李發(fā)美，余再新

(中南大學湘雅醫(yī)院 心血管內科, 湖南 長沙 410008)

神經酰胺是一類高度疏水性物質，由鞘氨醇長鏈堿基和不同碳數(shù)的脂肪酸通過酰胺鍵組成。它是鞘磷脂信號途徑的中心分子，是細胞內脂質第二信使，在細胞增殖、分化、衰老、遷移、凋亡和炎性反應等過程中發(fā)揮重要調節(jié)作用。肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是臨床上一類以肺小動脈重構和肺血管阻力增加為主要特征的疾病，最終導致右心衰竭，其致殘率和致死率較高。神經酰胺參與PAH的發(fā)生、發(fā)展，本文將對神經酰胺的結構、合成與代謝、生物學功能及其在PAH中的作用作一綜述。

1 神經酰胺的結構

神經酰胺是長鏈鞘氨醇第二個碳原子的氨基和脂肪酸共價結合形成的大分子，其中鞘氨醇和脂肪酸的碳鏈長度、不飽和度和羥基數(shù)目都可以變化。鞘氨醇長鏈是神經酰胺的基本骨架，一般為含有不飽和雙鍵的神經鞘氨醇、含有飽和雙鍵的二氫神經鞘氨醇和含有3個羥基的4-羥雙氫鞘氨醇。脂肪酸碳鏈長度從14～32不等，大多數(shù)為飽和脂肪酸。

2 神經酰胺的合成與代謝

神經酰胺是鞘脂代謝的核心，其合成與代謝(圖1)對細胞內穩(wěn)態(tài)具有重要意義。

圖1 神經酰胺的合成與代謝Fig 1 Synthesis and metabolism of ceramide

2.1 神經酰胺的合成途徑

神經酰胺可以通過4種途徑合成，其中從頭合成和鞘磷脂水解是主要途徑。第一途徑從頭合成主要發(fā)生在內質網，絲氨酸和棕櫚酰CoA在絲氨酸棕櫚酰轉移酶(serine palmitoyl transferase，SPT)的催化下縮合成3-酮基二氫鞘氨醇，后者在還原酶作用下生成二氫鞘氨醇，再由神經酰胺合成酶(ceramide synthases，CerS)?；淝拾贝忌啥渖窠涻０? 最后，二氫神經酰胺去飽和酶(dihydroceramide dehydrogenase，DES)在4～5反式位置引入雙鍵將二氫神經酰胺轉化為神經酰胺[1]。CerS是關鍵調控酶，人體中有6種CerS，不同的CerS產生不同長度脂肪酸鏈的神經酰胺。神經酰胺合成后通過囊泡轉運或神經酰胺轉運蛋白(ceramide transfer protein，CERT)等載體蛋白輸送到高爾基體[2]。第二途徑鞘磷脂水解途徑，鞘磷脂酶水解質膜或溶酶體內的鞘磷脂產生神經酰胺。鞘磷脂酶(sphingomyelin-ases，SMase)是關鍵的調控酶，根據(jù)最適pH、是否依賴金屬離子和亞細胞定位，可分為5種：酸性溶酶體SMase(acid SMase，aSMase)、鋅依賴性aSMase、中性鎂依賴性SMase(neutral SMase，nSMase)、中性鎂非依賴性SMase和堿性SMase。氧化應激、炎性反應和電離輻射等胞外信號能刺激鞘磷脂酶迅速產生神經酰胺。此外，神經酰胺還能通過補救途徑和回收途徑合成。補救途徑是溶酶體或晚期內小體中的復雜鞘脂(如葡萄糖鞘脂)在葡萄糖苷酶和酸性神經酰胺酶的作用下降解為鞘氨醇，然后通過內質網的CerS生成神經酰胺。而回收途徑中，神經酰胺酶對外源性短鏈神經酰胺進行去酰化產生鞘氨醇，再通過CerS合成神經酰胺[3]。

2.2 神經酰胺的代謝

細胞內神經酰胺主要通過神經酰胺酶(ceramidase，CDase)降解。神經酰胺激酶(ceramide kinases，CerK)磷酸化神經酰胺生成的神經酰胺-1磷酸(ceramide-1-phosphate，C1P)，經CDase催化生成鞘氨醇，隨后在鞘氨醇激酶(sphingosine kinases，SK)的作用下生成鞘氨醇-1磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)[3]。神經酰胺還可以逆轉為鞘磷脂，即神經酰胺和磷酸膽堿在鞘磷脂合成酶(sphingomyelin synthase，SMS)的作用下產生鞘磷脂。另外，從頭合成的神經酰胺轉運到高爾基體后，能被葡萄糖基神經酰胺合成酶(glucosylceramide synthase，GCS)轉化成葡萄糖基神經酰胺(glucosylceramide，GlcCer)[4]。

3 神經酰胺的生物學功能

神經酰胺作為脂質第二信使，調控細胞增殖、分化、凋亡和炎性反應等重要生命活動。

3.1 增殖

不同種類的神經酰胺通過不同的信號通路促進或抑制細胞增殖，如C16-神經酰胺促進腫瘤細胞增殖，C2-神經酰胺通過阻滯細胞周期抑制腫瘤細胞增殖[5]。C2-神經酰胺通過阻滯T細胞周期抑制ConA或PMA+Ion刺激的T淋巴細胞增殖[6]。此外，神經酰胺與血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)誘導的血管平滑肌細胞增殖反應有關。

3.2 分化

神經酰胺能促進多種類型細胞分化：1，25-(OH)2D3刺激神經酰胺生成有助于誘導白血病HL-60細胞分化；神經酰胺水平增加促使全反式維甲酸誘導的人成神經細胞瘤SH-SY5Y 細胞向神經細胞分化[7]。這說明了神經酰胺在細胞分化中的調節(jié)作用。

3.3 凋亡

細胞凋亡指為維持內環(huán)境穩(wěn)定，由基因調控的程序性細胞死亡。神經酰胺誘導多種細胞凋亡：神經酰胺誘導人白血病HL-60細胞凋亡；外源性C8-神經酰胺通過調節(jié)超氧化物歧化酶1(superoxide dismutase 1，SOD1)和超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2，SOD2)的比值增加內源性活性氧(reactive oxygen species，ROS)，促進人非小細胞肺癌H1299細胞凋亡[8]。而且，在血管內皮細胞中，外源性C16-神經酰胺通過誘導質膜重組激活p38MAPK通路，導致細胞凋亡[9]。

盡管神經酰胺誘導大多數(shù)細胞凋亡，但也具有抑制細胞凋亡的作用。C2-神經酰胺和SMase能防止去除神經生長因子導致的交感神經元細胞凋亡。CerS6生成的C16-神經酰胺能保護頭頸部鱗癌細胞免受內質網應激介導的凋亡[10]；CerS2過度表達增加了C24-神經酰胺的合成，阻止電離輻射誘導的HeLa細胞凋亡[11]。

3.4 炎性反應

神經酰胺參與多種炎性反應。促炎細胞因子白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)刺激神經酰胺調節(jié)小膠質細胞中NOD樣受體家族3(NOD-like receptor 3，NLRP3)炎性小體組裝[12]。C2-神經酰胺通過干擾脂多糖和Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)相互作用抑制 TLR4誘導的炎性反應[13]。棕櫚酸和脂多糖處理巨噬細胞后促進神經酰胺的合成，促進炎性因子IL-1β和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)釋放，也說明了神經酰胺能調節(jié)炎性反應[13]。

4 神經酰胺和肺動脈高壓

PAH是一類以肺小動脈重構和肺血管阻力增加為特征的進展性惡性肺血管疾病，最終導致右心衰竭而死亡。目前認為內皮功能紊亂、肺動脈平滑肌細胞增殖凋亡失衡、血管舒縮因子釋放失調和免疫炎性反應是主要的發(fā)病機制。神經酰胺信號通路參與肺動脈高壓的發(fā)生、發(fā)展。

PAH患者神經酰胺水平升高，產生脂毒性，誘導細胞凋亡，最終導致右心衰竭。PAH患者循壞游離脂肪酸和長鏈?；鈮A水平顯著升高，并與脂肪酸在心肌中的積累有關[14]。PAH患者脂肪酸氧化能力降低導致脂質過度堆積，而神經酰胺作為鞘磷脂分子，在血漿和心臟組織中顯著增高。右心組織過度堆積的神經酰胺產生脂毒性，誘導心肌細胞凋亡，最終導致右心衰竭。而且，PAH患者脂肪酸轉運體分子CD36攝取脂肪酸增加，脂肪酸氧化速率下降，使得神經酰胺、三酰甘油等脂毒性脂質增加，神經酰胺通過增加Ca2+內流、中斷線粒體網絡和抑制線粒體Ca2+緩沖能力激活鈣蛋白酶而誘導細胞凋亡，導致右室功能障礙[15, 16]。另外，遺傳性PAH患者中骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體Ⅱ(bone morphogenetic protein receptor typeⅡ，BMPR2)突變導致脂肪酸氧化缺陷，神經酰胺合成增加和沉積，損害右室應激反應[17]。

神經酰胺介導肺動脈平滑肌細胞增殖反應，在PAH肺血管重構中發(fā)揮作用。內質網——線粒體相關膜(mitochondrial associated membranes，MAMs)表達神經酰胺從頭合成和鞘磷脂水解相關的酶，低氧時平滑肌MAMs界面鞘脂類代謝通路激活，Nogo-B蛋白表達增加，參與神經酰胺、鞘氨醇和S1P代謝及內質網——線粒體鈣轉移，促進平滑肌細胞增殖，從而參與PAH血管重構。而抑制Nogo-B通路，能抑制低氧時平滑肌細胞增殖，進而改善血管重構。這為研究內質網——線粒體功能、神經酰胺和PAH的關系提供了新的方向。

神經酰胺通過參與肺血管內的炎性反應導致PAH。大鼠和人急性肺損傷相關PAH模型中，肺動脈平滑肌細胞中aSMase激活生成神經酰胺和白介素-6，介導炎性反應，引起肺血管收縮和PAH[18]，而應用aSMase抑制劑D609能抑制PAH發(fā)生。這表明神經酰胺通過參與炎性反應致PAH，抑制SMase-ceramide-IL-6通路可能是治療急性肺損傷相關PAH的有效途徑。

另外，神經酰胺代謝物S1P及其上游酶SK1也參與PAH發(fā)生，SK1參與低氧誘導的平滑肌細胞增殖及肺血管重構。低氧性PAH小鼠和患者重構的血管中，SK1的mRNA和蛋白水平表達增加，生成的S1P也增多，而SK1缺乏或使用SK1抑制劑的小鼠都表現(xiàn)為PAH得到改善[19]。而且，S1P呈劑量依賴性地促進平滑肌細胞增殖。另外，在低氧性PAH小鼠中應用SK1抑制劑PF-543能減輕右室肥厚及心肌細胞凋亡，這可能與其抑制p53表達和增強抗氧化核因子2表達有關[20]，提示SK1/S1P軸很有可能成為治療PAH或PAH性右心衰竭的新靶點。

5 問題與展望

神經酰胺作為脂質第二信使，激活多條信號通路，調控細胞增殖、分化、衰老和凋亡等過程，通過介導肺血管重構、炎性反應過程和產生脂毒性參與PAH的發(fā)生、發(fā)展。雖然對于神經酰胺在PAH中的作用得到越來越多的認識和研究，但仍然存在許多不足，目前的研究處于起始階段，僅限于初步探究神經酰胺與肺動脈高壓的關系，未進行上下游具體信號通路的深入研究，進一步作出假設、開展實驗以闡明神經酰胺信號途徑參與PAH發(fā)生發(fā)展的具體作用機制，有可能發(fā)現(xiàn)PAH中神經酰胺信號通路上的新靶點，設計出新型藥物，給PAH的治療提供新方法。