魏喜生，甘建，毛小榮，李俊峰

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000； 2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院a.傳染病研究室，b.感染科，蘭州 730000)

與蛋白質(zhì)和核酸一樣，脂質(zhì)是細(xì)胞膜的主要成分之一。由于脂質(zhì)在膜中的分布并不均勻，使得細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜各區(qū)域形成相對獨立的膜室系統(tǒng)，并行使自己的獨特功能[1]。細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器(如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體)以及溶酶體間有膜分隔，蛋白質(zhì)和其他物質(zhì)需被包裝成與脂類結(jié)合的囊泡，才能實現(xiàn)在細(xì)胞器間不斷的流通與交換[2-3]。細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜不僅具有屏障作用，還是溝通細(xì)胞與外界環(huán)境的橋梁，并參與細(xì)胞分化、增殖、凋亡、物質(zhì)運輸和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等諸多病理生理過程[4-5]。而鞘脂[如神經(jīng)酰胺(ceramide，Cer)]是細(xì)胞膜的主要結(jié)構(gòu)，與膽固醇一樣，其參與了細(xì)胞膜流動性的形成和細(xì)胞亞區(qū)結(jié)構(gòu)的維持，同時也賦予了細(xì)胞膜多種功能[6]。如鞘脂連接糖類基團(tuán)后可生成糖鞘脂，Cer連接葡萄糖基團(tuán)形成葡萄糖神經(jīng)酰胺(glucosylceramide，GC)。同時，糖基化作用也可以顯著改變鞘脂的原本特性，甚至產(chǎn)生完全相反的作用，如Cer導(dǎo)致細(xì)胞增殖阻滯、細(xì)胞凋亡或自噬；然而，Cer糖基化能迅速消除Cer，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[7]。此外，糖鞘脂在肝臟疾病中可產(chǎn)生多效性的信號通路，參與肝損傷過程中肝細(xì)胞凋亡和壞死的病理機制[5]。Cer生成GC這一過程受葡萄糖神經(jīng)酰胺合成酶(glucosylceramide synthase，GCS)的調(diào)控，GCS是Cer糖基化的關(guān)鍵酶，其活性直接決定著細(xì)胞內(nèi)Cer/GC的平衡，進(jìn)而影響細(xì)胞功能狀態(tài)。近年來，鞘脂組學(xué)成為研究熱點，對GC和GCS的進(jìn)一步研究不僅有助于理解相關(guān)肝臟疾病的發(fā)病機制，也為下一步研究膜脂質(zhì)生物學(xué)奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)就GC和GCS與肝臟疾病的關(guān)系予以綜述。

1 GC及其代謝酶的結(jié)構(gòu)與功能

1.1GC Cer在細(xì)胞中可以被糖基化，在產(chǎn)生糖基化物種的第一步中，葡萄糖連接到Cer的1-羥基位上，生成GC。Cer作為構(gòu)成鞘脂的基本組成單位，位于鞘脂合成代謝的中心位置。Cer的生成有3條途徑：①在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生的依賴絲氨酸和棕櫚酸酯的從頭合成途徑；②通過激活Toll樣受體4的炎癥通路合成；③通過破壞復(fù)雜的糖鞘脂類化合物作為挽救合成途徑。Cer合成后需要運輸?shù)礁郀柣w進(jìn)行下一步反應(yīng)，其運輸除了囊泡運輸外也可以通過Cer轉(zhuǎn)移酶的轉(zhuǎn)移作用實現(xiàn)。Cer轉(zhuǎn)移酶是一種細(xì)胞質(zhì)蛋白，其將Cer從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到高爾基體并修飾成鞘磷脂，也可能是GC，因為鞘磷脂合成酶和GCS均在高爾基體膜上。鞘磷脂的基本結(jié)構(gòu)由頭部、鞘氨醇骨架和脂肪酸尾三部分構(gòu)成，不同的頭部基團(tuán)和骨架基團(tuán)構(gòu)成的排列影響脂質(zhì)的形狀和潛在的鍵合模式。鞘脂的命名是基于化學(xué)結(jié)構(gòu)，其頭部通過不同的分子基團(tuán)修飾定義了不同種類的鞘磷脂，并具備相應(yīng)的生理功能，鞘氨基醇骨架與脂肪酸尾則組成了Cer，其經(jīng)過糖基化修飾后生成GC。研究認(rèn)為，GC和其他糖鞘脂在疾病的過程中扮演了重要角色，如GC是癌癥進(jìn)展過程中的重要生物分子，以及癌癥治療結(jié)果的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[8]。GC除了參與維持細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)完整性外，還在調(diào)節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以此影響細(xì)胞功能的各個方面，特別是細(xì)胞凋亡、增殖、炎癥和耐藥[9-10]。

1.2GCS GC的合成發(fā)生在高爾基體，由GCS催化葡萄糖連接到Cer上而生成[7]。該酶是由尿苷二磷酸葡萄糖神經(jīng)酰胺葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶基因編碼的一種長度為394個氨基酸組成的糖蛋白，幾乎表達(dá)于所有真核細(xì)胞膜。人GCS基因定位于第9號染色體長臂，全長32 kbp，包含9個外顯子和8個內(nèi)含子，其C端為酶催化活性域，N端為信號錨定區(qū)，GCS通常與高爾基體膜緊密結(jié)合并作為其常駐酶[11]。目前研究顯示，GCS在細(xì)胞增殖、凋亡等方面扮演重要角色[7,12]，表明GC及其相關(guān)代謝酶可能成為疾病治療的有效靶點[13]。GCS作為鞘脂糖基化的關(guān)鍵酶，其能通過控制糖基化鞘脂與未糖基化鞘脂水平來調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能狀態(tài)，而GCS的失衡將導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生[14-15]。GCS可通過參與多效性信號通路介導(dǎo)疾病的生物學(xué)過程，促進(jìn)相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。近年來發(fā)現(xiàn)，GC與肝臟疾病(肝臟炎癥和纖維化等)密切相關(guān)，而GCS作為糖鞘脂代謝的關(guān)鍵酶，對細(xì)胞生理活動和執(zhí)行相應(yīng)的功能也起到了重要作用。

2 GC和GCS與免疫性肝損傷的關(guān)系

體內(nèi)免疫應(yīng)答介導(dǎo)的肝損傷是眾多肝臟疾病發(fā)生發(fā)展的主要原因之一，尤其在免疫性肝炎和乙型肝炎的發(fā)病過程中，引起肝細(xì)胞損傷的直接因素是T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。因此，對免疫性肝損傷機制的深入研究能夠為阻止慢性肝臟疾病進(jìn)展提供更多的理論基礎(chǔ)和藥物作用靶點。近年來，利用鞘脂組學(xué)研究鞘脂與疾病之間的關(guān)系成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點之一。然而，目前對于GC和GCS在免疫介導(dǎo)的肝損傷中的作用機制報道較少。

2.1肝臟獨特的免疫環(huán)境 肝臟既是中心代謝器官又是重要的免疫器官，其內(nèi)聚集著T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、自然殺傷T細(xì)胞(natural killer T cell，NKT細(xì)胞)和γδT細(xì)胞等眾多免疫細(xì)胞，共同參與肝臟的免疫調(diào)節(jié)[16]。物理、化學(xué)、藥物和酒精等因素均可引起慢性肝細(xì)胞損傷，激活肝臟免疫反應(yīng)并誘發(fā)肝細(xì)胞凋亡、壞死，導(dǎo)致病毒性肝炎、自身免疫性肝病、酒精性肝病和藥物性肝損傷等肝臟疾病[16-17]。眾所周知，免疫介導(dǎo)的肝損傷涉及多種免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子，如NKT細(xì)胞，它們在肝臟中特別富集，尤其在嚙齒類動物身上表現(xiàn)更為明顯[18]。NKT細(xì)胞在肝臟的動態(tài)免疫平衡中起著監(jiān)視作用，這種作用一是可以通過細(xì)胞與細(xì)胞接觸而實現(xiàn)[18]；二是通過識別由CD1d分子提呈的糖脂類抗原，NKT細(xì)胞在受到糖脂類抗原刺激后迅速活化并產(chǎn)生一系列細(xì)胞因子參與調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫[19]。從構(gòu)造上來看，肝臟具有高度血管化的肝竇結(jié)構(gòu)、豐富的血流和高通透性的內(nèi)皮細(xì)胞，使得肝臟內(nèi)的各種細(xì)胞可以有效地與血液中的各種成分進(jìn)行接觸，并易受到抗原性物質(zhì)的激活，從而引發(fā)免疫應(yīng)答反應(yīng)。

2.2GC和GCS介導(dǎo)免疫性肝損傷的結(jié)局 肝臟先天免疫細(xì)胞構(gòu)成的屏障是抵抗病毒、細(xì)菌和真菌等病原體入侵的重要防線。研究表明，許多病毒、細(xì)菌和細(xì)菌毒素均能與宿主細(xì)胞表面上的糖鞘脂的碳水化合物組分相結(jié)合，糖鞘脂可作為微生物和細(xì)菌毒素的功能受體，并協(xié)助其完成入侵機體的過程[20-21]。脂質(zhì)在細(xì)胞膜表面往往形成脂質(zhì)筏，并在免疫應(yīng)答中起重要作用；同時，糖鞘脂之間可以互相作用以調(diào)節(jié)機體的適應(yīng)性免疫，這一過程是通過激活CD4+和CD8+T細(xì)胞受體的功能而實現(xiàn)；此外，GC還是NKT細(xì)胞的主要內(nèi)源性配體，并對機體的免疫功能起調(diào)節(jié)作用。與GC不同，GCS通過控制Cer/GC的平衡調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理活性。當(dāng)GCS基因表達(dá)下調(diào)會引起內(nèi)源性GC變化，并通過Bcl-2/Bcl-2相關(guān)X蛋白途徑影響肝細(xì)胞的凋亡[22]，而Bcl-2/Bcl-2相關(guān)X蛋白途徑是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的重要機制。因此，GC和GCS能通過直接或間接作用調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的免疫反應(yīng)影響肝細(xì)胞凋亡，在一定程度上決定免疫性肝損傷的結(jié)局。然而，目前關(guān)于肝臟糖鞘脂與肝內(nèi)免疫細(xì)胞生物學(xué)功能的研究較少，且淋巴細(xì)胞在肝臟中的確切發(fā)育分化過程及機制尚未闡明。

3 GC與病毒性肝炎和肝纖維化的關(guān)系

GC等糖鞘脂是一類結(jié)構(gòu)多樣的生物活性分子，其在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及各種疾病的發(fā)病機制中具有重要意義。在肝炎病毒感染期間，病原體能夠利用由鞘脂和其他物質(zhì)組成的脂質(zhì)筏進(jìn)入其感染的宿主細(xì)胞，以完成侵入過程。而病毒性肝炎是導(dǎo)致肝纖維化的主要原因之一，因此，糖鞘脂可能成為肝纖維化的治療靶點。

3.1GC與病毒性肝炎 在慢性肝炎病毒感染者中存在明顯的脂質(zhì)代謝紊亂，而血清鞘脂與慢性肝炎病毒感染所致的肝損傷密切相關(guān)，如機體對抗病毒治療的反應(yīng)會伴隨血清鞘脂水平變化，故鞘脂可能成為慢性病毒性肝炎潛在的血清生物標(biāo)志物[23-24]。如在丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)感染期間，如果HCV脂筏上的非結(jié)構(gòu)蛋白聚集被絲氨酸-棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶的抑制打斷，那么HCV-RNA水平可能會顯著降低。脂質(zhì)作為細(xì)胞膜的主要成分，是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的基石，肝炎病毒從細(xì)胞內(nèi)運輸、出胞和與宿主細(xì)胞膜融合的過程均離不開脂質(zhì)的作用[25]。在肝炎病毒的感染過程中，脂質(zhì)的信號通路能夠影響肝炎病毒的感染過程。即Cer能介導(dǎo)肝細(xì)胞內(nèi)乙型肝炎病毒的傳播和輸出，同時還可參與調(diào)節(jié)HCV的復(fù)制和進(jìn)入宿主細(xì)胞[26]，而Cer抑制劑能有效抑制肝炎病毒的復(fù)制[27]。此外，鞘脂還能通過與免疫細(xì)胞的相互作用促進(jìn)免疫細(xì)胞有效識別，進(jìn)而抑制病毒復(fù)制，如NKT細(xì)胞通過感知乙型肝炎病毒誘導(dǎo)的自身脂質(zhì)來抑制體內(nèi)乙型肝炎病毒復(fù)制[28]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，糖鞘脂(如GC)也能通過激活NKT細(xì)胞增強機體的免疫功能，在抗病毒治療過程中GC還能作為佐劑發(fā)揮重要作用，從而為病毒性肝炎的臨床治療提供有效手段[29]。以上研究表明，肝內(nèi)鞘脂可能與肝臟免疫細(xì)胞共同參與抗肝炎病毒的過程，但具體機制仍不明確。

3.2GC與肝纖維化 肝纖維化可由多種因素引起，其主要特點為細(xì)胞外基質(zhì)在肝實質(zhì)內(nèi)過度沉積。肝星狀細(xì)胞活化被認(rèn)為是肝纖維化發(fā)生的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，是各種病因?qū)е赂卫w維化發(fā)生的共同中心環(huán)節(jié)?；罨蟮母涡菭罴?xì)胞失去維生素A脂質(zhì)，變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，并具有增殖、成纖維和收縮的能力。肝星狀細(xì)胞通過表達(dá)α平滑肌肌動蛋白和過量的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白引起膠原的沉積與降解失衡，因此肝星狀細(xì)胞被認(rèn)為是肝纖維化發(fā)生的策劃者，可作為肝纖維化治療的重要潛在靶點[30]。鞘磷脂酶是參與鞘脂代謝反應(yīng)的溶酶體酶，其能催化細(xì)胞膜上的鞘脂裂解產(chǎn)生Cer；同時，鞘磷脂酶還可促進(jìn)肝星狀細(xì)胞活化，加速肝纖維化進(jìn)程[31]。此外，學(xué)者還觀察到Cer參與非酒精性脂肪性肝病的發(fā)生發(fā)展過程，并可能作為肝纖維化的參考指標(biāo)[32]。

可見，鞘脂家族衍生物可能成為病毒性肝炎感染和肝纖維化的潛在標(biāo)志物，應(yīng)進(jìn)一步評估其作為非侵入性指標(biāo)對病毒性肝炎和肝纖維化的預(yù)測作用。但目前關(guān)于GC/GCS與病毒性肝炎和肝纖維化的直接研究極少，以上研究表明，對鞘脂組學(xué)的深入研究有助于揭示病毒性肝炎和肝纖維化形成的調(diào)控機制，并可為未來治療肝纖維化提供一種切實可行的手段。

4 GCS與肝癌

葡萄糖是維持生命的關(guān)鍵能源，也是絕大多數(shù)生物體內(nèi)最重要的供能形式。癌細(xì)胞是一類高代謝的細(xì)胞，需要消耗大量葡萄糖來獲得能量以維持其生長，因此葡萄糖成為腫瘤組織所需最重要的直接糖類。而GCS是調(diào)節(jié)Cer糖基化的關(guān)鍵酶，Cer與GC或與其他復(fù)雜糖鞘脂之間的失衡可以誘導(dǎo)細(xì)胞惡性生長，或?qū)┘?xì)胞恢復(fù)正常。Cer糖基化的限速酶，特別是GCS能促進(jìn)癌細(xì)胞代謝，有利于癌組織生長。研究顯示，給予GCS抑制劑后，Cer向GC轉(zhuǎn)化減少，Cer積聚在細(xì)胞內(nèi)可以通過與效應(yīng)因子的相互作用直接調(diào)節(jié)細(xì)胞過程，如Cer誘導(dǎo)線粒體激活從而啟動細(xì)胞凋亡[33]。高活性GCS則加速Cer向糖基化轉(zhuǎn)變，從而使癌細(xì)胞凋亡減少并快速增殖[34]。因此，GCS可能是癌細(xì)胞增殖所需的蛋白質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn)，肝癌患者體內(nèi)樹突狀細(xì)胞存在一定的缺陷，不能有效誘導(dǎo)初次免疫應(yīng)答和激活特異性T淋巴細(xì)胞，導(dǎo)致無法充分發(fā)揮抗腫瘤免疫反應(yīng)[35]。研究表明，GCS是T淋巴細(xì)胞的激活劑，活化的T淋巴細(xì)胞通過高表達(dá)γ干擾素激活巨噬細(xì)胞，以發(fā)揮強大的抗腫瘤作用，當(dāng)GCS缺乏時NKT細(xì)胞的激活則受到抑制[36]。另外，在肝癌化療過程中，長期暴露于索拉菲尼耐藥的肝癌細(xì)胞中GCS呈高表達(dá)，GCS促進(jìn)Cer轉(zhuǎn)變成GC，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)GC增多而Cer減少。Cer的積累能增加細(xì)胞毒性，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而Cer的降解則會使細(xì)胞凋亡減少，產(chǎn)生耐藥性。因此，GCS能誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞對索拉菲尼的耐藥；反之，GCS抑制劑能逆轉(zhuǎn)這一情況，一定程度上改善腫瘤患者的臨床結(jié)局[13]。

目前，在肝臟疾病以外的其他疾病中均發(fā)現(xiàn)有鞘脂及其代謝酶的參與，如GCS參與神經(jīng)元分化，缺乏該酶可引起神經(jīng)細(xì)胞功能障礙[37]；在大腸癌和乳腺癌中也發(fā)現(xiàn)GCS過表達(dá)并介導(dǎo)癌細(xì)胞多藥耐藥的現(xiàn)象[38-39]；此外，GCS被認(rèn)為是胚胎發(fā)育所必需的基本物質(zhì)，缺乏GCS的胚胎將不能存活[40]。

5 小 結(jié)

脂質(zhì)分子是結(jié)構(gòu)和功能上多樣化的生物分子，在細(xì)胞生物學(xué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。脂質(zhì)是細(xì)胞膜以及所有基于膜的細(xì)胞器(高爾基復(fù)合體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和囊泡等)的主要成分。不同細(xì)胞的細(xì)胞膜及細(xì)胞器膜功能不盡相同，有的膜在生物體的生長溫度下能獲得最佳的膜性能，如機械強度或膜流動性，有的則是構(gòu)成了物理屏障。因此，生物膜對于維持細(xì)胞和細(xì)胞器的完整性以及在細(xì)胞內(nèi)的獨特空間必不可少。脂質(zhì)代謝涉及眾多的化學(xué)反應(yīng)，但目前關(guān)于脂質(zhì)的研究仍不甚明確。脂質(zhì)構(gòu)成了細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)，而細(xì)胞的存活和發(fā)揮正常功能均有賴于完整的膜結(jié)構(gòu)，故鞘脂作為脂質(zhì)家族成員和細(xì)胞膜的基本組成成分扮演重要角色。GCS作為糖鞘脂代謝的關(guān)鍵控制點，其對細(xì)胞命運起決定性作用。因此，開發(fā)干擾GC及其代謝酶的藥物將有助于肝臟疾病的治療。