神經(jīng)酰胺代謝紊亂在非酒精性脂肪性肝病發(fā)生發(fā)展中的作用

李亞平，趙格，郭子儀，楊文琦

(廣州體育學(xué)院，廣州 510000)

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是指由酒精攝入以外的因素(如高脂飲食、久坐)所致的慢性肝臟疾病，脂質(zhì)在肝細胞內(nèi)過量蓄積是該病的重要標(biāo)志[1]。NALFD由最初的單純性脂肪變性可發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎、肝纖維化、肝硬化甚至肝細胞癌[2]。NAFLD作為一種代謝綜合征，其發(fā)病機制復(fù)雜。James于1998年提出的“二次打擊”學(xué)說是NAFLD發(fā)病機制的經(jīng)典假說[3]。“第一次打擊”主要是指肥胖、胰島素抵抗等病理因素所致的肝細胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積，隨后由脂質(zhì)蓄積誘導(dǎo)氧化應(yīng)激進而引起肝臟炎癥，即為“第二次打擊”[3]。神經(jīng)酰胺是由不同鏈長的脂肪酸和鞘氨醇通過酰胺鍵連接形成的一類脂質(zhì)，在細胞凋亡、增殖、分化等生理過程中發(fā)揮重要作用。神經(jīng)酰胺代謝異常與NAFLD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，不同種類神經(jīng)酰胺發(fā)揮不同作用。現(xiàn)就神經(jīng)酰胺代謝在NAFLD發(fā)生發(fā)展中的作用進行綜述。

1 神經(jīng)酰胺的代謝

神經(jīng)酰胺由鞘氨醇與不同鏈長脂肪酸通過酰胺鍵構(gòu)成，是鞘脂代謝的中間產(chǎn)物和構(gòu)成生物膜的重要脂質(zhì)。神經(jīng)酰胺主要有3條合成途徑：從頭合成途徑、神經(jīng)鞘磷脂分解代謝途徑、補救途徑[4]，見圖1。

palmitoyl-CoA：棕櫚酸輔酶A；L-serine：L-絲氨酸；SPT：絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶；3-ketosphinganine：3-酮基二氫鞘氨醇；KDSR：酮基二氫鞘氨醇還原酶；Dihydrosphingosine：二氫鞘氨醇；CerS：神經(jīng)酰胺合成酶；Dihydroceramide：二氫神經(jīng)酰胺；DES：二氫神經(jīng)酰胺脫氫酶；SM：神經(jīng)鞘磷脂；SMase：神經(jīng)鞘磷脂酶；SMS：神經(jīng)鞘磷脂合成酶；ceramide：神經(jīng)酰胺；ceramidase：神經(jīng)酰胺酶；Sphingosine：鞘氨醇；SPK：鞘氨醇激酶；SPP：鞘氨醇-1-磷酸磷酸酶；S1P：鞘氨醇-1-磷酸；CPP：神經(jīng)酰胺-1-磷酸磷酸酶；CerK：神經(jīng)酰胺激酶；C1P：神經(jīng)酰胺-1-磷酸

1.1神經(jīng)酰胺從頭合成途徑 該途徑主要發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。首先棕櫚酰輔酶A與L-絲氨酸在絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶(serine palmitoyltransferase,SPT)催化下生成不穩(wěn)定分子3-酮基二氫鞘氨醇[4]。隨后3-酮基二氫鞘氨醇在3-酮基二氫鞘氨醇還原酶催化下生成二氫鞘氨醇，二氫鞘氨醇在神經(jīng)酰胺合成酶(ceramide synthase,CerS)的催化下N酰基化生成二氫神經(jīng)酰胺。二氫神經(jīng)酰胺在二氫神經(jīng)酰胺脫氫酶(dihydroceramide desaturase,DES)的催化下生成神經(jīng)酰胺[5]。神經(jīng)酰胺一旦生成，即通過囊泡或神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)移蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移至高爾基體轉(zhuǎn)化為神經(jīng)鞘磷脂[1，5]。CerS是神經(jīng)酰胺從頭合成的關(guān)鍵酶，主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)有6個亞型(CerS1～CerS6)，每一個亞型控制不同脂肪鏈長度的神經(jīng)酰胺合成。CerS1主要控制C18神經(jīng)酰胺合成，CerS2主要控制C22～C24神經(jīng)酰胺合成，CerS3主要控制超長鏈神經(jīng)酰胺C26～C34的合成，CerS4主要控制C18～C20神經(jīng)酰胺合成，CerS5和CerS6主要控制C14～C16神經(jīng)酰胺的合成[6]。

1.2神經(jīng)鞘磷脂分解代謝途徑 神經(jīng)鞘磷脂與神經(jīng)酰胺可分別在神經(jīng)鞘磷脂酶及神經(jīng)鞘磷脂合成酶作用下相互轉(zhuǎn)化[7]。神經(jīng)鞘磷脂酶主要有中性神經(jīng)鞘磷脂酶、酸性神經(jīng)鞘磷脂酶和堿性神經(jīng)鞘磷脂酶，其中酸性神經(jīng)鞘磷脂酶對NAFLD的發(fā)生發(fā)展起重要作用。

1.3補救通路 該通路主要發(fā)生在溶酶體，是指某些復(fù)雜鞘脂(如鞘氨醇-1-磷酸)在鞘氨醇-1-磷酸磷酸酶作用下生成鞘氨醇，隨后鞘氨醇在CerS的作用下生成神經(jīng)酰胺[7]。神經(jīng)酰胺與復(fù)雜鞘脂間可互相轉(zhuǎn)化。神經(jīng)酰胺可在神經(jīng)酰胺酶作用下生成鞘氨醇，而后在鞘氨醇-1-磷酸激酶的催化下合成鞘氨醇-1-磷酸鹽。

2 神經(jīng)酰胺代謝與NAFLD的關(guān)系

神經(jīng)酰胺代謝紊亂貫穿NAFLD的各個階段[8]。NAFLD患者[9]及動物模型[10]血液和肝臟中總神經(jīng)酰胺含量增加。采用基因敲除或藥物抑制神經(jīng)酰胺從頭合成限速酶SPT的表達，可降低肝臟與血液總神經(jīng)酰胺水平并改善NAFLD[11]。隨著NAFLD的發(fā)展，肝臟不同種類神經(jīng)酰胺存在不同變化，其中C16長鏈神經(jīng)酰胺水平逐漸增加，C22～C24超長鏈神經(jīng)酰胺逐漸減少[11-12]。國外研究表明，敲除CerS6[13]、CerS5[14]可通過降低C16神經(jīng)酰胺含量抑制NAFLD的發(fā)展，提示C16神經(jīng)酰胺可能促進NAFLD的發(fā)生發(fā)展。Kim等[12]通過細胞轉(zhuǎn)染技術(shù)使小鼠肝細胞CerS2過表達，發(fā)現(xiàn)超長鏈神經(jīng)酰胺含量顯著升高，CerS6和長鏈神經(jīng)酰胺則與之相反，且內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和胰島素抵抗得到改善。提示超長鏈神經(jīng)酰胺含量增加可能通過抑制長鏈神經(jīng)酰胺的合成而發(fā)揮有益作用。因此，肝臟長鏈神經(jīng)酰胺與超長鏈神經(jīng)酰胺的比例可能在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3 神經(jīng)酰胺在NAFLD病理機制中的作用

胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體氧化應(yīng)激、肝細胞凋亡、炎癥反應(yīng)、肝纖維化均已被證實是NAFLD發(fā)生發(fā)展過程中的重要病理機制。肝細胞脂質(zhì)蓄積，尤其是神經(jīng)酰胺的蓄積與NAFLD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

3.1神經(jīng)酰胺與胰島素抵抗 胰島素抵抗是NAFLD發(fā)生發(fā)展的主要機制。肝細胞內(nèi)脂質(zhì)(如神經(jīng)酰胺、二酰甘油、三酰甘油)蓄積是導(dǎo)致肝胰島素抵抗的主要因素[15]，其中神經(jīng)酰胺是學(xué)術(shù)界公認的可調(diào)控胰島素抵抗的脂質(zhì)。采用多球殼菌素抑制神經(jīng)酰胺從頭合成途徑可改善肝臟胰島素抵抗，緩解肝損傷[16]。SPT和DES是神經(jīng)酰胺從頭合成途徑的關(guān)鍵酶，SPT長鏈堿性亞基3和DES-1分別是控制SPT和DES表達的基因。SPT長鏈堿性亞基3和DES-1基因敲除實驗表明，抑制神經(jīng)酰胺從頭合成可增加肝臟胰島素敏感性，改善NAFLD脂肪變性[17-19]。目前神經(jīng)酰胺調(diào)控胰島素抵抗的機制尚不明確。有研究表明，神經(jīng)酰胺可能通過抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶通路，抑制胰島素功能，從而促進胰島素抵抗[20-22]。神經(jīng)酰胺抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶通路的可能機制包括：激活腦內(nèi)富集的Ras同系物/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1/S6激酶信號抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶磷酸化[21]；激活蛋白磷酸酶2A刺激絲氨酸/蘇氨酸激酶脫磷酸化[23]；促進蛋白激酶Cζ磷酸化破壞絲氨酸/蘇氨酸激酶的轉(zhuǎn)移[24]。

胰島素抵抗可進一步加重脂代謝紊亂[25]。已有研究證實，胰島素抵抗會激活碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白和甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c，進而促進肝臟脂質(zhì)蓄積[26]。神經(jīng)酰胺作為體內(nèi)重要的一種脂質(zhì)，其代謝也可能受胰島素相關(guān)通路的調(diào)控，胰島素抵抗是否會促進神經(jīng)酰胺代謝紊亂仍不清楚。

3.2神經(jīng)酰胺與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。脂質(zhì)代謝異常尤其是神經(jīng)酰胺代謝紊亂是誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的重要機制。NAFLD常伴隨著肝臟總神經(jīng)酰胺增加及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激加重[27]，其中不同神經(jīng)酰胺的變化有所不同：C16神經(jīng)酰胺水平有所增加，C22～C24神經(jīng)酰胺含量則降低[12]。動物實驗[27]及人類細胞實驗[12，27]均表明，降低肝臟總神經(jīng)酰胺含量可減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激程度和NAFLD。近年來的研究提示，不同?；滈L度的神經(jīng)酰胺可能對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有不同的調(diào)節(jié)作用，如C16、C18神經(jīng)酰胺可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，加重NAFLD；而C22、C24神經(jīng)酰胺則與之相反[12]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成和脂質(zhì)代謝的場所，肝臟持續(xù)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激除導(dǎo)致肝細胞凋亡、炎癥、胰島素抵抗等病理特征外，還會破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的能力，進而加重脂代謝紊亂，促進NAFLD的發(fā)展。但內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是否通過加重神經(jīng)酰胺代謝紊亂促進NAFLD的發(fā)展尚不明確，有待進一步研究。

神經(jīng)酰胺調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的機制尚不完全清楚，可能與神經(jīng)酰胺改變內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子穩(wěn)態(tài)有關(guān)[28]。有研究表明，激活A(yù)MP活化的蛋白激酶可以改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[29]，星形膠質(zhì)細胞內(nèi)短鏈C2神經(jīng)酰胺可增加AMP活化的蛋白激酶表達[30]。但神經(jīng)酰胺能否通過調(diào)控AMP的活化蛋白激酶通路而調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激仍不清楚，需進一步研究。

3.3神經(jīng)酰胺與線粒體氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是指活性氧類過量產(chǎn)生所引起的組織損傷。線粒體氧化應(yīng)激是NAFLD的重要病理機制[31]。線粒體是活性氧類產(chǎn)生及脂肪酸氧化的重要場所。肝線粒體氧化應(yīng)激可導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)及功能受損，從而引發(fā)神經(jīng)酰胺、三酰甘油、二酰甘油等脂質(zhì)在肝細胞蓄積。肝細胞脂質(zhì)(神經(jīng)酰胺[32])蓄積又會導(dǎo)致活性氧類的過量產(chǎn)生，進一步加重線粒體氧化應(yīng)激[33]。盡管尚缺乏總神經(jīng)酰胺含量增加加重NAFLD肝細胞線粒體氧化應(yīng)激的直接證據(jù)，但已在足細胞、卵母細胞、白細胞及骨骼肌中證實總神經(jīng)酰胺含量增加可加劇線粒體氧化應(yīng)激[34-35]。C16神經(jīng)酰胺增加可能促進肝線粒體氧化應(yīng)激[36]。神經(jīng)酰胺總量以及不同種類神經(jīng)酰胺(如超長鏈神經(jīng)酰胺)對NAFLD線粒體氧化應(yīng)激的影響有待進一步研究。

神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)線粒體氧化應(yīng)激機制尚不明確，已有的研究表明，神經(jīng)酰胺可直接抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合物4的活性，增加活性氧類，導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激[36]；神經(jīng)酰胺可導(dǎo)致線粒體呼吸鏈過氧化氫增加[37]或激活Ras相關(guān)C3肉毒毒素底物1(Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，rac1)[38]誘導(dǎo)線粒體氧化應(yīng)激。

3.4神經(jīng)酰胺與肝細胞凋亡 肝細胞凋亡是NAFLD的主要特征之一[39]。神經(jīng)酰胺作為第二信使在肝細胞凋亡過程中發(fā)揮重要作用[40]。NAFLD大鼠肝臟神經(jīng)酰胺總量升高伴隨著肝細胞凋亡增多[41]，其中主要是C16神經(jīng)酰胺含量增加[42]。小鼠多球殼菌素干預(yù)實驗提示，降低肝總神經(jīng)酰胺水平可減少肝細胞凋亡并改善NAFLD[41]。神經(jīng)酰胺調(diào)控肝細胞凋亡的可能機制包括：①神經(jīng)酰胺可能通過上調(diào)促凋亡因子Bax和Bad，下調(diào)抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xL，破壞線粒體膜通透性并釋放細胞色素C，進而導(dǎo)致肝細胞凋亡[43]。②神經(jīng)酰胺可通過激活p53上調(diào)的凋亡調(diào)控因子導(dǎo)致細胞凋亡[44]，p53上調(diào)的凋亡調(diào)控因子是Bcl-2家族蛋白中唯BH-3域蛋白的成員，其在促進細胞凋亡中發(fā)揮重要作用[45]。③神經(jīng)酰胺通過激活c-Jun氨基端激酶通路上的c-Jun、激活轉(zhuǎn)錄因子-2和CCAAT/增強子結(jié)合蛋白同源蛋白/生長停滯和DNA損傷誘導(dǎo)基因153而誘導(dǎo)細胞凋亡[40]。

3.5神經(jīng)酰胺與炎癥反應(yīng) 炎癥是一種身體調(diào)節(jié)反應(yīng)，過度炎癥會加重肝細胞損傷，引起非酒精性脂肪性肝炎并向肝纖維化及肝硬化發(fā)展[46-47]。神經(jīng)酰胺可通過調(diào)控肝臟炎癥反應(yīng)而影響NAFLD的發(fā)展。研究表明，利用多球殼菌素或脫甲丙咪嗪減少從頭合成途徑與神經(jīng)鞘磷脂分解代謝途徑產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺，可減輕肝臟炎癥反應(yīng)并改善肝損傷[41，48-49]。近年來的研究提示，神經(jīng)酰胺可調(diào)控肝細胞炎癥因子的表達和分泌，且C16神經(jīng)酰胺是誘導(dǎo)肝臟炎癥的主要神經(jīng)酰胺[49]。在肝細胞中CerS1/2/4/5/6過表達，僅CerS6過表達引起C16神經(jīng)酰胺含量增加時，肝細胞釋放的炎癥因子腫瘤壞死因子-α明顯上升[49]。提示CerS6可能是C16神經(jīng)酰胺促進炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵蛋白。除普通肝細胞外，肝巨噬細胞對炎癥反應(yīng)的發(fā)生也具有重要作用。其中肝巨噬庫普弗細胞在調(diào)控肝臟炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。研究表明，提高庫普弗細胞內(nèi)源性C16神經(jīng)酰胺的生成可顯著增強庫普弗細胞吞噬功能[50]，提示神經(jīng)酰胺可能通過作用于庫普弗細胞影響肝臟炎癥反應(yīng)。根據(jù)活化狀態(tài)和發(fā)揮功能不同可將庫普弗細胞與普通巨噬細胞分為M1型和M2型。M1型可分泌多種促炎因子發(fā)揮促炎作用，而M2型則可分泌抗炎因子抑制炎癥的發(fā)生發(fā)展，M1與M2表型在一定條件可以互相轉(zhuǎn)換，從而調(diào)控炎癥反應(yīng)[51]。神經(jīng)酰胺能夠促進大腸M2型巨噬細胞向M1型巨噬細胞轉(zhuǎn)變，從而加劇炎癥反應(yīng)[52]，但神經(jīng)酰胺對于庫普弗細胞表型及炎癥因子分泌的影響有待進一步研究。

3.6神經(jīng)酰胺與肝纖維化 肝纖維化是指非活化肝星狀細胞被激活所引起的一種慢性傷口愈合反應(yīng)。若肝纖維化不能被阻止，最終會發(fā)展為肝硬化。抑制肝星狀細胞活化或促進活化肝星狀細胞凋亡可改善肝纖維化。神經(jīng)酰胺可調(diào)控肝星狀細胞的活性及凋亡，但對肝纖維化的作用仍存在爭議：①動物實驗表明通過藥物干預(yù)抑制神經(jīng)酰胺合成的關(guān)鍵酶，可降低肝總神經(jīng)酰胺水平并改善NAFLD肝纖維化[41]。②動物及細胞實驗對肝星狀細胞作基因敲除或藥物干預(yù)均表明，肝星狀細胞總神經(jīng)酰胺積累可改善早期非酒精性脂肪性肝炎肝纖維化[53-54]。這兩種相反的結(jié)果可能與神經(jīng)酰胺通過不同通路調(diào)控肝星狀細胞凋亡及活性有關(guān)。在第一種情況中，NAFLD小鼠總神經(jīng)酰胺增加并不主要促進肝星狀細胞凋亡，反而是通過核因子κB[55]炎癥反應(yīng)通路升高促纖維化因子α肌動蛋白-2和α1型膠原蛋白的表達，從而增加肝星狀細胞活化數(shù)量加劇肝纖維化，這解釋了肝總神經(jīng)酰胺水平增加可加劇肝纖維化這一觀點。相反，第二種情況下，小鼠體內(nèi)特異性促進肝星狀細胞神經(jīng)酰胺合成以及體外培養(yǎng)肝星狀細胞增加總神經(jīng)酰胺含量，可能主要是通過促進肝星狀細胞凋亡改善肝纖維化，這解釋了肝總神經(jīng)酰胺增加可改善肝纖維化這一觀點。這兩種觀點均證明抑制肝星狀細胞活化或促進活化肝星狀細胞凋亡可作為改善NAFLD肝纖維化的靶點，但神經(jīng)酰胺對肝星狀細胞的作用及機制仍需要深入研究。

4 小 結(jié)

NAFLD發(fā)病的重要細胞機制(胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體氧化應(yīng)激、細胞凋亡、炎癥反應(yīng)和纖維化)均可影響神經(jīng)酰胺代謝。不同神經(jīng)酰胺在NAFLD發(fā)生發(fā)展中的作用并不一致，其中長鏈神經(jīng)酰胺(如C16和C18)與超長鏈神經(jīng)酰胺(如C22和C24)的比例可能是NAFLD發(fā)生的關(guān)鍵因素。因此，調(diào)控神經(jīng)酰胺代謝有望成為治療NAFLD的有效靶點，但存在以下難點：①SPT是機體的重要代謝酶，利用藥物抑制其表達可降低總神經(jīng)酰胺水平，但由于降低了重要神經(jīng)酰胺水平，機體正常功能可能受到影響。②特異性抑制肝臟CerS2(調(diào)控超長鏈神經(jīng)酰胺合成的關(guān)鍵酶)表達可能會引起長鏈神經(jīng)酰胺的變化，而其變化對機體產(chǎn)生何種效應(yīng)仍不明確。因此，高效調(diào)控神經(jīng)酰胺代謝(恢復(fù)長鏈與超長鏈神經(jīng)酰胺的正常比例)進而改善NAFLD可能是未來的研究重點。