酸性鞘磷脂酶\\( acid sphingomyelinase，ASM\\) 是鞘脂類物質代謝的關鍵酶，能夠催化鞘磷脂產生神經酰胺。鞘磷脂是細胞膜和脂蛋白中一種重要的脂質成分，其體內平衡能夠維持細胞的正常結構和功能。鞘磷脂是由神經酰胺和磷酰膽堿在鞘磷脂合成酶的作用下生成，也能夠在幾種鞘磷脂酶的催化作用下水解為神經酰胺和磷酰膽堿。
神經酰胺通?？梢酝ㄟ^以下方式生成: \\( 1\\) 通過鞘磷脂酶活性對鞘磷脂進行水解; \\( 2\\) 通過抑制神經酰胺酶，這種酶可以水解神經酰胺產生鞘氨醇和脂肪酸; \\( 3\\) 通過激活從頭合成路徑。
鞘脂類神經酰胺是一種重要的第二信號分子，可以調節多種信號通路。神經酰胺及其代謝物影響多種細胞過程，包括凋亡、衰 老、分 化、遷移等。鞘磷脂酶可根據它們的最適 pH 值分為酸性、中性和堿性鞘磷脂酶。ASM 是酶家族中重要一員。
目前，這種酶被發現存在于幾乎所有的細胞類型和人類組織中。中性鞘磷脂酶\\( NSM\\) 存在多種亞型，這些亞型由 3 種不同的基因\\( NSM 1、NSM 2、NSM 3\\) 來編碼，并且需要 Mg2 +和 Mn2 +來保持活性。ASM 與 NSM 1、NSM 2 被認為是應激性細胞凋亡的關鍵調節者。堿性鞘磷脂酶在腸道里分泌，并且以一種特殊的膽汁鹽依賴的方式吸收食物中的鞘磷脂。堿性鞘磷脂酶在結腸里可以調節神經酰胺的形成，具有抗增殖和抗炎的功能。
1 酸性鞘磷脂酶的分子生物學特性
ASM 執行其代謝功能之前需要進行多個水平的細胞調節，需要一系列的轉錄、翻譯、轉錄后修飾、以及適當的運輸才能形成成熟且具有功能性的酶。ASM 的活性受多種因素的影響，包括脂質、陽離子、pH、氧化還原反應、和其他蛋白的影響。
尼曼-匹克病\\( Niemaoh-Pick disease\\) 是由德國兒科醫生 Albert Niemann 在 1914 年首次提出，隨后研究發現尼曼-匹克病患者體內鞘磷脂堆積，之后又有研究指出尼曼-匹克病是由 ASM 缺陷引起的，這些研究成果促使人們對 ASM 及其編碼基因進行更廣泛深入的研究。
1． 1 編碼基因
編碼 ASM 的基因是 SMPD1。SMPD1 基因位于11 號染色體短臂\\( 11p15． 1 ～ 11p15． 4\\) 上，其 cDNA全長約 2． 5 kb，包括 1890 bp 的開放閱讀框，能夠編碼 629 個氨基酸。鼠和人的 SMPD1 基因在 cD-NA 和蛋白水平上具有 82% 的序列一致性，這表明SMPD1 基因在哺乳類動物中是高度保守的。有趣的是，秀麗線蟲有兩種獨立的基因，它們能夠編碼功能性的 ASM\\( ASM-1 和 ASM-2\\) ，這兩種基因表現出截然不同的時間表達特征，這與它們獨特的生長發育階段相一致。人類 SMPD1 基因能夠編碼兩種 ASM，分別為溶酶體型 ASM\\( L-ASM\\) 和分泌型ASM\\( S-ASM\\)。
1． 2 轉錄后修飾和細胞內轉運
最初翻譯的 ASM 蛋白含有一個信號肽和 4 個功能結構域\\( 鞘脂類激活蛋白/SAP 結構域、富含脯氨酸的結構域、金屬磷酸酯酶結構域和 C-端結構域\\) 。轉錄后，ASM 在內質網中經歷蛋白水解過程。在內質網中，ASM 前體的 N-端信號序列被信號肽酶水解，形成一種成熟的形式。
1． 3 N-糖基化
有研究人員預測在 ASM 多肽鏈中有 6 個 N-糖基化位點，其中有 5 個是具有功能性的\\( Asn86、Asn175、Asn335、Asn395、Asn520\\)。ASM 的糖基化能夠使其適當的折疊和轉運，同時在溶酶體處于有害環境時其糖基化能夠阻止對 ASM 的破壞，起到保護作用。這些低聚糖側鏈含有甘露糖-6-磷酸殘基\\( M6P\\) ，能被 M6P 受體識別，或者與分揀蛋白\\( 分揀蛋白是一種 I 型跨膜受體糖蛋白，含有與 M6P受體相似的結構\\) 相互作用，進而將 ASM 轉運至溶酶體。同時，ASM 在高爾基體中的碳水化合物處理過程能夠產生不含 M6P 殘基的 ASM，此時的 ASM會進入分泌途徑。
1． 4 磷酸化
Hannun 等研究發現，PKC 可選擇性地促使ASM 上絲氨酸殘基 508 的磷酸化，導致 ASM 的活化并向質膜上轉移。脂多糖能夠導致 ASM 的活化、神經酰胺的積累和磷酸化以及 PKC 的活化，進而激活 Toll 樣受體 4\\( TLR4\\)。這些結果表明磷酸化作為 ASM 活化的生物化學機制有助于理解ASM 在正常發育和疾病狀態下的功能。但是其磷酸化機制仍需進一步的研究。
1． 5 陽離子需求
ASM 在組織提取物中首次作為一種酶被識別，它能夠水解鞘磷脂產生神經酰胺和脂肪酸，最適 pH值為: 4． 5 ～ 5． 0。ASM 有兩種存在形式: L-ASM 和S-ASM。S-ASM 活化需要外源性的鋅離子，而 L-ASM 活化不需要外源性鋅離子。S-ASM 和 L-ASM 成熟后會到達各自細胞內的靶點，但是他們要受各種調節因素的支配，這些調節因素會影響其與底物的親和力或催化速度。值得一提的是 S-ASM 也能夠在中性環境中水解鞘磷脂，這能夠揭示其在溶酶體外的脂蛋白修飾功能。
1． 6 鞘脂酶激活蛋白樣結構域
鞘脂酶激活蛋白\\( saposins，SAPs\\) 是一種非酶活性的糖蛋白，主要是在酸性環境中發現，SAPs 能夠促進多種鞘脂類物質的降解。ASM 一級結構的 N 端含有鞘脂酶激活蛋白\\( SAP\\) 樣結構域。ASM 中的 SAP樣結構域被認為是分子內的活化區域，起到促進鞘磷脂水解的功能，同時與富含脯氨酸的結構域作為鉸鏈區。人鞘脂激活蛋白原的突變可導致所有 SAPs 的缺失，但這一缺失并未導致鞘磷脂的積累，這表明SAP 樣結構域在體內是起作用的。另有實驗表明，ASM 中 SAP 樣結構域中各種保守氨基酸的突變能夠導致 L-ASM 活性降低，加入外源性的 SAPs 能夠改善這一狀況。但是，在微胞系統中，并不是所有這些突變都能導致 L-ASM 活性的降低。
2 酸性鞘磷脂酶與急性肺損傷
細胞脂質自體平衡中 ASM 活性起到重要作用。應激刺激時，ASM 可能通過 PKC 磷酸化或 syntaxin4介導的信號通路迅速轉移至質膜外小葉處，催化鞘磷脂水解為神經酰胺，形成富含神經酰胺的結構域，這一結構域能夠增強膜信號轉導并誘導細胞凋亡。有多種因素能夠影響 ASM 的活性。ASM 的異常表達可導致多種疾病: 尼曼-匹克病、心血管疾病、糖尿病、肺部疾病、肝部疾病、神經系統疾病等。本文主要圍繞急性肺損傷進行論述。
急性肺損傷是應激狀況的重要并發癥，最嚴重的形式就是急性呼吸窘迫綜合征\\( acute respiratorydistress syndrome，ARDS\\) 。急性肺損傷有較高的死亡率，因此需要研究降低病死率的治療方法。ARDS是一種常見的發病迅速的致命性疾病，其特征為嚴重缺氧、雙側胸部浸潤和呼吸衰竭。過度炎癥期間增加的血管通透性能夠導致 ARDS。過度炎癥是指固有免疫系統的過度活化，通過中性粒細胞、單核細胞和巨噬細胞的過分興奮引起 ARDS。ARDS 的典型誘因\\( 敗血癥、肺炎、酸吸入\\) 能夠引起固有免疫系統的過度活化。
越來越多的證據表明，由 ASM 催化產生的神經酰胺和鞘氨醇-1-磷酸是急性肺損傷發病過程中宿主防御機制的重要調節者。一些能夠誘導急性肺損傷的刺激因素\\( 例如 LPS、PAF、TNF-α、大量灌洗、或硫芥毒素\\) 是促炎的，它們可以激活 ASM 產生大量的神經酰胺。
2． 1 脂多糖誘導的急性肺損傷
脂多糖\\( LPS\\) 能夠導致多器官損傷，其中包括急性肺損傷。腹腔注射 LPS 是一種常見的誘導急性肺損傷的方法。LPS 激活 Toll 樣受體 4 介導的信號轉導通路誘導炎性介質的產生，從而產生急性肺損傷。脂多糖誘導的肺部炎癥可導致 ASM 活性顯著增強。丙咪嗪對 LPS 誘導的急性肺損傷起保護作用，能夠改善肺組織損傷、降低炎性反應。
在分子水平，小窩蛋白-1\\( Cav-1\\) 是多種信號通路的基本組成部分，包括 TGF-α 誘導的 Smad、Stat和 ASM 神經酰胺信號通路。這些信號通路參與呼吸道的炎癥和重塑。Cav-1 也能夠調節血紅素加氧酶-1\\( HO-1\\) ，進而調節肺部的氧化和炎癥防御。在LPS 誘導的早產羊的肺部炎癥和呼吸道重塑中，早產羊肺部的炎癥反應可降低 Cav-1，激活 Stat、Smad和 ASM，增強神經酰胺和 HO-1 的表達。
LPS 處理動物能夠增加細胞的凋亡，這 表明LPS 能夠促進 TNF 的上調以及 ASM 依賴性神經酰胺的產生。但隨后有研究指出 ASM 的確與 ARDS有關，但是作用機制獨立于內皮細胞凋亡。有文獻指出神經酰胺誘導的內皮細胞高滲透性也是獨立于凋亡的。同時也有文獻報道載體實驗中 LPS 誘導的肺水腫與血小板激活因子\\( PAF\\) 有關。
2． 2 血小板激活因子誘導的急性肺損傷
PAF 是一種促炎性的脂質調節因子，可以導致肺部疾病\\( 哮喘或 ARDS\\) 的多種炎癥的形成。此外，肺部以外的病變\\( 例如: 腸缺血再灌注\\) 能夠通過 PAF 導致肺部產生損傷。PAF 的使用可導致支氣管狹窄、肺高壓、肺水腫、粘液分泌等。PAF 是急性肺損傷中肺水腫的調節者，能夠在數分鐘內增加血管滲透性。PAF 的活化是通過脂質修飾酶的介導，這些酶包括: 1\\) 環氧酶和脂氧合酶，通過產生血栓素和白三烯來調節血管收縮和支氣管收縮; 2\\) 環氧酶和 ASM，通過形成前列腺素\\( PG\\) E2 和 33 神經酰胺來增強血管滲透性。
內皮型一氧化氮合酶\\( eNOS\\) 位于小窩內，以一種非活性狀態和 Cav-1 結合。eNOS 位于細胞膜上，eNOS 與鞘脂類物質的結合被認為是其信號轉導和功能實施的重要方面。PAF 處理的 SD 大鼠中能夠發現 ASM 活性增強、小窩中 eNOS 含量增加等。丙咪嗪和 D609 是兩種結構不同的 ASM 通路抑制劑，能夠抑制 PAF 誘導的肺水腫、抑制 Cav-1 向小窩膜的移動、增強內皮型一氧化氮的產生。PAF 能夠通過 ASM 依賴性的方式將 Cav-1 召集到小窩中來抑制 eNOS 的活性。
2． 3 酸滴注誘導的肺損傷
用生理鹽水進行反復的持續 24 h 呼吸道灌洗后，肺組織中的 ASM 和神經酰胺含量增加，使用表面活性劑或者表面活性劑與丙咪嗪的混合物能夠抑制 ASM 和神經酰胺含量的增加。
2． 4 TNF-α 誘導的急性肺損傷
在 A549 和 BEAS-2B 細胞中，ASM 抑制劑丙咪嗪能夠增加 TNF-α 誘導的 IL-8 的產量，而中性鞘磷脂酶抑制后 IL-8 卻沒有變化。TNF-α 刺激 IL-8 水平的增加使中性粒細胞浸潤這一必需宿主反應增強，這使得 ASM 迅速活化并產生大量的神經酰胺。TNF-α 處理 HT-29 人結腸細胞 12 h 后，細胞生存率下降，ASM 和神經酰胺含量均增加，用ASM 抑制劑丙咪嗪可阻礙 TNF-α 對 ASM 的刺激，同時細胞生存率也增加。TNF-α 誘導 SD 大鼠產生的急性肺損傷模型中，ASM 的活性是增強的。
以上這些信息表明，ASM 參與 TNF-α 誘導的急性肺損傷的致病過程。
3 酸性鞘磷脂酶的靶向治療
從理論上講，ASM 抑制劑在一些臨床治療領域可能具有較好的應用前景。ASM 抑制劑具有細胞保護、抗凋亡、抗炎和神經保護的作用，因此可用于多種疾病的治療\\( 包括腦缺血、中風、阿爾茲海默病、帕金森病等\\) 。
ASM 逐漸成為多種疾病的重要藥物治療靶標。ASM 的抑制能夠阻礙囊腫性纖維化大鼠模型以及內毒素、酸滴注或者 PAF 所致急性肺損傷的細菌感染。ASM 的抑制能夠阻礙威爾遜疾病\\( Wilson dis-ease\\) 小鼠模型中肝細胞的凋亡和變性。ASM 的各種功能性抑制劑是可得到的，但是具有非特異性。
選擇性的抑制劑非常罕見。研究 ASM 抑制劑最合理的方法是底物類似物的合成，在底物類似物中磷酸鹽離子是關鍵成分。由于磷酸鹽能夠抑制 ASM的活性，因此檢測 ASM 活性時不使用磷酸鹽緩沖液作為溶劑。磷酸化的核苷和鞘脂類物質\\( 鞘氨醇-1-磷酸、神經酰胺-1-磷酸\\) 能夠抑制 ASM，但是它們同時是其他多種磷酸酶和磷酸酯酶的底物，因此在細胞培養和體內試驗中不能作為抑制劑使用。
三環類抗抑郁藥\\( 去甲丙咪嗪、丙咪嗪、阿米替林\\) 是 ASM 的間接功能性抑制劑。在細胞培養中，三環類抗抑郁藥通過屏蔽帶負電荷的溶酶體膜脂質、bismonoacylglycerophosphate\\( BMP\\) 和將 ASM 從溶酶體膜中分離出等方式有效地降低 ASM 的活性，使其更易被蛋白水解降解。目前已有多種 ASM 抑制劑在試驗中使用，但是依然需要研究活性及特異性較強的抑制劑。
4 結論與展望
本文概述了 ASM 的結構和特性，并對不同方式誘導的急性肺損傷模型進行分析。目前的研究表明ASM 與急性肺損傷有密切的關系，由 ASM 催化產生的神經酰胺是急性肺損傷發病過程中宿主防御的重要調節者。然而，ASM 在急性肺損傷發生和發展中的作用和分子機制尚需進一步的研究。根據目前已發表的研究結果，相信 ASM 有望成為一個新的急性肺損傷藥物靶標以及急性肺損傷預測因子。
