细胞间 “脂质信使” 揭秘慢阻肺发病新机制：肺巨噬细胞外泌神经酰胺的关键作用

为探究神经酰胺在慢阻肺（COPD）发病中的细胞间作用，研究发现其经细胞外囊泡（EVs）传递损害内皮功能，为治疗提供新靶点。

　　慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种常见的肺部疾病，主要由吸烟等因素引发，严重影响患者的呼吸功能。在 COPD 的发病机制中，有一个神秘的 “小角色”—— 神经酰胺（ceramides），它是一类存在于细胞膜中的脂质分子。以往研究发现，神经酰胺在 COPD 中似乎扮演着 “反派” 角色，与肺细胞损伤有关，但它在细胞之间的作用机制却一直是个谜。科学家们十分好奇，神经酰胺是否会像 “信使” 一样，在不同细胞间传递信息，从而影响 COPD 的发展呢？为了解开这个谜团，南京医科大学第一附属医院的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上。

研究人员运用了多种关键技术方法来探索这一科学问题。在数据研究方面，对来自 COPD 患者和对照组的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）以及大量 RNA 测序数据进行分析，从基因层面寻找线索。同时，通过构建小鼠模型，模拟 COPD 发病环境，研究小鼠在香烟烟雾（CS）暴露下的生理变化。此外，细胞培养和处理实验，帮助研究人员在体外观察细胞间的相互作用，还有脂质组学、免疫荧光染色等技术，从不同角度对神经酰胺等物质进行检测和分析。

下面让我们一起看看研究的具体成果。

• CS 影响巨噬细胞中神经酰胺生物合成酶的表达：研究人员分析了之前的人类肺组织 scRNA-seq 数据集，发现吸烟者和 COPD 患者的肺巨噬细胞中，参与神经酰胺从头合成的基因普遍上调。通过对其他相关数据集的再分析，以及对 CS 暴露小鼠和 CSE 处理的人类巨噬细胞的实验验证，进一步证实了这一结果。免疫荧光染色也显示，COPD 患者和吸烟者肺组织中，肺巨噬细胞内的相关酶表达增加，且 CSE 处理的巨噬细胞中，这些酶的表达呈剂量依赖性上调，去除 CSE 后仍持续上调。
• CS 诱导的酶上调增加巨噬细胞中神经酰胺的从头合成：脂质组学分析表明，CSE 处理后，巨噬细胞中总神经酰胺含量显著增加，其中 C₂₄- 神经酰胺和 C₁₆- 神经酰胺升高最为明显。通过 siRNA 介导的基因沉默实验，研究人员发现同时沉默 SPTLC1、SPTLC2、CERS2 和 CERS5 基因，可显著降低这些酶的表达，进而减少神经酰胺的合成，尤其是 C₂₄- 神经酰胺、C₁₆- 神经酰胺、C₁₄- 神经酰胺和 C₂₂- 神经酰胺的水平。
• 巨噬细胞与内皮细胞之间的代谢通讯降低内皮细胞中 GJA1 的表达：基于前期研究发现巨噬细胞鞘脂代谢重编程与内皮功能障碍有关，研究人员重点研究了巨噬细胞来源的神经酰胺对内皮细胞中 GJA1 表达的影响。GJA1 编码连接蛋白 43（Cx43），是肺内皮屏障间隙连接的关键成分。研究发现，吸烟者和 COPD 患者的内皮细胞中 GJA1 表达显著下调。在巨噬细胞和内皮细胞共培养实验中，CSE 处理的巨噬细胞可剂量依赖性降低内皮细胞中 GJA1 的表达，单独使用 C16 - 和 C24 - 神经酰胺处理内皮细胞也能产生类似效果，而沉默巨噬细胞中的相关基因可逆转这一现象。
• 神经酰胺介导的代谢通讯损害内皮细胞屏障完整性和迁移能力：由于 GJA1 在维持内皮结构和功能完整性中起重要作用，研究人员进一步研究了神经酰胺介导的代谢通讯对内皮细胞功能的影响。实验结果显示，与 CSE 处理的巨噬细胞共培养的内皮细胞，其通透性显著增加，迁移能力受损。单独用 CSE 或神经酰胺处理内皮细胞，也会产生类似但较弱的效果。沉默巨噬细胞中的相关基因，可部分逆转共培养内皮细胞的这些异常变化，沉默 GJA1 则足以诱导内皮细胞通透性增加和迁移抑制，表明神经酰胺介导的 GJA1 下调是内皮功能障碍的关键机制。
• 巨噬细胞来源的细胞外囊泡（EVs）将神经酰胺传递给内皮细胞：研究人员发现，CSE 处理可使巨噬细胞来源的 EVs 数量增加、尺寸增大，且 EVs 中神经酰胺组成与母细胞相似，CSE 处理还显著增加了 EVs 中的总神经酰胺含量。通过 PKH26 荧光标记实验，证实了巨噬细胞来源的 EVs 可被内皮细胞摄取，且这种摄取呈剂量依赖性，去除 CSE 后仍持续存在。此外，与 CSE 处理的巨噬细胞来源的 EVs 共孵育的内皮细胞，GJA1 表达下降，通透性增加，迁移能力降低，沉默巨噬细胞中的相关基因可部分逆转这些变化，表明 CSE 刺激的巨噬细胞来源的 EVs 可将神经酰胺传递给内皮细胞，影响其功能。
• 巨噬细胞来源的 EVs 在体内加剧 CS 引发的 COPD：在体内实验中，研究人员将 PKH26 标记的 CSE 处理的 MH-S 细胞来源的 EVs 给予 CS 暴露的小鼠。结果显示，EVs 可被肺内皮细胞摄取，CS 暴露本身可降低肺内皮细胞中 GJA1 的表达，而注射 CSE 处理的巨噬细胞来源的 EVs 会进一步加剧这一现象。组织学分析表明，接受这些 EVs 的小鼠出现更严重的肺气肿样变化，包括气腔扩大、肺泡壁破坏和细胞凋亡增加，同时肺内皮屏障通透性增加，肺炎症、组织重塑和氧化应激也加剧，说明 EVs 促进了 COPD 的发展。

综合上述研究，该研究揭示了 COPD 发病的新机制：CS 暴露导致肺巨噬细胞鞘脂代谢重编程，促使长链和超长链神经酰胺从头合成，这些神经酰胺被包装到 EVs 中并传递给内皮细胞，损害内皮屏障功能，进而推动 COPD 的发展。这一发现为 COPD 的治疗提供了新的潜在靶点，有望通过针对神经酰胺合成途径或 EVs 中神经酰胺的运输进行干预，帮助恢复肺内皮屏障完整性，减轻全身炎症，为 COPD 的治疗和预防开辟新的方向。不过，该研究也存在一些局限性，如无法使用原代人肺巨噬细胞进行体外实验、未直接测量内皮细胞内神经酰胺浓度等，未来研究可针对这些问题进一步深入探索 。