Керамиды представляют собой семейство молекул восковых липидов . Церамид состоит из сфингозина и жирной кислоты , соединенных амидной связью . Керамиды обнаруживаются в высоких концентрациях в клеточной мембране эукариотических клеток, поскольку они являются компонентом липидов, составляющих сфингомиелин , один из основных липидов в липидном бислое . [1] Вопреки предыдущим предположениям о том, что церамиды и другие сфинголипиды , обнаруженные в клеточной мембране, являются чисто поддерживающими структурными элементами, церамиды могут участвовать в различных клеточных передачах сигналов : примеры включают регулирование дифференцировки , пролиферации и запрограммированной клеточной смерти (PCD) клеток .
Слово церамид происходит от латинского слова cera ( воск ) и амида . Керамид является компонентом первородной смазки , воскообразного или сыроподобного белого вещества, покрывающего кожу новорожденных детей.
Существует три основных пути образования церамидов. Во-первых, сфингомиелиназный путь использует фермент для расщепления сфингомиелина в клеточной мембране и высвобождения церамида. Во-вторых, путь de novo создает церамиды из менее сложных молекул. В-третьих, на пути «спасения» сфинголипиды, которые расщепляются до сфингозина , повторно используются путем реацилирования с образованием церамида.
Гидролиз сфингомиелина катализируется ферментом сфингомиелиназой . Поскольку сфингомиелин является одним из четырех распространенных фосфолипидов , обнаруженных в плазматической мембране клеток, значение этого метода получения церамидов заключается в том, что клеточная мембрана является мишенью внеклеточных сигналов, ведущих к запрограммированной гибели клеток. Были проведены исследования, предполагающие, что когда ионизирующее излучение вызывает апоптоз в некоторых клетках, излучение приводит к активации сфингомиелиназы в клеточной мембране и, в конечном итоге, к образованию церамидов. [2]
Синтез церамидов de novo начинается с конденсации пальмитата и серина с образованием 3-кето-дигидросфингозина. Эта реакция катализируется ферментом серинпальмитоилтрансферазой и является лимитирующей стадией пути. В свою очередь, 3-кето-дигидросфингозин восстанавливается до дигидросфингозина , за которым затем следует ацилирование ферментом (дигидро)церамидсинтазой с образованием дигидроцерамида. Конечная реакция образования церамида катализируется дигидроцерамиддесатуразой . Синтез церамидов de novo происходит в эндоплазматическом ретикулуме . Впоследствии церамид транспортируется в аппарат Гольджи либо посредством везикулярного транспорта, либо посредством белка-переносчика церамидов CERT. Попав в аппарат Гольджи, церамид может далее метаболизироваться до других сфинголипидов , таких как сфингомиелин и сложные гликосфинголипиды . [3]
Конститутивная деградация сфинголипидов и гликосфинголипидов происходит в кислых субклеточных компартментах, поздних эндосомах и лизосомах с конечной целью производства сфингозина. В случае гликосфинголипидов экзогидролазы, действующие при оптимальном кислом pH, вызывают ступенчатое высвобождение моносахаридных единиц с концов олигосахаридных цепей, оставляя только сфингозиновую часть молекулы, которая затем может способствовать образованию церамидов. Церамид может дополнительно гидролизоваться кислой церамидазой с образованием сфингозина и свободной жирной кислоты, которые в отличие от церамида способны покидать лизосому. Длинноцепочечные сфингоидные основания, высвобождаемые из лизосомы, могут затем повторно войти в пути синтеза церамида и/или сфингозин-1-фосфата . Путь спасения повторно использует длинноцепочечные сфингоидные основания для образования церамида под действием церамидсинтазы. Таким образом, члены семейства церамидсинтаз, вероятно, улавливают свободный сфингозин, высвобождаемый из лизосомы, на поверхности эндоплазматического ретикулума или в мембранах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом. По оценкам, путь спасения составляет от 50% до 90% биосинтеза сфинголипидов. [4]
Как биоактивный липид, церамид участвует в различных физиологических функциях, включая апоптоз , остановку роста клеток, дифференцировку, старение клеток , миграцию клеток и адгезию. [3] Роль церамида и его последующих метаболитов также была предложена в ряде патологических состояний, включая рак , нейродегенерацию , диабет , микробный патогенез, ожирение и воспаление . [5] [6]
Несколько различных церамидов эффективно предсказывают серьезные неблагоприятные сердечно-сосудистые события (MACE), а именно C16:0, C18:0 и C24:1, хотя C24:0 имеет обратную зависимость. [7] [8] C16-C18 вредны для печени. [7] Уровни церамидов положительно коррелируют с воспалением и окислительным стрессом в печени, а возникновение и прогрессирование неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) связано с повышенным содержанием церамидов в гепатоцитах . [8] Было показано, что диетическое потребление насыщенных жиров увеличивает уровень церамидов в сыворотке крови и повышает резистентность к инсулину . [7] Хотя первоначальные исследования показали повышенную резистентность к инсулину в мышцах, последующие исследования также показали повышение резистентности к инсулину в печени и жировой ткани . [8] Вмешательства, которые ограничивают синтез церамидов или усиливают деградацию церамидов, приводят к улучшению здоровья ( например, снижению резистентности к инсулину и уменьшению жировой болезни печени ). [7]
Церамиды вызывают резистентность скелетных мышц к инсулину, когда они синтезируются в результате активации рецепторов TLR4 насыщенными жирами . [9] Ненасыщенные жиры не оказывают такого эффекта. [9] Церамиды вызывают резистентность к инсулину во многих тканях путем ингибирования передачи сигналов Akt/PKB . [10] Агрегация холестерина ЛПНП церамидом вызывает задержку ЛПНП в стенках артерий, что приводит к атеросклерозу . [11] Керамиды вызывают эндотелиальную дисфункцию , активируя протеинфосфатазу 2 (PP2A). [12] В митохондриях церамид подавляет цепь переноса электронов и индуцирует выработку активных форм кислорода . [13]
Одна из наиболее изученных ролей церамида связана с его функцией проапоптотической молекулы. Апоптоз , или запрограммированная гибель клеток типа I , необходим для поддержания нормального клеточного гомеостаза и является важной физиологической реакцией на многие формы клеточного стресса. Накопление церамидов было обнаружено после обработки клеток рядом апоптотических агентов, включая ионизирующее излучение, [2] [14] УФ- свет, [15] TNF-альфа , [16] и химиотерапевтические агенты . Это предполагает роль церамида в биологических реакциях всех этих агентов. Из-за своего индуцирующего апоптоз эффекта в раковых клетках церамид получил название «липид-супрессор опухоли». В нескольких исследованиях была предпринята попытка дополнительно определить специфическую роль церамидов в событиях гибели клеток, и некоторые данные свидетельствуют о том, что церамиды действуют выше митохондрий, индуцируя апоптоз. Однако из-за противоречивого и разнообразного характера исследований роли церамидов в апоптозе механизм, с помощью которого этот липид регулирует апоптоз, остается неясным. [17]
Роговой слой — это самый внешний слой эпидермиса . [18] [19] [20] Он состоит из окончательно дифференцированных и энуклеированных корнеоцитов, которые расположены внутри липидного матрикса, как «кирпичи и раствор». Вместе с холестерином и свободными жирными кислотами церамиды образуют липидный раствор — водонепроницаемый барьер, который предотвращает потерю воды при испарении. Как правило, эпидермальный липидный матрикс состоит из эквимолярной смеси церамидов (~50% по массе), холестерина (~25% по массе) и свободных жирных кислот (~15% по массе) с меньшими также присутствуют количества других липидов. [21] [22] Липидный барьер также защищает от проникновения микроорганизмов. [20]
Эпидермальные церамиды имеют разнообразную структуру и могут быть широко классифицированы как AS и NS церамиды; дигидроцерамиды АДС и НДС; АН, ЭОН и NH 6-гидроксицерамиды; фитокерамиды АП и НП; ацилцерамиды EOH и EOS, см. рисунок.
[18] Разнообразие структур церамидов, несомненно, играет важную роль в уникальных свойствах рогового слоя на разных участках тела. Например, роговой слой лица тонкий и гибкий, что позволяет ему адаптироваться к различным выражениям лица. Напротив, роговой слой, покрывающий пятку стопы, толстый и жесткий, что защищает от травм. В соответствии с этими структурными изменениями происходят специфические изменения в эпидермальном липидоме, включая изменения в относительном количестве различных эпидермальных церамидных структур. [18]
Подобно изменениям содержания церамидов в отдельных участках тела, существуют также хорошо изученные изменения в экспрессии церамидов в эпидермисе у пациентов с воспалительными заболеваниями кожи. При гиперпластическом заболевании псориазе исследователи сообщили об увеличении содержания церамидов AS и NS и снижении содержания церамидов EOS, AP и NP, что может способствовать нарушению водонепроницаемого барьера кожи. [23] [24] [22] Изучая экспрессию церамидов у пациентов с атопическим дерматитом и псориазом , другие исследователи сообщили, что вместо того, чтобы сосредотачиваться на классах церамидов, длина сфингоидного основания церамида и длина цепи жирных кислот оказывают наибольшее влияние на вероятность конкретного Структура церамидов активируется или понижается в воспаленной коже. [18]
Ингибирование синтеза церамидов мириоцином у мышей с ожирением может привести как к улучшению передачи сигналов лептина , так и к снижению резистентности к инсулину за счет снижения экспрессии SOCS-3 . [25] Повышенный уровень церамидов может вызвать резистентность к инсулину за счет ингибирования способности инсулина активировать путь передачи сигнала инсулина и/или за счет активации JNK . [26]
В настоящее время неясно, каким образом церамид действует как сигнальная молекула.
Одна из гипотез заключается в том, что церамиды, образующиеся в плазматической мембране, повышают жесткость мембраны и стабилизируют более мелкие липидные платформы, известные как липидные рафты , что позволяет им служить платформами для сигнальных молекул. Более того, поскольку рафты на одном листке мембраны могут вызывать локальные изменения в другом листке бислоя, они потенциально могут служить связующим звеном между сигналами извне клетки и сигналами, которые будут генерироваться внутри клетки.
Также было показано, что церамид образует организованные большие каналы, пересекающие внешнюю мембрану митохондрий. Это приводит к выходу белков из межмембранного пространства. [32] [33] [34]
При метаболическом заболевании, комбинированном малоновой и метилмалоновой ацидурии (CMAMMA), вызванном ACSF3 , происходит массивное изменение состава сложных липидов в результате нарушения синтеза митохондриальных жирных кислот (mtFAS). [35] [36] Например, в то время как концентрация сфингомиелина заметно увеличивается, концентрация церамидов пропорционально снижается. [35]
Керамиды можно найти в составе некоторых средств для местного применения, используемых в качестве дополнения к лечению кожных заболеваний, таких как экзема . [37] Они также используются в косметических продуктах, таких как мыло, шампуни, кремы для кожи и солнцезащитные кремы. [38] Кроме того, церамиды исследуются как потенциальное терапевтическое средство при лечении рака. [39]
Керамид редко встречается у бактерий. [40] Однако бактерии семейства Sphingomonadaceae его содержат.
Церамид фосфоэтаноламин (ЦПЭ) представляет собой сфинголипид , состоящий из церамида и головной группы фосфоэтаноламина . CPE является основным классом сфинголипидов у некоторых беспозвоночных, таких как дрозофилы . Напротив, клетки млекопитающих содержат лишь небольшое количество CPE.
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )