花生四烯酸代谢物及其作用

1、花生四烯酸代谢、代谢物及其作用,膜磷脂 PLA2 自体活性物质(autacoids) 花生四烯酸(arachidonic acid，AA，二十碳四烯酸) 二十碳酸类化合物(eicosanoids) 血小板活化因子(PAF) 环氧酶 前列腺素类(prostaglandins, PGs) 血栓素类(thromboxanes, TXs) 5-脂氧酶 白三烯类(leukotrienes, LTs) 12-脂氧酶 12-过氧化羟基花生四烯酸(12-HPETE) 脂氧素类(lipoxins, LXs) 15-脂氧酶 羟基环氧素类(hepoxilins, HXs),游离花生四烯酸的量很少，绝大多数结合在细胞

2、膜磷脂(如肌醇磷脂、卵磷脂)的甘油第2位碳上，需要时经酶水解而释放出来 花生四烯酸在体内可转变成各种代谢产物，大多数具有很强的生理作用，而且作用广泛，是细胞调节的重要物质 参与炎症反应、疼痛、发热 免疫系统的调控 调节血压，诱发血液凝固 生殖系统、呼吸系统、胃肠道、心血管系统 肾功能,第1节 前列腺素,一、前列腺素的化学 花生四烯酸通过环氧酶途径，生成不稳定的环内过氧化物PGG2 和PGH2，然后在多种酶的作用下，生成两类化合物： 前列腺素类，为前列烷酸(prostanoic acid)的衍生物，如PGD2、PGE2 血栓素类，为血栓烷酸(thrombanoic acid)的衍生物，如TXA2

3、 均属于二十碳酸代谢产物，统称为前列腺素类化合物，或二十碳酸类化合物,(一) 前列腺素的化学结构和分类 前列腺素是一族含有20个碳原子的不饱和脂肪酸，天然的PG为前列烷酸(前列腺酸)的衍生物 前列烷酸以二十碳酸为基本骨架，由1个五碳环(环戊烷)和2条侧链组成，其中1条侧链末端为羧基 根据环上取代基和双键位置的不同，可分为A、B、C、D、E、F、G、H、I等九类；每类又根据侧链上双键的多少分为3种，如PGE1、PGE2及PGE3，右下角的数字代表侧链上的双键数；PGF第9位碳上的羟基有立体异构体，又分为PGF和PGF两类 PGG2和PGH2是前列腺素合成的中间产物，C9、C11之间有过氧化桥，称

4、为内过氧化物 PGI2有双环(环戊烷及含氧的五原子环)，称前列环素 TXA2分子中无前列烷酸的基本骨架,(二) 前列腺素的生物合成和分布 各组织的细胞膜磷脂 在各种刺激物对膜的作用下(如血小板膜可被胶原、ADP、凝血酶、去甲肾上腺素等刺激，其它细胞膜可被缓激肽、血管紧张素、组胺等刺激)，激活磷脂酶C (PKC)，促进磷脂酰肌醇(PI)代谢，生成磷脂酸(PA) 在Ca2+的协同作用下，激活磷脂酶A2 (phospholipase A2，PLA2)，使AA游离出来 AA一旦从细胞膜磷脂释放后，立即被代谢,AA在前列腺素内过氧化物合成酶的作用下，形成过氧化中间体PGG2 在过氧化物酶作用下，使过氧化

5、羟基还原成羟基化合物PGH2 然后在各种特异性前列腺素合成酶的催化下，产生各种前列腺素 在血小板与巨噬细胞内有血栓烷合成酶(为细胞色素P450样血色素硫醇蛋白)，可催化PGH2转变成血栓烷A2 (TXA2) 在血管内皮细胞与平滑肌细胞中有前列环素合成酶(为结合于膜的细胞色素P450样酶)，可催化PGH2转变成前列环素(PGI2) 20余种前列腺素已从不同组织分离得到,内过氧化物酶为膜结合的血色素蛋白，哺乳类动物细胞(除红细胞和淋巴细胞外)均有此酶 内过氧化物酶有两种催化活性，即环加氧酶(cycloxygenase，COX)与过氧化物酶活性 环加氧酶(cyclooxygenase)有两种同工酶

6、COX-1和COX-2,COX-1为结构型，存在于大多数细胞内，如血管、胃、肾等组织中，参与血管舒缩、血小板聚集、胃粘膜血流、胃粘液分泌、肾功能等的调节，在体内以COX-1为主 COX-2为诱导型，在正常情况下并不存在，仅在各种化学、物理性损伤和生物因子(细胞因子、生长因子、内毒素等)刺激下，PLA2激活，水解细胞膜磷脂，生成AA，进而经COX-2催化加氧生成PGs,阿司匹林与吲哚美辛(消炎痛)对COX-1的抑制作用大大强于COX-2 氟比洛芬对COX-1的抑制作用则稍强于对COX-2的抑制作用 塞来昔布对COX-2的抑制作用大大强于COX-1 罗非昔布和尼美舒利是高度选择性的COX-2抑制剂

7、 非选择性COX抑制剂在解热镇痛抗炎时因抑制了COX-1而有明显副作用 选择性COX-2抑制剂有很好的解热镇痛抗炎作用而不良反应减轻,PGs广泛存在于哺乳动物的所有体液和组织液中，发挥多种生理效应，在心血管系统、生殖系统、神经系统、内分泌系统尤为明显 (三) 前列腺素的代谢 PGs经多种方式在体内被代谢，主要途径为脱氢与还原，参与降解的脱氢酶广泛存在于哺乳动物的各种组织中 主要代谢方式是被前列腺素-15-脱氢酶(存在于肾、肝、肺)代谢，将15位的羟基转变为酮基 对某些PG，可将13-14位间的双键还原而使之失去活性 其它：将第20位碳氧化成羟基或进一步氧化成二羧酸、自羧基链脱去2碳单位、脱氢等

8、,肺是代谢灭活PGs的主要器官，而且是选择性灭活(如经过1次肺循环分别代谢PGE2、PGE1、PGF2的95%、75%、58%，但不代谢PGA、PGI2、6-keto-PGE1) PGI2可经水解为无活性的6-keto-PGF1，再经-氧化而由尿排出；TXA2可经水解为TXB2，也可再经-氧化。通常测定6-keto-PGF1和TXB2以表示PGI2和TXA2的含量或活性 体内各类PGs也可在各种酶的作用下相互转化，如PGF经9-羟基脱氢酶的作用而转变成PGE，肾、血管中的PGE2可经9-酮基还原酶转变成PGF2；PGE2可转变成PGA2，PGA2可转变成PGB2,二、前列腺素受体及信号转导 前

9、列腺素效应的多样性是由多样化的受体介导根据对血小板聚集和血管舒张的调节将PG受体分为多种亚型，并经配体结合、克隆、选择性阻断剂等证实，包括DP(PGD)、FP(PGF)、IP(PGI2)、TP(TXA2)、EP(PGE)等，EP分为EP1(平滑肌收缩)、EP2(平滑肌舒张)、EP3、EP4 PG受体被激动后的信号跨膜转导皆涉及G蛋白。在血小板和平滑肌涉及两类第二信使：激活或抑制腺苷酸环化酶(使cAMP增加或减少)，激活PLC (生成IP3、DG，而使细胞内Ca2+增高),在血小板，前列腺素内过氧化物及TXA2可激动TP受体，伴随的PLC激活则促使细胞内Ca2+释放，引起血小板聚集和TXA2释放

10、 PGI2与IP受体结合后激活腺苷酸环化酶，抑制血小板聚集 PGE1也可与IP受体相互作用 PGD2与DP受体相互作用后也激活腺苷酸环化酶 PGE2可激动EP受体、IP受体、DP 受体 选择性的TP受体阻断剂磺曲苯(Sulotroban)及伐哌前列素(Vapiprost)口服后可使正常人及动脉粥样硬化患者的血小板聚集被抑制,三、前列腺素的作用 前列腺素生理作用的特点在于多样性与广泛性 同一族中各种前列腺素基本上具有相同的生物学作用，但强度不同 同一前列腺素对不同组织的作用不同 机体各个组织及器官均有前列腺素 (一) 对免疫系统的作用 单核-巨噬细胞是合成前列腺素的主要免疫细胞 淋巴细胞与巨噬细

11、胞相互作用，可使淋巴细胞从胞膜释放花生四烯酸，然后生成各种代谢物 分泌前列腺素的免疫细胞具有被动附着性(猪除外) 在动物，B细胞及抑制性T细胞也能合成前列腺素,前列腺素具有免疫调节作用，其作用的主要靶细胞为淋巴细胞 1. 前列腺素对细胞免疫的作用 抑制T细胞分化和增殖 多种物质如抗体被覆红细胞、内毒素、肠毒素、免疫复合物、 丝裂原等，可刺激外周血单核细胞增加前列腺素的分泌，抑制淋巴细胞转化，抑制程度与PGE2的水平有关 抑制淋巴因子的产生 当T细胞对抗原或其他刺激因子反应时释放许多淋巴因子，可杀伤靶细胞和调节免疫；前列腺素可减少IL-2产生，抑制T细胞的有丝分裂，抑制细胞免疫反应,抑制细胞溶解

12、反应 细胞毒性T细胞具有对靶细胞的细胞毒作用和杀伤作用，即细胞溶解反应。前列腺素可增加细胞内cAMP，抑制致敏淋巴细胞杀死靶细胞。吲哚美辛能明显增加人外周血单核细胞的细胞毒作用 抑制NK细胞活性 正常动物均有NK细胞。NK细胞对各种肿瘤细胞呈现细胞毒作用。宿主细胞和肿瘤细胞均可产生前列腺素。前列腺素在体外是NK细胞活性的强抑制剂,2. 前列腺素对体液免疫的作用 前列腺素对抗体形成有抑制作用，其机制可能是通过直接作用于形成抗体的B细胞，作用于辅助性T细胞和抑制性T细胞 肿瘤细胞可分泌前列腺素而抑制体液免疫反应 吲哚美辛可促进小鼠B细胞在体内和体外对SRBC刺激的抗体应答 前列腺素可使cAMP水平

13、升高，当细胞内cAMP增加时，抗体生成细胞增多，此仅限于培养前12-24h，这可能是由于PGE2促使B细胞与T细胞分化所致,3. 前列腺素对巨噬细胞的作用 巨噬细胞生成前列腺素，反过来可抑制巨噬细胞自身的增殖 PG抑制巨噬细胞的伸展、附着与移动等 PG抑制干扰素激活巨噬细胞杀肿瘤细胞活性 PGE能抑制人外周血单核细胞抗肿瘤细胞的细胞毒作用 但PG也促进巨噬细胞的某些功能，如增强巨噬细胞的吞噬功能 4. 前列腺素及其衍生物在细胞介导的器官移植排斥反应中有重要作用。PGE2、PGI2可阻止T细胞分化，逆转肾移植排斥反应,前列腺素的免疫调节机制： 抗原刺激淋巴细胞，活化分泌淋巴因子 淋巴因子一方面进

14、一步活化淋巴细胞，构成正反馈 另一方面淋巴因子激活产生PGE的细胞(如巨噬细胞)分泌PGE，再抑制T细胞、B细胞的功能，构成负反馈 前列腺素对淋巴细胞的作用一般是抑制性的，但PG对淋巴细胞分化常具有促进作用 前列腺素的负反馈调节作用: 通过抑制PG的合成，可纠正免疫抑制状态 PG可治疗某些免疫功能亢进性疾病,(二) 心血管系统 PGE类可使大多数动物(包括人)的大多数血管床，包括小动脉、毛细血管前括约肌、毛细血管后小静脉，呈现舒张，而对大静脉无作用。PGE类通常可使血压下降，使大多数器官(心脏、内脏及肾)血流量增加，在高压患者，这些效应特别明显。由于血压下降，反射性地引起心收缩力增强、心率加快

15、而使心输出量增加 PGD2可产生血管收缩效应及舒张效应，在大多数血管床(内脏、冠脉及肾)对低浓度的PGD2呈舒张反应，而肺动脉对PGD2呈收缩反应,PGF2对不同动物的不同血管床作用不同，可使人肺动脉及肺静脉强烈收缩，对人血压无影响 前列腺素内过氧化物对血管的作用比较复杂：它本身的主要作用可使血管收缩，但由于被迅速转化为PG，特别是PGI2，可伴有血管舒张 PGI2是血管舒张的生理性调节剂，静注PGI2可引起明显的血压下降，作用比PGE2 强5倍，并伴有心率加速 TXA2是强烈的血管收缩剂,(三) 血小板 PG及TXA2可调节血小板功能 由血管内皮生成的PGI2可抑制血小板聚集而呈现抗血栓形成

16、作用 TXA2是血小板中花生四烯酸的主要代谢产物，它具有生理性的、强大的促进血小板聚集和释放作用，该作用可被阿司匹林所抑制 (四) 平滑肌 1. 支气管平滑肌 对支气管平滑肌，PGF类、PGD2、PG内过氧化物和TXA2可使之收缩，而PGE类、PGI2可使之舒张。哮喘患者对PGF2特别敏感，可引起强烈的支气管痉挛。哮喘患者在喷雾吸入PGE1及PGE2可产生支气管舒张，但偶见支气管痉挛,2. 子宫平滑肌 在未受孕者，对PGF类及TXA2均呈收缩反应，对PGE类呈舒张反应 在受孕者对PGF类及低浓度的PGE2呈收缩反应，对PGI2和高浓度的PG E2则呈舒张反应 3. 胃肠平滑肌 其主要的纵肌，对

17、PGE类及PGF类均呈收缩反应；而其环肌，对PGE类呈舒张反应 PG内过氧化物、TXA2及PGI2均能使胃肠道平滑肌收缩，但均较PGE类和PGF类的为弱,(五) 胃肠分泌 PGE及PGI2可抑制由饮食、组胺或胃泌素(gastrin)所致的胃酸分泌，分泌液、酸度及胃蛋白酶含量均降低，这可能是直接作用于分泌细胞所致 PGE可增加胃和肠的粘液分泌，PGE可作为胃粘膜的保护物质 PGE及PGF均可增加水和电解质向肠管的转运，在应用PG时可发生水性腹泻；但PGI2无此作用,(六) 神经系统 将PGE注入脑室可使体温持续性地增高，解热药并不能使之下降。细菌内毒素引起体温升高时，脑脊液中PG的含量增加，抑制

18、前列腺素合成的解热药对此有解热作用。内毒素可引起PG(特别是PGE)的合成和释放，PG可作用于体温调节中枢而使体温上升 将PGE作皮内注射可引起疼痛，因为PGE可使神经末梢对接受机械性或化学性刺激的刺激阈降低，或对致痛物质(如缓激肽)的敏感性增加所致 刺激交感神经后，由于组织活动的增加而引起肾上腺素髓质及脾的PG释放。被释放出来的PG可反馈性地抑制神经末梢释放神经递质,(七) 肾及尿液生成 PG可通过改变肾血流量及直接作用于肾小管而影响肾排泄盐和水 PGE2和PGI2可使肾血流增加而促进利尿、排钠和排钾，但肾小球滤过率降低 PGE类也可抑制抗利尿激素所致的水再吸收 TXA2则可使肾血流量减少及

19、肾小球滤过率降低 PGI2、PGE2及PGD2能直接作用于肾近球细胞而引起肾皮质释放肾素,(八) 内分泌系统 PG可影响许多内分泌系统组织的反应，如PGE2可增加循环中促肾上腺皮质激素、生长激素及促性腺激素的水平；增加肾上腺甾体激素的生成、胰岛素的分泌；有类似促甲状腺激素及类似促黄体素(黄体生成素, LH)的作用 (九) 代谢作用 PGE类可抑制脂肪组织的脂解率以及抑制儿茶酚胺或其它脂解激素所致的脂解作用 具有某些类似胰岛素对糖代谢的作用 有甲状旁腺样作用，可产生骨钙动员,四、内源性前列腺素和血栓素在生理功能和病理学中的意义 (一) PGI2 - TXA2的平衡与疾病 TXA2及PGI2由同一

20、前体PGH2经两种极相类似、具有组织特异性的酶催化生成，而它们的生物学作用完全相反，TXA2可促使血小板聚集及平滑肌收缩，PGI2具有强烈地抑制血小板聚集及使平滑肌松弛的作用，它们之间的平衡起到了维持恒定的生理功能动态平衡的作用，主要表现在血小板聚集、血管舒缩、血栓形成等方面 凡倾向于血栓形成的因素均与TXA2生成增多/ PGI2减少有关，PGI2 - TXA2的平衡失调与许多心血管疾病有关,1. 动脉粥样硬化和血栓形成 血小板聚集时释放的-血栓球蛋白可侵入血管壁而干扰PGI2的合成；血小板粘附在动脉内壁的损伤部分，它释放出来的PGG2和PGH2生成TXA2，又引起血小板聚集和血管收缩；损伤严

21、重时，该局部合成PGI2的功能完全消失；病变部位内皮细胞增生，动脉中层的平滑肌细胞移行至血管内层，病理性增生引起动脉粥样硬化 2. 冠心病心绞痛和心肌梗死 冠心病患者循环血中血小板的粘附、聚集和释放活性均增加；急性心肌梗死发病后存活者的循环中的血小板转化TXA2的活性增强 3. 其它 动脉血栓、深静脉血栓、多发性静脉血栓、肾病综合征、糖尿病患者的血小板生成TXA2增多，糖尿病人血管生成PGI2的能力下降,(二) 生殖和分娩 在人，PG对于受精是必需的；男性不育者的精子中PG含量较低；PG也可通过对宫颈粘液、输卵管运动、卵子运输、囊状卵泡的发生及排卵的作用而影响受精 月经期，PGE2和PGF2在

22、血浆中的浓度升高，也出现于经血中；内膜组织中PGF2浓度的升高引起子宫平滑肌收缩而产生行经；非甾体类抗炎药通过抑制PG可明显减少经期的不适 在妊娠期，胎膜生成PGs的能力日增；在分娩时，血及羊水中PGs浓度增高；PGE1、PGE2及PGF2是有效的终止早孕的药物,(三) 炎症反应 致炎部位的渗出液中含有多种PGs：PGE1、PGE2、PGF1、PGF2 释放的PGs可介导某些炎症反应(如舒张血管、增加局部血流量、引起水肿、促进白细胞游走) 具有抑制PG合成的解热镇痛抗炎药有确切的抗炎作用,五、前列腺素的治疗应用 (一) 终止妊娠 PG用于终止中期妊娠疗效好，将PG与米非司酮或甲氨蝶呤合用有效率

23、达99%或96%；地诺前列素及其衍生物卡前列素、地诺前列酮及其衍生物甲烯前列素和硫前列酮、PGE1的衍生物吉美前列素 (二) 胃细胞保护作用 某些PG的衍生物具有抑制胃溃疡的能力，称为胃细胞保护作用，具有重要的治疗意义。如PGE1的衍生物米索前列醇、PGE2的衍生物阿巴前列素和恩前列素,(三) 缺血性疾病 PGI2和依洛前列素对正常人和心绞痛患者可降低动脉压、降低肺血管阻力、抑制血小板聚集，但某些严重的冠心病患者，用药后仍可发生典型的心绞痛和心肌缺血症状，因为它们的舒张血管作用使血流不能流至缺血区 (四) 青光眼 PGF2可降低眼内压，其衍生物拉坦前列素和乌诺前列素试用于治疗青光眼,六、前列腺

24、素类药物 前列地尔、米索前列醇、恩前列素、阿巴前列素、地诺前列酮、依前列醇、依洛前列素等 七、前列腺素合成抑制药及前列腺素受体阻断药 (一) 前列腺素合成抑制药 1. 非甾体抗炎药 2. 抗血小板药：过氧苯唑、吡吗格雷、利多格雷，其中利多格雷既抑制血栓素合成酶，又拮抗血栓素和前列腺素内过氧化物受体 (二) 前列腺素受体阻断药 如磺曲苯、伐哌前列素,第2节 白三烯,白三烯(1eukotrienes，LTs)，也称白细胞三烯，是花生四烯酸经5-脂氧酶代谢而生成的一组具有广泛生物学活性的脂类介质 包括LTA4、LTB4、LTC4、LTD4、LTE4及LTF4等(右下角的数字表示双键数)，均为含有3个

25、双键的不饱和脂肪酸(羟基直链脂肪酸) 慢反应物质，为LTC4、LTD4、LTE4等的总称 白三烯在体内分布广，具有高度的生物活性及广泛的药理作用，对许多组织和系统都有影响，同时参与了多种疾病的病理过程,一、白三烯的生物合成 花生四烯酸(5，8，11，14-二十碳四烯酸)属二十碳四烯酸类，其结构中含有20个碳原子并含有4个不饱和键 AA存在于膜磷脂中，需要磷脂酶的作用才能从膜磷脂中释放出来 AA释放仅经一步，主要通过磷脂酶A2的酶解 AA也可经过两步被释放出来，由磷脂酶C及二酰甘油脂肪酶(DG lipase)参与 也可由磷脂酶D及磷脂酶A2参与 磷脂酶D存在于吞噬细胞内,由AA经5-LO合成白三

26、烯的途径： 经5-LO氧化为5-羟基过氧化廿碳四烯酸(5-HPETE)，继由白三烯A4合成酶转化为不稳定的白三烯A4(LTA4)， LTA4由两条途径代谢： LTA4与谷胱甘肽(GSH)通过谷胱甘肽S转移酶(GSTase)催化生成白三烯C4(LTC4)，再经-谷酰基转移酶(-GluTase)脱去一分子谷氨酸形成白三烯D4(LTD4)，进而由二肽酶代谢为白三烯E4(LTE4) LTA4还可经水解酶水解为白三烯B4(LTB4) LTE4经-谷酰基转移酶合成白三烯F4(LTF4) 5-HPETE很不稳定，可不经酶促脱氧形成5-羟基廿碳四烯酸(5-HETE),白三烯可根据结构特点分为两大类： 含硫肽白

27、三烯(SP-LTs)，包括LTC4、LTD4、LTE4、LTF4等 不含硫肽白三烯，包括LTB4、LTA4等 二、白三烯的分布及其生物效应 (一) 白三烯的分布 白三烯在体内广泛存在，并在多种细胞合成，如中性和嗜酸性粒细胞、肥大细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞、气管上皮细胞、星形神经胶质细胞等 一些组织和细胞存在白三烯受体,表1 从不同来源组织得到的白三烯 来源 LTA4 LTB4 LTC4 LTD4 LTE4 兔腹腔白细胞 + + 人血白细胞 + + + 小鼠肥大细胞瘤细胞 + + 大鼠嗜碱粒细胞 + + 大鼠腹腔白细胞 + + + 大鼠白细胞 + 大鼠吞噬细胞 + 小鼠吞噬细胞 + 人肺 +

28、豚鼠肺 + 猫脚爪 + +,表2 具有白三烯受体的细胞及组织 动物及人 细胞及组织 豚鼠 小肠、肺、子宫平滑肌、心脏、脑组织等 大鼠 血白细胞、腹腔白细胞、嗜碱粒细胞、肥大细 胞、吞噬细胞、肺、脑、肾小球等 小鼠 肥大细胞、吞噬细胞、肿瘤细胞、嗜碱粒细胞 脑组织等 猫 脚爪 小牛 脑血管平滑肌及微血管平滑肌 人 肺、支气管、巨噬细胞、血白细胞、肾小球等 胎儿 肺,(二) 白三烯的生物效应 使平滑肌收缩 对心脏的作用 对白细胞的作用 增加毛细血管渗透性 LTB4与第二信使 对痛觉的作用 对粘液分泌的影响,表3 LTs生物作用比较 生物学作用 LTB4 LTC4 LTD4 LTE4 白细胞趋化 +

29、 支气管收缩 + + 血管收缩 + + + 毛细血管 通透性增加 + + + ,1. 使平滑肌收缩 LTs对离体豚鼠气管收缩作用为组胺的1001000倍，收缩强度顺序为LTD4 LTC4LTE4，LTB4作用最弱 对豚鼠肺条的收缩作用，LTD4的作用较组胺、乙酰胆碱、P物质强25个数量级；LTB4作用稍弱，但亦比组胺强至少1个数量级 对人气管和肺实质组织的收缩作用较组胺约强3个数量级 LTs对平滑肌的收缩力非常强，但气管平滑肌对白三烯的反应存在种属差异，大鼠和兔的平滑肌对LTC4和LTD4没有反应，而豚鼠、猴和人的平滑肌却很敏感,2. 对心脏的作用 LTC4、LTD4和LTE4对心脏呈负性肌力作用，表现为心肌收缩力减弱、冠脉血流速度降低，其作