靶向神经酰胺缓解高脂饮食诱导的早期心代谢脂毒性：西他列汀的调控作用与机制研究

《Scientific Reports》：Therapeutic potential of targeting ceramide for early cardiometabolic lipotoxicity in vivo study

本研究针对神经酰胺(Cer)在心代谢疾病(CMD)早期脂毒性中的关键作用，探讨了三种抗糖尿病药物（西他列汀(Sita)、利拉鲁肽(Lira)、沙格列汀(Saxa)）对高脂饮食(HFD)大鼠模型Cer代谢的调控效果。结果表明，西他列汀可显著降低血清、心脏及肝脏中致病性Cer物种（CerC16:0、CerC18:0）水平，改善Cer比值（CerC16:0/24:0、CerC18:0/24:0），增强尿CerC16:0排泄，并恢复eNOS/pAKT/cTnT等心脏保护信号。该研究揭示了Cer作为早期脂毒性生物标志物的潜力，为西他列汀用于心代谢疾病早期干预提供了实验依据。

　　

在现代社会，心代谢疾病(Cardiometabolic Disease, CMD)的发病率持续攀升，已成为全球性的重大健康挑战。这类疾病往往与肥胖、胰岛素抵抗和血脂异常密切相关，其核心病理机制之一便是“脂毒性”——即脂质在非脂肪组织（如心脏、肝脏）中异常堆积，进而引发细胞功能障碍、氧化应激乃至细胞死亡。在众多脂质分子中，神经酰胺(Ceramide, Cer)近年来备受关注。这些鞘脂类分子不仅是细胞膜的重要组成成分，更是调控炎症、凋亡和胰岛素抵抗的关键信号分子。临床研究表明，血液中某些特定类型的神经酰胺（如CerC16:0、CerC18:0）水平升高，或其与较长链Cer（如CerC24:0）的比值异常，能强力预测心血管事件的发生风险。然而，神经酰胺在心代谢疾病早期阶段的具体变化规律，以及能否通过药物干预其代谢以延缓疾病进展，仍是亟待探索的前沿领域。

为此，由Nadia Akawi副教授领导，来自阿拉伯联合酋长大学和牛津大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究成果。研究人员设想，如果在疾病早期，即传统代谢指标（如血糖、胆固醇）尚未出现明显异常时，神经酰胺的代谢已经发生紊乱，那么靶向神经酰胺或许能为心代谢疾病的早期防治开辟新途径。他们利用高脂饮食(High-Fat Diet, HFD)喂养的大鼠模型，模拟人类早期心代谢脂毒性状态，并系统比较了三种常用抗糖尿病药物——西他列汀(Sitagliptin, Sita，一种DPP-4抑制剂)、利拉鲁肽(Liraglutide, Lira，一种GLP-1受体激动剂)和沙格列汀(Saxagliptin, Saxa，另一种DPP-4抑制剂)——在调节神经酰胺代谢、减轻氧化应激和改善器官损伤方面的效果。

为了回答上述科学问题，研究人员主要运用了以下关键技术：首先，他们建立了高脂饮食诱导的大鼠心代谢脂毒性模型，并设置了短期（4周）和长期（12周）两个实验阶段。其次，他们采用超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)这一精准的脂质组学技术，定量分析了血清、心脏和肝脏组织中多种神经酰胺物种（CerC16:0, C18:0, C22:0, C24:0, C24:1）的含量及其关键比值。此外，研究还通过蛋白质免疫印迹(Western Blot)检测了心脏组织中与功能（cTnT）、存活（pAKT）、内皮功能（eNOS）和凋亡（Cleaved Caspase-3）相关的关键蛋白表达；通过实时定量PCR(RT-qPCR)分析了基因表达；通过酶联免疫吸附测定(ELISA)检测了炎症因子（IL-6, TNF-α）水平；通过化学法测定了氧化应激标志物过氧化氢(H₂O₂)和抗氧化酶活性；并通过组织病理学检查（H&E染色）评估了心脏和肝脏的脂肪变性和结构损伤。同时，研究还收集了24小时尿液，用于分析肾功能指标和神经酰胺的排泄情况。

Sitagliptin Modulates Serum Cer Profile, Oxidative Stress, and Catalase Gene Expression.

初步筛选研究发现，在高脂饮食诱导下，血清中的CerC16:0和CerC18:0水平显著升高。在为期五周的药物筛选中，西他列汀(Sita)在降低这两种致病性神经酰胺水平方面表现最优，效果优于利拉鲁肽(Lira)和沙格列汀(Saxa)。在后续深入的西他列汀研究中，研究人员证实，高脂饮食仅两周即可引起血清CerC16:0、CerC18:0及其与CerC24:0的比值（CerC16:0/24:0, CerC18:0/24:0）显著上升，且这种变化早于传统代谢指标（甘油三酯、胆固醇、血糖）的异常。经过12周的治疗，西他列汀能有效逆转这些有害的神经酰胺变化，显著降低血清氧化应激水平（H₂O₂），并上调心脏抗氧化基因过氧化氢酶(Catalase)的表达。值得注意的是，在整个研究期间，大鼠的胆固醇和空腹血糖水平始终维持在正常范围内，这凸显了神经酰胺作为早期、敏感代谢紊乱生物标志物的巨大潜力。

Effects of Sitagliptin on Cardiac Cer Profile and Protein Expression.

心脏是脂毒性损伤的重要靶器官。研究发现在高脂饮食喂养下，心脏组织中的所有被测神经酰胺物种均显著积累，其中CerC18:0的升高尤为突出，在实验第90天达到1.37 ± 0.103 nmol/g，显著高于其在肝脏中的水平。相应的神经酰胺比值（CerC16:0/24:0, CerC18:0/24:0, CerC24:1/24:0）也显著失调。西他列汀治疗能显著减轻心脏中的神经酰胺负荷。在分子水平上，高脂饮食导致心脏凋亡标志蛋白Cleaved Caspase-3表达增加，并后期引起内皮型一氧化氮合酶(eNOS)代偿性上调以及磷酸化AKT(pAKT)和心肌肌钙蛋白T(cTnT)水平下降，提示内皮功能障碍和心肌损伤。西他列汀处理则能逆转这些蛋白的异常表达，抑制凋亡，改善内皮功能和心肌细胞完整性。组织学检查进一步证实，西他列汀能显著减少高脂饮食引起的心肌细胞内脂滴积聚。

Sitagliptin Modulates Liver Lipids Profile Including High-Risk Cers and Inflammatory Cytokines.

肝脏作为代谢中心，同样受到高脂饮食的严重影响。研究发现，高脂饮食导致肝脏中所有神经酰胺物种含量时间依赖性显著增加，并伴有严重的肝脏微泡性脂肪变性。西他列汀治疗能有效降低肝脏中各种神经酰胺的水平，并改善脂肪变性。此外，高脂饮食还诱发了肝脏的炎症反应，表现为促炎细胞因子白介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平的升高，西他列汀处理显示出降低这两种炎症因子水平的趋势。

Urine Output and urinary Cer indices during 24-hour urine collection.

为了探究西他列汀降低体内神经酰胺水平的可能机制，研究人员分析了尿液。他们发现，高脂饮食组大鼠的24小时尿量减少，但尿白蛋白/肌酐比值(UACR)并无显著变化，表明未出现明显的肾损伤。关键发现是，西他列汀治疗显著提高了尿液中CerC16:0的排泄指数，这提示促进肾脏排泄可能是西他列汀降低体内CerC16:0水平的机制之一。然而，其他神经酰胺物种的尿排泄未见相同变化，表明不同神经酰胺的代谢调控途径存在差异。

综上所述，本研究系统阐明了神经酰胺，特别是CerC18:0在心脏、以及CerC16:0等在肝脏中，作为高脂饮食诱导早期心代谢脂毒性关键介质的作用。研究首次在动物模型中直接比较并证实了西他列汀在调节神经酰胺代谢方面优于利拉鲁肽和沙格列汀。其保护机制涉及多方面：直接或间接调节神经酰胺代谢，降低有害神经酰胺物种及其比值；增强尿CerC160排泄；减轻氧化应激和炎症反应；改善心脏保护信号（如eNOS, pAKT）和抑制细胞凋亡；并显著缓解心脏和肝脏的脂肪变性。这些发现不仅强化了神经酰胺作为心代谢疾病早期预警生物标志物的重要性，更重要的是，为将已广泛应用于临床的西他列汀重新定位为一种通过调节神经酰胺代谢来早期干预心代谢疾病的潜在策略提供了强有力的临床前证据。未来的研究需要进一步阐明西他列汀调节神经酰胺代谢的具体分子通路，并在临床人群中验证其疗效。