甘油磷脂的代謝及相關生理功能

2020-10-18 lcy1971

磷脂屬於複合脂，是含有磷酸的脂類。根據分子中醇的不同，分為甘油磷脂和鞘氨醇磷脂兩大類。甘油磷脂（phosphoglyceride）又稱磷酸甘油酯，是磷脂酸衍生物。

磷脂和磷脂酸

甘油磷脂的水解需要磷脂酶（phospholipases）。根據水解的位點，磷脂酶分為四種活性，稱為磷脂酶A1、A2、C和D，如下圖。另外還有一種磷脂酶B，是同時具有A1和A2 活性，如來自點青黴的磷脂酶。

磷脂酶

因為是按照水解位點分類，所以每一類磷脂酶都有很多種。比如PLA2，已經鑑定出至少30種，一般分為六大類：分泌型磷脂酶A2（sPLA2）、胞質型PLA2（cPLA2）、不依賴鈣的PLA2（iPLA2）、PAF乙醯水解酶（AH PLA2）、溶酶體PLA2（LPLA2）和脂肪特異PLA2（AdPLA2）。

其中分泌型PLA2是Ca2+依賴的低分子量蛋白質，參與許多過程，包括類花生酸（如前列腺素等）的產生、宿主防禦和炎症反應等。溶酶體PLA2優先水解被氧化的磷脂，參與與肺泡表面活性物質代謝，還與肺部宿主防禦相關（Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2019 Jun;1864(6):932-940.）。

磷脂被PLA1或PLA2水解除去一分子脂肪酸後生成的產物稱為溶血磷脂（lysophospholipid，LP），因為它含有一個疏水烴鏈和一個極性磷酸基團，是強去汙劑，可破壞細胞膜，使紅細胞破裂而發生溶血。某些蛇毒含PLA2，進入獵物血液後催化生成LP而導致溶血，所以有劇毒。

LP最初被認為只是磷脂合成的普通中間體。但後來的研究表明，LP可以表現出類似於細胞外生長因子或信號分子的生物學特性。比較重要的LP包括溶血磷脂醯膽鹼（LPC）、溶血磷脂酸（LPA）和某些鞘磷脂。有研究表明，它們可通過激活PPARγ途徑參與動脈粥樣硬化、血管性痴呆和脊髓損傷等疾病過程（Int J Mol Sci. 2017 Dec; 18(12): 2730.）。

溶血磷脂介導的PPARγ信號途徑。引自Int J Mol Sci. 2017 Dec; 18(12): 2730.

溶血磷脂被溶血磷脂酶等繼續水解，最終生成甘油、X基團（或稱鹼基）和磷酸。甘油可參加糖代謝，鹼基可用於磷脂再合成，也可分解或轉化生成其他物質。

甘油磷脂的合成可以先合成磷脂酸，再連接鹼基。例如腦磷脂（磷脂醯乙醇胺，PE）的合成。首先乙醇胺生成磷酸乙醇胺，然後再與CTP生成CDP-乙醇胺，這是其活性形式。磷脂酸水解掉磷酸，生成甘油二酯，最後與CDP-乙醇胺生成腦磷脂，放出CMP。

最後一步由內質網上的磷酸乙醇胺轉移酶催化。這是一種硒蛋白，由SELENOI基因編碼。催化磷脂酸水解的磷脂酸磷酸酶也定位與內質網膜，水解分散在水中的磷脂酸，用於磷脂合成。在肝臟和腸黏膜細胞還有一種可溶性磷脂酸磷酸酶，只能水解膜上的磷脂酸，是用於合成甘油三酯的。

腦磷脂和卵磷脂的合成，引自themedicalbiochemistrypage.org

卵磷脂（磷脂醯膽鹼，PC）的合成可以利用已有的膽鹼，這個過程與腦磷脂合成類似。膽鹼先磷酸化，再連接CDP作為載體，最後與甘油二酯生成卵磷脂。如果要從頭合成膽鹼，可以將腦磷脂的乙醇胺進行三次甲基化，生成卵磷脂。供體是S-腺苷甲硫氨酸，由磷脂醯乙醇胺甲基轉移酶（PEMT）催化。

磷脂醯絲氨酸（PS）可通過PE或PC與絲氨酸的鹼基交換生成，由磷脂醯絲氨酸合酶（PTDSS）催化。PTDSS1對PC親和力更高，而PTDSS2用於催化PE。PS可被PISD催化脫羧生成PE，構成一個轉化循環。

除了磷脂之間互相轉化之外，磷脂的脂醯基鏈還可以被水解下來，再換上另一個脂醯基，稱為磷脂醯基鏈重塑。這種現象詳細的生理功能還不清楚，推測它可以在分子水平上微調膜脂質的組成，以確保最佳的膜物理性能並維持特定的脂質功能（Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2019 May 27. pii: S1388-1981(19)30076-9.）。

磷脂醯膽鹼的脂醯基鏈重塑反應。引自Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2019 May 27. pii: S1388-1981(19)30076-9.

在磷脂醯肌醇和磷脂醯甘油的合成過程中，CDP被用作二脂醯甘油的載體。由CDP-二脂醯甘油合酶（CDS）催化。此途徑最後合成的二磷脂醯甘油（diphosphatidylglycerol，DPG）就是心磷脂（cardiolipin，CL）。

心磷脂的合成，引自themedicalbiochemistrypage.org

心磷脂是線粒體內膜的主要磷脂之一，是線粒體內膜的特徵性磷脂。心磷脂的合成是在線粒體內膜上完成的。磷脂酸外膜（OM）轉移到內膜（IM），經過CDP二醯甘油（CDP-DG）、磷脂醯甘油磷酸（PGP）和磷脂醯甘油（PG），在IM的基質面上轉化為CL。

心磷脂在線粒體膜上的合成過程。引自Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2017 Jan;1862(1):3-7.

心磷脂與線粒體中多種蛋白複合物的組裝和活性有關。呼吸鏈複合物I至V和溶質載體家族的蛋白質均已顯示與CL緊密結合。CL不僅結合於這些蛋白的表面上，也促進它們組裝成超複合體，並穩定其結構（Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2017 Jan;1862(1):3-7.）。

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