神經(jīng)酰胺與肥胖相關(guān)疾病防治的研究進(jìn)展

張 敏 綜述， 沈 彤 審校

因增加胰島素抵抗、2型糖尿病、心血管疾病甚至某些癌癥的發(fā)病風(fēng)險，肥胖日益成為全球嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題[1-2]。肥胖主要是機(jī)體因熱量攝入多于消耗，多余能量以脂肪的形式在體內(nèi)儲存，導(dǎo)致脂肪的異位或過度堆積，從而出現(xiàn)血糖水平升高、脂質(zhì)代謝紊亂等代謝癥狀。肥胖也使得機(jī)體處于全身低度慢性炎癥的狀態(tài)。鞘脂代謝產(chǎn)物神經(jīng)酰胺是真核細(xì)胞膜的重要組成部分，除了提供細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性外，在細(xì)胞信號傳遞過程中還起著第二信使的作用[3]。研究[4]發(fā)現(xiàn)肥胖患者體內(nèi)神經(jīng)酰胺水平較非肥胖者顯著升高，并且神經(jīng)酰胺在肥胖、胰島素抵抗、動脈粥樣硬化等疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用。該文就體內(nèi)神經(jīng)酰胺的合成及代謝、神經(jīng)酰胺與肥胖關(guān)系，以及神經(jīng)酰胺在肥胖及其并發(fā)癥防治中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 神經(jīng)酰胺的合成及其代謝

神經(jīng)酰胺是一種具有生物活性的脂質(zhì)，屬于鞘脂族。結(jié)構(gòu)上，神經(jīng)酰胺由鞘氨酸通過酰胺鍵連接到一個不同長度的脂肪酸鏈(C14～C36)組成。細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)酰胺可通過從頭合成、神經(jīng)鞘磷脂水解、補救合成三種途徑產(chǎn)生(圖1)。從頭合成途徑是合成神經(jīng)酰胺的主要途徑，發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。此途徑中，絲氨酸和棕櫚酰輔酶A在絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶(serine palmitoyl transferase，SPT)的作用下縮合成3-酮基鞘氨醇，后者被3-酮基鞘氨醇還原酶還原成鞘氨醇。神經(jīng)酰胺合成酶(ceramide synthases，CerS)將不同鏈長的乙酰輔酶A羧化酶連接到鞘氨醇形成二氫神經(jīng)酰胺，然后二氫神經(jīng)酰胺去飽和酶(dihydroceramide desaturase，DES)將二氫神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)化成神經(jīng)酰胺。目前已知在哺乳動物體內(nèi)有6種神經(jīng)酰胺合成酶(CerS1、CerS2、CerS3、CerS4、CerS5和CerS6)，每種CerS合成不同碳鏈長度的神經(jīng)酰胺，不同碳鏈長度的神經(jīng)酰胺在組織分布和功能上有差異。

在神經(jīng)鞘磷脂水解途徑中，鞘磷脂酶(sphingomyelinase，SMase)將鞘磷脂水解為神經(jīng)酰胺。補救途徑是將復(fù)雜的鞘脂轉(zhuǎn)化為鞘氨醇，然后通過鞘氨醇的再?；铣缮窠?jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺可以被神經(jīng)酰胺酶、鞘氨醇激酶、鞘氨醇裂解酶催化分解。細(xì)胞通過鞘脂生物合成、分解、再循環(huán)來維持鞘脂動態(tài)平衡。

圖1 神經(jīng)酰胺合成途徑

2 神經(jīng)酰胺與肥胖的關(guān)系

肥胖狀態(tài)下的代謝紊亂可以升高神經(jīng)酰胺的水平，這可能由游離脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FA)、促炎細(xì)胞因子、氧化應(yīng)激等共同作用導(dǎo)致的。神經(jīng)酰胺的積累會抑制胰島素信號、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和線粒體自噬，導(dǎo)致肥胖相關(guān)疾病的發(fā)生。

2.1 肥胖升高體內(nèi)神經(jīng)酰胺水平在肥胖時，脂肪組織中肥大的脂肪細(xì)胞和聚集的巨噬細(xì)胞分泌大量的炎性細(xì)胞因子，這些炎性細(xì)胞因子不僅通過增加鞘磷脂的水解和從頭合成來提高細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)酰胺的含量，還會促進(jìn)脂肪組織的脂解，從而增加FFA向其他外周組織的輸送。FFA的升高促進(jìn)胰島素靶器官的脂質(zhì)積累，激活干擾胰島素信號通路，最終導(dǎo)致脂肪、肌肉和肝臟的胰島素抵抗。升高的FFA還可以激活巨噬細(xì)胞中的toll樣受體(toll like receptors，TLRs)，產(chǎn)生各種細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺的合成。此外，飽和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)以TLR4依賴性的方式誘導(dǎo)神經(jīng)酰胺的合成和炎癥反應(yīng)，而在缺乏TLR4突變小鼠的骨骼肌和肝臟中，神經(jīng)酰胺水平并未增加[5]。也有研究[6]發(fā)現(xiàn)，TLR信號通路中的MyD88可激活SMase來增加神經(jīng)酰胺的合成。綜上，肥胖狀態(tài)下體內(nèi)神經(jīng)酰胺的水平升高。

2.2 神經(jīng)酰胺調(diào)控肥胖及相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制

2.2.1神經(jīng)酰胺抑制胰島素信號，阻礙葡萄糖代謝 神經(jīng)酰胺可對胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和隨后的葡萄糖代謝產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。神經(jīng)酰胺通過兩種途徑阻斷蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路的激活，第一種是神經(jīng)酰胺介導(dǎo)蛋白磷酸酶2A活性上調(diào)，使Akt的Ser473和Thr308位點去磷酸化，導(dǎo)致Akt信號通路受損[4]；第二種是神經(jīng)酰胺激活的非典型性蛋白激酶C(atypical protein kinase C ζ，PKCζ)降低Akt在Thr34處的磷酸化，進(jìn)而抑制Akt膜易位和隨后的活化[7]。

目前神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的抑制胰島素信號的研究[8]主要集中在特定的神經(jīng)酰胺種類及其亞細(xì)胞定位。據(jù)報道，肥胖小鼠骨骼肌中CerS1衍生的C18:0神經(jīng)酰胺水平升高可促進(jìn)肥胖引起的胰島素抵抗[8]。一項利用亞細(xì)胞定位的研究[9]發(fā)現(xiàn)，肌膜C18:1、C18:0和C18:2神經(jīng)酰胺與胰島素敏感性呈負(fù)相關(guān)，其中C18:0神經(jīng)酰胺與胰島素敏感性呈顯著相關(guān)。然而，另一項肌肉活檢研究[10]發(fā)現(xiàn)，僅C16:0和C18:1神經(jīng)酰胺與胰島素抵抗指數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性。C18:0神經(jīng)酰胺由于其飽和?；?，或許能降低膜流動性來削弱胰島素作用，但尚未被直接驗證。Turpin et al[11]研究結(jié)果顯示，C16:0神經(jīng)酰胺是抑制肥胖癥中胰島素敏感度、脂肪酸氧化和能量消耗的關(guān)鍵神經(jīng)酰胺。

2.2.2神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 肥胖產(chǎn)生的應(yīng)激因子可以導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum，ER)內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白生物合成，形成ER應(yīng)激。ER應(yīng)激常發(fā)生在胰島β細(xì)胞中，導(dǎo)致胰島素分子錯誤折疊的積累。錯誤折疊蛋白質(zhì)的積累會產(chǎn)生一個復(fù)雜的反應(yīng)稱為未折疊蛋白反應(yīng)，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。有研究[12]表明，2型糖尿病患者的免疫細(xì)胞中也存在ER應(yīng)激。過量的SFA積累常被認(rèn)為是ER應(yīng)激的原因，SFA也可以誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性神經(jīng)酰胺。此外，ER應(yīng)激和未折疊蛋白反應(yīng)促進(jìn)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的生成，ROS反過來促進(jìn)神經(jīng)酰胺在細(xì)胞內(nèi)的積累。

Contreras et al[13]認(rèn)為下丘腦ER應(yīng)激是導(dǎo)致肥胖的重要機(jī)制。神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)的脂肪毒性和下丘腦ER應(yīng)激，會抑制交感神經(jīng)，減少棕色脂肪組織的產(chǎn)熱，導(dǎo)致體質(zhì)量增加。下丘腦腹內(nèi)側(cè)核中葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78的過表達(dá)，可通過降低下丘腦ER應(yīng)激，消除神經(jīng)酰胺的作用，增加棕色脂肪組織產(chǎn)熱，從而達(dá)到減肥和改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)的目的。

最近，Liu et al[14]發(fā)現(xiàn)了一種新的機(jī)制，酵母蛋白Nvj2p促進(jìn)神經(jīng)酰胺從ER到高爾基體的非囊泡轉(zhuǎn)移。Nvj2p通常位于ER和其他細(xì)胞器之間的接觸點，但在ER應(yīng)激時，它會重新轉(zhuǎn)移至ER與高爾基體的接觸點并增加兩者的接觸。缺乏Nvj2p的細(xì)胞在ER應(yīng)激時不能形成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸。Senkal et al[15]認(rèn)為神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)化為酰基神經(jīng)酰胺儲存在脂滴中，防止神經(jīng)酰胺毒性的集聚，但這也可能會成為其介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的導(dǎo)火索。

2.2.3神經(jīng)酰胺損傷線粒體功能，誘導(dǎo)線粒體自噬 胰島素抵抗的肥胖個體存在線粒體結(jié)構(gòu)和能量產(chǎn)生異常，這與神經(jīng)酰胺密切相關(guān)。細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)酰胺含量的增加通過干擾線粒體呼吸而損害線粒體功能。神經(jīng)酰胺能直接抑制線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物功能，中斷電子傳遞，增加ROS水平[16]。最近的研究[17]也提示神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的線粒體功能障礙包含線粒體分裂，如補充牛血清脂質(zhì)成分或C16:0神經(jīng)酰胺可部分修復(fù)絲氨酸剝奪所致的細(xì)胞增殖和線粒體分裂缺陷。

神經(jīng)酰胺還可以調(diào)控線粒體自噬，清除受損的線粒體。Sentelle et al[18]在探索C18：0神經(jīng)酰胺的自噬誘導(dǎo)潛能時，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)酰胺與線粒體自噬之間的信號通路，即C18：0神經(jīng)酰胺選擇性地將線粒體和自噬溶酶體膜上的LC3B-Ⅱ靶向結(jié)合，誘導(dǎo)線粒體自噬。Dany et al[19]發(fā)現(xiàn)在FMS樣的酪氨酸激酶3內(nèi)部串聯(lián)重復(fù)突變介導(dǎo)的急性髓細(xì)胞白血病中，C18：0神經(jīng)酰胺會選擇性地誘導(dǎo)線粒體自噬。抑制FMS樣的酪氨酸激酶3內(nèi)部串聯(lián)重復(fù)突變信號可激活線粒體動力相關(guān)蛋白1，促進(jìn)線粒體CerS1合成C18：0神經(jīng)酰胺。此外，C18：0神經(jīng)酰胺還可以通過其神經(jīng)酰胺結(jié)合域的I35/F52殘基與LC3B-Ⅱ相互作用，招募自噬體到線粒體，誘發(fā)線粒體自噬。Panda et al[20]報道p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞誘導(dǎo)線粒體自噬的作用。相思子凝集素通過激活CerS1促進(jìn)神經(jīng)酰胺的合成，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和ROS的積累，從而引起線粒體損傷。接著，p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子通過其c端LC3相互作用區(qū)域(LIR)與LC3相互作用，導(dǎo)致線粒體自噬。目前，神經(jīng)酰胺介導(dǎo)線粒體自噬主要用于抗癌的靶向治療[21]。

3 調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺代謝，治療或預(yù)防肥胖相關(guān)疾病

神經(jīng)酰胺代謝異常與肥胖狀態(tài)下的代謝紊亂密切相關(guān)，并且神經(jīng)酰胺的積累會對正常細(xì)胞功能產(chǎn)生一系列有害影響。調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺代謝或可成為防治肥胖和肥胖相關(guān)疾病的新方向。

3.1 CerS抑制劑阻斷神經(jīng)酰胺的從頭合成神經(jīng)酰胺從頭合成的增多，會促進(jìn)肥胖及代謝綜合征的發(fā)生。Turner et al[22]發(fā)現(xiàn)選擇性CerS抑制劑P053可以特異且有效地抑制CerS1，降低細(xì)胞和小鼠骨骼肌中C18：0神經(jīng)酰胺的水平。每天給高脂飲食喂養(yǎng)(HFD)小鼠服用P053，會增加骨骼肌的脂肪酸氧化，阻礙肌肉甘油三酯和脂肪的增加，但不能防止HFD誘導(dǎo)的胰島素抵抗。而Turpin-Nolan et al[8]的研究發(fā)現(xiàn)CerS1缺失的小鼠通過增加肌肉衍生的循環(huán)中成纖維細(xì)胞生長因子21濃度，促進(jìn)全身葡萄糖代謝，可以預(yù)防由飲食引起的肥胖和胰島素抵抗。

3.2 SPT抑制劑阻斷神經(jīng)酰胺的合成SPT是神經(jīng)酰胺從頭合成的關(guān)鍵酶之一，抑制SPT活性可以阻斷神經(jīng)酰胺的從頭合成。多球殼菌素是一種經(jīng)典的SPT抑制劑，可以降低細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)酰胺和鞘磷脂的含量。Campana et al[23]用多球殼菌素治療肥胖Zucker大鼠，發(fā)現(xiàn)在大鼠腦室內(nèi)灌注多球殼菌素可降低下丘腦神經(jīng)酰胺水平，提高下丘腦對胰島素的敏感性。

3.3 調(diào)節(jié)FFA水平，減少神經(jīng)酰胺合成FFA可以通過多種通路，促進(jìn)神經(jīng)酰胺在細(xì)胞和組織中的積累，誘導(dǎo)胰島素抵抗。調(diào)節(jié)FFA水平，可能會成為一種干預(yù)胰島素抵抗的潛在的治療方法。最近有報道示，過量的SFA可以通過脂肪酸結(jié)合蛋白誘導(dǎo)肥胖小鼠骨髓來源的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性神經(jīng)酰胺，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞死亡。在巨噬細(xì)胞中抑制脂肪酸結(jié)合蛋白可降低飽和脂肪酸誘導(dǎo)的神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生，從而減少細(xì)胞死亡[24]。

3.4 干預(yù)相關(guān)蛋白的表達(dá)和活性，促進(jìn)神經(jīng)酰胺代謝酸性神經(jīng)酰胺酶可以使神經(jīng)酰胺去?；?，促進(jìn)其代謝。Xia et al[25]誘導(dǎo)了一種特異性表達(dá)酸性神經(jīng)酰胺酶的小鼠，揭示神經(jīng)酰胺水平的下降使得PKCζ的活性下調(diào)，進(jìn)而減少肝脂肪變性，改善胰島素抵抗。

脂聯(lián)素是一種由脂肪組織分泌的抗糖尿病和保護(hù)心臟的分子。Holland et al[26]發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素受體在肝臟的過表達(dá)也可以降低神經(jīng)酰胺在肝臟和血清中的水平。最近對純化的脂聯(lián)素受體的研究[27]證實了這一機(jī)制。脂聯(lián)素受體具有配體激活的神經(jīng)酰胺酶活性，其晶體結(jié)構(gòu)與神經(jīng)酰胺酶非常相似。Obata et al[28]通過細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素/T-鈣黏蛋白系統(tǒng)可以增強(qiáng)外泌體的合成和分泌，下調(diào)細(xì)胞神經(jīng)酰胺的含量。

3.5 形成健康行為，抑制神經(jīng)酰胺的合成并促進(jìn)其代謝健康行為的養(yǎng)成也可逆轉(zhuǎn)肥胖狀態(tài)引起的神經(jīng)酰胺的升高。一項地中海飲食干預(yù)的病例-隊列研究[29]中，研究者發(fā)現(xiàn)血漿神經(jīng)酰胺濃度與心血管疾病風(fēng)險有很強(qiáng)的正相關(guān)，并且地中海飲食干預(yù)可能減輕血漿神經(jīng)酰胺含量升高帶來的潛在的心血管危害。另一項多中心隨機(jī)飲食干預(yù)研究[30]顯示健康的北歐飲食也可以降低神經(jīng)酰胺水平，改善心臟代謝。Shepherd et al[31]發(fā)現(xiàn)在連續(xù)運動訓(xùn)練后的的肥胖男性的肌肉中，總神經(jīng)酰胺的水平是降低的，短期短跑間歇運動總神經(jīng)酰胺水平降低10%，中等強(qiáng)度持續(xù)運動可降低7%，并且發(fā)現(xiàn)運動可顯著降低C18:0神經(jīng)酰胺水平。

4 展望

神經(jīng)酰胺可以通過抑制胰島素信號傳導(dǎo)、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、損害線粒體功能和調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)等機(jī)制，誘導(dǎo)胰島素抵抗，促進(jìn)肥胖和肥胖相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。神經(jīng)酰胺的代謝途徑為調(diào)控神經(jīng)酰胺水平提供了可能的靶點，如SPT，這也可能會成為治療肥胖癥的有效手段。雖然神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的眾多通路已被闡明，但仍有許多問題尚不清楚。首先，不同種類的神經(jīng)酰胺的具體功能仍沒有明確；其次，神經(jīng)酰胺在脂肪組織中的功能是否與上述作用一致，這還尚未完全清楚；再者，目前關(guān)于神經(jīng)酰胺的定性與定量的研究較少，還需要進(jìn)一步深入研究。