細胞合成前列腺素(prostaglandins)時,組織或細胞主要以下列何種方式提供花生四烯酸(arachidonic acid)作為前列腺素合成的原料?
詳細解析
本題觀念
本題考「前列腺素(prostaglandins)合成原料的即時來源」,也就是花生四烯酸(arachidonic acid,一種身體無法自行大量從頭合成、主要靠必需脂肪酸衍生而來的長鏈不飽和脂肪酸)從哪裡取得。前列腺素、血栓素(thromboxanes)與白三烯(leukotrienes)這一大類統稱為類花生酸(eicosanoids)的訊息分子,合成的第一步都需要先讓細胞內出現游離的花生四烯酸,而這個「釋放」的動作,正是本題要考的關鍵機轉。
選項分析
A. 運用細胞長鏈脂肪合成代謝作用所製造出的花生四烯酸——花生四烯酸屬於必需脂肪酸的衍生物,主要由飲食中的次亞麻油酸(linoleic acid)經去飽和與延長碳鏈反應而來,人體自行從頭合成長鏈脂肪酸的能力有限,並非前列腺素原料的主要來源,故此選項錯誤。
B. 由周圍脂肪細胞提供儲存的花生四烯酸——前列腺素的合成通常是發炎細胞、血小板、血管內皮細胞等在受到刺激後的局部、即時反應,其原料來自該細胞自身的細胞膜,而非依賴周圍脂肪細胞釋出脂肪酸後再運送過來,時效上也不符合前列腺素合成常見的快速反應特性,故此選項錯誤。
C. 由細胞本身脂肪顆粒中所儲存的花生四烯酸來提供——脂肪顆粒(lipid droplet)儲存的主要是三酸甘油酯這類中性脂質,用來備用能量;花生四烯酸並非以游離態儲存在脂肪顆粒中,而是酯化固定在細胞膜磷脂的特定位置,需要酵素水解才能釋出,故此選項描述的儲存方式不正確。
D. 由細胞膜上的磷脂經酵素作用釋放出的花生四烯酸來提供——本題答案。細胞膜磷脂(membrane phospholipid)的sn-2位置上,酯化固定著花生四烯酸;當細胞受到刺激、細胞內鈣離子濃度上升時,磷脂酶A2(phospholipase A2, PLA2,尤其是cytosolic PLA2α)會被活化並轉位到膜上,水解這個酯鍵,即時釋放出游離的花生四烯酸,這是前列腺素等類花生酸生合成公認的限速步驟(rate-limiting step)。
答案解析
前列腺素的合成不是「現成儲存、隨時取用」,而是「平時固定在細胞膜磷脂裡,需要時才由酵素釋放」。當細胞受到發炎、損傷或荷爾蒙等刺激而活化磷脂酶A2後,細胞膜磷脂上的花生四烯酸才會被水解釋出,隨即經環氧化酶(cyclooxygenase, COX-1/COX-2)轉為PGG2,再經過氧化酶反應轉為PGH2,最後由組織特異性的末端合成酶轉為PGE2、PGF2α、PGD2、PGI2等各種前列腺素。因此正確答案為D,其餘三個選項分別誤把來源講成細胞自行合成、周圍脂肪細胞供應、或脂肪顆粒儲存,皆不符合實際機轉。
核心知識點
- 花生四烯酸主要以酯化形式儲存在細胞膜磷脂sn-2位置,而非游離態儲存於脂肪顆粒或由其他細胞提供。
- 磷脂酶A2(尤其cytosolic PLA2α)水解膜磷脂釋放游離花生四烯酸,是類花生酸(前列腺素、血栓素、白三烯)生合成的限速步驟,受細胞內鈣離子濃度調控而活化。
- 花生四烯酸經COX途徑轉為前列腺素/血栓素,經脂氧化酶(lipoxygenase)途徑轉為白三烯,兩條途徑共用同一個上游原料釋放機制。
- 建議複習:類花生酸生合成途徑(COX與LOX兩條路徑)、非類固醇消炎藥(NSAID)抑制COX的作用機轉、類固醇抑制磷脂酶A2而阻斷整條類花生酸合成路徑的原理。