鞘脂：特征，功能，基团，合成 - 生物学 - 2025

该鞘脂是生物膜的脂质的三大家族之一。像甘油磷脂和固醇一样，它们是具有亲水性极性区域和疏水性非极性区域的两亲性分子。

它们由Johann LW Thudichum于1884年首次描述，他描述了三种鞘脂（鞘磷脂，脑苷脂和小脑硫酸酯），它们属于已知的三种不同类别：磷酸鞘脂，中性和酸性糖鞘脂。

亚历杭德罗·波尔图（Alejandro Porto），通过Wikimedia Commons

与甘油磷脂不同，鞘脂不是以3-磷酸甘油分子为主要骨架，而是衍生自鞘氨醇的化合物，鞘氨醇是具有通过酰胺键连接的长烃链的氨基醇。

就复杂性和多样性而言，已知至少五种不同类型的鞘脂用于哺乳动物的鞘脂。这些碱基可以由20多种不同类型的脂肪酸连接在一起，这些脂肪酸具有不同的长度和饱和度，而且可能会出现极性基团的许多变化。

生物膜含有约20％的鞘脂。这些在细胞中具有从结构到信号转导以及对不同细胞通信过程的控制的各种重要功能。

这些分子的分布根据发现它们的细胞器的功能而变化，但是通常质膜的外单层中的鞘脂的浓度比内单层和其他隔室中的鞘脂的浓度高得多。

在人类中，至少有60种鞘脂。它们中的许多是神经细胞膜的重要组成部分，而其他一些则起重要的结构作用或参与信号转导，识别，细胞分化，发病机制，程序性细胞死亡等。

Ë structura

鞘脂的一般结构。LHcheM，来自Wikimedia Commons

所有鞘脂均衍生自L-丝氨酸，L-丝氨酸与长链脂肪酸缩合形成鞘氨醇碱基，也称为长链碱基（LCB）。

最常见的碱基是鞘氨醇和鞘氨醇，它们仅在鞘氨醇脂肪酸的碳原子4和5之间存在反式双键时才彼此不同。

鞘氨醇的碳1、2和3在结构上类似于甘油磷脂的甘油碳。当脂肪酸通过酰胺键连接到鞘氨醇的碳2上时，就会产生神经酰胺，该神经酰胺与二酰基甘油非常相似，是最简单的鞘脂。

构成这些脂质的疏水区的长链脂肪酸可以非常多样化。长度从14到22个碳原子不等，可以具有不同的饱和度，通常在4和5个碳之间。

在4或6位，它们可以具有羟基和在其他位置或什至是支链例如甲基上的双键。

特点

通过酰胺键连接到神经酰胺的脂肪酸链通常是饱和的，并且倾向于比甘油磷脂中发现的更长，这似乎对其生物活性至关重要。

鞘脂骨架的显着特征是它们在中性pH值下可以具有净正电荷，这在脂质分子中很少见。

但是，与简单的胺相比，氨基的pK a低，介于7和8之间，因此该分子的一部分在生理pH下不带电荷，这可以解释它们在氨基酸之间的“自由”运动。双层。

鞘脂的传统分类源自神经酰胺分子可以经历的多种修饰，特别是在极性头基的取代方面。

特征

鞘脂在动物，植物和真菌以及某些原核生物和病毒中必不可少。

-结构功能

鞘脂调节膜的物理性质，包括其流动性，厚度和曲率。调节这些特性还使其直接影响膜蛋白的空间组织。

在脂质“筏”中

在生物膜中，可以检测到流动性较小的动态微区，该微区由胆固醇和称为脂筏的鞘脂分子组成。

这些结构是天然存在的，并且与整合蛋白，细胞表面受体和信号蛋白，转运蛋白以及其他具有糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚点的蛋白密切相关。

-标牌功能

它们具有充当第二信使或细胞表面受体分泌配体的信号传导分子的功能。

作为次级信使，它们可以参与钙稳态，细胞生长，肿瘤发生和凋亡抑制的调节。此外，许多整合膜和外周膜蛋白的活性取决于它们与鞘脂的结合。

细胞与细胞及其周围环境之间的许多相互作用取决于鞘脂的不同极性基团暴露于质膜的外表面。

鞘糖脂和凝集素的结合对于髓磷脂与轴突的结合，嗜中性粒细胞与内皮的粘附等至关重要。

新陈代谢的副产物

最重要的信号鞘氨醇是长链碱基或鞘氨醇和神经酰胺，以及它们的磷酸化衍生物，例如鞘氨醇1-磷酸。

许多鞘脂的代谢产物激活或抑制多个下游靶标（蛋白激酶，磷蛋白磷酸酶等），这些靶标控制复杂的细胞行为，例如生长，分化和凋亡。

-作为膜中的受体

一些病原体使用鞘糖脂作为受体来介导它们进入宿主细胞或向它们传递毒力因子。

鞘脂已显示参与多种细胞事件，例如分泌，内吞，趋化性，神经传递，血管生成和炎症。

它们也参与膜运输，从而响应于不同的刺激而影响受体内在化，分泌囊泡的运动，融合和融合。

鞘脂类

鞘脂有3个子类，它们均衍生自神经酰胺，并且在极性基团上彼此不同，即：鞘磷脂，糖脂和神经节苷脂。

鞘磷脂

鞘脂蛋白。黑色：鞘氨醇。红色：磷酸胆碱。蓝色：脂肪酸。

它们含有磷酸胆碱或磷酸乙醇胺作为极性头基，因此它们与甘油磷脂一起被分类为磷脂。当然，它们在三维结构和一般性质上类似于磷脂酰胆碱，因为它们的极性头上没有电荷。

它们存在于动物细胞的质膜中，在髓磷脂中尤为丰富，髓鞘是一种包围并隔离某些神经元轴突的鞘。

中性糖脂或鞘糖脂（不收费）

糖脂 Wpcrosson，来自Wikimedia Commons

它们主要存在于质膜的外表面，并具有一种或多种糖作为极性头基，直接与神经酰胺部分碳1的羟基相连。它们没有磷酸基团。由于它们在pH值为7时不带电荷，因此被称为中性糖脂。

脑苷具有连接至神经酰胺的单个糖分子。在非神经组织细胞的质膜中发现了含有半乳糖的半乳糖。糖苷是具有两种或更多种糖的糖鞘脂，通常为D-葡萄糖，D-半乳糖或N-乙酰基-D-半乳糖胺。

酸性神经节苷脂或糖鞘脂

神经节苷脂GM1的结构

这些是最复杂的鞘脂。它们具有寡糖作为极性头基和一个或多个末端的N-乙酰基山酰胺酸残基，也称为唾液酸。唾液酸在pH 7时使神经节苷脂带有负电荷，这使它们与中性鞘糖脂区分开来。

这类鞘脂的命名法取决于极头寡糖部分中存在的唾液酸残基的数量。

合成

长链碱基分子或鞘氨醇在内质网（ER）中合成，极性基团添加到这些脂质的头部会在高尔基复合体中稍后发生。在哺乳动物中，线粒体中也可以发生鞘脂的一些合成。

在高尔基体中完成它们的合成后，鞘脂通过小泡介导的机制被转运到其他细胞区室。

鞘脂的生物合成包括三个基本事件：长链碱基的合成，脂肪酸通过酰胺键的结合进行神经酰胺的生物合成，最后通过鞘脂基的碳1上的极性基团的并合关系。

除了从头合成外，鞘脂还可以通过长链碱基和神经酰胺的周转或再循环而形成，它们可以喂入鞘脂库。

神经酰胺骨架的合成

神经酰胺是鞘脂的骨架，其生物合成始于棕榈酰辅酶A分子和L-丝氨酸的脱羧缩合反应。该反应由异二聚体丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）催化，该酶取决于磷酸吡ido醛，产物为3-酮二氢鞘氨醇。

该酶被β-卤代-L-丙氨酸和L-环丝氨酸抑制。在酵母中，它由两个基因编码，而在哺乳动物中，该酶有三个基因。活性位点位于内质网的细胞质侧。

在所有研究的生物中，第一种酶的作用都是保守的。但是，分类单元之间的差异与酶的亚细胞位置有关：细菌是细胞质的，酵母，植物和动物的是内质网的。

随后，NADPH依赖性的3-ketosphinganine还原酶将3-ketosphinganine还原，生成sphinganine。然后使二氢神经酰胺合酶（鞘氨醇N-酰基转移酶）乙酰基鞘氨醇生成二氢神经酰胺。然后由二氢神经酰胺去饱和酶/还原酶形成神经酰胺，其在4-5位插入反式双键。

在哺乳动物中，神经酰胺合酶有许多同工型，每种同工型都将特定的脂肪酸链结合到长链碱基上。因此，神经酰胺合酶和其他酶（延伸酶）为鞘脂中的脂肪酸提供了多样性的主要来源。

特定的鞘脂形成

鞘磷脂通过磷酸胆碱从磷脂酰胆碱转移至神经酰胺，释放出二酰基甘油来合成。该反应连接鞘脂和甘油磷脂信号通路。

磷酸乙醇胺神经酰胺由磷脂酰乙醇胺和神经酰胺以类似于鞘磷脂合成的反应合成，一旦形成，就可以被甲基化为鞘磷脂。肌醇磷酸神经酰胺通过磷脂酰肌醇的酯交换反应形成。

糖鞘脂主要在高尔基体中被修饰，其中特定的糖基转移酶参与神经酰胺骨架亲水区域中寡糖链的添加。

代谢

鞘脂的降解是通过葡糖水解酶和鞘磷脂酶进行的，它们负责去除极性基团的修饰。另一方面，神经酰胺酶从神经酰胺中再生长链碱基。

神经节苷脂被一组溶酶体酶降解，该酶催化逐步除去糖单元，最终产生神经酰胺。

另一个降解途径包括鞘脂在鞘内囊泡中的内在化，这些鞘脂被送回质膜或转运至溶酶体，在溶酶体中它们被特定的酸水解酶降解。

并非所有的长链碱基都可以回收，内质网具有使其最终降解的途径。这种降解机制由LCB的磷酸化而不是酰化组成，从而产生信号分子，这些信号分子可以作为裂解酶的可溶底物，裂解酶裂解LCBs-磷酸以生成酰醛和磷酸乙醇胺。

规

这些脂质的代谢受到不同程度的调节，其中之一是负责合成的酶，其翻译后修饰及其变构机制。

一些调节机制是细胞特异性的，以控制产生它们的细胞发育的时刻或响应特定信号。

参考文献

1. Bartke，N.，&Hannun，Y.（2009年）。生物活性鞘脂：代谢和功能。脂质研究杂志，50，19。
2. Breslow，DK（2013）。内质网中及以上的鞘脂稳态。冷泉港生物学视角，5（4），a013326。
3. Futerman，AH和Hannun，YA（2004）。简单鞘脂的复杂生活。EMBO报告，5（8），777-782。
4. 哈里森，PJ，邓恩，T。和坎皮比亚诺，DJ（2018）。人和微生物中鞘脂的生物合成。天然产品报告，35（9），921–954。
5. Lahiri，S.和Futerman，AH（2007）。鞘脂和糖鞘脂的代谢和功能。细胞与分子生命科学，64（17），2270-2284。
6. Lodish，H.，Berk，A.，Kaiser，CA，Krieger，M.，Bretscher，A.，Ploegh，H.，Martin，K.（2003）。分子细胞生物学（第5版）。Freeman，WH&Company。
7. Luckey，M.（2008年）。膜结构生物学：具有生化和生物物理基础。剑桥大学出版社。取自www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill，AH（2011）。鞘脂激素时代的鞘脂和糖鞘脂代谢途径。化学评论，111（10），6387-6422。
9. 尼尔森（DL）和考克斯（MM）（2009）。Lehninger生物化学原理。欧米茄版（第5版）。
10. Vance，JE和Vance，DE（2008）。脂质，脂蛋白和膜的生物化学。在《新综合生物化学》第36卷（第4版）中。爱思唯尔。