流式細(xì)胞儀或者熒光光譜儀等對(duì)細(xì)胞內(nèi)、外PS表達(dá)情況進(jìn)行檢測。目前研究發(fā)現(xiàn)，多種物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多肽、小分子化合物都可作為檢測細(xì)胞質(zhì)膜中PS的配體，而且不同配體有不同的特點(diǎn)[39,40]，比較結(jié)果見表1。

表1 特異性結(jié)合PS的配體比較

6 展 望

在PS外翻的機(jī)制研究方面，盡管Riedl等[22]證實(shí)了腫瘤細(xì)胞表面普遍表達(dá)PS，且表達(dá)量與腫瘤細(xì)胞的惡性程度呈正相關(guān)關(guān)系，但腫瘤細(xì)胞為什么會(huì)出現(xiàn)PS外翻的現(xiàn)象，以及這種現(xiàn)象是否由凋亡引起仍有待研究。雖然大量實(shí)驗(yàn)表明巨噬細(xì)胞以外翻的PS為“識(shí)我”信號(hào)識(shí)別凋亡細(xì)胞，但其穿過細(xì)胞表面的蛋白-脂質(zhì)復(fù)合物識(shí)別PS的具體作用方式還不明確。而且，為何凋亡細(xì)胞表面表達(dá)的PS不能引起全部巨噬細(xì)胞對(duì)其的識(shí)別？另外，研究表明人體外周血液中成熟紅細(xì)胞質(zhì)膜PS外翻可能參與了膿毒癥貧血的發(fā)生過程，揭示抑制紅細(xì)胞衰亡可能對(duì)治療膿毒癥具有潛在的臨床治療價(jià)值，不過其具體作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究證實(shí)。

在對(duì)一些疾病的惡性程度評(píng)估與治療方面，PS外翻可作為凋亡及壞死細(xì)胞的免疫原性信號(hào)這一特征，為開發(fā)自身免疫病及癌癥治療的新藥提供了潛在的可能。為了更準(zhǔn)確、迅速、直觀地監(jiān)測細(xì)胞表面PS量的變化情況，目前科研人員正致力于研究與PS特異性結(jié)合的物質(zhì)，如小分子熒光探針PSVue794等。隨著各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與成熟，會(huì)有更多特異性結(jié)合PS的產(chǎn)品問世，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)PS功能與應(yīng)用的研究。目前，國內(nèi)外對(duì)其結(jié)構(gòu)、合成以及改善多種疾病的保健功效有了一定研究，但是其代謝、作用機(jī)理還不十分清楚。目前國內(nèi)開發(fā)磷脂酰絲氨酸產(chǎn)品剛剛起步，仍具有廣闊的發(fā)展空間。相信未來，PS將廣泛用于腫瘤診斷及治療，并將在藥品、保健領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編委: 陳雁)

Molecular regulations of phosphatidylserine eversion in plasma membrane

Dan Bi1,2, Yang Xu1,2, Yue Pang1,2, Qingwei Li1,2

Phosphatidylserine (PS), one important phospholipid of cell membranes, has crucial biological functions. Under special pathological circumstances such as cell apoptosis, cells cannot generate enough ATP for energy and the concentration of cytoplasmic Ca2+increases, resulting in PS eversion. PS eversion has different biological functions in different cell types. In addition, the degree of eversion is closely associated with the progress of diseases. Therefore, it can be therapeutic targets of cancer and many other diseases. In this review, we summarize the fundamental biological functions of PS, molecular mechanisms of PS eversion, as well as its potential in translational medicine.

phosphatidylserine; target molecules; apoptosis; phosphatidylserine eversion

2014-06-25;

2014-10-20

國家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào)：2013CB835304)，全國海洋公益項(xiàng)目(編號(hào)：201305016)，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：31170353，31202020)和大連市科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2013E11SF056)資助

畢丹，碩士研究生，專業(yè)方向：細(xì)胞生物學(xué)。E-mail: 543272866@qq.com

李慶偉，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：細(xì)胞生物學(xué)。E-mail: liqw@263.net逄越，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：細(xì)胞生物學(xué)。E-mail: pangyue01@163.com

10.16288/j.yczz.14-207

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間: 2014-12-16 13:06:45

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20141216.1306.001.html