磷脂酰丝氨酸在细胞凋亡中的外翻现象及其生物学意义

磷脂酰丝氨酸（Phosphatidylserine, PS）是一种酸性磷脂，在正常细胞的细胞膜中呈现严格的不对称分布—— 约90%的磷脂酰丝氨酸定位于脂质双层的内层（细胞质侧），仅少量存在于外层（细胞外侧）。而在细胞凋亡过程中，它会从细胞膜内层翻转至外层，这一“外翻”现象是细胞凋亡早期的标志性事件，兼具精确的调控机制与关键的生物学功能。

一、磷脂酰丝氨酸外翻的发生机制

细胞膜磷脂的不对称分布由两类膜蛋白协同维持，而细胞凋亡信号会打破这种平衡，触发磷脂酰丝氨酸外翻，核心过程分为三个阶段：

正常状态：磷脂不对称性的维持正常细胞中，氨基磷脂转移酶（APLT，又称“翻转酶”） 发挥核心作用，可利用ATP水解的能量，将外层膜中的磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺等氨基磷脂主动转运至内层，维持内层高磷脂酰丝氨酸的分布特征；同时，scramblase（ scramblase，又称“搅乱酶”）处于失活状态，不会介导磷脂的双向自由扩散。此外，细胞膜上的磷脂酶可降解少量外翻的磷脂酰丝氨酸，进一步维持不对称性。

凋亡启动：信号通路激活与酶活性切换当细胞接收到凋亡信号（如肿liu坏死因子、紫外线、化疗药物刺激）时，线粒体凋亡通路或死亡受体通路被激活，引发细胞内钙离子（Ca²⁺）浓度急剧升高。高浓度Ca²⁺会产生两个关键效应：一是激活scramblase，使其介导细胞膜脂质双层的磷脂双向自由扩散，打破磷脂的不对称分布；二是抑制氨基磷脂转移酶的活性，使其无法将磷脂酰丝氨酸从外层转运回内层。二者共同作用，导致其快速向细胞膜外层迁移。

外翻的调控：凋亡蛋白的协同作用细胞凋亡过程中，凋亡蛋白酶（caspase）的活化会进一步强化磷脂酰丝氨酸外翻，例如，caspase-3可切割并激活 scramblase，同时降解氨基磷脂转移酶的调控亚基，使其完全丧失功能；此外，凋亡过程中细胞膜骨架蛋白（如血影蛋白）的降解，会破坏细胞膜的结构稳定性，为其外翻提供空间条件。

二、磷脂酰丝氨酸外翻的生物学意义

磷脂酰丝氨酸外翻并非细胞凋亡过程中的“附带现象”，而是连接凋亡早期与后续清除过程的核心信号，其生物学意义体现在凋亡细胞的识别、清除及机体稳态维持三个层面：

作为“吞噬信号”，介导凋亡细胞的特异性清除磷脂酰丝氨酸外翻是吞噬细胞识别凋亡细胞的核心靶点。巨噬细胞、树突状细胞等吞噬细胞的表面表达多种磷脂酰丝氨酸受体，如T 细胞免疫球蛋白黏蛋白受体（TIM家族，如TIM-1、TIM-4）、B 类清道夫受体（如 CD36）、整合素αvβ3/αvβ5等。当凋亡细胞表面暴露它后，可与吞噬细胞的磷脂酰丝氨酸受体特异性结合，触发吞噬细胞的胞吞作用，将凋亡细胞完整吞噬并降解。

这一识别机制具有高度特异性 —— 仅针对凋亡细胞，不会攻击正常细胞或坏死细胞，从而避免了对健康组织的误伤。

抑制炎症反应，维持组织微环境稳态凋亡细胞的及时清除是避免炎症反应的关键。若凋亡细胞未被有效清除，会发生继发性坏死，释放细胞内的促炎因子（如HMGB1、ATP）和毒性物质，引发局部炎症和自身免疫反应。

磷脂酰丝氨酸介导的吞噬过程，可通过两条途径抑制炎症：一是吞噬细胞吞噬凋亡细胞后，会分泌转化生长因子β（TGF-β）、白细胞介素 10（IL-10） 等抗炎细胞因子，抑制促炎因子的产生；二是磷脂酰丝氨酸与吞噬细胞受体结合后，可激活细胞内的抗炎信号通路（如Akt-NF-κB通路），阻断炎症级联反应的启动。这一作用在组织损伤修复、胚胎发育、免疫系统稳态维持中至关重要。

参与特定生理与病理过程的调控磷脂酰丝氨酸外翻的生物学功能不仅局限于凋亡细胞清除，还在多个生理和病理场景中发挥作用：

胚胎发育：胚胎发育过程中，大量多余细胞会发生凋亡，磷脂酰丝氨酸外翻介导的吞噬清除可塑造组织器官的形态，如肢体发育中指间细胞的凋亡清除。

免疫调节：凋亡淋巴细胞的磷脂酰丝氨酸暴露可诱导巨噬细胞产生免疫耐受，避免免疫系统对自身抗原的攻击，预防自身免疫性疾病。

病理标记：肿liu细胞凋亡过程中也会出现磷脂酰丝氨酸外翻，这一特征可作为肿liu化疗疗效的评估指标 —— 检测外周血或肿liu组织中它的阳性细胞的比例，可判断化疗药物诱导凋亡的效果；此外，磷脂酰丝氨酸外翻的血小板可作为血栓形成的标志物，辅助心脑血管疾病的诊断。

三、磷脂酰丝氨酸外翻的检测与应用

基于磷脂酰丝氨酸外翻的特异性，其已成为细胞凋亡检测的经典靶点，常用技术包括：

Annexin V 染色法：Annexin V是一种钙依赖性的磷脂结合蛋白，可与磷脂酰丝氨酸高亲和力特异性结合。将Annexin V标记荧光素（如FITC、PE）后，可通过流式细胞术或荧光显微镜检测凋亡细胞，结合PI（碘化丙啶）染色还可区分凋亡早期（Annexin V⁺/PI⁻）和晚期（Annexin V⁺/PI⁺）细胞。

抗体检测法：利用抗磷脂酰丝氨酸的特异性抗体，通过免疫荧光或免疫印迹技术，可定性或定量分析细胞表面的磷脂酰丝氨酸表达水平。

在应用层面，靶向磷脂酰丝氨酸的策略已被用于疾病处理：例如，将化疗药物与Annexin V偶联，可实现药物向凋亡肿liu细胞的靶向递送；磷脂酰丝氨酸受体激动剂则可增强巨噬细胞对凋亡细胞的吞噬能力，用于处理自身免疫性疾病。

磷脂酰丝氨酸的外翻是细胞凋亡早期的标志性事件，其核心机制是凋亡信号触发的膜磷脂转运酶活性失衡；而其生物学意义则在于通过介导凋亡细胞的特异性清除，维持组织稳态、抑制炎症反应，并参与多种生理病理过程的调控。对磷脂酰丝氨酸外翻机制与功能的深入研究，不仅有助于揭示细胞凋亡的调控网络，更为疾病的诊断与处理提供了重要靶点。

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