神經(jīng)酰胺在皮膚中的主要功能

程莎莎 程 暉 張學(xué)軍

皮膚中的神經(jīng)酰胺屬于神經(jīng)鞘脂類，由脂肪酸和鞘氨脂堿基組成的一類化合物，約占角質(zhì)層脂質(zhì)總重量的一半，目前角質(zhì)層中已發(fā)現(xiàn)12種神經(jīng)酰胺，共同參與表皮屏障功能的形成，而且在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞增殖與分化、免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。

1 神經(jīng)酰胺的合成與代謝

從結(jié)構(gòu)看，神經(jīng)酰胺由脂肪酸和鞘脂組成，脂肪酸包括非羥基脂肪酸(N)、α-羥基脂肪酸(A)、酯化ω-羥基脂肪酸(EO)，鞘脂包括二氫鞘氨醇(DS)、鞘氨醇(S)、6-羥基鞘氨醇(H)、植物鞘氨醇(P)，兩兩組合生成不同亞類神經(jīng)酰胺，根據(jù)特定的命名方法這十二種神經(jīng)酰胺即為CER[NDS]、CER[NS]、CER[NH]、CER[NP]、CER[ADS]、CER[AS]、CER[AH]、CER[AP]、CER[EODS]、CER[EOS]、CER[EOH]、CER[EOP][1]。實(shí)際上由于兩條鏈的長(zhǎng)度均存在多樣性以及額外官能團(tuán)，使神經(jīng)酰胺含有很多種亞類。神經(jīng)酰胺的合成與代謝與幾種酶相關(guān)。合成主要有兩條途徑，一條是從頭合成途徑，由絲氨酸和棕櫚?；?CoA在絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶(SPT)的作用下生成神經(jīng)酰胺；另一條是酶解途徑，由鞘磷脂在鞘磷脂酶的作用下水解生成神經(jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺也可以在神經(jīng)酰胺酶的作用下分解生成鞘氨醇和脂肪酸，在神經(jīng)酰胺激酶的作用下生成磷酸神經(jīng)酰胺，在葡萄糖神經(jīng)酰胺合成酶的作用下生成葡萄糖神經(jīng)酰胺。相反的，通過(guò)β-葡糖腦苷脂酶，β-半乳糖腦苷脂酶和神經(jīng)酰胺-1-磷酸酶分別水解葡萄糖神經(jīng)酰胺，半乳糖神經(jīng)酰胺和神經(jīng)酰胺-1-磷酸，可增加細(xì)胞神經(jīng)酰胺水平并降低神經(jīng)酰胺酶活性[2]。SPT是其合成途徑中的關(guān)鍵酶，是合成鞘氨醇?jí)A基并且是神經(jīng)酰胺合成中的限速酶，在降低神經(jīng)酰胺水平中起關(guān)鍵作用。然而，神經(jīng)酰胺通常由鞘磷脂和葡萄糖神經(jīng)酰胺通過(guò)鞘磷脂酶和β-葡萄糖腦苷脂酶在皮膚中酶促裂解來(lái)提供[3]。水解的磷脂酶有酸性、中性、堿性。其中酸性和中性在外源性刺激下能很快活化，在短時(shí)間內(nèi)生成神經(jīng)酰胺[4]。酸性神經(jīng)酰胺酶主要在胞漿中表達(dá)，當(dāng)PH約4.5時(shí)，可以水解神經(jīng)酰胺成為鞘氨醇和游離脂肪酸，繼而成為鞘氨醇-1-磷酸；當(dāng)PH 在5.5時(shí)，則可以反向催化神經(jīng)酰胺的合成，從而調(diào)節(jié)表皮中神經(jīng)酰胺的合成[5]。另外，氧化應(yīng)激也可對(duì)神經(jīng)酰胺的合成產(chǎn)生影響。細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激使得SPTmRNA水平下調(diào)，神經(jīng)酰胺合成減少，經(jīng)表皮流失水分增加，因此許多學(xué)者認(rèn)為氧化應(yīng)激是導(dǎo)致各種皮膚問(wèn)題甚至皮膚老化的引發(fā)劑[6]。這些合成代謝過(guò)程中的反應(yīng)物、產(chǎn)物及酶類共同參與表皮中脂質(zhì)的變化與調(diào)節(jié)，從而進(jìn)一步影響表皮屏障功能。

2 神經(jīng)酰胺與皮膚屏障

皮膚在生物體的“內(nèi)部”和“外部”之間形成有效的屏障保護(hù)，防止有害物質(zhì)進(jìn)入人體及水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的丟失。目前，“磚 - 砂漿”模型最常用于描述皮膚屏障的結(jié)構(gòu)，即角質(zhì)形成細(xì)胞及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)蛋白形成皮膚屏障的“磚”，而皮膚脂質(zhì)形成“砂漿”，共同保持皮膚屏障的完整性[7]。正常表皮的屏障功能取決于其“磚”和“砂漿”的質(zhì)量。神經(jīng)酰胺是“砂漿”中的重要成分，是角質(zhì)層中的主要脂質(zhì)之一。角質(zhì)層中脂質(zhì)衍生自顆粒細(xì)胞中的層狀體，由50%神經(jīng)酰胺、25%膽固醇和15%脂肪酸組成，形成復(fù)層板層膜充滿整個(gè)角質(zhì)層細(xì)胞間隙。復(fù)層板層膜是物質(zhì)進(jìn)出表皮時(shí)所必經(jīng)的通透性和機(jī)械性屏障，是角質(zhì)層中唯一的連續(xù)結(jié)構(gòu)，施加到皮膚上的物質(zhì)必須要通過(guò)這些區(qū)域，而這些脂質(zhì)增加了粘附力和阻礙細(xì)胞之間的物質(zhì)移動(dòng)，既防止體內(nèi)水分和電解質(zhì)的流失，又能阻止有害物質(zhì)的入侵，有助于機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持[3,8]。

神經(jīng)酰胺質(zhì)和量的變化均可以引起脂質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，改變皮膚屏障功能，進(jìn)一步引起相關(guān)的皮膚疾病。一些學(xué)者研究表明，在AD患者的表皮中，神經(jīng)酰胺的含量降低，且AD的臨床嚴(yán)重性和神經(jīng)酰胺(或神經(jīng)酰胺2)的水平呈負(fù)相關(guān)。神經(jīng)酰胺的消耗是AD患者表皮屏障功能受損的病因?qū)W之一[9]。銀屑病在損傷的表皮中，神經(jīng)酰胺的含量和它們的關(guān)鍵酶減少甚至缺陷，導(dǎo)致表皮通透性屏障受損。許多證據(jù)表明，銀屑病的加重是由于表皮屏障功能異常，而改善滲透性屏障可緩解銀屑病皮損或癥狀，通過(guò)外用含有神經(jīng)酰胺的保濕劑來(lái)治療銀屑病，能夠產(chǎn)生一些正面的療效[10]。

角質(zhì)層的保濕作用也與神經(jīng)酰胺密切相關(guān)。皮膚中的水、脂類及天然保濕因子(NMF)共同組成皮膚的保濕系統(tǒng)，阻止水分的丟失。角質(zhì)形成細(xì)胞從基底層向角質(zhì)層分化的過(guò)程中，神經(jīng)酰胺、脂肪酸、游離膽固醇被排出，呈層狀分布于角質(zhì)細(xì)胞之間，形成防止水分丟失的屏障。當(dāng)各種原因所致脂類缺乏時(shí)，水屏障作用減弱，經(jīng)表皮水分流失(TEWL)就會(huì)增多，出現(xiàn)皮膚干燥脫屑。而神經(jīng)酰胺是高效的保濕劑，其結(jié)構(gòu)中含有大量的親水性基團(tuán)，對(duì)水有較好的親和作用，可以促進(jìn)表皮水合作用，減少表皮水分蒸發(fā)，增進(jìn)表皮細(xì)胞凝聚力，防止皮膚干燥脫屑[11]。

3 神經(jīng)酰胺與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞分化

神經(jīng)酰胺作為脂質(zhì)第二信使，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化，可以通過(guò)以下幾種方式：(1)通過(guò)激活鞘磷脂酶增加鞘磷脂水解。目前已經(jīng)在哺乳動(dòng)物中鑒定了六種同種型的鞘磷脂酶,即酸性鞘磷脂酶，四種類型的中性鞘磷脂酶和堿性鞘磷脂酶。酸性和中性鞘磷脂酶通過(guò)激活鞘磷脂酶產(chǎn)生與腫瘤壞死因子(TNF)相關(guān)的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)受體，如TRAILR1(DR4)，TRAILR2(DR5)和CD95，來(lái)增加神經(jīng)酰胺的生成。堿性鞘磷脂酶位于質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)中，催化鞘磷脂水解成溶血磷脂酰膽堿和血小板活化因子(PAF)以抑制炎癥反應(yīng)；(2)絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶和/或神經(jīng)酰胺合酶的活化增加了神經(jīng)酰胺的從頭合成。神經(jīng)酰胺合酶有兩種同工酶，對(duì)不同的底物以及組織有特異性。例如脂肪?；?CoA的鏈長(zhǎng)不同，則反應(yīng)不同，產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺的酰胺連接的脂肪酸鏈的長(zhǎng)度不同，即顯示出不同的生物活性，例如由神經(jīng)酰胺合酶6合成的?；兼滈L(zhǎng)度為16的神經(jīng)酰胺，保護(hù)鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，而由神經(jīng)酰胺合酶1合成的碳鏈長(zhǎng)度為18的神經(jīng)酰胺則抑制細(xì)胞生長(zhǎng)；(3)通過(guò)鞘氨醇-1-磷酸酶增加鞘氨醇-1-磷酸(S1P)水解以產(chǎn)生鞘氨醇，然后通過(guò)神經(jīng)酰胺合酶合成神經(jīng)酰胺[2]。神經(jīng)酰胺和S1P都是皮膚中的鞘脂，神經(jīng)酰胺參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯、皮膚炎癥和應(yīng)激反應(yīng)；SIP參與不同細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)，包括細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖、凋亡。S1P可以拮抗神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的健康皮膚的細(xì)胞凋亡，抑制角質(zhì)形成細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其分化。兩者在皮膚中具有結(jié)構(gòu)功能，它們及其衍生物還是調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞的信號(hào)分子[12]。除了這三個(gè)途徑，還可通過(guò)幾種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子如蛋白激酶C(PKC)和c-jun N-末端激酶(JNK)的活化介導(dǎo)抗增殖和凋亡的作用[5]。在銀屑病患者皮損處，神經(jīng)酰胺從頭合成過(guò)程的關(guān)鍵酶SPT表達(dá)相對(duì)減少，導(dǎo)致神經(jīng)酰胺合成降低，進(jìn)一步引起促凋亡級(jí)聯(lián)蛋白激酶C(PKC)和c-jun N末端激酶(JNK)的下調(diào)，從而使得銀屑病患者表皮過(guò)度增殖，產(chǎn)生一系列相應(yīng)的臨床表現(xiàn)。當(dāng)敲除小鼠SPT基因，測(cè)得小鼠皮膚表皮中神經(jīng)酰胺水平降低，持水能力和屏障功能也被消弱。從2周齡開(kāi)始，小鼠皮膚產(chǎn)生的損傷包括角化過(guò)度、棘皮癥、顆粒層的損失和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。在損傷皮膚中顯示銀屑病相關(guān)基因如IL-17A，IL-17F，IL-22，S100A8，S100A9和b-防御素均有所上調(diào)[13]。

4 神經(jīng)酰胺與免疫調(diào)節(jié)

脂質(zhì)在免疫調(diào)節(jié)中及皮膚炎癥方面起重要作用。皮膚的脂質(zhì)組成是獨(dú)特于任何其他組織的，并且在不同物種不同部位分布不同，隨著年齡的增加，脂質(zhì)分布也會(huì)有所改變。皮膚的脂質(zhì)包括甘油三酯，膽固醇酯、蠟酯、角鯊烯和角質(zhì)形成細(xì)胞衍生的脂質(zhì)(包括神經(jīng)酰胺)，以及皮膚常駐菌產(chǎn)生甘油二酯后釋放的脂肪酸。角質(zhì)形成細(xì)胞代謝和皮膚菌群活性都會(huì)影響皮膚表面脂質(zhì)。許多脂質(zhì)在皮膚表面具有抗菌功能，包括類鞘氨醇?jí)A和皮脂衍生的皂角酸。游離脂肪酸如月桂酸，棕櫚酸和油酸可增加抗微生物肽的釋放，還與葡萄糖基神經(jīng)酰胺、鞘氨醇等抗微生物脂質(zhì)以及人類β防御素2等抗菌肽協(xié)同作用，參與皮膚的固有免疫，防御病原體的人侵[14，15]。CD300是白細(xì)胞單免疫球蛋白樣受體，CD300f是CD300家族成員激活和抑制受體之間的抑制受體。有實(shí)驗(yàn)表明，神經(jīng)酰胺作為CD300f的配體，通過(guò)與之結(jié)合可抑制小鼠模型中IGE介導(dǎo)的肥大細(xì)胞活化和過(guò)敏反應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)，神經(jīng)酰胺與CD300f相互作用，通過(guò)抑制嗜中性粒細(xì)胞積聚，在脂多糖誘導(dǎo)的皮膚炎癥中起關(guān)鍵作用[16]。另外，有研究表明鞘氨醇-1-磷酸可以刺激先天免疫，在調(diào)節(jié)先天免疫功能中有著全新和潛在的重要作用。導(dǎo)管素抗微生物蛋白(CAMP)/37氨基酸羧基末端肽(LL-37)是多功能抗微生物肽，而鞘氨醇-1-磷酸可能通過(guò)CAMP/LL-37刺激角質(zhì)形成細(xì)胞的分化。CAMP有很多生物學(xué)活性，例如調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的分泌或產(chǎn)生，血管生成和適應(yīng)性免疫，產(chǎn)生緊密調(diào)節(jié)對(duì)于在基礎(chǔ)條件下維持正常上皮功能可能是重要的，通過(guò)上皮細(xì)胞(包括角質(zhì)形成細(xì)胞)增加神經(jīng)酰胺的生產(chǎn)，然后增加鞘氨醇-1-磷酸，后者再通過(guò)受體非依賴性途徑激活NF-κB和c/EBPα，產(chǎn)生抗炎作用?？傊?，神經(jīng)酰胺及其代謝物信號(hào)的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)自身防御系統(tǒng)并且還可調(diào)節(jié)皮膚中的炎癥反應(yīng)[17]。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，神經(jīng)酰胺作為表皮中重要脂質(zhì)，具有保濕、粘合、屏蔽、調(diào)節(jié)免疫、抗過(guò)敏、抗衰老等多種功能，尤其是作為脂質(zhì)第二信使發(fā)揮多種作用如調(diào)控細(xì)胞周期與細(xì)胞分化、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等，是細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激通路的關(guān)鍵信號(hào)分子，參與諸多病理生理過(guò)程。其含量的異常會(huì)影響皮膚的屏障功能，不同程度地參與或引起臨床皮膚疾病的發(fā)生與發(fā)展。進(jìn)一步研究神經(jīng)酰胺在皮膚屏障功能中的具體作用及機(jī)制，對(duì)于皮膚病的診療以及藥物或者藥物化妝品的開(kāi)發(fā)有意義。

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