编辑推荐：
本文全面综述了真菌鞘脂的生物合成途径及其在真菌生物学过程中的关键作用。鞘脂参与真菌细胞膜形成、细胞生长与死亡、应对外界压力等过程。研究鞘脂有助于理解真菌生理，为抗真菌治疗提供新靶点，还能助力其他真核生物代谢研究。
真菌鞘脂的结构与分类
脂质是一类多样且普遍存在的有机化合物，在生物体内发挥着多种关键功能，甘油磷脂、鞘脂和固醇被视为真核细胞膜中的主要脂质。鞘脂是由鞘氨醇碱基（又称长链碱基，LCB）构成的复杂脂质，在鞘脂生物合成过程中，LCB 通过酰胺键与脂肪酸相连形成神经酰胺（Cer）。Cer 可连接不同的头部基团，从而产生不同的复杂鞘脂。例如，在真菌酸性糖鞘脂中，头部基团可以是肌醇磷酸（肌醇磷酸神经酰胺，IPC）、甘露糖基化肌醇磷酸（甘露糖基肌醇磷酸神经酰胺，MIPC）等；在中性糖鞘脂中，头部基团可以是单己糖（如葡萄糖基神经酰胺，GlcCer；半乳糖基神经酰胺，GalCer）或多己糖基团（如神经孢子糖脂） 。
真菌鞘脂的生物合成
真菌鞘脂的生物合成起始于内质网，以 L - 丝氨酸和棕榈酰辅酶 A 为原料，在丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）蛋白复合物的催化下生成 3 - 酮二氢鞘氨醇（3-ketoDHS）。3-ketoDHS 随后被 3 - 酮鞘氨醇还原酶还原为二氢鞘氨醇（DHS），DHS 是一种鞘氨醇骨架，即 LCB。在真菌中，DHS 可被二氢鞘氨醇 C4 - 羟化酶羟基化，生成植物鞘氨醇（PHS）。
Cer 合酶蛋白复合物催化 PHS 的酰基转移反应，合成植物神经酰胺（PhCers）；同时，DHS 也可被乙酰化生成二氢神经酰胺（DhCers） 。此外，DhCers 在 C4 位羟基化可生成 PhCers，而脂肪酸 2 - 羟化酶可将 DhCers 转化为 2-OH-DhCers，将 PhCers 转化为 2-OH-PhCers 。在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中，一种 P 型铜转运 ATP 酶 Ccc2 参与了 2,x-OH-PhCers（Cers D）的合成。
Cers 可从内质网转移至高尔基体，在高尔基体中，Cers 与磷酸化肌醇通过磷酸二酯键相连，在 IPC 合酶的催化下生成 IPCs。IPCs 可进一步被糖基转移酶糖基化，生成糖基肌醇磷酸神经酰胺（GIPCs）。IPCs 在 IPC 甘露糖基转移酶的作用下被甘露糖化，生成 MIPCs；MIPCs 再经肌醇磷酸转移酶作用，合成甘露糖二肌醇磷酸神经酰胺（M (IP)2Cs） 。
中性糖鞘脂由 DhCers 合成。DhCers 在 DhCer Δ4 - 去饱和酶的作用下，在鞘氨醇骨架的 Δ4 位去饱和，生成 Δ4 - 神经酰胺；Δ4 - 神经酰胺在 Cer Δ8 - 去饱和酶的催化下，进一步去饱和生成 Δ4,Δ8 - 神经酰胺。鞘脂 C9 - 甲基转移酶则催化在鞘氨醇碱基的 C9 位添加甲基，生成 Δ4,Δ8-9 - 甲基神经酰胺（Δ4,Δ8-9-me-ceramides）。Δ4,Δ8-9-me-ceramides 转运至高尔基体后，在 GlcCer 合酶或 Cer 半乳糖基转移酶的作用下，分别转化为 GlcCers 或 GalCers 。
真菌鞘脂的生物学作用
不同真菌的质膜中存在多种鞘脂类物质。在酿酒酵母中，IPCs、MIPCs 和 M (IP)2Cs 含量较高，其中 M (IP)2Cs 最为丰富；在白色念珠菌（Candida albicans）质膜中，IPCs 和 MIPCs 存在，且 IPCs 是主要成分；在丝状真菌粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）质膜中，GlcCer 种类占多数 。
鞘脂参与脂质结构域的形成，脂质筏是由固醇与鞘脂紧密堆积形成的凝聚双层区域，在细胞信号传导、极性和内吞作用中发挥重要功能。例如，在酵母Schizosaccharomyces pombe IMT1、IMT2和IMT3三重缺陷突变体中，由于缺乏主要的复杂鞘脂 MIPCs，导致固醇定位缺陷；在丝状真菌构巢曲霉（Aspergillus nidulans）的神经酰胺 Δ8 - 去饱和酶和 GlcCer 合酶缺陷突变体中，观察到脂质筏定位错误 。
此外，真菌质膜还含有富含鞘脂的结构域，这些结构域是由鞘脂组成的凝胶结构域，可能作为脂质和蛋白质的扩散屏障，维持跨膜质子梯度和离子稳态，稳定质膜 。例如，在酿酒酵母中，Can1p 和 Pma1p 分别定位于不同的膜结构域，Pma1p 所在的膜结构域富含鞘脂，缺乏 M (IP)2Cs 会改变 Pma1p 的膜分布 。
鞘脂的代谢和前体还可通过连接蛋白控制液泡的膜接触位点。例如，在酿酒酵母中，当鞘脂水平因 myriocin 或 AbA 降低时，Ymr160w 介导的液泡与细胞核内质网、线粒体和过氧化物酶体的接触位点增强；在 tricalbin 缺失的酿酒酵母细胞中，PHS 积累会诱导液泡分裂 。鞘脂还参与液泡的形成和融合过程，如在酿酒酵母早期稳定期的液泡中，含有较多的复杂鞘脂；在S. pombe MIPC 甘露糖基转移酶缺陷突变体中，液泡在低渗应激条件下无法正常融合 。
鞘脂生物合成对真菌生长至关重要，抑制 SPT、Cer 合酶、IPC 合酶或 GlcCer 合酶等会抑制多种真菌的生长。例如，在禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）中，缺失参与 Cer 生物合成的基因会显著降低菌丝生长；在酿酒酵母中，缺乏酸性糖鞘脂会导致细胞分离缺陷 。然而，外源性鞘脂可能抑制酵母生长，如 LCB PHS 对酿酒酵母生长有负面影响 。
GlcCers 在真菌生长中作用显著。在新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）中，GlcCers 上甲基的缺失会导致生长停滞；在细胞分裂时，GlcCers 在细胞壁的含量增加，添加 GlcCer 抗体可抑制细胞出芽和生长；在丝状真菌中，GlcCers 参与菌丝生长，如构巢曲霉中，GlcCers 的 LCB Δ8 去饱和和 C9 甲基化对生长很重要 。
不同真菌中，神经酰胺和复杂鞘脂以不同方式参与生长过程。在S. pombe中，Lac1 Cer 合酶对产生长链 PhCers 有偏好，且对细胞生长的正常调控至关重要；在白色念珠菌中，Lag1 的缺失会导致生长和菌丝形态发生严重缺陷，Lag1 主要合成参与生成含肌醇鞘脂的 Cers；在构巢曲霉中，Lag1 的同源物 BarA 产生的特定 Cers 池对菌丝尖端组织很重要 。
复杂鞘脂对真菌的产孢、孢子形成和萌发也很关键。在烟曲霉（Aspergillus fumigatus）中，蛋白激酶 YpkA 缺失会导致 DhCers、Cers、GlcCers 减少，IPCs 增加，进而影响生长和产孢；在粗糙脉孢菌和稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）中，缺失参与 GlcCer 生物合成的酶会影响生长和产孢；在胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）中，抗 GlcCers 单克隆抗体可阻断分生孢子向菌丝的分化 。
鞘脂参与细胞死亡过程。在构巢曲霉中，LCBs PHS 和 DHS 可诱导细胞凋亡，表现为 DNA 快速凝聚、碎片化和磷脂酰丝氨酸暴露；在光滑念珠菌（Candida glabrata）和烟曲霉中，鞘氨醇可直接作用于线粒体，导致细胞色素 C 释放，这是细胞凋亡的标志；在毕赤酵母（Pichia pastoris）中，Cers 和鞘氨醇在衰退期增加，可能与细胞凋亡有关 。
未折叠蛋白反应（UPR）是内质网感知蛋白折叠保真度的信号转导途径，监测异常积累的未折叠或错误折叠蛋白所诱导的细胞应激 。研究表明，Cers 可调节 UPR。在sec14-1ts和tlg2缺失的酵母突变体中，高 DhCer 和 PhCer 水平与 UPR 失败相关，当删除KES1或存在神经酰胺酶时，DhCer 和 PhCer 水平下降，UPR 重新激活；当删除SIT4时，UPR 活性恢复，说明 Cers 可通过 Sit4 蛋白发挥作用 。在酿酒酵母中，Isc1 磷脂酶缺失会导致 UPR 诱导，这需要含 VLCFA 的 PhCers，表明神经酰胺代谢、膜稳态和 UPR 之间存在关联 。
真菌鞘脂在适应压力中的作用
在酿酒酵母中，Isc1 磷脂酶缺失会导致对过氧化氢的敏感性增加，缩短细胞寿命并增加凋亡细胞死亡，说明 Isc1 磷脂酶在调节细胞氧化还原稳态中起重要作用 。在酿酒酵母中，M (IP)2C 生物合成的上调会导致对氧化应激的超敏反应和寿命缩短，而缺乏 M (IP)2Cs 的菌株对过氧化氢的抗性增加，寿命延长 。在粗糙脉孢菌中，研究发现 GlcCer 合成途径的不同中间产物可调节对超氧阴离子和羟基自由基的敏感性，但对有机氢过氧化物无调节作用；在稻瘟病菌中，Δ4 - 去饱和酶（DES1）缺失的突变体对过氧化氢的抗性比野生型更强，说明中性糖鞘脂途径在调节氧化应激敏感性中起作用 。
在酿酒酵母中，缺乏鞘脂的菌株在低 pH 条件下无法生长；在酵母S. cerevisiae和Zygosaccharomyces bailii用乙酸处理后，鞘脂（Cers、IPCs、MIPCs 和 M (IP)2Cs）含量普遍增加；在尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）中，胞质酸化会导致 LCB 鞘脂 DHS 增加 。在酿酒酵母中，虽然自身不能合成 GlcCers，但暴露于来自Aspergillus kawachii的 GlcCers 后可适应碱性条件 。
在酿酒酵母中，鞘脂缺乏的菌株无法承受热激 。在多种真菌中，温度变化会导致鞘脂水平改变。在Rhizomucor tauricus和Myceliophtora thermophila中，热激后膜鞘脂含量增加，同时磷脂和固醇含量也发生变化；在酿酒酵母中，温度从 24℃升高到 39℃，Cers 显著增加，DHS 和 PHS 也短暂增加；在米曲霉（Aspergillus oryzae）中，编码 IPC 合酶的基因AoAUR1在 22℃和 42℃时表达下调，抑制该基因可增加米曲霉对温度胁迫的耐受性 。在不同酵母菌株中，C18-LCB 分子种类与较低生长温度相关，C20-LCB 分子种类在较高温度下产生更多，且 IPC 含量随温度升高而增加，M (IP)2C 含量则下降 。在Kluyveromyces lactis中，15℃时脑苷脂水平显著低于 25℃或 35℃，其中 9 - 甲基支链对维持低温环境下的膜流动性至关重要 。
在酿酒酵母中，当 TORC1（雷帕霉素靶蛋白复合物 1）因氮饥饿被抑制时，会刺激 SPT 下游复杂鞘脂的合成，表明这是对氮饥饿的生理反应 。在S. pombe中，氮限制条件下，MIPCs 对质膜定位的氨基酸转运蛋白的内吞作用很重要，MIPC 缺陷突变体中转运蛋白从质膜到液泡的分选严重受损，脂质筏也不稳定 。在酿酒酵母中，TORC2（雷帕霉素靶蛋白复合物 2）-Ypk1（AGC 家族蛋白激酶）信号通路和鞘脂（如 IPCs、LCBs 和 Cers）的生物合成对 Aft1（参与铁稳态的转录因子）的核定位很重要，当 TORC2-Ypk1 受损时，外源性添加 LCB DHS 可部分抑制 Aft1 核定位缺陷和缺铁时的转录反应 。在酿酒酵母中，氨基酸或葡萄糖饥饿条件下，删除钙释放通道 Csg2 会增加内质网中的钙水平，干扰 IPC 合酶的稳定性，导致生物活性鞘脂 PHS 积累，阻断自噬并诱导饥饿抗性丧失 。
在白色念珠菌中，低氧会导致包括鞘脂在内的多种脂质类别增加，这是由于许多基本代谢途径（如糖酵解）的动态重编程 。在重组毕赤酵母中，低氧条件下鞘脂途径高度上调，Cers 中甲基化部分增加，二不饱和和三不饱和 LCB 部分减少，低氧还影响含肌醇鞘脂，减少 C42 物种的相对含量，增加 C44 物种的含量 。
在S. boydii中，myriocin 处理会使细胞对 5% NaCl 更敏感，表明鞘脂含量降低会导致质膜更脆弱；而 PPMP（GlcCer 合成抑制剂）虽也影响膜完整性，但不改变对 NaCl 的敏感性 。在酿酒酵母中，过表达ELO2（参与 VLCFAs 生物合成）可增加细胞在 1.0 M NaCl 中的存活率，且复杂鞘脂中长酰基链的种类（如 IPC t18:0/26:0、MIPC t18:0/22:0 (2OH) 等）水平更高，说明这些复杂鞘脂可能增强膜完整性和脂质筏结构，促进渗透胁迫耐受性 。在稻瘟病菌中，DhCer Δ4 - 去饱和酶 1 突变体在渗透胁迫（0.7 M NaCl）下的生长速率比野生型和互补菌株更高，表明该酶对稻瘟病菌的渗透胁迫抗性有调节作用 。在Cenococcum geophilum中，耐旱菌株在聚乙二醇诱导的干旱胁迫下，会上调编码鞘脂代谢途径酶（如鞘氨醇羟化酶和神经酰胺酶）的基因，说明鞘脂代谢是该真菌缓解干旱胁迫的重要途径 。
在白色念珠菌中，myriocin 可增强氟康唑（一种针对麦角固醇的抗真菌药物）的活性，这是通过阻断外排泵 Cdr1 的膜定位实现的，Cdr1 参与氟康唑的解毒过程 。在表达白色念珠菌外排泵 Cdr2（与 Cdr1 同源）的酿酒酵母中，IPC 合酶抑制剂 AbA 可增强氟康唑的活性 。在新型隐球菌中，AbA 抑制 IPC 合酶可增加两性霉素 B 的作用，这是因为 IPC 与麦角固醇的亲和力比两性霉素 B 更高，存在竞争关系 。在耳念珠菌（Candida auris）中，亚致死浓度的 myriocin 可增加其对两性霉素 B 的敏感性 。
总结
鞘脂是一类高度多样的化合物，复杂糖鞘脂是真菌细胞生理学的关键组成部分，在质膜结构尤其是结构域形成中发挥重要作用；LCB/Cers 则在细胞信号传导中起重要作用。鞘脂影响真菌的多种生物学过程，包括蛋白质折叠、蛋白质锚定与活性调节、液泡形态维持、细胞分裂、生长和死亡等。同时，鞘脂在真菌适应各种压力的过程中也起着关键作用。
对鞘脂的研究不仅有助于深入理解真菌生理学，为优化未来工业应用提供理论基础，还能在抗真菌治疗方面发挥重要作用。面对日益严重的耐药问题，鞘脂有望成为新的抗真菌治疗靶点。鞘脂与固醇抑制剂之间的协同抗真菌活性，在动物医学和植物保护策略中具有潜在应用价值。此外，由于真核细胞在代谢过程中存在一定的保守性，对真菌鞘脂代谢的研究，尤其是对模式酵母酿酒酵母的研究，有助于深入了解其他真核生物的代谢过程，包括人类代谢紊乱疾病的研究。例如，最近利用酵母模型研究人类半乳糖血症，发现鞘脂代谢和 UPR 在该疾病中可能发挥作用。未来，借助基因组编辑技术、脂质组数据库的扩展以及新的真菌鞘脂代谢数学模型的建立，有望更深入地研究和预测鞘脂在各种物种中的作用。
