重磅綜述丨神經酰胺與腦血管疾病
神經酰胺
神經酰胺是一種具有生物活性的鞘脂，在細胞信號轉導中起著第二信使的重要作用。在應激條件下，它可以通過從頭合成、鞘磷脂水解和/或補救途徑產生。大腦富含脂質，脂質水平異常與多種腦部疾病有關。腦血管病主要由腦血流異常和繼發性神經損傷引起，是世界范圍內導致死亡和殘疾的主要原因。越來越多的證據表明，神經酰胺水平升高與腦血管疾病，特別是中風和腦小血管疾病（CSVD）之間存在密切聯系。神經酰胺的增加對不同類型的腦細胞有廣泛的影響，包括內皮細胞、小膠質細胞和神經元。因此，減少神經酰胺合成的策略，如調節鞘磷脂酶活性或從頭合成途徑的限速酶——絲氨酸棕櫚酰基轉移酶，可能代表著預防或治療腦血管損傷相關疾病的新的有前途的治療方法。
首都醫科大學附屬北京天壇醫院的趙志剛研究團隊于2023年6月在Frontiers in Cellular Neuroscience期刊上發表題為“Ceramide in cerebrovascular diseases”的綜述，對神經酰胺的生物合成、在疾病發生發展過程中的水平變化、在不同細胞中的表達及機制等進行了詳細闡述和探索。原文鏈接：https://doi.org/10.3389/fncel.2023.1191609。
簡介
真核細胞使用大約5%的基因和大量資源合成數千種不同的結構和功能脂質，這些脂質在許多生理過程中至關重要，如代謝中的能量儲存，提供細胞膜的基本結構元件，以及在信號轉導和分子識別過程中作為第一或第二信使。然而，異常脂質儲存在許多疾病中起著關鍵作用。在所有脂質研究中，膽固醇和甘油三酯可能是最為人熟知的，因為它們是廣泛使用的代謝性疾病的臨床生物標志物和治療干預靶點。除了膽固醇和甘油三酯外，最近的研究還顯示了其他脂類在多種疾病中的病理作用，如鞘脂、糖脂。神經酰胺是一類生物活性鞘脂，由脂肪酸鏈和鞘磷脂主鏈組成，鏈長14~26個碳，是鞘脂代謝的核心分子。神經酰胺除了是細胞膜的基本成分外，還作為關鍵的信號介質調節許多細胞過程，如健康和疾病狀態下的增殖、存活、凋亡、自噬和炎癥，使其也被稱為第二信使。在過去的十年中，許多研究揭示了神經酰胺與各種疾病的發展之間的密切聯系，包括神經系統疾病、癌癥、心血管疾病、肝臟疾病、腎臟疾病、腸病、肥胖，表明神經酰胺可能是一個潛在的治療靶點。
腦血管疾病主要由腦血流異常和繼發性神經損傷引起，是世界范圍內導致死亡和殘疾的主要原因。全球人口老齡化大大增加了腦血管疾病的患病率，給世界各地的社會和衛生保健系統帶來了沉重的負擔。中風，特別是缺血性中風，是最常見的腦血管疾病之一，是全世界成年人死亡的第二大原因和殘疾的第三大原因。據世界衛生組織估計，每年有110多萬人死于缺血性中風，這對人類健康構成嚴重威脅。腦小血管病現在被認為是中風的主要原因，也是血管性癡呆的最常見原因，在普通人群中普遍存在，影響了5%的50歲人群到幾乎100%的90歲以上人群。此外，腦血管疾病還包括頸動脈狹窄、腦動脈瘤、動靜脈畸形等。盡管近年來腦血管疾病的研究取得了重大進展，但由于缺乏對其病理生理機制的了解，這些疾病仍然難以攻克。因此，更好地了解腦血管疾病的病理機制，尋找新的有效的靶點已成為該領域的主要研究課題。
眾所周知，大腦的脂質含量僅次于脂肪組織，脂質代謝紊亂與許多年齡相關的腦部疾病有關。在衰老過程中，神經酰胺在多個組織（如肝臟和大腦）中積累，新出現的證據表明，神經酰胺是腦血管疾病（包括中風和腦小血管�。┲惺д{最嚴重的脂質，動物和細胞模型也證明神經酰胺病理生物學調控的改變會影響中風的發生。因此，神經酰胺被認為是腦血管疾病早期診斷和治療的一種有前景的生物標志物。理解神經酰胺在腦血管疾病中的復雜作用需要有充分的神經酰胺生物合成知識。因此，本綜述的第一部分概述了神經酰胺合成的途徑，然后重點介紹神經酰胺在中風、腦小血管病及其相關危險因素中的失調，并討論不同類型卒中和腦小血管病的潛在機制。
神經酰胺的生物合成
神經酰胺屬于脂質分子家族，由鞘氨酸和脂肪酸經酰胺鍵連接組成。神經酰胺的種類很多，通過與鞘氨醇結合的脂肪酸�；湹牟煌L度來區分，其中以非羥基棕櫚酸（C16:0）和硬脂酸（C18:0）脂肪酸最為豐富。神經酰胺被認為是神經脂代謝的核心樞紐，可以影響關鍵的代謝功能，神經酰胺水平的失衡可導致多種疾病。目前已經報道了30多種與神經酰胺代謝有關的酶，這些酶參與高度保守和嚴格調控的代謝過程。神經酰胺的代謝主要有三條途徑：從頭合成途徑、鞘磷脂酶水解途徑和補救途徑（圖1）。此外，神經酰胺1-磷酸磷酸酶（CPP）催化的神經酰胺1-磷酸（C1P）去磷酸化亦可合成神經酰胺。C1P參與多種生物功能，包括增殖/存活、遷移、代謝和炎癥。
從頭合成途徑主要發生在內質網細胞質小葉，線粒體中也發現了這種途徑的存在。絲氨酸棕櫚酰轉移酶（SPT）是催化從頭合成途徑第一步反應的酶，是神經酰胺合成的主要限速酶，通過棕櫚酰輔酶a和絲氨酸的縮合反應生成3-酮鞘氨酸，隨后由3-酮鞘氨酸還原酶催化生成鞘氨酸，接下來，在一組稱為神經酰胺合成酶（CerS）的內質網駐留酶的催化下，酰基輔酶a鏈與鞘氨氨酸結合形成二氫神經酰胺。迄今為止，已在哺乳動物中鑒定出6種CerS (CerS1-6)亞型，每個CerS都有特定的脂肪�；孜锲�，從而合成具有特定�；滈L度的二氫神經酰胺。例如， CerS1對C18-乙酰輔酶a表現出高特異性，從而生成C18二氫神經酰胺，而CerS2更傾向于生成C22/24二氫神經酰胺。此外，CerS各亞型在組織中的分布也不同。除了CerS5和CerS6在絕大多數組織中表達水平相對較低外，其他CerS在一種或幾種組織中都有豐富的表達。CerS1在小鼠腦和骨骼肌中高度表達，但在其他組織中幾乎檢測不到；CerS2在大多數小鼠組織中廣泛表達；CerS3在小鼠睪丸和皮膚中表達量最高；CerS4在小鼠皮膚、心臟和肝臟中高度表達。從頭合成途徑的最后，二氫神經酰胺去飽和酶通過在4-5反式位置引入雙鍵將二氫神經酰胺轉化為神經酰胺。神經酰胺一旦合成，立即通過囊泡和非囊泡機制運輸到高爾基體，在那里它們可以進一步合成復雜的鞘脂，如鞘磷脂和糖基神經酰胺。
圖1. 神經酰胺生物合成的示意圖。黑色實線箭頭表示從頭合成途徑；黃色實線箭頭表示鞘磷脂酶水解途徑；藍色虛線箭頭表示補救合成途徑。
鞘磷脂酶水解途徑發生在生物膜上，如溶酶體膜和細胞質膜。在這一途徑中，神經酰胺是由鞘磷脂酶催化鞘磷脂(SM)水解產生的。在細胞應激條件下，如活性氧(ROS)、腫瘤壞死因子(TNF-a)、促炎細胞因子白細胞介素1b (IL-1b)、病毒和細菌感染等，鞘磷脂酶可以被激活，從而導致鞘磷脂快速水解成神經酰胺，介導下游信號轉導過程。因此，水解途徑產生的神經酰胺是治療細胞應激反應的重要來源。根據催化最適pH，鞘磷脂酶可分為酸性鞘磷脂酶(ASM)、中性鞘磷脂酶(NSM)和堿性鞘磷脂酶(alk-SM)三種亞型。ASM是研究最多的鞘磷脂酶之一，主要定位于溶酶體和細胞質膜。一般認為ASM的最適pH值在4.5 ~ 5.0之間，但也有研究發現ASM在接近中性pH的條件下可以水解脂蛋白鞘磷脂。NSM的表達在細胞核、內質網和質膜中均有檢測，而Alk-SM在腸絨毛和人膽汁中表達。與其他兩種鞘磷脂酶不同，alk-SM還能水解血小板活化因子和溶血磷脂酰膽堿。值得注意的是，ASM和NSM參與了信號轉導，而alk-SM則參與了飲食中鞘磷脂的降解。
補救途徑主要發生在溶酶體或晚期內吞體等酸性亞細胞器中，在這些細胞器中，神經酰胺的形成參與了糖基神經酰胺、鞘磷脂和其他復合鞘脂的降解。與ASM水解鞘磷脂不同，葡萄糖神經酰胺通過酸性b-葡萄糖苷酶1轉化為神經酰胺。此外，這些過程產生的神經酰胺可以通過酸性神經酰胺酶的去乙�；纸猓汕拾贝級A和脂肪酸鏈。鞘氨醇堿可以從溶酶體釋放到內質網，為從頭合成途徑提供底物。鞘氨醇再循環的這一途徑也因此被稱為“補救途徑”。值得注意的是，補救途徑需要酸性細胞室中許多酶的作用。這些酶的缺陷，如溶酶體疾病中所見，可能導致補救途徑的功能障礙。
神經酰胺在腦血管疾病中的作用
眾所周知，大腦富含鞘脂，因此對鞘脂含量的變化非常敏感。神經酰胺作為所有鞘脂的關鍵前體，是細胞內應激反應的核心成分。越來越多的臨床前和臨床研究證據支持神經酰胺與腦血管疾病之間的密切聯系。
3.1中風
中風被定義為由血管引起的中樞神經系統（CNS）急性局灶性損傷引起的神經功能缺陷，可以是缺血性的，也可以是出血性的。由動脈閉塞引起的缺血性中風是大多數中風的原因。目前缺血性腦卒中的治療試圖通過靜脈溶栓和血管內取栓來恢復再灌注。這些方法確實改善了失功率，但時間至關重要，這給醫療系統造成了壓力。出血性中風占中風的一小部分，但由于意識的突然惡化和神經功能障礙，其發病率和死亡率都很高。血管痙攣是蛛網膜下腔出血(SAH)的常見并發癥，也是預后的主要決定因素。雖然使用藥物可以有效地逆轉血管痙攣，但它們并不能改善SAH相關的死亡率。因此，迫切需要新的非侵入性方法或藥物治療來預防或延緩腦卒中的進展，以提高患者的生活質量并降低死亡率。
一些中風動物模型表明，缺血/再灌注(IR)和出血性損傷腦中存在神經酰胺的增加。例如，在大腦中動脈閉塞24小時的自發性高血壓大鼠中，腦神經酰胺含量在缺血核心區增加了595%，在焦周/半暗區增加了460%。在光血栓性卒中模型中，梗死周圍皮層的總神經酰胺水平在第1天下降，但在第3天至第7天顯著增加，最終在第28天恢復到正常水平。在瞬時腦缺血大鼠中，神經酰胺在皮質區1 (CA1)和齒狀回(DG)區域的星形膠質細胞和小膠質細胞中積累。神經酰胺的積累似乎發生在再灌注階段，因為缺血后如果無再灌注，則神經酰胺水平沒有變化。在頸動脈末端血管內穿孔(ICA)大鼠模型中，腦勻漿中神經酰胺水平比對照組高2倍。增加的神經酰胺種類主要為內源性長鏈神經酰胺，如C16、C18、C20神經酰胺。有趣的是，衰老作為中風的一個重要因素，似乎也與長鏈神經酰胺的積累有關。一項研究發現，血漿C16:0神經酰胺與慢速步態有關，這是身體功能衰老的重要標志。老齡大鼠線粒體中有長鏈C16和C18神經酰胺的積累。小鼠短暫性大腦中動脈閉塞(tMCAO)再灌注60 min后，缺血核心及周圍區域的Cer (d18:1/18:0)隨時間累積。在卒中后第4天的梗死周圍區域，代謝組學數據顯示，Cer (d18:1/16:0)和Cer (d18:2/16:0)增加了約2倍。長鏈神經酰胺與超長鏈神經酰胺(�；滈L度不小于22)在腦缺血損傷中的變化趨勢明顯。超長鏈神經酰胺，包括Cer(18:1/23:0)和Cer(18:1/24:0)，在MCAO后3 h顯著降低。另一項基于超高效液相色譜四極桿飛行時間質譜(UPLC-Q-TOF/MS)的脂質組學分析鑒定腦卒中紊亂脂質代謝物的實驗也證實了這一發現，MCAO后，Cer (d18:1/16:0)、Cer (d18:1/18:0)和Cer (d18:0/18:0)顯著升高，而超長鏈Cer (d18:1/24:1)顯著下調。
神經酰胺在腦卒中中的來源途徑仍然不確定，因為已經發現了從頭合成和鞘磷脂酶水解途徑的證據。一些研究表明，神經酰胺水平的增加源于新生途徑，因為新生途徑的直接神經酰胺前體二氫神經酰胺相應增加，但無法檢測到ASM和NSM活性或鞘磷脂種類含量的變化。肉豆蔻素是一種影響從頭合成途徑的絲氨酸棕櫚酰轉移酶(SPT)抑制劑，可以逆轉神經酰胺干擾，減輕腦I/R損傷。此外，神經酰胺合成酶活性在中風期間發生改變，這似乎為神經酰胺起源于從頭合成途徑的觀點提供了進一步的證據。IR刺激后線粒體神經酰胺合成酶活性增加。另一項支持這一觀點的研究調查了Sirtuins 3 (SIRT3)在腦IR損傷時調節線粒體神經酰胺合成酶反應中的作用。SIRT3是一種主要的線粒體去乙�；�，參與代謝和線粒體穩態的調節。腦IR損傷觸發神經酰胺積累、線粒體功能障礙和ROS的產生，最終促進腦損傷。敲除SIRT3可以通過增加CerS1、2和6的乙�；瘉砟孓D神經酰胺的積累和腦損傷，這表明增加的神經酰胺來自從頭合成途徑。但也有研究者認為，缺血損傷中神經酰胺的產生是通過鞘磷脂酶途徑，而不是通過新生途徑。在一項研究中，血清/葡萄糖剝奪誘導NSM快速激活，導致神經酰胺含量增加。用小分子NSM抑制劑治療可以抑制神經酰胺水平的增加，并顯著減小腦梗死面積。
與內源性長鏈神經酰胺相反，外源性短鏈神經酰胺似乎在中風中發揮有益作用。這些短鏈神經酰胺，如C2和C8神經酰胺是一類合成的細胞滲透性神經酰胺。亞致死應激刺激，如短暫的全身性或局灶性缺血或全身性炎癥治療，可誘導對實驗性缺氧和中風的耐受，導致梗死面積減小。TNF-α對這一過程至關重要，因為用TNF-α結合蛋白治療可以消除耐受性。神經酰胺是TNF-α信號通路的下游信使。研究發現，腦室內注射預處理C2 -神經酰胺可使新生大鼠缺氧缺血性腦梗死體積減少45-65%。另一項研究證實了類似的觀點，C2-和C8 -神經酰胺輸注預處理可以顯著減少梗死體積，分別減少約14%和17%。此外，植物神經酰胺對局灶性短暫性缺血性腦損傷也有有益作用�？诜参锷窠涻０房娠@著減少MCAO/再灌注誘導的腦梗死和水腫，以及動物行為障礙的發生。
一系列的研究揭示了神經酰胺與中風患者之間的關系。在急性缺血性卒中患者中，與非卒中對照相比，長鏈神經酰胺顯著增加，超長鏈神經酰胺顯著減少。較高水平的神經酰胺與缺血性中風臨床嚴重程度的高風險相關。重要的是，較高水平的Cer (d18:1/18:0)、Cer (d18:1/20:0)和Cer (d18:1/22:0)與較差的功能預后顯著相關。在另一項研究中，與其他長鏈神經酰胺一樣，超長鏈神經酰胺Cer (d18:1/24:1)明顯高于對照組。此外，神經酰胺與出血性中風之間存在顯著關聯。與對照組相比，蛛網膜下腔出血(SAH)患者腦脊液中總神經酰胺水平較高。此外，與無癥狀血管痙攣患者相比，有癥狀的血管痙攣患者神經酰胺水平升高，特別是C18:0 Cer。此外，神經酰胺與腦卒中后的預后相關�；谏窠涻０泛土字男难茱L險評分(CERT2)已被發現可預測心血管疾病事件的風險，該評分由四種神經酰胺/神經酰胺或神經酰胺/磷脂酰膽堿比率組成。有研究表明，CERT2風險評分與老年人腦卒中死亡率密切相關。抑郁癥是一種神經精神疾病，常與中風有關。據報道，大約85%的中風患者有可能發展為抑郁癥。最近的一項研究發現，與非卒中后抑郁(Non-PSD)患者相比，卒中后抑郁(PSD)患者血清神經酰胺(C16:0, C18:0, C24:0, C24:1 Cer)水平顯著升高。
3.2 CSVD
腦血管病是一類以大腦小動脈、小動脈、毛細血管和小靜脈受損為特征的病理過程。CSVD是導致認知障礙和癡呆的主要血管原因，也可能導致運動和平衡障礙，以及抑郁和冷漠等行為癥狀。因此，心血管疾病是向殘疾過渡的主要風險因素，最近的數據表明，它也給低收入和中等收入國家帶來了重大的健康負擔。盡管心血管疾病的重要性和關注，目前的預防或治療方法相當有限。到目前為止，最被廣泛接受的治療是控制可以干預的血管危險因素，改變不健康的生活方式。因此，迫切需要發現新的方法來延緩CSVD引起的臨床表現。
在一項涉及20名年齡相關性CSVD患者和14名對照組的研究中，發現神經酰胺包括Cer (d34:2)、Cer (d36:4)、Cer (d16:0/18:1)、Cer (d38:6)、Cer (d36:3)和Cer (d32:0)與對照組相比增加。腦磁共振成像(MRI)顯示的白質高強度信號(WMHs)是CSVD最常見的成像特征。較高的腦負荷總是與更嚴重的認知障礙相關，尤其是執行功能、處理速度和情景記憶。神經酰胺在人類白質束中高度富集，神經酰胺水平升高被認為與認知正常老年人皮層下白質損傷有關。在CSVD患者中，血清神經酰胺升高，尤其是C18和C20神經酰胺，也與皮層下微結構白質破壞有關。另一組58例患者接受了MRI檢查，但沒有臨床卒中事件，研究人員分析了血漿鞘脂水平。研究發現，兩種腦特異性鞘脂SM 38:1和Cer 34:1與高Fazekas評分(一種用于評價WMH程度的方法)顯著相關。此外，CSVD的病變也與神經酰胺的變化有關。腦微出血(CMBs)和腦腔隙是CSVD常見的病變。在548例樣本的隊列中，闡明了血漿神經酰胺水平與CMBs和lacunes的存在和數量之間的關系。調整了年齡、性別、高血壓和糖尿病因素的Logistic回歸模型顯示，神經酰胺C16:0/24:0比值的增加與任何CMB或大葉性CMB的幾率顯著相關，而且這種關聯在女性中更強，可能是由于大多數神經酰胺水平在女性中高于男性。血管性癡呆(VaD)是指繼發于包括CSVD在內的多發性腦血管病變的復雜神經認知功能障礙。與其他幾項研究相反，一項招募了48名VaD患者和49名年齡和性別匹配的認知正常對照者的研究發現，VaD患者的長鏈神經酰胺和極長鏈神經酰胺都較低。
3.3. 腦血管疾病的危險因素
腦血管疾病，包括中風和CSVD，與其他心血管疾病有許多共同的危險因素，盡管它們的相對重要性可能有所不同。高血壓是血管損傷最重要的危險因素。此外，糖尿病、高脂血癥和缺乏運動也是重要的危險因素。許多研究已經提供證據表明神經酰胺與腦血管疾病的危險因素有關。
高血壓是世界范圍內血管疾病和死亡的主要危險因素。原發性高血壓患者的血漿神經酰胺水平明顯高于正常血壓的健康對照組，且神經酰胺水平與高血壓的嚴重程度相關。在Uppsala老年人隊列研究中，在5年的隨訪檢查中，對504名個體進行了血壓（BP）測量和代謝組學分析，神經酰胺水平(d18:1,C24:0)與持續舒張壓(DBP)變化呈正相關。此外，在自發性高血壓大鼠(SHR)中也觀察到了神經酰胺與高血壓的關系，其中C16:0、C22:0、C24:1和C24:0神經酰胺是神經酰胺水平升高的主要原因。此外，降壓治療可能與降低神經酰胺水平有關。在中國，數十年來用于治療高血壓的中藥鉤藤可顯著影響SHR中的神經酰胺水平，這表明神經酰胺可能是鉤藤降壓作用的關鍵效應因子。
糖尿病(DM)是血管損傷的另一個危險因素。越來越多的證據表明，神經酰胺在胰島素抵抗和糖尿病并發癥中起著特別重要的作用。在一項涉及男性和女性肥胖人群的研究中，每個性別被分為三組:正常糖耐量(NGT)，糖耐量受損(IGT)和2型糖尿病(T2D)受試者。研究結果顯示，與NGT相比，男性和女性肥胖者在T2D時肝臟總神經酰胺，特別是C16:0-Cer、C18:0-Cer、C22:0-Cer和C24:0-Cer顯著增加。然而，在男性肥胖人群中，與NGT組相比，IGT組的總神經酰胺也顯著增加。這與另一項研究發現C16-Cer水平在肥胖型糖尿病患者中較肥胖型非糖尿病患者顯著升高相一致，表明C16-Cer在誘導胰島素抵抗中起關鍵作用。在一項基于人群的前瞻性隊列研究中，研究了基線神經酰胺與2型糖尿病(T2DM)的橫切面和縱向關系，發現神經酰胺(C16:0, C18:0, C18:0/C16:0比值，C18:0/C24:0比值)與T2DM的流行有關，神經酰胺(C18:0, C18:0/C16:0比值)與T2DM的發生有關。急性冠脈綜合征合并2型糖尿病(ACS- dm)患者的循環神經酰胺水平，包括Cer(d18:1/16:0)、Cer(d18:1/18:0)和Cer(d18:1/24:1)均高于急性冠脈綜合征(ACS)患者。Pearson相關系數分析顯示，Cer(d18:1/18:0)和Cer(d18:1/24:1)與空腹血糖水平有較強的相關性。在一項涉及29例妊娠期糖尿病(GDM)患者和63名健康對照者的病例對照研究中，GDM患者的C24:0神經酰胺濃度明顯低于對照組。此外，神經酰胺與DM的關系也涉及動物疾病模型。肥胖型T2DM大鼠模型血神經酰胺水平明顯升高，葛根芩連湯治療可降低神經酰胺水平，改善糖尿病相關癥狀。此外，通過藥理或遺傳方法抑制神經酰胺水平已被證明可以改善肥胖動物模型中的胰島素抵抗。這表明神經酰胺積累導致胰島素敏感性受損。
高脂血癥與28%的缺血性中風風險增加相關，僅次于高血壓、糖尿病和吸煙，是中風的關鍵危險因素，也是改變中風風險的關鍵治療靶點。肝脂肪變性(HS)通常伴有血脂異常。在一項評估青少年血漿神經酰胺與HS之間關系的研究中，觀察到C14:0、C16:0、C18:0、C24:0 Cers與較高的膽固醇水平之間存在顯著相關性。減肥手術與高脂血癥的立即緩解有關。術后3個月和6個月，血漿總神經酰胺濃度降低，同時脂質水平降低。高脂飲食(HFD)喂養是引起高脂血癥的常見方法。飼喂HFD的小鼠血清和肝臟神經酰胺濃度顯著升高，且與血清甘油三酯、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平的變化趨勢一致。此外，雌激素缺乏誘導的高脂血癥大鼠和實驗性高脂血癥小獵犬的神經酰胺水平升高。
除了上述常見的危險因素外，肝臟疾病可能是中風的一個未被認識或容易混淆的危險因素。非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是最常見的慢性肝病，約占總人口的25%。雖然NAFLD在具有主要卒中危險因素(如糖尿病、肥胖和高血壓)的患者中更為普遍，但NAFLD與卒中之間的關系似乎與這些危險因素無關。有趣的是，有幾條證據表明NAFLD與神經酰胺水平的變化有關。幾乎所有神經酰胺種類在非酒精性肝纖維化(NASH, NAFLD的較晚期)中都顯著增加。飲食減肥被認為是NASH治療的必要條件。1年生活方式改變后，NASH患者體重減輕，血清神經酰胺水平顯著降低，提示神經酰胺水平是NAFLD發展的重要因素。NAFLD期間肝臟神經酰胺代謝的失調也在實驗動物模型中得到證實。在ob/ob小鼠(一種NAFLD轉基因動物模型)中，神經酰胺的增加也與脂肪變性程度相關。在HFD喂養的大鼠中，肉豆蔻素(一種SPT抑制劑)逆轉了體重升高和血清轉氨酶，緩解了血脂異常，并顯著減輕了肝臟脂肪變性相關病理。此外，ASM在NASH中被激活，ASM缺乏會對HFD或蛋氨酸-膽堿缺乏飲食介導的肝脂肪變性產生抵抗。
腦血管病不同類型細胞中的神經酰胺
大腦被認為具有高代謝需求，負責大約20%的身體氧氣和葡萄糖消耗。葡萄糖和氧氣供應到中樞神經系統是通過血流運輸的，這使得一個健康的血管系統對正常的大腦功能至關重要。大腦中含有多種類型的細胞，它們共同維持正常的大腦生理功能，相關細胞損傷或功能障礙可導致腦血流異常和繼發性神經損傷，參與腦血管疾病的病理過程。神經酰胺可能是腦血管疾病的潛在治療靶點，盡管神經酰胺影響不同類型腦細胞功能的機制尚不完全清楚。因此，為了更好地了解腦血管疾病的發病機制，本節將總結神經酰胺與腦細胞功能關系的潛在機制，包括但不限于腦血管疾�。▓D2）。
圖2. 神經酰胺調節不同細胞類型影響腦血管疾病的示意圖。
4.1.內皮細胞
內皮細胞是位于血管腔內表面的單層扁平上皮細胞。它們分布在大腦的大血管和微血管中，維持著正常的血管功能。內皮損傷，包括死亡和功能障礙，見于各種腦血管疾病，包括中風和CSVD，被認為是這些疾病發展的初始事件。內皮細胞死亡，主要是細胞凋亡，是血管功能障礙的直接原因。神經酰胺在體外和體內通過形成凋亡相關通路的脂質信號轉導平臺，直接誘導內皮細胞凋亡。近年來的研究發現，神經酰胺也以非凋亡的方式誘導內皮細胞損傷。
血管收縮功能的喪失可歸因于內皮一氧化氮合酶(eNOS)活性和一氧化氮(NO)生物利用度的下降。eNOS對NO生成至關重要，其活性主要受蘇氨酸494 (T494)和絲氨酸1176 (S1176)殘基的磷酸化/去磷酸化控制。蛋白磷酸酶2A (Protein phosphatase 2A, PP2A)是一種神經酰胺活化的磷酸酶，可直接降低eNOS Ser1177殘基的磷酸化，導致eNOS失活。研究表明，神經酰胺通過兩種方式調節eNOS活性或NO的生物利用度。一方面，神經酰胺可以增加PP2A與eNOS的結合，降低eNOS與蛋白激酶B (Akt)和eNOS與熱休克蛋白90 (Hsp90)之間的結合，然后PP2A促進與eNOS共定位的Akt的去磷酸化和/或直接使eNOS在S1176位點去磷酸化。另一方面，神經酰胺通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)氧化酶依賴的方式產生氧化應激，增加ROS水平，可迅速破壞生物活性NO。神經酰胺對內皮屏障功能障礙影響的潛在機制可能取決于來自不同途徑的神經酰胺。在損傷早期，神經酰胺水平升高源于ASM激活，導致鈣內流增加和Ras同源基因家族成員A (RhoA)激活，導致典型瞬時受體電位通道6 (TRPC6)過表達，最終導致細胞骨架重排和細胞間連接破壞。在損傷后期，來自細胞旁細胞的神經酰胺有助于內皮細胞神經酰胺的重新合成，誘導細胞凋亡并導致屏障功能障礙。其潛在機制與硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)/硫氧還蛋白(TRX)/凋亡信號調節激酶-1 (ASK1)/p38和c-Jun n-末端激酶(JNK)通路有關。此外，神經酰胺積累引起的內皮細胞屏障功能的破壞可能與封閉帶-1 (ZO-1)和封閉帶-2 (ZO-2)的降解有關，而封閉帶-1和封閉帶-2對于緊密連接的結構和調節功能至關重要。血液來源的免疫細胞可以進入大腦并引起局部炎癥，導致血管自我調節功能喪失。在ASM來源的神經酰胺積累過程中，ezrin磷酸化增加，以及絲蛋白與細胞間粘附分子-1 (ICAM-1)在ICAM-1聚集時的相互作用，導致微絨毛形成增加，促進T細胞的跨內皮遷移。與上述研究不同，有兩項研究揭示了神經酰胺對內皮細胞功能的積極作用。膜聯蛋白A5是膜修復機制的重要組成部分。高糖處理是腦血管疾病的危險因素，可降低膜神經酰胺與膜聯蛋白A5的關聯，損害即時細胞膜重封(ICMR)，促進血管炎癥。神經酰胺也可能參與腦卒中恢復的調節。研究表明，抑制ASM/神經酰胺可誘導小細胞外囊泡(sev)的形成和釋放，促進血管生成。血管生成的增加通過增加血腦屏障完整性、減少白細胞浸潤和增加神經元存活進一步促進腦重塑。
4.2. 小神經膠質細胞
小膠質細胞作為駐留在大腦中的免疫細胞，是對腦血管疾病引起的病理生理變化作出反應的主要細胞。損傷區域的刺激因子如ROS、細胞外ATP和NO介導小膠質細胞的趨化和活化。小膠質細胞一旦被激活，就會釋放炎癥介質，影響神經傳遞，介導神經毒性，誘導細胞凋亡，直接影響行為和腦損傷。研究表明，神經酰胺參與了腦血管疾病時小膠質細胞的炎癥反應。
細胞因子IL-1β是中樞神經系統內炎癥過程的主要介質，由激活的小膠質細胞釋放，其水平升高可加重腦損傷。神經酰胺不僅與IL-1β的產生有關，而且與IL-1β的分泌有關。神經酰胺對IL-1β生成的影響可能與調節NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3 (NLRP3)炎性小體有關，NLRP3是一種由NLRP3、凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)和caspase-1組成的蛋白復合物，通過產生IL-1β參與炎癥反應。棕櫚酸酯(PA)是一種腦血管疾病的危險因子，可誘導神經酰胺增加，隨后在小膠質細胞中釋放IL-1β。小膠質細胞暴露于新生神經酰胺合成抑制劑可顯著阻止PA誘導的ASC斑點形成和IL-1b分泌。除了直接輸出IL-1β外，小膠質細胞還可以通過微囊(MV)釋放IL-1β。MV中含有的IL-1β可以將細胞因子運送到離供體小膠質細胞很遠的地方，可能靠近靶細胞上存在的IL-1β受體，從而避免細胞因子在細胞外環境中的分散和稀釋。炎癥刺激誘導ASM易位到細胞膜外小葉產生神經酰胺，從而誘導含有IL-1β的MV出芽。前列腺素E2 (Prostaglandin E2, PGE2)能夠誘導神經元凋亡，增加細胞內ROS水平，在腦血管疾病的病理過程中發揮重要作用。在神經元損傷期間，小膠質細胞對前列腺素(PG)的釋放有重要貢獻。環氧合酶-2 (COX-2)是合成PGE2的主要酶。神經酰胺可以直接激活p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)， MAPK參與提供mRNA穩定性和COX-2表達，從而釋放PGE2，放大神經炎癥事件。
小膠質細胞中的神經酰胺除了對神經損傷有不利影響外，還可能對腦卒中后的神經損傷有有益作用。腦缺血后，神經酰胺通過激活PP2A，上調細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase, Cdk)抑制劑p21和p27，誘導小膠質細胞周期阻滯，從而阻止膠質瘢痕形成，減少炎癥因子的釋放。C2神經酰胺通過抑制ROS、MAPKs、磷酸肌醇3-激酶(PI3K)/Akt和Janus激酶(Jak)/信號轉導和轉錄激活因子(STAT)通路，通過上調蛋白激酶A (PKA)和血紅素加氧酶-1的表達，抑制脂多糖(LPS)誘導的小膠質細胞活化。Toll樣受體4 (TLR4)表達于小膠質細胞表面，在激活核因子κ B (NF-kB)中起著至關重要的作用，而NF-kB又在小膠質細胞的促炎反應中起著重要作用。有趣的是，C2神經酰胺可以干擾LPS和TLR4的相互作用，從而抑制TLR4信號傳導和隨后的炎癥。腦源性神經營養因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)是神經營養因子家族的一員，參與神經保護、神經發生和神經可塑性，被認為是腦卒中后運動學習和康復的關鍵調節因子。一項研究表明，C8-神經酰胺通過蛋白激酶Cδ (PKCδ)和/或ε信號通路促進小膠質細胞BDNF分泌，從而加速腦卒中后修復。
4.3. 神經元
神經元對葡萄糖和ATP的缺乏高度敏感，在腦血管疾病中，它們是受血流不足影響的區域最先死亡的腦細胞。在缺血性腦細胞中，神經元損傷和死亡是神經功能缺損的主要原因。一些研究表明，神經酰胺對腦血管疾病的作用可能與神經元死亡，特別是細胞凋亡有關。有趣的是，神經酰胺可以誘導和保護神經元的凋亡。神經生長因子(NGF)缺失是神經元死亡的主要原因。細胞通過G1期和S期的進程，促進細胞凋亡，需要視網膜母細胞瘤蛋白(pRb)的磷酸化。相反，pRb的去磷酸化有利于細胞周期阻滯，從而抑制細胞凋亡。短鏈神經酰胺，如C6-神經酰胺，可以通過激活蛋白磷酸酶1(PP-1)來抑制NGF剝奪誘導的神經元凋亡，激活的PP-1可以防止pRb的過度磷酸化。另一種短鏈神經酰胺，C2-神經酰胺，已被報道可誘導神經元凋亡。這種效應與絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級聯的差異調節有關。在MAPK級聯反應中，p38是通過增加p38磷酸化參與神經酰胺誘導的細胞凋亡的必要激酶。除細胞凋亡外，神經酰胺還可能以一種新的方式誘導神經元死亡，即旁滅作用Parthanatos。Parthanatos，也被稱為聚(ADP-核糖)(PAR)聚合酶-1(PARP-1)依賴的細胞死亡，其特征是PARP-1的過度激活，PAR聚合物的積累，以及線粒體的凋亡誘導因子(AIF)核易位，從而導致大DNA片段和染色質濃縮，最終導致細胞死亡。最近一項研究發現，神經酰胺可以誘導PARP-1過激活，增加PAR聚合物水平，促進AIF和遷移抑制因子(MIF)核易位，并通過增加ROS水平誘導DNA損傷和神經元死亡。
結論和未來展望
隨著人口老齡化，腦血管疾病發病率急劇上升，給社會造成了沉重的健康和經濟負擔。腦血管疾病涉及不同的細胞類型、病因和信號過程，這使得其研究非常復雜。為了更好地了解腦血管疾病的病理生理機制和研究有效的治療靶點，需要繼續努力。在臨床和基礎研究中，有大量證據表明神經酰胺與包括中風和心血管疾病在內的腦血管疾病的進展和嚴重程度有關。神經酰胺在其他類型腦血管疾病（如顱內動脈瘤）中的研究很少。
然而，一些研究調查了神經酰胺與非腦血管疾病，如腹主動脈瘤的關系。在未來，神經酰胺可能成為多種血管疾病的潛在治療靶點，包括但不限于腦血管疾病。一般情況下，內源性長鏈神經酰胺的積累伴隨著腦血管疾病的進展，通過抑制神經酰胺從頭合成途徑或鞘磷脂酶活性來干擾神經酰胺的合成可能對腦損傷有益。腦血管疾病的發病機制涉及多種細胞類型，神經酰胺可能通過不同的下游信號通路影響不同類型細胞的反應。因此，需要深入研究神經酰胺在腦血管疾病相關的損傷和隨后的神經修復過程中的特定細胞類型的具體作用。這將允許發現新的和突破性的治療策略，用來改善可能由神經酰胺積累引起的腦血管疾病。
