2023神经酰胺及神经酰胺合成酶在哮喘中的作用

2023神经酰胺及神经酰胺合成酣在哮喘中的作用

摘要

神经酰胺是鞘脂代谢的中心，也是一种重要的信号分子，参与细胞分化、

增殖、凋亡和迁移等多种生物功能。神经酰胺合成酶介导神经酰胺的合成。

哮喘是一种以气流阻塞、气道高反应性和肺部炎症为特征的慢性气道疾病,

极大地影响了患者的生活质量，是重要的公共卫生问题。研究表明，神经

酰胺在哮喘的病理生理发展中发挥重要作用。本文重点讨论神经酰胺对参

与哮喘发病的多种细胞的影响，以及不同种类神经酰胺作用的差异性，以

期为人们更好地了解哮喘及寻找哮喘潜在治疗靶点提供理论基础。

关键词：哮喘；神经酰胺类；综述文献(主题)

支气管哮喘严重影响人们的生活质量及健康状况。我国20岁及以上人群

哮喘患病率为4.2%,患者总数达4570万例，处于高患病率、低治疗率、

低控制率的阶段。哮喘在全球造成残疾生活年限的主要疾病中排名第16

位，在疾病负担的主要疾病中排名第28位，是重大公共卫生问题。哮喘

是一种以慢性气道炎症和气道高反应性(airwayhyperreactivity,AHR)

为特征的异质性疾病，主要表现为反复发作的喘息、气急、胸闷或咳嗽等。

哮喘的发病由多种炎症细胞、炎症介质和细胞因子共同参与。

鞘脂是一类复杂的脂质，是细胞膜的重要结构成分，参与细胞内外信号转

导，涉及细胞的增殖、分化、凋亡、转移及血管生成、免疫细胞转运等多

种生物学效应。迄今为止，鞘脂已经在多种人类疾病中进行了研究，表现

出极大的结构和功能多样性。神经酰胺是鞘脂代谢的中心，由神经鞘氨醇

长链碱基和可变长链的脂肪酸组成。神经酰胺主要有3种合成途径：(1)

从头合成途径:由丝氨酸棕稠酰转移酶(serinepalmitoyltransferase5PT)

将L-丝氨酸和棕榴酰-CoA缩合为3-酮二氢鞘氨醇为起始步骤，之后经一

系列酶的作用下生成神经酰胺；(2)鞘磷脂酶途径：鞘磷脂酶将鞘磷脂水解

生成神经酰胺；(3)补救途径：先将复杂的鞘脂转化为鞘氨醇，然后通过鞘

氨醇的再酰化生成神经酰胺。神经酰胺合成酶(ceramidesynthase,CerS)

是鞘脂代谢中的关键酶之一,在哺乳动物中共有6个亚型(CerS1〜6),均

定位在内质网。每个合成酶具有不同的酰基-CoA碳链长度偏好,对酰基

链的特异性是由位于CerS最后2个跨膜结构域之间的一个环中的11个

残基序列决定的，CerS1合成C18-神经酰胺,CerS2生成C22-C24神经

醐安。CerS3和CerS4分别主要合成C26-C34神经酰胺和C18-C20神

经酰胺。CerS5和CerS6主要介导C16-神经酰胺的合成。脂肪酸的长度、

不饱和数及位置都会影响神经酰胺的功能。天然的神经酰胺根据酰基侧链

的长度，可以将其分为长链神经酰胺(C14:0-C20:0;

long-chain-ceramide,LCC)、超长链神经酰胺(C22:0-C26:0;

very-long-chain-ceramide,VLCC)。而短链(C2-C8;

short-chain-ceramide,SCC)神经酰胺非自然合成，常用于外源性给药

研究，在抗肿瘤等方面有重要作用

一、神经酰胺和哮喘相关细胞

(一)神经酰胺和CD4+T细胞

根据免疫学研究，哮喘可分为2型免疫应答和非2型免疫反应。2型免疫

应答由辅助性T细胞2(helperTcell2,Th2)和2组先天淋巴样细胞

(group2innatelymphoidcells,ILC2)组成。树突状细胞捕获并呈递抗

原给CD4+T细胞，随后,Th2细胞产生2型细胞因子白细胞介素

(interleukin,IL)-4、IL-5和IL-13等,引起嗜酸性粒细胞和肥大细胞等

在肺组织中的积聚及黏液的产生。Sofi等研究表明使用特异性靶向CerS6

的抑制剂明显降低了小鼠和人T细胞在体外的T细胞活化，与野生型小鼠

相比，CerS6敲除小鼠C16-cer水平下降，T细胞的增殖和迁移减少。而

额外补充C16-cer可将CerS6敲除小鼠CD4+T细胞的增殖能力恢复到

野生型小鼠的水平；进一步研究表明，CerS6通过调节早期T细胞受体(T

cellreceptor,TCR)信号传导来影响T细胞的活化和功能。Shin等使用

CerS2敲除小鼠研究了CerS2对CD4+T细胞活化和分化的影响。CerS2

敲除小鼠对比野生型小鼠，VLCC(C22-C24)的水平降低，在卵清蛋白诱发

的哮喘中表现出更温和的炎症表型和较低的Th2反应，但肺组织内Th17

细胞的基础水平较高，IL・17产生更多。CerS2敲除对CD4+T细胞增殖

无明显影响，但CerS2的表达与T细胞的活化呈正相关。研究显示，血浆

脂质组成和排列顺序可以改变T细胞的功能表型,包括Th细胞亚群，消

融VLCC可能会影响TCR信号传导。神经酰胺在CD4+T细胞增殖和分化

等方面有重要作用。

(二)神经酰胺和中性粒细胞

且，在早期哮喘反应期间出现肥大细胞激活会导致晚期哮喘反应的发生。

在过敏性哮喘小鼠模型中，神经酰胺和鞘脂介质鞘氨醇-1■磷酸已被证明

是AHR、肥大细胞活化和炎症的重要信号分子。肥大细胞激活的负调节因

子可防止肥大细胞的自发和过度激活，避免对宿主产生有害的生物效应。

缺乏抑制性受体的小鼠表现出的FCERI介导的过敏反应增强。研究发现,

具有细胞渗透性的短链C6-神经酰胺可抑制肥大细胞中FCERI介导的蛋

白激酶C、细胞外信号调节激酶(ERK)1/2、p38和胞浆磷脂酶A2的

激活。研究表明,白细胞单免疫球蛋白样受体3(leukocyte

mono-immunoglobulin-likereceptor3,LMIR3;也称为CD3OOf)是

体内肥大细胞激活的关键负调节因子，细胞外神经酰胺-LMIR3相结合抑

制FCERI介导的体内肥大细胞活化，但具体机制仍有待明确。在特应性皮

炎小鼠模型中，卵清雷白暴露后可引起总神经酰胺水平的升高及诱导局部

细胞凋亡，但在肥大细胞缺失的情况下，这种神经酰胺水平升高和细胞调

亡不会发生，将骨髓来源的肥大细胞过继转移后，小鼠又恢复了卵清蛋白

诱导的细胞凋亡。有研究证明，外源性神经酰胺可以诱导肥大细胞凋亡,

作为肥大细胞的生物学的负调节因子起作用。神经酰胺和肥大细胞的功能

之间密切相关。

(四)神经酰胺和气道上皮细胞

气道上皮细胞是抵御吸入性过敏原的第一道防线，是哮喘发病机制的重要

参与者。暴露于过敏原会引起气道上皮的广泛损伤和凋亡，与哮喘的严重

程度有关。气道上皮细胞损伤实际上在所有哮喘表型中都存在。神经酰胺

是肿瘤坏死因子-麻口Fas配体诱导的程序性细胞死亡的重要调节参与者。

HDM致敏哮喘小鼠相比于野生型小鼠，肺中神经酰胺水平增加，免疫荧

光显示神经酰胺染色增加的肺细胞同时也显示出裂解活化caspase-3共

染色增加，神经酰胺的增加和裂解caspase-3染色主要与细胞角蛋白18

共定位，细胞角蛋白18是上皮细胞的标志物，表明神经酰胺在气道上皮

细胞凋亡过程中发挥重要作用。Teichggber等进一步研究表明肺中C16:

0神经酰胺的积累导致肺上皮细胞凋亡增加，并在气道上皮形成DNA沉

积。这些发现与早期的报道一致，认为C16:0诱导上皮细胞凋亡，导致

呼吸道上皮细胞上DNA和细胞碎片沉积，最终导致肺的高炎症表型。神

经酰胺参与气道上皮细胞凋亡的具体机制仍需进一步研究。

二、0RMDL3基因与哮喘

ORMDL3(oroscomucoidlikeprotein3,0RMDL3)基因是一个与哮喘

易感性相关的基因，位于染色体17q21。ORMDL3蛋白通过结合丝氨酸

棕幅］酰转移酶(serinepalmitoyltransferase,SPT)来调节鞘脂合成,其被

认为是SPT的内源性负调节因子。SPT是神经酰胺从头合成途径中的限速

酶。0RMDL3如何参与哮喘的发病及其生理功能尚未完全清楚,既往研

究主要集中在鞘脂合成减少和未折叠蛋白反应。卵清蛋白、屋尘螭和链泡

菌致敏均可增加0RMDL3mRNA的表达，0RMDL3普遍过表达可降低

血清鞘脂，增加炎症标志物，加强气道重塑和增强AHR。在致敏过程中添

加肉豆蔻素（鞘脂合成抑制剂）会急剧加剧屋尘蜻诱导的AHR而0RMDL3

基因敲除小鼠不会发生链抱菌诱导的AHR。研究认为,0RMDL3过表达

与鞘脂合成减少和AHR有关。0RMDL3的过度表达以复杂的方式调节细

胞内神经酰胺的稳态。哮喘小鼠中,0RMDL3表达的小幅度增加会降低

神经酰胺水平，但在体外和体内肺上皮细胞和巨噬细胞0RMDL3的高表

达明显增加了神经酰胺的产生，促进了屋尘螭诱导的过敏性哮喘期间的慢

性炎症、AHR和黏液的产生。此外，鼻腔给药鞘脂合成抑制剂FTY720

会降低屋尘螭致敏小鼠的0RMDL3表达和神经酰胺水平，并减轻气道炎

症、AHR和黏液分泌。令人意外的是，体外培养人支气管上皮细胞（human

bronchialepithelialcells,HBEC）时，0RMDL3表达升高并没有抑制鞘

脂的从头生物合成，认为可能是ORMDLs和SPT形成稳定的复合物,不

会因升高的ORMDL3表达而增加。尽管在HBEC中ORMDL3表达升高

不会降低鞘脂生物合成,但低水平的ORMDL3过度表达会略微降低所有

主要鞘脂的稳态质量水平。在另一项小鼠研究中，

hORMDL3zp3-Cre（ORMDL3高表达）小鼠与野生型对照组相比，血清鞘

脂水平明显降低，包括鞘氨醇、神经酰胺24:0和鞘氨醇-1-磷酸。未折

叠蛋白反应方面，ORMDL3蛋白激活内质网未折叠蛋白反应的活化转录

因子6播径（内质网应激途径），并调节肌浆网Ca2+-ATP酶的水平，从而

有助于AHR的发生。因此，调控鞘脂合成可能是哮喘发病机制中的关键

因素，并可能指导未来治疗的发展。

三、不同侧链长度神经酰胺的功能不同

研究表明，具有不同酰基链长度的神经酰胺可能在不同的细胞过程中发挥

作用。近年来，许多研究发现不同链长的神经酰胺有不同的功能。首先,

神经酰胺转运蛋白是最早发现与神经酰胺相互作用取决于侧链长度的蛋

白，它转运长链神经酰胺，但不转运超长链神经酰胺。目前，超长链神经

酰胺如何从内质网转运至质膜仍是未知的。不同酰基链长度的神经酰按构

成的生物膜渗透性不同。Pullmannov台等研究证明,含有LCC(C16:0)

的膜比含有VLCC(C24:0)的膜对水和一些有机分子的渗透性明显更强；

含有C16:0神经酰胺的单分子膜比含有C24:0神经酰胺的单分子膜浓

聚程度低。在细胞凋亡方面，研究表明，C16:0神经酰胺能够在线粒体

外膜中形成大的跨膜通道，最终可能导致线粒体外膜的通透性增强，释放

细胞色素C并启动细胞凋亡。然而,VLCC干扰了该通道的形成，因此,

可能抑制细胞凋亡。

不同神经酰胺种类的生理作用尚未完全明确。Teichgraber等研究表明,

肺中C16:0神经酰胺的积累导致上皮细胞凋亡增加，即LCC促进细胞凋

亡。在基因敲除小鼠模型中，CerS2敲除小鼠在肝脏、大脑、肾脏和肺中

表现出VLCC水平的明显降低,特别是C24:0;在肝脏、肾脏和肺部同

时表现出LCC水平的明显增加，特别是C16:0o但与野生型小鼠相比，

CerS2敲除小鼠神经酰胺的总水平保持不变,Cers2敲除小鼠LCC水平

明显增加，在肺部表现出强烈的促炎变化，Cers2敲除小鼠的肺部切片显

示斑片状的血管周围炎性区，炎症细胞含量增加，气流阻力明显增加，而

CerS6敲除小鼠表现出C16:0神经酰胺减少，C16:0神经酰胺通过气

管内给药增加了肺部炎症、组织重塑并导致气道阻塞。重症哮喘患者与健

康对照组相比，呼出气冷凝液中的C16