Nature Communications：长链神经酰胺将脂肪毒性与骨骼肌内质网应激联系起来
2022年4月，剑桥大学、利兹大学等单位的相关研究人员在《Nature Communications》（IF: 14.9）上发表了题为“Long-chain ceramides are cell non-autonomous signals linking lipotoxicity to endoplasmic reticulum stress in skeletal muscle”的研究论文，揭示了长链神经酰胺信号激活未折叠蛋白反应 (UPR)的相关机制。
棕榈酸诱导的细胞应激诱导长链神经酰胺 Cer40:1 和 Cer42:1 分泌。其实通过神经酰胺合酶 2 （CerS2）从头途径合成的，且受未折叠蛋白质反应 (UPR) 激酶 Perk 的调节。
小鼠中 CerS2 的失活会降低全身和肌肉神经酰胺信号以及肌肉 UPR 激活。
神经酰胺被包装到细胞外囊泡中，通过二氢神经酰胺的积累分泌并诱导幼稚肌管中的 UPR 激活。
内质网 (ER)在蛋白质合成和折叠以及脂质生物合成中都具有关键作用。ER功能的破坏会导致细胞器应激和错误折叠蛋白质的积累。未折叠蛋白质的不受控制的增加会导致细胞死亡。ER 应激与多种疾病有关，包括衰老、某些癌症和代谢疾病。包括肥胖症和2型糖尿病（T2D）在内的代谢疾病的特征是血浆中饱和脂肪酸浓度升高，尤其是棕榈酸。这些脂质种类被认为通过称为脂毒性的作用诱导胰岛素敏感组织的代谢功能障碍。骨骼肌是全身代谢稳态的关键调节因子，骨骼肌中脂毒性诱导的 ER 应激导致代谢功能障碍并导致代谢疾病的发展。然而，将棕榈酸与内质网应激诱导联系起来的机制仍不清楚。 细胞在 ER 应激期间具有维持蛋白质稳态和存活的适应性反应。ER 应激触发未折叠蛋白反应 (UPR)，这是一种保护性信号级联反应，能激活蛋白质降解途径，并抑制蛋白质翻译。这些保护性反应减少了 ER 上的蛋白质负荷并改善了蛋白质折叠。最近的研究表明，UPR 信号可以通过细胞非自主信号以旁分泌方式和系统性方式传播。这些细胞外旁分泌和内分泌信号的性质仍然未知。
研究人员首先评估了细胞非自主分泌信号在脂毒性诱导的细胞应激过程中的作用，使用不同浓度的棕榈酸或无脂肪酸牛血清白蛋白 (BSA) 处理小鼠 C2C1肌管或原代人体骨骼肌细胞 (HSkMC)，发现肌管能分泌一种非自主的UPR诱导脂质信号以响应慢性脂毒性。为了鉴定细胞非自主 UPR 诱导脂质种类，研究人员对来自棕榈酸处理的肌管的血清和不含棕榈酸的条件培养基进行了脂质组学分析，发现棕榈酸诱导的细胞应激诱导长链神经酰胺 Cer40:1 和 Cer42:1 的分泌。此外，研究人员还发现，Cer40:1 和 Cer42:1在小鼠模型和患有肥胖和胰岛素抵抗、以血脂异常和脂毒性为特征的代谢疾病的人类患者的骨骼肌中有所富集。
长链神经酰胺激活肌管中未折叠的蛋白质反应
接着，研究人员探究了升高的Cer40:1 和 Cer42:1的来源，发现其实通过神经酰胺合酶 2（CerS2）从头合成的，且受到UPR 激酶 Perk 的调节。CerS2 调节长链神经酰胺信号的全身和肌肉浓度，小鼠中CerS2的失活会导致神经酰胺生物合成的中断，进而降低体内肌肉 UPR 的激活。
棕榈酸诱导的长链神经酰胺合成需要Perk
神经酰胺是疏水的，如果神经酰胺作为旁分泌或全身信号发挥作用，传播 UPR 的诱导，则必须有适当的生理机制来克服溶解度的限制并介导细胞外转运。 由于它们的物理化学性质，不太可能是通过典型的膜转运蛋白。细胞外囊泡 (EV) 已成为信号介质的重要载体。研究人员随后通过对分离EV的蛋白浓度测定以及对EV的脂质组学检测，证实了EV介导 UPR 诱导的长链神经酰胺信号的分泌和转运。最后，研究人员探究了富含神经酰胺的 EV 诱导 UPR 激活的机制，发现其通过诱导二氢神经酰胺的累积从而增加UPR相关基因的表达。
UPR诱导神经酰胺通过细胞外囊泡分泌
综上所述。该研究确定了 ER 应激中 UPR 激活的细胞-细胞脂质介导的旁分泌通讯机制。这会对 ER 应激和细胞信号的病理生理激活产生影响。此外，该研究通过定义 ER 应激激活长链神经酰胺产生、包装、分泌和 UPR 激活的机制，强调了治疗干预脂毒性相关代谢疾病的潜在目标。
