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溶酶体完整性遭到破坏不仅会造成自身生理功能的紊乱,还能引起细胞凋亡和坏死。以往的研究证实一些外界因素可导致溶酶体失稳,但影响其完整性的生理因素和机制却知之甚少。在细胞的很多病变中胞液的磷脂酶活性显著增强,可对细胞的膜脂结构造成损伤,这些活化的磷脂酶是否会水解溶酶体膜磷脂并破坏其完整性尚不清楚。本论文的工作确认了胞液C型磷脂酶可破坏溶酶体的完整性,并研究了相关的调节机理以及磷脂酶导致溶酶体失稳的机制。主要研究结果如下:
1.胞液磷脂酶C(PC-PLC)可增大溶酶体的渗透敏感性,并使其在渗透应激下失稳,该作用受钙离子调节。
通过检测悬浮于低渗蔗糖中溶酶体标志酶β-半乳糖苷酶的潜伏性,发现大鼠肝细胞胞液可增大溶酶体的渗透敏感性,不能耐受较长时间的低渗应激。利用荧光染色观察到胞液处理的溶酶体在低渗蔗糖溶液中体积更易于变大,说明胞液对溶酶体产生了渗透应激作用导致水进入其内。上述作用可被PC-PLC的抑制剂D609抑制,因此PC-PLC可能在其中发挥重要作用。PC-PLC的活性和其对溶酶体的损伤都呈现出钙离子浓度依赖性:只有当胞液[Ca2+]升越生理浓度100nM时,PC-PLC酶活才升高,并对溶酶体产生破坏作用。
2.胞液PC-PLC和酸性鞘磷脂酶(aSMase)可水解溶酶体膜脂,增大溶酶体膜的钾离子和质子通透性。溶酶体膜结构的改变和钾离子的内流导致其失稳。
通过测定溶酶体标志酶的自由酶活,发现胞液对溶酶体的损伤不仅可被PC-PLC抑制剂D609所抑制,还可部分地被aSMase抑制剂Am-AMP所抑制,但PLA2抑制剂无抑制作用。此外,纯化的PLC也可使溶酶体失稳,而同样浓度的PLA2和PLD未产生破坏作用。通过测定溶酶体膜残留无机磷,发现胞液磷脂酶可水解50%的膜磷脂,该作用可被D609抑制。通过测定SMase酶活及溶酶体膜水解产物磷脂胆碱的释放,发现SMase的酶活、磷脂酶水解溶酶体膜的作用及其对溶酶体完整性的破坏均受钙离子调节:[ca2+]为340nM时作用最为显著。最后通过测定溶酶体膜电位及其内部pa,发现D609敏感的胞液磷脂酶可增大溶酶体的钾离子和质子通透性,钾离子通过K+/H+交换途径进入溶酶体。上述结果提示胞液PC-PLC和aSMase可增大溶酶体膜的离子通透性继而导致其失稳。
3.生理钙离子浓度下(<100nM),GTPγS可活化胞液PC-PLC,并增大溶酶体的离子通透性和渗透敏感性。渗透敏感性增大的溶酶体在钾离子内流产生的渗透应激作用下失稳。
通过测定溶酶体标志酶的自由酶活、溶酶体膜电位及内部pH的变化,发现在生理钙离子浓度下(<100nM),GTPγS活化的胞液可增大溶酶体膜对钾离子和质子的通透性,并通过K+/H+交换导致溶酶体渗透性失稳。胞液对溶酶体的作用可以被PC-PLC的特异性抑制剂D609抑制,PLA2的抑制剂无抑制作用。通过测定磷脂酶酶活,发现GTPγS可活化胞液的PC-PLC,未发现SMase活性上升。GTPγS活化的胞液使溶酶体在低渗蔗糖溶液中自由酶活上升,同时在荧光显微镜下观察到该溶酶体明显涨大,这表明其渗透敏感性增大,胞液处理对溶酶体产生的渗透应激导致水进入其内。
4.磷脂酸(PA)增大溶酶体膜的钾离子和质子通透性及其渗透敏感性,同时促进钾离子经K+/H+交换途径进入溶酶体,最终导致溶酶体渗透性失稳。
通过将溶酶体悬浮于钾溶液或低渗蔗糖溶液中测定其标志酶的自由酶活,证明PA可增大溶酶体对钾离子的通透性和渗透敏感性。使用pH荧光探针FITC-dextran测定溶酶体内pH变化,并使用硝基苯酚钠检测其质子外漏,发现PA可增大溶酶体膜的质子通透性。PA可促进钾离子经K+/H+交换途径进入溶酶体,对溶酶体产生渗透应激而使溶酶体渗透性失稳。