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这篇综述聚焦鞘脂及其代谢酶与骨骼健康的关系。详细阐述了神经酰胺（Ceramide）等鞘脂的合成、代谢途径，及其对成骨细胞和破骨细胞的影响，为骨质疏松等骨疾病治疗靶点的开发提供了理论依据。
引言
骨骼是高度动态的矿化组织，在维持肌肉骨骼稳态、保护内脏器官、辅助身体运动以及储存骨髓组织和钙等方面发挥着关键作用。间充质细胞通过软骨内成骨和膜内成骨启动骨形成，之后，骨形成细胞（成骨细胞）、骨支持细胞（骨细胞）和骨吸收多核细胞（破骨细胞）参与终身的骨重塑过程。此外，骨髓干细胞、脂肪细胞、成纤维细胞和免疫细胞也对骨形成和重塑有调控作用。成骨细胞和破骨细胞之间的平衡控制着骨骼的大小、形状、完整性和功能。
近年来研究发现，生物活性脂质参与人体生理和病理过程，包括骨重塑和骨溶解。鞘脂作为一类重要的细胞生物活性脂质，包含超过 4000 种不同的化学实体，可激活多种蛋白靶点，控制细胞生理和疾病功能。其中，神经酰胺（Ceramide）是生物活性鞘脂的前体，与鞘氨醇 - 1 - 磷酸（Sphingosine-1-phosphate，S1P）在细胞功能中发挥相反作用，且它们在骨细胞中的代谢和功能受到多种酶的调控。本综述旨在探讨鞘脂及其代谢酶在骨重塑和病理性骨溶解中的作用，并分析相关治疗策略的潜力。
骨细胞中从头合成神经酰胺的概述
神经酰胺是真核细胞膜的重要组成部分，其在包括骨组织在内的真核细胞中的代谢过程高度保守，主要涉及光滑内质网（sER）、高尔基体和溶酶体。这些细胞器之间的相互作用由共同的从头合成和分解代谢途径网络调控，以响应不同刺激。
L - 丝氨酸氨基酸和棕榈酰辅酶 A 作为神经酰胺合成的基础分子
L - 丝氨酸和长链脂肪棕榈酰辅酶 A（棕榈酸的活化形式）是哺乳动物细胞中通过 sER 内的缩合反应从头合成鞘脂的核心分子。研究表明，L - 丝氨酸处理可使鞘脂代谢正常化，减少长期使用氟西汀导致的动物模型和绝经后妇女的骨质流失。而棕榈酸水平升高会增强核因子 κB 受体激活剂配体（RANKL）刺激的破骨细胞生成，甚至在无 RANKL 时也能诱导破骨细胞分化，同时还会削弱大鼠颅骨细胞的成骨细胞分化和功能。棕榈酸加载会导致促炎性神经酰胺积累，激活破骨细胞中蛋白磷酸酶 2A（PP2A）依赖的去磷酸化和 AKT 通路，不过，线粒体相关膜也可能参与神经酰胺的从头合成，抑制线粒体中神经酰胺的从头合成可恢复与年龄相关的肌肉骨骼组织功能障碍，但目前对线粒体和 sER 中产生的神经酰胺对骨稳态和病理的影响了解有限。
丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）启动鞘脂合成
L - 丝氨酸和棕榈酰辅酶 A 在丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）的催化下缩合形成瞬态中间体 3 - 酮二氢鞘氨醇。SPT 是一个酶复合物，由两个大亚基（由 Sptlc1 和 Sptlc2 或 - 3 编码）和一个位于粗糙内质网膜上的小调节亚基组成，是控制鞘脂从头合成的唯一酶，在鞘脂代谢的稳态和限速波动中起关键调节作用。在真核细胞中，内质网结合的 Orms/ORMDL 和 Nogo-B 蛋白家族是 SPT 活性的负调节因子，可感知细胞内神经酰胺水平；而 ORMDL3 蛋白（ORMDL 异构体之一）的过表达会加速 SPT 活性，促进 RAW264.7 细胞（可作为破骨细胞前体）中神经酰胺的积累，提示 ORMDL/ORMDL3 轴可能调节破骨细胞前体中的神经酰胺水平。
酮鞘氨醇还原酶和神经酰胺合酶控制二氢神经酰胺的生成
3 - 酮二氢鞘氨醇在 3 - 酮鞘氨醇还原酶的作用下立即转化为二氢鞘氨醇（dhSPH），然后由六种神经酰胺合酶（CerS1-6 / 长寿保障蛋白，Lass1-6）之一进行 N - 酰化，形成二氢神经酰胺或神经酰胺。神经酰胺或二氢神经酰胺的形成取决于二氢鞘氨醇或鞘氨醇作为底物，以及具有 14 - 26 个碳原子的饱和或单不饱和脂肪酸。不同的 CerS 对不同的脂肪酰辅酶 A 底物有不同的偏好，会生成具有独特 N - 连接脂肪酸的神经酰胺，如 CerS1 选择性调节 C18 - 二氢神经酰胺的合成，CerS5 和 CerS6 则优先形成 C16 - 二氢神经酰胺。抑制 CerS6、CerS1 和 CerS5 可能是治疗代谢疾病（与炎症性骨溶解加速相关）的有效策略。此外，CerS 酶可能定位于 sER 的不同区域或不同膜（如核膜、线粒体相关膜等），但这还需要进一步研究证实。研究发现，CERS1 的丰度会随着衰老和肥胖诱导的胰岛素抵抗在肌肉骨骼组织中下降，抑制老年小鼠的 CERS1 会削弱肌生成，恶化老年骨骼肌的质量和功能，引发炎症和纤维化的形态学特征。
二氢神经酰胺去饱和酶形成神经酰胺，是鞘脂代谢的中心枢纽
二氢神经酰胺去饱和酶（DES1 或 DES2）可从二氢神经酰胺的脂肪酸链上去除两个氢，在其鞘氨醇主链中形成具有 4,5 - 反式双键的神经酰胺。DES1 几乎在所有细胞的内质网中都有表达，其Δ4 - 去饱和酶活性可插入双键；DES2 仅在皮肤、肾脏和肠道中高表达，具有 C-4 羟化酶活性，能产生具有屏障保护功能的植物神经酰胺。DES1 基因敲除小鼠的骨骼结构正常，但存在体重减轻和生长障碍等生理异常，消融 DES1 可能是治疗代谢疾病的靶点。除了 DES1/DES2 产生的具有 Δ4 - 双键的经典神经酰胺外，脂肪酸去饱和酶 3 型（FADS3）可在 Δ14 位置引入额外双键，生成 d18:2 鞘二烯胺，其水平与性别有关，在 2 型糖尿病女性中平均高出约 30% ，但它在性别相关骨病理中的作用尚不清楚。神经酰胺和二氢神经酰胺都可作为产生复杂鞘脂（如二氢鞘磷脂和二氢葡萄糖神经酰胺）的酶的底物，且不同神经酰胺生物活性鞘脂物种中双键的存在会改变分子的生物物理性质，影响其弹性和堆积行为。
非经典从头合成神经酰胺与骨病理
当 L - 丝氨酸水平较低时，SPT 会以 L - 丙氨酸或 L - 甘氨酸为底物，生成非经典的 1 - 脱氧（甲基）神经酰胺（doxCer）。这类鞘脂在鞘氨醇碱基的伯碳上缺乏羟基（1 - 脱氧神经酰胺）或同时缺乏羟基和亚甲基（1 - 脱氧甲基神经酰胺）。在分解代谢过程中，doxCer 被神经酰胺酶降解为 1 - 脱氧鞘氨醇（1 - 脱氧 SO），但 1 - 脱氧 SO 不能磷酸化形成 S1P，也不能被 S1P 裂解酶裂解为十六碳烯醛，这表明非经典分解代谢途径参与了 doxCer 的降解。有研究认为，1 - 脱氧 SO 与鞘氨醇类似，具有 DES1 引入的 (4E) 双键，且由相同的酶代谢。不过，这些非典型鞘脂在细胞中的含量远低于其他鞘脂。doxCer 可通过激活 caspase 3 和 12 或引起内质网应激等非典型细胞死亡程序来抑制癌症，但也会促进神经病变和细胞功能障碍。血浆中 doxSLs 水平升高与遗传性感觉和自主神经病变 1 型以及 2 型糖尿病的发生发展直接相关，推测其可能也会加速炎症性骨溶解，这需要进一步研究证实。
神经酰胺转运蛋白与骨骼健康
从头合成的神经酰胺主要通过神经酰胺转移蛋白（CERT）在 sER 与反式高尔基体接触位点从 sER 转运到高尔基体，形成鞘磷脂。CERT 能特异性识别天然的 d - 赤型神经酰胺，有效转运天然神经酰胺异构体二氢神经酰胺和植物神经酰胺，以及具有C14?C20酰胺酰基链的各种神经酰胺分子，但对鞘氨醇、鞘磷脂、胆固醇或磷脂酰胆碱的转运没有影响。研究发现，在棕榈酸诱导的脂毒性条件下，敲低 CERT 会损害胰岛素信号传导，而过表达 CERT 可使棕榈酸处理的 C2C12 成肌细胞中的神经酰胺水平降低 4.1 倍，并恢复胰岛素敏感性。然而，CERT 在骨稳态中的作用尚不清楚，有待进一步研究。除了 CERT 依赖的神经酰胺转运，神经酰胺还可通过囊泡运输到顺式高尔基体，在葡萄糖神经酰胺合酶（GCS）的作用下糖基化形成糖神经酰胺，然后由四磷酸衔接蛋白 2（FAPP2）在高尔基体中进一步运输，形成复杂的糖鞘脂和乳糖鞘脂复合物。推测 FAPP2 可能参与介导神经酰胺对包括骨细胞在内的各种哺乳动物细胞的促炎作用。
哺乳动物来源的神经酰胺对成骨和破骨的关键作用
已有研究表明，神经酰胺可作为促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子 -α，TNF-α）下游的第二信使，促进炎症和细胞死亡。在骨生理学和病理学中，神经酰胺和其他鞘脂的作用已被广泛研究。神经酰胺会抑制骨形成，且 C16:0、C18:0、C18:1 和 C24:1 神经酰胺水平升高与骨吸收标志物以及髋部骨折呈正相关，绝经后骨质疏松症的实验小鼠模型中，股骨的神经酰胺水平也会升高。
在骨细胞水平上，低浓度的细胞可渗透的 C2 - 神经酰胺能上调成骨细胞的存活率，但浓度高于10?6M时，会以剂量和时间依赖的方式显著降低成骨细胞的活力。研究还发现，细胞可渗透的 C6 - 神经酰胺能在体外使用 RANKL 刺激的 RAW264.7 细胞加速破骨细胞生成，而细胞不可渗透的 C2 - 和 C6 - 二氢神经酰胺对成骨和破骨细胞生成没有明显影响，这表明真核二氢神经酰胺对骨细胞的作用可能有限。然而，结构独特的细菌来源的二氢神经酰胺（如异 - C17:0 - 二氢神经酰胺 - 1 - 磷酸甘油）能穿透破骨细胞前体的细胞膜，在多种体外和体内模型中显著加速破骨细胞生成，并且会上调细胞内哺乳动物神经酰胺的水平。总体而言，神经酰胺物种会上调破骨细胞生成并抑制成骨细胞生成，但目前对真核和细菌来源的二氢神经酰胺在骨细胞中的作用了解还很有限。
神经酰胺酶对神经酰胺的降解与骨骼健康
神经酰胺和鞘氨醇 - 1 - 磷酸控制着细胞的炎症和抗炎状态，鞘氨醇 - 1 - 磷酸仅由神经酰胺的分解代谢产生，主要受神经酰胺酶的调控。神经酰胺酶（酰基鞘氨醇脱酰酶、糖鞘脂神经酰胺脱酰酶）可从神经酰胺上裂解脂肪酸，生成鞘氨醇，鞘氨醇再被鞘氨醇激酶磷酸化形成鞘氨醇 - 1 - 磷酸。因此，神经酰胺酶控制着骨骼和其他组织中神经酰胺和鞘氨醇 - 1 - 磷酸之间的平衡。神经酰胺酶根据催化活性的最适 pH 值可分为酸性、中性和碱性神经酰胺酶亚型。
酸性神经酰胺酶与骨骼健康
酸性神经酰胺酶是研究最广泛的神经酰胺酶，在生理条件下，它可从巨噬细胞溶酶体中主动分泌到细胞外。酸性神经酰胺酶（aCDase）的编码基因 Asah1 发生基因突变会促进促炎性神经酰胺的积累，导致罕见的法布里病（Farber Disease）。法布里病患者会出现多种骨疾病，如关节附近的骨侵蚀、骨质疏松和不同类型的外周骨溶解。研究发现，牙周骨病变患者的酸性神经酰胺酶 / ASAH1 mRNA 表达降低；但在暴露于牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）攻击的 OECM1 人细胞中，酸性神经酰胺酶又表现出抗炎作用。此外，从牙龈卟啉单胞菌中分离出的一种具有促破骨细胞生成作用的二氢神经酰胺会降低 OECM-1 细胞中酸性神经酰胺酶的表达，加速促炎性神经酰胺的积累。因此，酸性神经酰胺酶在细菌来源的二氢神经酰胺与宿主神经酰胺的相互作用中起着关键作用。研究人员还提出使用重组酸性神经酰胺酶蛋白疗法来降低促炎性神经酰胺水平，升高抗炎性鞘氨醇 - 1 - 磷酸水平，作为一种新的治疗方案。
中性和碱性神经酰胺酶在骨骼健康中的作用
中性神经酰胺酶（ASAH2）在小肠的肠刷状缘表达，在线粒体和 o - 糖基化膜蛋白中被检测到，在牙周病变中未观察到其表达，因此它在控制骨细胞内神经酰胺方面的作用可能有限，但基于中性神经酰胺酶的疗法在控制细胞外神经酰胺介导的骨溶解方面仍可能具有有益效果。
碱性神经酰胺酶由 ACER1、ACER2 和 ACER3 基因编码，定位于 sER、高尔基体或两者。它们在调节哺乳动物细胞中（二氢 / 植物）神经酰胺、鞘氨醇碱基（二氢鞘氨醇、鞘氨醇、植物鞘氨醇）及其磷酸盐的水平方面起着至关重要的作用。ACER1 在角质形成细胞中高表达，对骨生理学和病理学的影响可能有限。ACER2 和 ACER3 在神经酰胺代谢和循环中鞘氨醇 - 1 - 磷酸积累方面的作用已有相关综述讨论，研究表明，人 ACER2 和 ACER3 在调节细胞和组织中不饱和长链神经酰胺水平方面可能具有冗余作用。
鞘氨醇 - 1 - 磷酸的形成和转运如何影响骨骼健康？
鞘氨醇激酶的主要作用是通过磷酸化将鞘氨醇转化为鞘氨醇 - 1 - 磷酸，存在两种同工型（SphK1 和 SphK2），它们催化相同的反应，但亚细胞定位不同。SphK1 主要是一种胞质酶，而 SphK2 定位于细胞核、内质网和线粒体等不同细胞区室。SphK1 刺激细胞生长和存活，而 SphK2 在不同细胞类型中促进细胞凋亡并抑制细胞增殖。研究发现，在 RANKL 诱导的破骨细胞生成过程中，Sphk1 的表达和活性会增加，但 12 周龄小鼠 SphK1 功能缺失对破骨细胞没有明显影响；Sphk2 功能缺失则会导致雄性和雌性小鼠骨密度显著降低（骨质减少表型），表明 Sphk1,2 / 鞘氨醇 - 1 - 磷酸轴通过调节成骨细胞和破骨细胞中的不同信号通路，影响骨代谢平衡，在骨骼中起着至关重要的作用。
细胞内产生的鞘氨醇 - 1 - 磷酸通过几种 ATP 结合盒转运体和非 ATP 依赖的有机离子转运体 spinster 同源物 2（SPNS2）转运出细胞。降钙素可降低破骨细胞上 SPNS2 的表达，减少鞘氨醇 - 1 - 磷酸的分泌；在成骨细胞和软骨细胞分化过程中，SphK 和 SPNS2 上调，抑制鞘氨醇 - 1 - 磷酸信号传导，减少基质矿化。然而，患有脊柱关节炎（特征为骨矿化增加）的患者血清中鞘氨醇 - 1 - 磷酸水平升高，表明其可能加速骨形成。
鞘氨醇 - 1 - 磷酸作为膜 G 蛋白偶联受体 S1PR1 - 5 的配体，以自分泌或旁分泌方式发挥作用，其中 S1PR5 仅在中枢神经系统中表达。多项研究描述了鞘氨醇 - 1 - 磷酸 / S1PR1 - 4 轴在骨形成和重塑中的分子机制。近期研究发现，鞘氨醇 - 1 - 磷酸可通过鞘氨醇 - 1 - 磷酸 / S1PR3 / 血管内皮生长因子（VEGF）信号通路加速骨血管密度，为开发新的促骨合成疗法提供了基础。但 S1PR1/S1PR3 和 S1PR2 激动剂会显著下调成骨基因的表达，抑制 AKT 激活，削弱牙髓细胞的成骨能力；牙龈卟啉单胞菌来源的磷酸乙醇胺二氢神经酰胺可抑制人 OECM-1 细胞中 S1PR3 mRNA 的表达模式。因此，细菌来源的二氢神经酰胺在鞘氨醇 - 1 - 磷酸信号传导在骨形成和重塑中的作用还需进一步研究。总体而言，鞘氨醇 - 1 - 磷酸是破骨细胞和成骨细胞之间的偶联因子，在血管生成中起关键作用。
结论和未来方向
对哺乳动物和细菌来源的生物活性鞘脂的复杂研究正逐渐成为骨生物学的前沿领域，也是骨形成和吸收分子机制研究的重要方向。本综述重点探讨了从头合成神经酰胺和鞘氨醇 - 1 - 磷酸相关酶在骨骼健康中的特定信号作用，强调了非经典 doxCer 在骨病理中的重要性，还讨论了口腔和肠道细菌来源的二氢神经酰胺与哺乳动物神经酰胺在促进破骨细胞生成和骨溶解中的相互作用。深入理解神经酰胺的从头合成和通过神经酰胺降解形成鞘氨醇 - 1 - 磷酸的过程，有望为
