N-酰基磷脂酰乙醇胺(NAPE) N-酰基乙醇胺(NAE)代谢特点及其生理作用

N-酰基磷脂酰乙醇胺（NAPE）/N-酰基乙醇胺（NAE）

代谢特点及其生理作用1

陈素梅，郭维明，张云

南京农业大学园艺学院（210095）

E-mail: guowm@https://www.360docs.net/doc/1818542228.html,

摘要：NAPE、NAE是植物脂质中的微量组分，本文综述了NAPE及NAE的代谢途径及非生物与生物胁迫对NAPE/NAE代谢的调节特点，分别阐述了NAPE及NAE的生理功能。并提出了今后工作的方向。

关键词：N-酰基磷脂酰乙醇胺（NAPE），N-酰基乙醇胺（NAE），细胞保护，信号转导

1.引言

19世纪60年代NAPE首次被报道为小麦面粉中脂质的微量组分[1]，NAPE很快被与高等植物种子联系在一起[2]，但20世纪70年代初，在种子发育过程一系列标记研究中将磷脂酰甲醇误作为NAPE，使得许多脂质生化学家认为植物组织中不存在NAPE[3,4]。直到90年代，哺乳动物中关于NAPE代谢的许多研究使得植物中NAPE的存在及其代谢重新获得证实[5,6]。本文将对植物中NAPE/NAE代谢特点及其在生命活动中作用作一综述。

2.NAPE/NAE代谢特点

2.1 NAPE代谢特点及其调控

2.1.1 NAPE的生物合成及其酶类

图1表明了NAPE/NAE的代谢途径[7]。Chapman在研究发生吸涨作用后的棉籽提取物时发现，NAPE是由未酯化的游离脂肪酸（FFAs）直接N-酰基化磷脂酰乙醇胺（PE）而来，该过程由酰基转移酶催化，且多以棕榈酸、亚油酸为酰基供体，由核甘酸途径或由交换途径生成的PE作为酰基受体[6]。

催化NAPE合成的酰基转移酶简称为NAPE合成酶，是膜结合的酶类，定位于内质网、高尔基体及质膜上[8]。NAPE合成酶是不依赖于ATP、Ca2+及辅酶A(CoA)的酰基转移酶[9]，最适反应温度45℃，pH8.0，以游离的FFA为酰基供体，并以PE为酰基受体[10]，其可能借助于酶活性部位的一个丝氨酸残基与FFAs结合而成一个“酰基——酶”中间物[9]。Chapman 及Moore利用等电聚焦分析认为NAPE合成酶具有三个同工酶[11]，在棉籽微粒体上该酶对棕榈酸表现出双相饱和的动力学特征，因该酶对FFA出表现不同的高低亲和特点，推断该酶具有两个不同的同工酶，利用人工固膜（IAM）技术及电泳技术分离的活性酶类具有明显的同

1本文得到了教育部博士点基金资助项目(20020307038)及南开大学元素有机所第15期国家重点实验室开放基金资助。

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源性，即均具有64KD的亚基组成[9]。这表明NAPE的合成是一个精细调节的过程，但关于NAPE合成酶同工酶有待展开进一步的研究。

图1 植物中NAPE/NAE 代谢途径（Chapman et al., 2004）

2.1.2 生物及非生物胁迫激活NAPE的合成

植物中NAPE的合成似乎与非生物或生物的胁迫有关。真菌诱导子（如木聚糖酶）及冷胁迫、ABA处理均可分别诱导烟草、棉籽及棉花幼苗NAPE的合成[12,13]。缺氧胁迫及呼吸抑制剂可诱导土豆细胞合成新组分NAPE[14]。Sandoval等发现NAPE的含量和（或）NAPE合成酶活性似乎与种子吸涨过程水分胁迫有关，推测在不同时期及不同组织中的不同组分的NAPE可能与组织的特定发育阶段和功能有关[6]。

2.2 NAE的代谢特点

2.2.1 NAEs的生成

Chapman等用木聚糖酶诱导处理烟草悬浮细胞，发现培养介质中NAE含量增加了6倍，而细胞内NAPE的含量则下降了约5倍，同样的诱导处理导致了烟草植株叶片NAE（14∶0）含量的增加，NAE酰基与NAPE酰基之间的组分及数量相当揭示了NAPE是NAE的前体[15]。

在烟草悬浮细胞培养体系研究中发现，磷脂酶D（PLD）可以催化NAPE生成NAE，PLD 的活性受Mastoparan激活上升20倍，表明G蛋白可能参与了这一过程[15]。植物中已分离得到多种PLD同工酶，Pappan等研究了拟南芥离体表达的PLD在催化NAPE水解能力上的差异，发现不管PIP2存在与否，PLDα均可以水解PC、PE及PG，而PLDβ、γ需要PIP2存在时才能水解PE、PS，在PE及PIP2共同存在的情况下，PLDβ、γ水解PC、PG及NAPE，其中PE在于促进底物出现，而并不是作为PLD的辅因子[16]。上述研究表明受Ca2+、GTP-γ-s激活的PLDβ、γ是植物中水解NAPE生成NAE的酶类，而PLDα并不参与NAPE的水解，可能只参与了膜的降解[17]。

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https://www.360docs.net/doc/1818542228.html, 2.2.2 NAE的降解

在烟草悬浮细胞培养系中，发现胞内NAE酰基水解酶（FFAH 或AHase）水解NAE生成FFAs而维持胞内较低的NAE水平，使得NAE特别积累于胞外[5]。Rhidaya等棉籽研究中发现以N-棕榈酸NAE为反应底物时，水解产物为FFAs，而当以N-linoleoylethanolamine（18∶2）为底物时，水解产物除FFAs外还有另一种脂质产物[18]。经研究证实，这一未知脂质为脂氧合酶（13-LOX）的作用产物，发现13-LOX倾向于选择不饱和的NAEs使之发生hydroperoxy(氢过氧化)，而形成Oxylipins，FFAH也可水解这类不饱和NAEs，但以LOX的作用为主[19]。表明植物体内NAE的降解具有FFAH及NAE-LOX竞争途径。

2.2.3 生物及非生物的胁迫对NAE 代谢的调节

脱水干燥的种子中中等链长的、饱和的NAE（16C、18C）含量十分丰富，但在种子发生吸涨吸水后的数小时内含量迅速下降，表明生物的脱水/水合胁迫调节着NAE的代谢[20]。此外，NAE的代谢还受到冷、缺氧、ABA及木聚糖酶的诱导[12,14]。Ryu等[21]与Young等[22]发现植物感受病原物或受损伤后PLD被诱导，可能间接诱导了NAE的产生。

3.NAPE/NAE代谢在生命活动中的作用

3.1 NAPE的作用

3.1.1 保护细胞膜

冷胁迫[23]、水分亏缺[24,25]、病原诱导子[26]、缺氧[14,27]等激活非专一性酰基水解酶（如磷酸二酯酶、酰胺水解酶）而释放具有细胞毒性的FFAs将导致细胞区隔化丧失甚至细胞死亡，PE在此状态下趋于形成六棱形的非双层膜的HⅡ形态而降低膜的稳定性。FFAs、PE分别作为N-酰基供体与受体而合成NAPE，从而减少FFAs、PE的毒害及对膜不稳定的影响，且NAPE的N酰基部分可结合在膜双层上而稳定膜、维持细胞的区隔化及细胞正常的生命活动[10]。

Domingo[28]发现，提高PC脂质体中NAPE含量利于提高脂质体这一模式膜的稳定性并减少其物质渗漏[28]。

NADPH可促进NAPE合成酶的活性，推测NAPE的合成与电子传递有关，利于维持膜电势[10]。

3.1.2 参与植物对病原物的感受过程

NAPE是参与植物对病原物感受的脂质信号分子 NAE的前体，NAPE合成用以补充生成NAE所消耗的NAPE[10]。

3.1.3 参与种子萌发等生命活动

在种子吸涨吸水、萌发及萌发后早期生长等过程NAPE的代谢发生着相应的变化[13]。

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3.2 NAE的作用

3.2.1 充当脂质介导物

当抗性寄主植物遭受病原物侵染时会产生短期的（几分钟）或长时间的（几小时至几天）细胞响应，这些事件集积在一起利于植物形成对病原物（如木聚糖酶）侵染的免疫系统[29]。病原物处理后，最先观察到质膜上快速的离子流（H+、Ca2+流入细胞，K+流出细胞）) [30]及胞外NAE的积累[15]。外源添加若干微摩尔NAE(14∶0)可以减轻不同诱导子引起的介质碱化[14]，即诱导子处理后PLD介导的NAE积累可减轻细胞对病原物的感受。NAE减轻介质碱化的作用被CB（cannabinoid receptor）受体拮抗物（AM281，SR144528）所抑制，表明积累于胞外的或外源的NAE是通过细胞表面受体（类似CB）而起作用[30,31]。

3.2.2 激活防卫基因表达

一些内源可转导的信号，如SA、Systemin、JA、ETH等含量上升可诱导苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因表达[32]。PAL基因表达是植物细胞对病原诱导子以及一些非生物环境胁迫的长效反应之一[33]。新近研究表明，PAL表达的激活包含一氧化氮（NO）介导的途径，该途径可以产生cGMP及cADP-Rid作为第二信使，该NO途径一旦与活性氧（ROS）产生结合在一起就可导致对病原高度敏感的细胞的死亡，从而限制病原的侵染与传播[34,35]。外源NA E(14∶0)（低于微摩尔浓度）即可激活PAL基因表达，而微摩尔浓度的肉豆蔻酸并不能激活PAL基因表达[14]。推测细胞内NO可能是NAE信号途径的下游靶分子。

3.2.3 抑制PLDα活性

Sheal等研究发现，具不同酰基链长及不同饱和度的7 种NAEs对PLDα活性有潜在的抑制作用，抑制作用随着酰基碳链长度的缩短及不和度的下降而增强[36]。缺乏PLDα的转基因植株，延迟了ABA诱导的气孔关闭而导致干旱胁迫下重大的生理影响，即PLDα部分参与了细胞对ABA的响应而起到信号转导作用[37]。N-月桂酸NAE特异地抑制ABA诱导的烟草表层细胞气孔的关闭，表明体内积累的NAE具有新的脂质介导作用[36]。膜的降解往往是由植物激素启动、PLD介导的过程，失调的PLDα可能导致膜损伤、细胞区隔化丧失、细胞功能的丧失以致细胞死亡[38]。切花切离母体后与细胞瓦解有关的酶类（如PLDα）被激活，NAE可抑制该酶的活动，表现为NAEs处理后香石竹、月季及雏菊瓶插寿命的显著延长(专利号：CA2388001)。

NAE是PLDβ、γ催化产生的产物，可作为PLDα的内源抑制剂，表明真核生物中可能存在不同PLD同工酶间的信息交换（crosstalk）[36]。

3.2.4 NAE-LOX途径的意义

LOX在植物的生长、发育、成熟衰老以及抵御机械伤害和病虫害侵染等逆境过程起着重要的调节作用，一般情况下，LOX以游离的脂肪酸为底物，难以以酯化的脂肪酸（如磷脂中的脂肪酸）为底物，但有些LOX，如动物中的网状红细胞LOX可以直接攻击磷脂，甚至生物膜[40]。高等植物LOX参与JA、ABA、Oxilipins等信号分子合成途径[41,42]，NAE-LOX 途径产生的Oxylipins具有与JA类似的基团结构[19]，推测Oxylipins具有某种生理功能。但关于

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NAE-LOX途径的生理意义尚不太清楚。

4.问题及展望

4.1 检测NAE的转化及转运过程

与动物AHase具有同源性的植物FFAH的DNA序列存在于基因库中（如拟南芥酰基水解

酶，基因号为Y10342），基因水平检测利于阐述FFAH在植物NAE转化、转运中的作用[43]。NAE响应于病原物等胁迫而特别积累于胞外，但NAE的跨膜转运机制尚不清楚，而这恰恰

是解释NAE在植物中的一些重要调节作用的关键。

4.2 寻求细胞中NAE靶分子

生理浓度的NAEs 即可产生与病原诱导子类似的激活防卫基因（PAL基因）表达的作

用，NO途径可能参与这一激活过程。未来的工作应致力于寻求植物膜上的NAE 受体及其

信号途径的分子调节手段，以理解NAE在植物防卫信号转导过程的作用。

4.3 探讨多种信号分子及信号途径的相互作用

植物细胞对病原物等胁迫的感受需要多个磷脂酶协同作用而生成一系列由脂质衍生的

信号分子，显然，NAE的释放仅仅是提高植物细胞对不同胁迫耐性的复杂信号中的一部分。

对防卫信号的理解还应该考虑到PLD作用的其他产物，如磷脂酸（PA，一种信号分子）以

及PLC、PLA作用产物（如LPE）的作用。

冷、ABA、病原物、衰老等胁迫诱导的PLD可参与细胞信号转导过程，而NAE可以抑

制特定PLD的活性，即其他刺激响应的途径也部分受到NAPE/NAE代谢及NAE信号途径

的调节。总之，致力于鉴别新的脂质介导物，磷脂酶介导的植物防卫反应信号转导途径间的

相互作用将会得到更好的理解和应用。

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Characteristics of metabolism and physiological roles of N-acylphosphatidylethanolamine (NAPE) and

N-acylethanolamine (NAE)

Su-mei Chen, Wei-ming Guo, Yun Zhang

College of Horticulture, Nnajing Agricultural University, Nanjing 210095

Abstract:N-acylphosphatidylethanolamine (NAPE) and N-acylethanolamine (NAE) are minor compositions of lipids in plant. Synthesis and metabolism of NAPE and NAE were reviewed in this paper, and their response to response to abiotic and biotic physiological stresses were also reviewed. Physiological roles of NAPE and NAE were stated respectively. The further work should be done in future were discussed.

Key words: N-acylphosphatidylethanolamine, N-acylethanolamine, cell protection, signaling

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