神經酰胺代謝紊亂在非酒精性脂肪性肝病發生發展中的作用

李亞平，趙格，郭子儀，楊文琦

(廣州體育學院，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，脂質在肝細胞內過量蓄積是該病的重要標志[1]。NALFD由最初的單純性脂肪變性可發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，其發病機制復雜。James于1998年提出的“二次打擊”學說是NAFLD發病機制的經典假說[3]?！暗谝淮未驌簟敝饕侵阜逝?、胰島素抵抗等病理因素所致的肝細胞內脂質蓄積，隨后由脂質蓄積誘導氧化應激進而引起肝臟炎癥，即為“第二次打擊”[3]。神經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，在細胞凋亡、增殖、分化等生理過程中發揮重要作用。神經酰胺代謝異常與NAFLD的發生、發展密切相關，不同種類神經酰胺發揮不同作用?，F就神經酰胺代謝在NAFLD發生發展中的作用進行綜述。

1 神經酰胺的代謝

神經酰胺由鞘氨醇與不同鏈長脂肪酸通過酰胺鍵構成，是鞘脂代謝的中間產物和構成生物膜的重要脂質。神經酰胺主要有3條合成途徑：從頭合成途徑、神經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：神經酰胺合成酶；Dihydroceramide：二氫神經酰胺；DES：二氫神經酰胺脫氫酶；SM：神經鞘磷脂；SMase：神經鞘磷脂酶；SMS：神經鞘磷脂合成酶；ceramide：神經酰胺；ceramidase：神經酰胺酶；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：神經酰胺-1-磷酸磷酸酶；CerK：神經酰胺激酶；C1P：神經酰胺-1-磷酸

1.1神經酰胺從頭合成途徑 該途徑主要發生在內質網。首先棕櫚酰輔酶A與L-絲氨酸在絲氨酸棕櫚酰轉移酶(serine palmitoyltransferase,SPT)催化下生成不穩定分子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，二氫鞘氨醇在神經酰胺合成酶(ceramide synthase,CerS)的催化下N?；啥渖窠涻０?。二氫神經酰胺在二氫神經酰胺脫氫酶(dihydroceramide desaturase,DES)的催化下生成神經酰胺[5]。神經酰胺一旦生成，即通過囊泡或神經酰胺轉移蛋白從內質網轉移至高爾基體轉化為神經鞘磷脂[1，5]。CerS是神經酰胺從頭合成的關鍵酶，主要位于內質網。在哺乳動物中發現有6個亞型(CerS1～CerS6)，每一個亞型控制不同脂肪鏈長度的神經酰胺合成。CerS1主要控制C18神經酰胺合成，CerS2主要控制C22～C24神經酰胺合成，CerS3主要控制超長鏈神經酰胺C26～C34的合成，CerS4主要控制C18～C20神經酰胺合成，CerS5和CerS6主要控制C14～C16神經酰胺的合成[6]。

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

1.3補救通路 該通路主要發生在溶酶體，是指某些復雜鞘脂(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的作用下生成神經酰胺[7]。神經酰胺與復雜鞘脂間可互相轉化。神經酰胺可在神經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 神經酰胺代謝與NAFLD的關系

神經酰胺代謝紊亂貫穿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酰胺含量增加。采用基因敲除或藥物抑制神經酰胺從頭合成限速酶SPT的表達，可降低肝臟與血液總神經酰胺水平并改善NAFLD[11]。隨著NAFLD的發展，肝臟不同種類神經酰胺存在不同變化，其中C16長鏈神經酰胺水平逐漸增加，C22～C24超長鏈神經酰胺逐漸減少[11-12]。國外研究表明，敲除CerS6[13]、CerS5[14]可通過降低C16神經酰胺含量抑制NAFLD的發展，提示C16神經酰胺可能促進NAFLD的發生發展。Kim等[12]通過細胞轉染技術使小鼠肝細胞CerS2過表達，發現超長鏈神經酰胺含量顯著升高，CerS6和長鏈神經酰胺則與之相反，且內質網應激和胰島素抵抗得到改善。提示超長鏈神經酰胺含量增加可能通過抑制長鏈神經酰胺的合成而發揮有益作用。因此，肝臟長鏈神經酰胺與超長鏈神經酰胺的比例可能在NAFLD的發生發展中發揮關鍵作用。

3 神經酰胺在NAFLD病理機制中的作用

胰島素抵抗、內質網應激、線粒體氧化應激、肝細胞凋亡、炎癥反應、肝纖維化均已被證實是NAFLD發生發展過程中的重要病理機制。肝細胞脂質蓄積，尤其是神經酰胺的蓄積與NAFLD的發生發展密切相關。

3.1神經酰胺與胰島素抵抗 胰島素抵抗是NAFLD發生發展的主要機制。肝細胞內脂質(如神經酰胺、二酰甘油、三酰甘油)蓄積是導致肝胰島素抵抗的主要因素[15]，其中神經酰胺是學術界公認的可調控胰島素抵抗的脂質。采用多球殼菌素抑制神經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是神經酰胺從頭合成途徑的關鍵酶，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]。目前神經酰胺調控胰島素抵抗的機制尚不明確。有研究表明，神經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：激活腦內富集的Ras同系物/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物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元件結合蛋白和甾醇調節元件結合蛋白1c，進而促進肝臟脂質蓄積[26]。神經酰胺作為體內重要的一種脂質，其代謝也可能受胰島素相關通路的調控，胰島素抵抗是否會促進神經酰胺代謝紊亂仍不清楚。

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

內質網是蛋白質合成和脂質代謝的場所，肝臟持續的內質網應激除導致肝細胞凋亡、炎癥、胰島素抵抗等病理特征外，還會破壞內質網調節脂質代謝的能力，進而加重脂代謝紊亂，促進NAFLD的發展。但內質網應激是否通過加重神經酰胺代謝紊亂促進NAFLD的發展尚不明確，有待進一步研究。

神經酰胺調控內質網應激的機制尚不完全清楚，可能與神經酰胺改變內質網鈣離子穩態有關[28]。有研究表明，激活AMP活化的蛋白激酶可以改善內質網應激[29]，星形膠質細胞內短鏈C2神經酰胺可增加AMP活化的蛋白激酶表達[30]。但神經酰胺能否通過調控AMP的活化蛋白激酶通路而調節內質網應激仍不清楚，需進一步研究。

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

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

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

3.5神經酰胺與炎癥反應 炎癥是一種身體調節反應，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展[46-47]。神經酰胺可通過調控肝臟炎癥反應而影響NAFLD的發展。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鞘磷脂分解代謝途徑產生的神經酰胺，可減輕肝臟炎癥反應并改善肝損傷[41，48-49]。近年來的研究提示，神經酰胺可調控肝細胞炎癥因子的表達和分泌，且C16神經酰胺是誘導肝臟炎癥的主要神經酰胺[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神經酰胺促進炎癥反應的關鍵蛋白。除普通肝細胞外，肝巨噬細胞對炎癥反應的發生也具有重要作用。其中肝巨噬庫普弗細胞在調控肝臟炎癥反應中發揮重要作用。研究表明，提高庫普弗細胞內源性C16神經酰胺的生成可顯著增強庫普弗細胞吞噬功能[50]，提示神經酰胺可能通過作用于庫普弗細胞影響肝臟炎癥反應。根據活化狀態和發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揮促炎作用，而M2型則可分泌抗炎因子抑制炎癥的發生發展，M1與M2表型在一定條件可以互相轉換，從而調控炎癥反應[51]。神經酰胺能夠促進大腸M2型巨噬細胞向M1型巨噬細胞轉變，從而加劇炎癥反應[52]，但神經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。若肝纖維化不能被阻止，最終會發展為肝硬化。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。神經酰胺可調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抑制神經酰胺合成的關鍵酶，可降低肝總神經酰胺水平并改善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均表明，肝星狀細胞總神經酰胺積累可改善早期非酒精性脂肪性肝炎肝纖維化[53-54]。這兩種相反的結果可能與神經酰胺通過不同通路調控肝星狀細胞凋亡及活性有關。在第一種情況中，NAFLD小鼠總神經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量加劇肝纖維化，這解釋了肝總神經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，小鼠體內特異性促進肝星狀細胞神經酰胺合成以及體外培養肝星狀細胞增加總神經酰胺含量，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，但神經酰胺對肝星狀細胞的作用及機制仍需要深入研究。

4 小 結

NAFLD發病的重要細胞機制(胰島素抵抗、內質網應激、線粒體氧化應激、細胞凋亡、炎癥反應和纖維化)均可影響神經酰胺代謝。不同神經酰胺在NAFLD發生發展中的作用并不一致，其中長鏈神經酰胺(如C16和C18)與超長鏈神經酰胺(如C22和C24)的比例可能是NAFLD發生的關鍵因素。因此，調控神經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酰胺水平，但由于降低了重要神經酰胺水平，機體正常功能可能受到影響。②特異性抑制肝臟CerS2(調控超長鏈神經酰胺合成的關鍵酶)表達可能會引起長鏈神經酰胺的變化，而其變化對機體產生何種效應仍不明確。因此，高效調控神經酰胺代謝(恢復長鏈與超長鏈神經酰胺的正常比例)進而改善NAFLD可能是未來的研究重點。