丁酰胆碱酯酶

丁酰胆碱酯酶（英语：Butyrylcholinesterase， 简称 BChE， 亦常称 假性胆碱酯酶， EC 3.1.1.8）是一种在肝脏合成后分泌入血的丝氨酸水解酶，广泛分布于血浆、神经胶质、肝脏、肠道、肌肉等多种组织中。尽管其生理功能尚未完全阐明，但已知它能水解多种胆碱酯（包括神经递质乙酰胆碱）以及众多药物和毒物，在药物代谢、神经调节和解毒过程中扮演重要角色。BChE活性个体差异极大，其遗传多态性深刻影响临床药物（如肌肉松弛剂琥珀胆碱、局部麻醉剂可卡因）的反应，并与神经退行性疾病风险相关[1][2]。

结构与基因

1. 基因与合成：由BCHE基因编码（位于3号染色体），在肝脏中合成后作为糖蛋白分泌入血。血浆中的BChE以四聚体形式存在，由四个相同的亚基通过二硫键连接。

2. 结构与催化机制：

   • 其活性中心包含经典的“催化三联体”：丝氨酸（Ser198）、组氨酸（His438）和谷氨酸（Glu325）。催化机制与乙酰胆碱酯酶类似：底物与酶结合后，活性丝氨酸对底物的酯键进行亲核攻击，形成酰化酶中间体，随后水解释放产物并使酶再生。

   • 与乙酰胆碱酯酶相比，BChE的活性中心空腔更大、疏水性更强，这决定了其底物谱更广，能水解更大的分子。

功能与生理作用

BChE的确切生理功能尚不完全清楚，目前认为其作用包括：

1. 底物谱与解毒功能：

   • 胆碱酯类：能水解丁酰胆碱（催化效率最高，故名）、乙酰胆碱、丙酰胆碱等。

   • 药物与毒物：是许多酯类药物的主要代谢酶，如琥珀胆碱（肌松药）、米伐氯铵（肌松药）、可卡因（局麻药/毒品）、海洛因等。它能水解并解毒有机磷神经毒剂（如沙林、梭曼）和氨基甲酸酯类杀虫剂，是体内的生物清道夫。

2. 神经调节功能：

   • 在中枢神经系统，BChE表达于神经胶质细胞和特定神经元群，尤其是在胆碱能神经元减少的区域（如阿尔茨海默病患者的大脑皮层和海马）。它能水解过量的乙酰胆碱，可能辅助维持胆碱能平衡。在某些情况下，它可能参与β-淀粉样蛋白的代谢或聚集过程。

3. 其他潜在功能：可能参与脂质代谢、细胞增殖和神经发生。

遗传多态性与临床意义

BCHE基因存在广泛的遗传多态性，导致酶活性在人群中呈现显著差异，直接影响个体对特定药物的反应和疾病易感性。

1. 非典型BChE变异：

   • A（非典型）等位基因（如BCHE p.Asp70Gly）：是最常见的导致酶活性降低的突变。携带纯合子（A/A）或复合杂合子的个体，其BChE活性极低。

   • 临床后果：此类患者在常规剂量下使用琥珀胆碱或米伐氯铵时，由于药物代谢显著减慢，会导致呼吸肌麻痹时间异常延长（从正常的数分钟延长至数小时），需要辅助通气，是临床麻醉中重要的安全隐患。因此，术前筛查BChE活性（如使用地布卡因抑制试验）对于有个人或家族史的患者至关重要[3]。

2. 其他变异型：如K（缬默）等位基因（活性完全丧失）、F（抗氟化物）等位基因等，均影响酶活性。

3. 与疾病关联：

   • 阿尔茨海默病：研究发现，AD患者脑中BChE活性随疾病进展而升高，且其分布与淀粉样斑块和神经原纤维缠结相关。一种特定K变异体（p.Ala539Thr）被报道可能降低AD风险。BChE已成为AD的潜在治疗靶点和生物标志物。

   • 心血管疾病：高BChE活性与代谢综合征、肥胖和冠心病风险增加相关。

   • 肝脏疾病：血浆BChE活性是评价肝脏合成功能的敏感指标，肝实质损伤（如肝硬化、肝炎）时其活性显著降低。

作为药物靶点

1. 抑制剂治疗阿尔茨海默病：

   • 与选择性更高的乙酰胆碱酯酶抑制剂（如多奈哌齐）相比，双功能胆碱酯酶抑制剂（如卡巴拉汀， 同时抑制AChE和BChE）被用于AD治疗，旨在更全面地提升大脑胆碱能水平。然而，抑制BChE是否带来额外获益或风险（如外周副作用）仍存争议[4]。

2. 可卡因成瘾治疗：

   • 开发可卡因水解酶（基于BChE的改良工程酶）作为生物制剂，以加速可卡因在体内的降解，是治疗可卡因成瘾和过量的研究策略之一。

3. 有机磷中毒的预防与治疗：

   • 外源性给予纯化的BChE作为生物清除剂，可在有机磷毒剂暴露前或暴露后与之结合并水解，防止其抑制内源性AChE，是一种有效的预防/治疗方法，已进入临床试验阶段。

检测方法

• 活性测定：使用人工底物（如丁酰硫代胆碱）进行比色或连续监测法。

• 基因分型：用于明确遗传变异类型。

• 地布卡因数测定：经典的功能分型方法，地布卡因对典型BChE抑制强，对非典型型抑制弱。

参考文献

1. Lockridge, O. (2015). Review of human butyrylcholinesterase structure, function, genetic variants, history of use in the clinic, and potential therapeutic uses. Pharmacology & Therapeutics, *148*, 34-46. （BChE结构、功能、遗传变异与临床应用的全面综述）

2. Masson, P., & Lockridge, O. (2010). Butyrylcholinesterase for protection from organophosphorus poisons: catalytic complexities and hysteretic behavior. Archives of Biochemistry and Biophysics, *494*(2), 107-120. （BChE在有机磷解毒中的作用与催化复杂性）

3. Pantuck, E. J. (1966). Plasma cholinesterase: gene and variations. Anesthesia & Analgesia, *45*(3), 363-379. （关于BChE基因变异与临床麻醉风险的经典论述）

4. Greig, N. H., et al. (2005). Selective butyrylcholinesterase inhibition elevates brain acetylcholine, augments learning and lowers Alzheimer β-amyloid peptide in rodent. Proceedings of the National Academy of Sciences, *102*(47), 17213-17218. （选择性抑制BChE在AD模型中的有益作用）

5. Darvesh, S., Hopkins, D. A., & Geula, C. (2003). Neurobiology of butyrylcholinesterase. Nature Reviews Neuroscience, *4*(2), 131-138. （BChE的神经生物学功能综述）