综述：神经酰胺：一类具有重要生物学活性的脂质及其获取策略研究进展

《Antioxidants》：Ceramides: A Biologically Attractive Lipid and Advances in Acquisition Strategies

　　

神经酰胺（Cer）作为生物活性物质，在生物学、医学及日化等领域具有重要研究价值。尤其在日化领域，Cer是护肤品中的核心功能性成分，可改善皮肤干燥与敏感状态，强化角质层屏障功能。其中，超长链Cer可组装致密有序的表皮脂质层，阻断外源性氧化应激，减少细胞内活性氧（ROS）积累，缓解脂质过氧化介导的皮肤屏障损伤；而过量中短链Cer会破坏角质层脂质的有序排列，进一步加剧皮肤氧化应激失衡。这种链长依赖的功能差异反映了构效关系对皮肤生理表型的核心调控作用。Cer的获取对推动其研究与应用具有重要意义，目前尚缺乏全面综述系统介绍Cer的获取途径并探讨不同方法的高效制备策略。Cer及其相关原料可通过微生物发酵、天然提取与化学合成三条主要途径获得。本综述对这三种方法进行了系统对比分析，聚焦该领域的最新研究进展，旨在使研究人员全面了解生物源性Cer制备策略的研究现状。相关研究的探讨将有助于未来绿色合成与规模化生产的优化，进一步推动Cer的广泛应用。

1. 1.
   引言
   神经酰胺（Cer）作为活性鞘脂衍生物，是细胞系统的关键大分子，在膜结构维持与信号通路调控中发挥多效功能。其结构由长链碱基（LCB）通过酰胺键连接脂肪酸（FA）构成，生理特性主要由FA的链长与饱和度决定。根据酰基链长，Cer通常分为四类：中链（C₁₂–C₂₀）、长链（C₂₀–C₂₄）、极长链（C₂₄–C₂₆）与超长链（≥C₂₆）Cer。这类鞘脂在生物学科中展现多维生物活性：生物学层面，其作为凋亡与增殖通路中的信号介质穿越血脑屏障；医学层面，在抗肿瘤、抗病毒应用中展现治疗潜力；皮肤科学层面，通过调节皮肤水合与促进屏障修复维持表皮稳态。

1.1 生物学层面

Cer作为关键活性鞘脂分子家族，广泛参与人体核心生物学过程。凭借独特结构特征与亚型异质性，Cer在跨膜物质转运、细胞信号调控、细胞增殖与凋亡及全身氧化还原平衡调节中发挥不可或缺的作用，是维持生理稳态的核心功能分子。血脑屏障由脑毛细血管内皮细胞、紧密连接、基底膜与星形胶质细胞终足构成，体外模型研究证实植物源Cer具备良好的血脑屏障穿透能力。口服后，其前体葡萄糖神经酰胺（GlcCer）经胃肠道消化酶水解为游离Cer与葡萄糖，跨屏障转运过程中发生鞘脂代谢重塑，Cer参与中枢生理调控。作为关键细胞内信使，神经酰胺衍生物介导细胞间通讯与免疫重编程。鞘脂组学数据显示，神经酰胺-1-磷酸（C1P）的表达特征可直接调控巨噬细胞迁移表型：M1型巨噬细胞中C1P下调会阻碍细胞骨架重塑，削弱迁移潜能，引发细胞滞留，最终干扰炎症反应的动态进程。Cer的鞘脂代谢谱显著调控神经元增殖活性，并与情绪障碍的病理进展密切相关。成年海马区持续发生神经发生，该过程受损是抑郁症的主要易感因素，酸鞘磷脂酶依赖的Cer生物合成通路是抗抑郁药物的核心作用靶点。基因敲除动物模型进一步证实，内皮源C16型Cer可显著抑制神经元增殖，提示鞘脂代谢失调是调控神经发生的新分子机制。Cer还通过线粒体途径调控凋亡级联反应：线粒体外膜上的电压依赖性阴离子通道2（VDAC2）特异性识别并结合Cer分子，是Cer诱导凋亡的核心效应蛋白，分子动力学模拟显示VDAC2缺失可显著阻断Cer驱动的线粒体凋亡，阐明该信号轴的靶向调控机制。值得注意的是，Cer对细胞氧化还原稳态具有碳链依赖的双向调控作用：短链与中链Cer（C16:0、C18:0）通过破坏线粒体电子传递链加剧细胞氧化损伤，促进ROS积累并诱导线粒体碎片化；而由CerS2催化生成的超长链Cer（C22–C24）可拮抗C16:0-Cer在线粒体外膜诱导的孔道形成，稳定膜通透性，减少ROS释放，维持线粒体氧化还原稳态。这两类Cer在线粒体呼吸与膜稳态中发挥功能拮抗效应，共同构成鞘脂调控细胞氧化平衡的分子基础。

1.2 医学层面

作为鞘脂代谢的核心活性分子，Cer通过多层次调控凋亡、病毒复制及氧化-炎症网络，在肿瘤、病毒感染、心血管疾病与神经退行性疾病中展现显著的临床转化潜力。抗肿瘤研究中，Cer介导肿瘤细胞增殖与死亡的平衡，是肿瘤干预的关键脂质靶点，其在乳腺癌治疗中的调控作用已被综述阐明。新辅助策略（包括内分泌治疗、化疗与放疗）可诱导肿瘤细胞内Cer积累进而触发凋亡；尽管不同治疗手段通过差异化分子机制引发Cer蓄积，但Cer依赖性细胞死亡是多种抗肿瘤方案发挥疗效的共同特征。病毒感染过程中，Cer通过重塑宿主鞘脂代谢干扰病毒复制与潜伏周期：甲型流感病毒感染可时间与剂量依赖性升高肺上皮细胞内Cer水平，外源性Cer给药可激活从头合成通路，显著抑制病毒复制并发挥细胞保护作用；而爱泼斯坦-巴尔病毒（EBV）通过降低细胞内Cer含量维持潜伏状态以逃逸宿主清除，Cer水平升高则可激活ERK1/2-CREB通路，上调即刻早期基因，驱动病毒进入裂解周期以实现清除，反映Cer在病毒感染中的双向调控效应。心血管疾病方面，不同酰链长度的Cer亚型影响疾病预后与代谢稳态：血浆C24:0/C16:0-Cer比值是射血分数保留型心力衰竭的独立预后生物标志物——C16:0-Cer发挥促炎与细胞毒性作用，C24:0-Cer则具有保护功能，该比值降低预示心血管死亡与心力衰竭相关住院风险升高。肥胖与2型糖尿病状态下，骨骼肌线粒体-内质网接触位点中C18:0-Cer特异性降低与胰岛素敏感性改善密切相关，提示亚细胞定位的Cer参与代谢相关心血管损伤的调控。

1.3 皮肤生理作用

Cer是维持皮肤生理稳态的核心脂质成分。基于酰链长度分化的结构特征与生物活性，Cer在皮肤屏障形成、角质形成细胞黏附巩固及皮肤氧化应激稳态调控中发挥核心调控作用，是维持正常表皮生理功能的关键功能性脂质。作为皮肤屏障的主要结构组分，角质层由角质形成细胞与细胞间脂质构成，其中Cer、游离脂肪酸与胆固醇共同构建典型的“砖-灰浆”结构，有效阻断外源性有害物质入侵，保障表皮屏障完整性。表皮角化分化过程中，新合成的Cer代谢为GlcCer与鞘磷脂并储存于板层小体；转运至颗粒层与角质层界面后，在β-葡萄糖脑苷脂酶与鞘磷脂酶催化下重新转化为功能性Cer，完成皮肤屏障结构的组装与修复。特应性皮炎的病理特征为皮肤屏障受损，伴随角质层Cer含量与种类的显著异常，这种失调源于脂质合成与降解相关酶的表达、催化活性及空间定位失衡。作为表皮Cer合成的关键限速酶，β-葡萄糖脑苷脂酶催化GlcCer水解生成功能性Cer，实验证实特应性皮炎患者表皮中该酶活性显著降低，直接引发皮肤脂质代谢紊乱与屏障缺陷。除与胆固醇、脂肪酸交联形成致密板层结构外，Cer还通过结合游离水分子在角质层构建保湿网络，稳定皮肤水合状态，这对屏障结构稳定与保湿维持至关重要；此外，Cer通过共价交联机制强化细胞间结构稳定性：角质形成细胞表面存在高度交联的角化包膜，ω-羟基Cer等特定脂质可与包膜相关功能蛋白的谷氨酸残基共价结合，生成稳定的单层角化脂质包膜，显著增强表皮整体致密性。角质层Cer水平降低会显著削弱细胞间黏附，直接导致皮肤干燥、脱屑与鳞屑；Cer含量与皮肤干燥严重程度呈显著负相关，外源性补充Cer可有效增强角质形成细胞黏附，缓解多种干燥性皮肤症状。更重要的是，Cer以环境依赖与结构特异的方式调控皮肤氧化应激，不同酰链亚型的功能结局存在显著差异：表皮内源性富集的超长链Cer组装高度有序的致密脂质层，物理性阻断紫外线、空气污染物等外源性氧化刺激，降低皮肤基础氧化负荷。氧化应激与紫外线辐射可裂解Cer的酰链，导致保护性超长链组分耗竭与损伤性短链Cer异常蓄积，破坏脂质有序排列，增加膜通透性，触发屏障崩解。屏障受损与光损伤状态下，C16-Cer等中短链Cer的病理性蓄积会进一步放大氧化应激与炎症反应，诱导角质形成细胞异常凋亡，加速皮肤光老化、色素沉着与细纹形成。因此，超长链Cer通过稳定皮肤脂质结构拮抗氧化损伤，为皮肤屏障修复与抗氧化护肤应用提供重要理论基础。

1. 2.
   神经酰胺的类型与来源
   Cer是由LCB与FA通过酰化反应形成的化合物。人体中主要存在12种Cer，由3种FA与4种LCB组合而成，根据酰基链长可分为上述四类。Cer的获取途径主要包括微生物发酵、天然提取与化学合成。微生物发酵是近年制备Cer前体化合物的常用方法，通过培养季也蒙毕赤酵母（Pichia ciferrii）、Wickerhamomyces ciferrii与酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等微生物产生四乙酰植物鞘氨醇（TAPS），经脱乙酰化得到植物鞘氨醇（Phyto-Sph），再与不同FA合成目标Cer，但该途径获得的LCB类型有限，仅能生成Phyto-Sph相关Cer。天然提取的Cer可来源于动物与植物，但动物脑源Cer存在疾病传播风险，不适用于化妆品；植物提取则受植物生长周期与季节限制，提取产率较低。化学合成通过系列化学反应分别获取所需FA与各类LCB，再通过酰化反应合成目标Cer，也可不依赖FA与LCB中间体直接合成目标产物。该方法不仅提高Cer产率，还可实现FA与LCB的多样性，在多领域应用中潜力显著。
2. 3.
   神经酰胺的获取
   作为鞘脂代谢通路的关键功能性脂质，不同酰链长度与来源的Cer亚型呈现显著功能分化，植物源Cer还具备特异性血脑屏障穿透能力，各亚型生理功能不可相互替代。标准化、高纯度Cer作为实验底物，是开展中枢神经系统疾病病理机制研究、肿瘤与心血管疾病靶向药理研究及皮肤屏障生理与光老化实验的核心前提。因此，高效的Cer制备与获取体系是系统阐明鞘脂介导调控分子机制、推动中枢神经系统药物、临床靶向药物与皮肤修复制剂临床转化与产业化的核心基础。

3.1 微生物发酵

1927年，Wickerham从土壤中分离出未知酵母并命名为W. ciferrii；1954年，其团队培养该菌株获得交配型菌株NRRL Y-1031，首次从中提取大量晶体，鉴定出四乙酰植物鞘氨醇（TAPS）这一新型化合物。后续研究中，Wickerham团队从NRRL Y-1031交配型菌株中分离出F-60-10菌株，实现TAPS产率0.485 g/L，为首次报道的W. ciferrii发酵产TAPS。研究人员通过多种生物技术优化菌株与发酵条件，获得高产发酵菌株：从亲本菌株NRRL Y-1301中分离出高产发酵生长菌株DSCC 7-25，采用补料分批发酵模式，以酵母-麦芽-甘油培养基（含0.4%酵母提取物、0.4%麦芽提取物、0.5%蛋白胨，初始甘油浓度16%）培养，发酵过程中逐步补加甘油至终浓度180 g/L，同时添加15 mM CaCl₂、0.7%柠檬酸钠与0.5%丝氨酸（钙离子与丝氨酸协同激活丝氨酸棕榈酰转移酶活性，显著促进TAPS合成）。发酵参数为温度25°C、搅拌速率210 rpm、通气速率0.2 vvm、初始pH 7.5、发酵时长108 h。发酵后悬浮液于3–5°C老化48 h促进细胞沉降与产物富集，经有机溶剂提取与硅胶柱色谱纯化后TAPS纯度超过95%。该条件下P. ciferrii菌株DSCC 7-25生长旺盛，生物量与产物产率同步提升，TAPS稳定产率达22.10 g/L，为目前报道的微生物发酵TAPS最高产率。

3.1.1 诱变育种提高神经酰胺前体产率

诱变育种利用物理化学因子诱导生物体遗传变异，经筛选获得新菌株，通过促进生命周期中的基因突变实现菌株改良。物理因子包括X射线与激光，化学因子包括烷化剂与碱基类似物。研究人员采用荧光激活细胞分选（FACS）随机筛选乙基甲磺酸（EMS）诱导的突变酵母文库以提高TAPS产量，建立基于BODIPY与FACS的高通量筛选平台（BODIPY为近红外短波长荧光染料，可作为酵母细胞内TAPS的示踪染料），经多轮筛选获得7株高产突变株（M6、M28、M35、M36、M38、M39、M40），其中M40突变株TAPS产率达103.15 mg/L，较野生株（19.79 mg/L）提升5.23倍。进一步研究显示，培养基pH低于3.5时两株菌生长缓慢，pH调节至5.4后TAPS产量显著升高，M40突变株培养62 h后TAPS产率达1.495 g/L，为野生株（0.973 g/L）的1.54倍，突变株TAPS生产速率29.9 mg/L/h，为野生株（18.7 mg/L/h）的1.6倍。碳源优化实验中，以葡萄糖为碳源时TAPS产量为97.31±4.24 mg/L，以糖蜜为碳源时显著提升至176.43±5.49 mg/L；放大培养中，单独以糖蜜为碳源时酵母初始生长缓慢，采用葡萄糖+糖蜜双碳源时TAPS产量达2.895 g/L，高于单独葡萄糖的2.512 g/L，突变株TAPS生产速率达169.5 mg/L/h，为优化前的5.5倍。发酵产物HPLC分析显示存在三乙酰植物鞘氨醇（TriAPS）等其他化合物，可作为Cer前体。最终Cer前体（TAPS+TriAPS）总产率达5.114 g/L，为亲本菌株（0.284 g/L）的18倍、F-60-10菌株（0.485 g/L）的10.5倍、CSS.L4O.L2.L1.S2突变株（2 g/L）的2.5倍。另有研究通过γ射线辐照W. ciferrii野生株获得高产突变株736，在含10 g/L甘油的YMgISC培养基中摇瓶培养时，突变株TAPS产率达892±97 mg/L，为野生株（442±27 mg/L）的2倍；生物反应器中以130 g/L甘油培养时，突变株120 h内TAPS产量达9.1 g/L，为野生株（1.7 g/L）的5.35倍，为该亲本菌株（0.284 g/L）的32倍、F-60-10菌株（0.485 g/L）的18.8倍。

3.1.2 基因工程提高TAPS产量

通过修饰P. ciferrii中Phyto-Sph合成相关基因，可构建高效微生物表达系统，实现TAPS高产，同时改善菌株生长速率与环境适应性。研究人员通过基因工程改造获得高产TAPS的P. ciferrii突变株：首先删除参与TAPS前体降解的Shm1与Shm2基因（编码L-丝氨酸转羟甲基酶），阻断L-丝氨酸降解，提升前体可用性，菌株TAPS产量达65 mg/g（干重）；随后删除LCB激酶基因Lcb4，阻断LCB磷酸化，使TAPS产量提升78%，同时三乙酰二氢鞘氨醇（TriASa）显著分泌；过表达丝氨酸棕榈酰转移酶亚基Lcb1与Lcb2，并删除鞘脂合成负调控基因Orm12，菌株TAPS产量达178 mg/g（干重）；优化二氢鞘氨醇羟化酶（Syr2）活性以促进Sph向Phyto-Sph转化，减少TriASa生成，最终重组P. ciferrii菌株TAPS产量达199 mg/g（干重），代谢工程突变株CSS.L4O.L2.L1.S2的TAPS产量达2.0 g/L。此外，解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）是鞘脂生产的潜力宿主，研究人员通过共表达源自W. ciferrii的乙酰转移酶SLI1与ATF2，成功构建产TAPS的Y. lipolytica CE3菌株，经培养条件优化，28°C摇床培养时TAPS最高产率达106.15 mg/L；删除CE3菌株中LCB4基因后TAPS产率提升至142.1±10.7 mg/L；以NaOH为pH调节剂（甘油为碳源）时，发酵32 h后TAPS产率达0.25±0.011 g/L，高于NH₄OH调节组的0.16±0.005 g/L；以橄榄油为碳源、28°C培养56 h时TAPS产率达0.65±0.024 g/L，为亲本菌株（0.284 g/L）的2.3倍、F-60-10菌株（0.485 g/L）的1.3倍。

3.1.3 单倍体菌株筛选提高TAPS产量

单倍体筛选通过化学处理使细胞分裂前染色体数目减半，获得单倍体菌株。研究发现W. ciferrii的TAPS产量可能与菌株交配型相关，但不同交配型间的TAPS产量差异显著，提示产量相关遗传因素并非仅由性别决定。高产菌株NRRL Y-1031与F-60-10交配型相同，但TAPS产量显著低于F-60-10。基于此，研究人员推测二倍体W. ciferrii减数分裂过程中的基因重组形成单倍体孢子，进而获得新单倍体交配型菌株DSCC7-25；通过在培养基中添加选择性螯合剂乙二醇四乙酸螯合钙离子，抑制酵母生长，筛选出可在该环境中生长的高产新单倍体菌株。进一步优化发酵条件（温度25°C、搅拌速率210 r/min、pH 7.5），采用补料分批发酵模式逐步补加甘油，最终TAPS产率达14 g/L，为F-60-10菌株（0.485 g/L）的29倍。

上述三种高产TAPS菌株筛选方法中，基因工程靶向性强、修饰精度高，可精准优化代谢通路，但存在技术壁垒高、操作成本高等问题；单倍体育种可实现遗传性状快速纯合，提升筛选精度，但适用菌株范围窄，多作为辅助育种手段，难以独立实现大规模高产提升；诱变育种操作简便、突变谱广、筛选周期短，是短期高效菌株开发的首选方法。但菌株内源性代谢通路仅能生成Phyto-Sph，无法合成人体表皮所需的三种长链碱基骨架（鞘氨醇、二氢鞘氨醇与6-羟基鞘氨醇），因此无法重构12种天然角质层Cer的完整谱，导致与内源性皮肤脂质的相容性存在结构缺陷。TAPS脱乙酰化后的体外酰胺化过程缺乏酰链化学选择性，易生成C16与C18中短链Cer；根据前述构效关系，过量中短链Cer会破坏角质形成细胞间板层结构的有序排列，诱发线粒体功能异常与细胞内ROS过载，协同加剧皮肤氧化负荷与促炎信号级联，导致发酵混合物的屏障修复与自由基清除生物活性存在显著批次差异，无法满足生物活性化妆品原料的定量质量控制阈值。从工艺工业化角度，报道的最高TAPS滴度22.10 g/L仅在5 L实验室规模生物反应器中可重复，放大至百升级中试反应器时，微生物营养生长与鞘脂合成代谢的协同调控受阻，批次间浓度偏差超过35%，损害生产重复性。高甘油补料发酵模式排放高化学需氧量有机废水，配套三废治理设施大幅增加环境治理与运营 overhead，严重阻碍该生物制造管线的工业转化。

3.2 天然提取法获取神经酰胺

随着生物技术优化，W. ciferrii产TAPS的产率稳步提升，但仍处于较低水平，且微生物发酵仅能获得Phyto-Sph前体TAPS。为直接获取多种Cer，研究人员采用提取技术从各类天然生物材料中分离Cer。

3.2.1 动物来源神经酰胺提取

海星广泛分布于全球海洋，其生态环境与生活史特征使其成为多种低分子量化合物的丰富来源，研究发现海星中存在多种鞘脂。研究人员从远东深海海星Ceramaster patagonicus中分离出3种Cer：取3 kg新鲜C. patagonicus切片，以CHCl₃:MeOH=2:1、1:1及EtOH依次提取，合并提取液真空浓缩得残渣159.5 g；以AcOEt:BuOH=2:1与H₂O进行两相分离，有机层真空浓缩得低极性组分51.5 g，以冷丙酮洗脱后经硅胶柱色谱（洗脱剂为CHCl₃、CHCl₃:MeOH=97:3、CHCl₃:MeOH=9:1）获得4个组分；进一步经凝胶柱色谱（梯度洗脱剂为n-己烷:AcOEt:BuOH=6:3:0.1→6:3:0.7，v/v/v）获得6个亚组分，经薄层色谱与高效液相色谱纯化，最终分离得到Cer A（12 mg）及Cer B（2 mg）与未分离的Cer A、C混合物（1.5 mg），总提取率为0.005%，结构鉴定显示这三种Cer由不饱和鞘氨醇与16或17碳α-羟基脂肪酸构成。超临界流体萃取（SFE）是利用超临界流体作为溶剂从液体或固体中萃取特定组分以实现分离的 novel 技术。羊毛作为天然蛋白纤维，主要成分为角蛋白，含外部脂质（羊毛脂）与少量内部脂质（1.5%），其中内部羊毛脂质（IWL）富含胆固醇、游离脂肪酸、胆固醇硫酸酯与Cer，组成与人类毛发或皮肤角质层等其他角质化组织相似，外用可改善皮肤状态，适合作为药物或化妆品制剂的添加剂用于皮肤治疗与护理。为提升Cer提取产率，研究人员采用SFE替代传统方法从羊毛中提取富含Cer的IWL：羊毛经碳酸钠与非离子型聚氟乙烯表面活性剂工业清洗，水洗后机械搅拌去除残留植物材料，干燥后进行提取实验（包括50 mL萃取釜的小试与375 mL萃取釜的放大实验），以乙醇或甲醇（浓度5.0%、7.5%、10.0%）为改性剂，在压力160–250 atm、温度40–60°C、CO₂体积200–350 mL条件下进行萃取，提取物经氮吹浓缩后称重定量；脂质分析前以CHCl₃:MeOH:H₂O=57:12:0.6（v/v/v）洗脱两次分离Cer。结果显示，温度60°C、压力160 atm、CO₂体积250 mL、10%甲醇为改性剂的条件下Cer提取率最高，小试与放大实验的提取率分别为0.30%与0.24%。两种动物来源Cer提取率差异显著，可能与Cer在动物体内的含量百分比不同及羊毛提取过程中的技术优化减少损失有关。

3.2.2 植物来源神经酰胺提取

鉴于动物源Cer的疾病风险，研究人员转向植物提取Cer。长花桉（Euclinia longiflora Salisb.）为Parinari科植物，主要分布于全球热带与亚热带地区，其不同部位在传统医学中用于治疗疟疾与皮肤病。研究人员从该植物叶片中分离出2种Phyto-Sph型Cer：叶片室温阴凉干燥后研磨成粉，以甲醇室温浸提3次，过滤后旋转蒸发真空浓缩得棕色残渣；甲醇提取物经硅胶柱色谱以正己烷/乙酸乙酯梯度洗脱，获得3个主组分，其中S1组分经进一步硅胶柱色谱（正己烷/乙酸乙酯梯度洗脱）分离，结合薄层色谱纯化，最终从0.6 kg叶片中分离得到Cer a（2 mg）与Cer b（5 mg），提取率为0.0012%。另有研究人员从埃及鸢尾根茎粉中分离出2种新型超长链Cer：320 g干燥根茎粉以70%甲醇室温提取，提取物经真空液相色谱（洗脱剂为正己烷、CHCl₃、EtOAc、MeOH）获得4个组分，其中正己烷组分经正己烷/EtOAc梯度洗脱硅胶柱色谱纯化，最终得到Iris amide A与Iris amide B，总质量41 mg，提取率为0.128%。Hypochrysea为Parinari属植物，研究人员从其叶片中分离出Cer：1.81 kg叶片晒干研磨成粉后以甲醇提取，提取物蒸发浓缩得粗残渣183.3 g，取150 g经硅胶真空液相色谱（洗脱剂为正己烷、CH₂Cl₂、乙酸乙酯、CH₂Cl₂:MeOH=9:1、MeOH）获得5个组分，TLC分析后合并C、D组分，经硅胶柱色谱（CH₂Cl₂中MeOH浓度从2.5%梯度增至100%）获得8个亚组分，其中CH₂Cl₂:MeOH=95:5洗脱的亚组分经羟丙基纤维素凝胶过滤纯化，最终得到纯Cer 45 mg，提取率约0.0025%。红菇属（Russula）真菌含Cer，研究人员从Russula austrodelica中分离出3种Cer：683 g新鲜子实体以甲醇室温提取5次，过滤后40°C、180 mb真空浓缩得粗残渣85 g，经溶剂分配（正己烷、乙酸乙酯依次萃取）后，乙酸乙酯组分经硅胶色谱（洗脱剂CH₂Cl₂:MeOH=10:1）与TLC纯化，最终得到3种Cer（Cer1-3），总质量3 g，提取率约0.44%。上述植物提取均依赖溶剂差异，易导致Cer损失。超声辅助提取技术利用超声波的物理效应加速溶剂渗透样品，实现目标化合物快速高效提取；响应面法（RSM）是结合数学与统计方法的建模技术，用于优化实验条件。海水稻为新型耐盐水稻品种，富含矿物质、蛋白质与脂质，其副产品米糠可作为Cer的主要来源。研究人员采用超声辅助提取结合RSM优化海水稻米糠Cer提取工艺：95%乙醇浸泡米糠后超声处理，静置5 min后减压加热过滤，旋转蒸发浓缩；TLC鉴定米糠提取物后硅胶色谱纯化，石油醚萃取，1%纤维素酶42°C、pH 4.5酶解后石油醚洗脱，真空干燥至无残留溶剂得Cer提取物。经单因素实验确定RSM优化范围，最终确定最佳条件为料液比1:5、提取溶剂95%乙醇、提取时间46 min、提取温度46°C，Cer提取率达12.54%，高于传统SFE的8.36±0.03%。

不同植物Cer提取率差异显著，可能与植物中Cer含量百分比及提取技术优化程度有关。海水稻米糠提取率高得益于技术优化减少损失，但植物提取仍面临产率低、植物来源有限的问题。Cer不溶于水，需以有机溶剂为提取溶剂，上述工艺中甲醇最常用，超声辅助提取与SFE也可采用。RSM可用于工艺参数优化，高效确定最佳操作条件，降低实验成本与时间。内源性鞘脂通过溶剂浸渍、超声强化传质与超临界流体洗脱从植物、真菌与动物生物基质中分离，但所有天然提取管线均面临粗脂质组分异质性的核心局限：粗洗脱液同时包含短、中、超长酰基碳链异质性Cer，其摩尔比例随原料产地、物候周期与采收季节剧烈波动。除提取效率低外，这种生物功效的显著批次差异无法满足功效导向皮肤原料的标准化定量质量控制标准。从原料供应与工艺可持续性角度，多数药用木本植物与野生真菌生长周期长，无法实现全年不间断原料供应；海水稻米糠虽产量丰富，但粗脂质提取物杂质谱复杂，需多阶段色谱精制去除干扰杂质，大幅增加下游纯化成本。传统提取工艺大量使用具潜在毒性的卤代烃与短链醇，存在溶剂残留风险，不符合医药与化妆品原料的安全阈值；超临界CO₂提取虽消除溶剂残留隐患，但高压反应釜的巨大资本投入使其在经济上不适用于中小型生产企业。动物源鞘脂底物存在人畜共患病病原体与海洋生物毒素污染等不可修复的生物安全风险，不符合医用敷料与高端功效型化妆品的原料安全准入标准。综上，天然提取获得的Cer仅适用于标注“天然来源”且无屏障修复或抗光老化定量宣称的低端清洁保湿产品，无法满足高性能皮肤修复制剂对鞘脂纯度与生物活性均一性的严苛原料规格要求。

3.3 神经酰胺及相关化合物的化学合成

由于微生物发酵仅能获得Phyto-Sph前体TAPS且天然提取产率低，研究人员积极探索化学合成路径。该路径利用化学反应操作简便、适合规模化生产、产率高、原料成本低等优势，大幅提升Cer产率，还可生产多种Cer前体及其衍生物。

3.3.1 脂肪酸与长链碱基的酰化偶联反应

研究人员合成了新型C10-甲基支链棕榈酸酰化Cer EOS：以10-甲基十六烷酸与亚硫酰氯酰化生成10-甲基十六烷酰氯，与1,3-二醇反应生成单酯，单酯醇羟基氧化为相应酸，最后在偶联剂2-乙氧基-1-乙氧羰基-1,2-二氢喹啉（EEDQ）存在下与商业化Phyto-Sph酰胺化，总产率19%。另有研究采用交叉复分解策略合成Cer AH：丝氨酸经氨基保护、羧基酰胺化与醇羟基保护后，与格氏试剂形成不饱和酮，酮还原与羟基脱保护得不饱和二醇；二醇在N,N'-二琥珀酰亚胺碳酸酯（DSC）与4-二甲氨基吡啶（DMAP）存在下缩合形成环状碳酸酯；十三烷酸经草酰氯转化为Weinreb酰胺后还原为醛，醛经Horner?Wadsworth?Emmons反应生成不饱和酯，还原后经Sharpless不对称环氧化得手性环氧化物；环氧化物醇羟基与TsCl反应生成对甲苯磺酸酯，经碲离子亲核取代生成碲化物，空气中氧化为烯丙醇；烯丙醇与前述环状碳酸酯经烯烃交叉复分解、皂化与碱脱保护反应，生成6-羟基鞘氨醇；氰醇经Pinner反应、烯烃交叉复分解、还原与皂化生成脂肪酸（FA），FA与6-羟基鞘氨醇经酰化偶联得目标Cer AH，总产率26%。该合成以丝氨酸为起始原料制备Cer前体LCB，为Cer全合成研究提供方向。上述合成中Cer EOS产率低于Cer AH，可能与Cer EOS脂肪酸部分碳链更长，合成过程中间体损失更多有关。

3.3.2 脂肪酸衍生物与长链碱基的酰化偶联反应

研究人员合成了超长链Cer EOS：以1,12-二溴十二烷为起始原料，经取代、醇羟基保护、还原与Swern氧化得另一端羟基保护的正十二醛；醛与γ-丁内酯制备的鏻盐经Wittig反应，还原氧化后得碳链延长至16碳的醛；该醛与(15-羧基十五烷基)三苯基溴化鏻经Wittig反应构建超长链不饱和脂肪酸；脂肪酸羧基保护后经双键还原、羟基脱保护与亚油酸经山口反应（Yamaguchi reaction）生成新型超长链脂肪酸衍生物；最后该脂肪酸衍生物与商业化Phyto-Sph经酰化偶联得超长链Cer EOS，总产率2%。该路线采用Wittig与山口反应进行碳链延伸，为Cer全合成研究提供参考。2014年，研究人员合成D-erythro-CER[NDS]：经脱乙酰化得β-酮酯以延长FA链，随后亚硝化与催化氢化得关键中间体甲基2-乙酰氨基-3-氧代十八烷酸酯，该中间体可从初始β-酮酯规模化生产数百公斤，适合工业级制备；中间体经Ru-segphos催化选择性氢化，SOCl₂介导羟基构型翻转，最后经还原、脱乙酰化与酰胺化反应得目标产物。后续研究优化该工艺：选择性氢化步骤采用自主设计双功能催化剂(R,R)-Ts-DENEB（源自磺酰化1,2-二苯基乙二胺），实现不对称转移氢化，无需构型翻转；工艺放大中，以80 kg关键中间体在立式多管串联反应器中反应，得58 kg D-erythro-CER[NDS]，四步总产率47%。

3.3.3 脂肪酸与长链碱基衍生物的酰化偶联反应

研究人员开发了改进的Cer合成路线：采用文献方法保护Phyto-Sph的氨基与末端羟基，所得化合物与SOCl₂反应生成环状硫酸酯；环状硫酸酯在t-丁醇与四丁基碘化铵混合溶液中水解生成LCB衍生物；LCB衍生物首先与脂肪酸在1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺（EDC）催化下偶联，随后脱除羟基保护基得目标Cer，总产率分别为26%（C16）与32%（C18）。另有研究合成二十六烷酸及其衍生Cer：二十六烷酸合成以10-溴-1-癸醇为起始原料，经醇羟基保护、格氏偶联与蒸发水解得二十六烷醇，经Dess-Martin高碘烷氧化与Pinnick氧化得二十六烷酸，总产率37%；Cer合成以二十六-2-烯-1-醇为起始原料，经Swern氧化、偶联反应、取代反应、醇羟基保护、还原得中间体，中间体叠氮基经Staudinger还原为氨基，与二十六烷酸酰胺化后，以四丁基氟化铵（TBAF）脱除羟基保护基得最终Cer，总产率30%。两条路线均涉及醇羟基保护，前者采用叔丁基二苯基氯硅烷（TBDSPCl），需强碱（如咪唑或DMAP）与较长反应时间，可能需加热，操作成本高，且位阻较大，对位阻羟基保护效率较低；后者采用叔丁基二甲基三氯硅烷（TBSOTf），反应活性高，低温下可快速完成硅烷化，位阻小，可有效保护位阻羟基。此外，第一条路线LCB骨架的氨基源自起始原料，第二条路线通过Staudinger反应将叠氮基转化为氨基，为LCB合成中氨基引入提供替代策略。

3.3.4 脂肪酸衍生物与神经酰胺衍生物的酰化偶联反应

研究人员合成了脂肪酸链端含羟基的新型Cer B：以十五内酯为起始原料，经还原与Wittig反应得不饱和醇，经交叉复分解、还原、羟基脱保护与氧化得目标脂肪酸衍生物；LCB衍生物合成以十三醛为起始原料，经格氏反应、加成反应、还原、氨基脱保护与羟基保护得LCB衍生物；LCB衍生物与前述脂肪酸衍生物经酰化偶联，最后以TBAF脱除四个羟基的保护基得Cer B，总产率31%。该路线采用交叉复分解策略实现碳链延伸，以Gerner醛为起始原料合成LCB衍生物，为超长链Cer全合成研究提供思路。

3.3.5 长链碱基的合成

目前LCB主要经生物合成获得，受合成效率限制，有机合成LCB可突破该局限。研究人员以D-呋喃糖为起始原料合成Phyto-Sph：D-核糖经甲磺酰化反应生成D-呋喃核糖苷，经Vasella反应、还原与卡宾反应生成烯烃实现侧链延伸；烯烃经还原、Swern氧化与Horner–Wadsworth–Emmons反应生成不饱和酮，以(R)-Corey–Bakshi–Shibata（CBS）试剂((R)-CBS-Me)与硼烷选择性还原得(2S)-烯丙醇；烯丙醇在标准热条件（K₂CO₃、二甲苯、140°C）下反应生成烯丙基三氯乙酰胺，经硼氢化钠还原得醇，三氯乙酰胺基经碱水解与酸参与脱除得Phyto-Sph，总产率8%。另有研究以D-呋喃甘露糖衍生物为起始原料合成Phyto-Sph：在六甲基二硅叠氮锂（LHMDS）存在下经Wittig反应得烯烃，经还原与甲磺酰化；以HCl/MeOH为反应条件脱除醛保护基得四醇衍生物，高碘酸钠裂解羟甲基得α:β=1:2的异构体混合物，硼氢化钠还原得三醇化合物；三醇中O-甲磺酰基被四甲基胍叠氮化物（TMGA）取代生成叠氮三醇，还原后得Phyto-Sph，总产率57%。还有研究以赤式呋喃骨架为起始原料合成Phyto-Sph：衍生物经Wittig反应、交叉复分解反应与还原得饱和醇，氧化为醛后与2-(二乙氧基磷酰基)乙酸乙酯反应生成不饱和酯，还原后经Overman重排得烯丙基三氯乙酰胺化合物；双键经臭氧分解与还原得含羟基的三氯乙酰胺化合物，最后在盐酸溶液中脱除环己酮与三氯乙酰基得Phyto-Sph，总产率41%。该路线利用赤式呋喃骨架与烯丙醇Overman重排构建LCB骨架，交叉复分解策略延伸碳链，为LCB合成中氨基引入提供高效温和的迁移方法。除Phyto-Sph外，二氢鞘氨醇类Sph也可人工合成：研究人员以(2E)-十二碳烯-1-醇为起始原料，经侧链硅醇促进氮杂环丙烷开环合成N-乙酰二氢鞘氨醇与二氢鞘氨醇，前者总产率26%，后者总产率17%。该路线通过氮杂环丙烷开环将氨基引入LCB链，硅醇促进开环与脱保护构建LCB骨架，为LCB合成工艺缩短路径、提升效率提供参考。

1. 4.
   总结与展望
   Cer作为结构高度多样化的生物活性脂质家族，其酰基碳链长度与长链碱基骨架构型决定的核心构效关系，直接分化其生理功能，是连接基础生物机制、临床疾病干预、皮肤生理修复与原料制造工艺选择的关键理论基础。多维度概述显示：基础生物系统中，Cer可穿越血脑屏障，作为细胞内信号分子调控细胞增殖、凋亡与氧化还原稳态；医学场景中，超长链Cer在肿瘤治疗增敏、抗病毒、心脑血管保护与神经退行性疾病预防中展现潜力，血浆鞘脂比值可作为疾病筛查的无创生物标志物；皮肤生理与化妆品领域，超长链亚型可有序组装角质层脂质双层，实现屏障强化、长效保湿与抗光老化，而中短链Cer则易诱发表皮氧化损伤与炎症反应。不同应用场景对鞘脂碳链谱提出明确方向性需求，这类构效规则也为制备技术筛选提供核心评价标准。长链Cer在多领域发挥 vital 功能：医学层面，超长链Cer减少可诱发慢性疾患及其并发症；化妆品领域，超长链Cer分子缔合能力强，可增加角质层厚度、改善皮肤水合，增强抵御紫外线与细菌等外源刺激的能力，降低红斑、刺痛等敏感反应发生率，同时增厚角质层可储存更多天然保湿因子，缓解干燥脱屑，使皮肤柔软细腻；致密均匀的角质层还可加速表皮微损伤自我修复，降低慢性炎症风险，减少细纹形成以维持皮肤光滑完整。除生产工艺优化、长链Cer合成路线开发与绿色合成转化等主流研究方向外，Cer调控皮肤氧化应激与介导抗氧化能力的构效关联是后续应用开发的另一核心切入点，为功能性护肤与医学修复制剂开发提供全新理论支撑。

系统对比微生物发酵、天然生物提取与化学合成三类主流Cer获取策略，可明确各路径的固有缺陷与应用局限。微生物发酵仅产Phyto-Sph前体TAPS，长链碱基骨架高度受限，无法按需生产全部12种人体表皮Cer及各类功能性超长链亚型；从生物合成机制看，菌株生长速率与内源性鞘脂代谢通路存在天然瓶颈，精细调控难度大，常导致发酵性能不稳定、TAPS产率受限，单位产品制造成本高，阻碍规模化工业供应；温度、湿度、氧浓度、营养物、碳氮比、pH、金属离子等多参数协同精准调控技术难度大，工艺放大过程中产品浓度与纯度批次波动严重，生产稳定性无法保障，极大限制该策略在高端医药与标准化化妆品原料领域的推广。天然动植物提取工艺面临资源可得性、生产效率与生物安全三重约束：富含Cer的动物植物种质资源稀缺，植物原料受物候周期与地理生境限制，难以满足全年稳定供应与大规模市场需求；完整提取流程包含原料预处理、多阶段有机溶剂提取与硅胶柱色谱精制，设备投入与技术壁垒高；生物安全方面，动物源粗Cer提取物存在人畜共患病病原体风险，不符合口服制剂、医用敷料与高端化妆品的原料安全准入标准，大幅压缩适用场景；此外，传统提取大量消耗甲醇、氯仿等有毒卤代烃与醇类溶剂，溶剂回收困难，提取转化率底，资源利用效率低，从环保与规模化生产角度无长期优势。相比之下，化学合成采用可控分步有机转化反应实现长链碱基与脂肪酸结构的定向设计，可精准合成不同碳链长度与骨架类型的Cer，完美匹配靶向应用需求。未来研究需聚焦绿色合成工艺开发（如生物催化与连续流技术结合）、超长链Cer规模化制备及构效关系驱动的精准应用拓展，以推动Cer在医药、化妆品等领域的产业化落地。