神经酰胺在皮肤中的主要功能

程莎莎 程 晖 张学军

皮肤中的神经酰胺属于神经鞘脂类，由脂肪酸和鞘氨脂碱基组成的一类化合物，约占角质层脂质总重量的一半，目前角质层中已发现12种神经酰胺，共同参与表皮屏障功能的形成，而且在信号转导、细胞增殖与分化、免疫调节中发挥着重要作用。

1 神经酰胺的合成与代谢

从结构看，神经酰胺由脂肪酸和鞘脂组成，脂肪酸包括非羟基脂肪酸(N)、α-羟基脂肪酸(A)、酯化ω-羟基脂肪酸(EO)，鞘脂包括二氢鞘氨醇(DS)、鞘氨醇(S)、6-羟基鞘氨醇(H)、植物鞘氨醇(P)，两两组合生成不同亚类神经酰胺，根据特定的命名方法这十二种神经酰胺即为CER[NDS]、CER[NS]、CER[NH]、CER[NP]、CER[ADS]、CER[AS]、CER[AH]、CER[AP]、CER[EODS]、CER[EOS]、CER[EOH]、CER[EOP][1]。实际上由于两条链的长度均存在多样性以及额外官能团，使神经酰胺含有很多种亚类。神经酰胺的合成与代谢与几种酶相关。合成主要有两条途径，一条是从头合成途径，由丝氨酸和棕榈酰基-CoA在丝氨酸棕榈酰转移酶(SPT)的作用下生成神经酰胺；另一条是酶解途径，由鞘磷脂在鞘磷脂酶的作用下水解生成神经酰胺。神经酰胺也可以在神经酰胺酶的作用下分解生成鞘氨醇和脂肪酸，在神经酰胺激酶的作用下生成磷酸神经酰胺，在葡萄糖神经酰胺合成酶的作用下生成葡萄糖神经酰胺。相反的，通过β-葡糖脑苷脂酶，β-半乳糖脑苷脂酶和神经酰胺-1-磷酸酶分别水解葡萄糖神经酰胺，半乳糖神经酰胺和神经酰胺-1-磷酸，可增加细胞神经酰胺水平并降低神经酰胺酶活性[2]。SPT是其合成途径中的关键酶，是合成鞘氨醇碱基并且是神经酰胺合成中的限速酶，在降低神经酰胺水平中起关键作用。然而，神经酰胺通常由鞘磷脂和葡萄糖神经酰胺通过鞘磷脂酶和β-葡萄糖脑苷脂酶在皮肤中酶促裂解来提供[3]。水解的磷脂酶有酸性、中性、碱性。其中酸性和中性在外源性刺激下能很快活化，在短时间内生成神经酰胺[4]。酸性神经酰胺酶主要在胞浆中表达，当PH约4.5时，可以水解神经酰胺成为鞘氨醇和游离脂肪酸，继而成为鞘氨醇-1-磷酸；当PH 在5.5时，则可以反向催化神经酰胺的合成，从而调节表皮中神经酰胺的合成[5]。另外，氧化应激也可对神经酰胺的合成产生影响。细胞内的氧化应激使得SPTmRNA水平下调，神经酰胺合成减少，经表皮流失水分增加，因此许多学者认为氧化应激是导致各种皮肤问题甚至皮肤老化的引发剂[6]。这些合成代谢过程中的反应物、产物及酶类共同参与表皮中脂质的变化与调节，从而进一步影响表皮屏障功能。

2 神经酰胺与皮肤屏障

皮肤在生物体的“内部”和“外部”之间形成有效的屏障保护，防止有害物质进入人体及水和营养物质的丢失。目前，“砖 - 砂浆”模型最常用于描述皮肤屏障的结构，即角质形成细胞及其内部结构蛋白形成皮肤屏障的“砖”，而皮肤脂质形成“砂浆”，共同保持皮肤屏障的完整性[7]。正常表皮的屏障功能取决于其“砖”和“砂浆”的质量。神经酰胺是“砂浆”中的重要成分，是角质层中的主要脂质之一。角质层中脂质衍生自颗粒细胞中的层状体，由50%神经酰胺、25%胆固醇和15%脂肪酸组成，形成复层板层膜充满整个角质层细胞间隙。复层板层膜是物质进出表皮时所必经的通透性和机械性屏障，是角质层中唯一的连续结构，施加到皮肤上的物质必须要通过这些区域，而这些脂质增加了粘附力和阻碍细胞之间的物质移动，既防止体内水分和电解质的流失，又能阻止有害物质的入侵，有助于机体内稳态的维持[3,8]。

神经酰胺质和量的变化均可以引起脂质结构改变，改变皮肤屏障功能，进一步引起相关的皮肤疾病。一些学者研究表明，在AD患者的表皮中，神经酰胺的含量降低，且AD的临床严重性和神经酰胺(或神经酰胺2)的水平呈负相关。神经酰胺的消耗是AD患者表皮屏障功能受损的病因学之一[9]。银屑病在损伤的表皮中，神经酰胺的含量和它们的关键酶减少甚至缺陷，导致表皮通透性屏障受损。许多证据表明，银屑病的加重是由于表皮屏障功能异常，而改善渗透性屏障可缓解银屑病皮损或症状，通过外用含有神经酰胺的保湿剂来治疗银屑病，能够产生一些正面的疗效[10]。

角质层的保湿作用也与神经酰胺密切相关。皮肤中的水、脂类及天然保湿因子(NMF)共同组成皮肤的保湿系统，阻止水分的丢失。角质形成细胞从基底层向角质层分化的过程中，神经酰胺、脂肪酸、游离胆固醇被排出，呈层状分布于角质细胞之间，形成防止水分丢失的屏障。当各种原因所致脂类缺乏时，水屏障作用减弱，经表皮水分流失(TEWL)就会增多，出现皮肤干燥脱屑。而神经酰胺是高效的保湿剂，其结构中含有大量的亲水性基团，对水有较好的亲和作用，可以促进表皮水合作用，减少表皮水分蒸发，增进表皮细胞凝聚力，防止皮肤干燥脱屑[11]。

3 神经酰胺与信号转导及细胞分化

神经酰胺作为脂质第二信使，调节细胞生长、分化，可以通过以下几种方式：(1)通过激活鞘磷脂酶增加鞘磷脂水解。目前已经在哺乳动物中鉴定了六种同种型的鞘磷脂酶,即酸性鞘磷脂酶，四种类型的中性鞘磷脂酶和碱性鞘磷脂酶。酸性和中性鞘磷脂酶通过激活鞘磷脂酶产生与肿瘤坏死因子(TNF)相关的细胞凋亡诱导配体(TRAIL)受体，如TRAILR1(DR4)，TRAILR2(DR5)和CD95，来增加神经酰胺的生成。碱性鞘磷脂酶位于质膜和内质网(ER)中，催化鞘磷脂水解成溶血磷脂酰胆碱和血小板活化因子(PAF)以抑制炎症反应；(2)丝氨酸棕榈酰转移酶和/或神经酰胺合酶的活化增加了神经酰胺的从头合成。神经酰胺合酶有两种同工酶，对不同的底物以及组织有特异性。例如脂肪酰基-CoA的链长不同，则反应不同，产生的神经酰胺的酰胺连接的脂肪酸链的长度不同，即显示出不同的生物活性，例如由神经酰胺合酶6合成的酰基碳链长度为16的神经酰胺，保护鳞状细胞癌细胞免受内质网应激和细胞凋亡，而由神经酰胺合酶1合成的碳链长度为18的神经酰胺则抑制细胞生长；(3)通过鞘氨醇-1-磷酸酶增加鞘氨醇-1-磷酸(S1P)水解以产生鞘氨醇，然后通过神经酰胺合酶合成神经酰胺[2]。神经酰胺和S1P都是皮肤中的鞘脂，神经酰胺参与细胞凋亡、细胞周期阻滞、皮肤炎症和应激反应；SIP参与不同细胞功能的调节，包括细胞生长、分化、增殖、凋亡。S1P可以拮抗神经酰胺介导的健康皮肤的细胞凋亡，抑制角质形成细胞增殖并诱导其分化。两者在皮肤中具有结构功能，它们及其衍生物还是调节角质形成细胞的信号分子[12]。除了这三个途径，还可通过几种信号转导分子如蛋白激酶C(PKC)和c-jun N-末端激酶(JNK)的活化介导抗增殖和凋亡的作用[5]。在银屑病患者皮损处，神经酰胺从头合成过程的关键酶SPT表达相对减少，导致神经酰胺合成降低，进一步引起促凋亡级联蛋白激酶C(PKC)和c-jun N末端激酶(JNK)的下调，从而使得银屑病患者表皮过度增殖，产生一系列相应的临床表现。当敲除小鼠SPT基因，测得小鼠皮肤表皮中神经酰胺水平降低，持水能力和屏障功能也被消弱。从2周龄开始，小鼠皮肤产生的损伤包括角化过度、棘皮症、颗粒层的损失和炎性细胞浸润。在损伤皮肤中显示银屑病相关基因如IL-17A，IL-17F，IL-22，S100A8，S100A9和b-防御素均有所上调[13]。

4 神经酰胺与免疫调节

脂质在免疫调节中及皮肤炎症方面起重要作用。皮肤的脂质组成是独特于任何其他组织的，并且在不同物种不同部位分布不同，随着年龄的增加，脂质分布也会有所改变。皮肤的脂质包括甘油三酯，胆固醇酯、蜡酯、角鲨烯和角质形成细胞衍生的脂质(包括神经酰胺)，以及皮肤常驻菌产生甘油二酯后释放的脂肪酸。角质形成细胞代谢和皮肤菌群活性都会影响皮肤表面脂质。许多脂质在皮肤表面具有抗菌功能，包括类鞘氨醇碱和皮脂衍生的皂角酸。游离脂肪酸如月桂酸，棕榈酸和油酸可增加抗微生物肽的释放，还与葡萄糖基神经酰胺、鞘氨醇等抗微生物脂质以及人类β防御素2等抗菌肽协同作用，参与皮肤的固有免疫，防御病原体的人侵[14，15]。CD300是白细胞单免疫球蛋白样受体，CD300f是CD300家族成员激活和抑制受体之间的抑制受体。有实验表明，神经酰胺作为CD300f的配体，通过与之结合可抑制小鼠模型中IGE介导的肥大细胞活化和过敏反应。该实验证实，神经酰胺与CD300f相互作用，通过抑制嗜中性粒细胞积聚，在脂多糖诱导的皮肤炎症中起关键作用[16]。另外，有研究表明鞘氨醇-1-磷酸可以刺激先天免疫，在调节先天免疫功能中有着全新和潜在的重要作用。导管素抗微生物蛋白(CAMP)/37氨基酸羧基末端肽(LL-37)是多功能抗微生物肽，而鞘氨醇-1-磷酸可能通过CAMP/LL-37刺激角质形成细胞的分化。CAMP有很多生物学活性，例如调节细胞因子的分泌或产生，血管生成和适应性免疫，产生紧密调节对于在基础条件下维持正常上皮功能可能是重要的，通过上皮细胞(包括角质形成细胞)增加神经酰胺的生产，然后增加鞘氨醇-1-磷酸，后者再通过受体非依赖性途径激活NF-κB和c/EBPα，产生抗炎作用。总之，神经酰胺及其代谢物信号的调节可以调节自身防御系统并且还可调节皮肤中的炎症反应[17]。

5 结语

总之，神经酰胺作为表皮中重要脂质，具有保湿、粘合、屏蔽、调节免疫、抗过敏、抗衰老等多种功能，尤其是作为脂质第二信使发挥多种作用如调控细胞周期与细胞分化、诱导细胞凋亡等，是细胞内氧化应激通路的关键信号分子，参与诸多病理生理过程。其含量的异常会影响皮肤的屏障功能，不同程度地参与或引起临床皮肤疾病的发生与发展。进一步研究神经酰胺在皮肤屏障功能中的具体作用及机制，对于皮肤病的诊疗以及药物或者药物化妆品的开发有意义。

参考文献

[1] Jia ZX, Zhang JL, Shen CP, et al. Profile and quantification of human stratum corneum ceramides by normal-phase liquid chromatography coupled with dynamic multiple reaction monitoring of mass spectrometry: development of targeted lipidomic method and application to human stratum corneum of different age groups[J]. Anal Bioanal Chem,2016,408(24):6623-6636.

[2] Uchida Y. Ceramide signaling in mammalian epidermis[J]. Biochim Biophys Act ,2014,1841(3):453-462.

[3] Hanada K. Serine palmitoyltransferase, a key enzyme of sphingolipid metabolism[J]. Biochim Biophys Acta,2003,1632(1):16-30.

[4] Hong KK, Cho HR, Ju WC, et al. A study on altered expression of serine palmitoyltransferase and ceramidase in psoriatic skin lesion[J]. J Korean Med Sci,2007,22(5):862-867.

[5] Okino N, He X, Gatt S, et al. The reverse activity of human acid ceramidase[J]. J Biol Chem,2003,278(32):29948-29953.

[6] Katsuyama Y, Taira N, Tsuboi T, et al. 3-O-Laurylglyceryl ascorbate reinforces skin barrier function through not only the reduction of oxidative stress but also the activation of ceramide synthesis[J]. Int J Cosmetic Sci,2017,39(1):49-55.

[7] Cui L, Jia Y, Cheng ZW, et al. Advancements in the maintenance of skin barrier/skin lipid composition and the involvement of metabolic enzymes[J]. J Cosm Dermatol,2016,15(4):549-558.

[8] 毕淑英,刘玮.神经酰胺对特应性皮炎皮肤屏障功能的影响[J].中华医学美学美容杂志，2015,(5):317-318.

[9] Shin J, Kim YJ, Kwon O, et al. Associations among plasma vitamin C, epidermal ceramide and clinical severity of atopic dermatitis[J]. Nut Res Pract,2016,10(4):398-403.

[10] Liu M, Li X, Chen XY, et al. Topical application of a linoleic acid-ceramide containing moisturizer exhibit therapeutic and preventive benefits for psoriasis vulgaris: a randomized controlled trial[J]. Dermatol Therapy,2015,28(6):373-382.

[11] Nakagawa N, Sakai S, Matsumoto M, et al. Relationship between NMF (lactate and potassium) content and the physical properties of the stratum corneum in healthy subjects[J]. J Invest Dermatol,2004,122(3):755-763.

[12] Myšliwiec H, Baran A, Harasim-Symbor E, et al. Increase in circulating sphingosine-1-phosphate and decrease in ceramide levels in psoriatic patients[J]. Arch Dermatol Res,2017,309(2):79-86.

[13] Nakajima K, Terao M, Takaishi M, et al. Barrier abnormality due to ceramide deficiency leads to psoriasiform inflammation in a mouse model[J]. J Invest Dermatol,2013,133(11):2555-2565.

[14] Feingold KR. Thematic review series: skin lipids. The role of epidermal lipids in cutaneous permeability barrier homeostasis[J]. J Lipid Research,2007,48(12):2531-2546.

[15] Kendall AC, Nicolaou A. Bioactive lipid mediators in skin inflammation and immunity[J]. Prog Lipid Res,2013,52(1):141-164.

[16] Shiba E, Izawa K, Kaitani A, et al. Ceramide-CD300f binding inhibits lipopolysaccharide-induced skin inflammation[J]. J Biol Chem,2017,292(7):2924-2932.

[17] Park K, Elias PM, Shin KO, et al. A novel role of a lipid species, sphingosine-1-phosphate, in epithelial innate immunity[J]. Mol Cell Biol,2013,33(4):752-762.