從西施的「倚風凝睇雪肌膚」，到楊貴妃的「雪膚花貌參差是」，似乎都在暗示在古人眼中皮膚水嫩細膩才是美女的標配。如今，愛美女性（當然也有男性）在皮膚保養護理上的投入更是不惜血本。其實，對於人類來說，看似吹彈可破的水嫩皮膚還是人體最大的保護性器官，既能防止身體過度失水，又能阻擋有害物或病原體入侵。
今天這篇文章，關注的是皮膚起保護功能最重要的部分——表皮最外層的角質層（SC）。角質層由15-20層扁平的角質細胞組成，這些細胞沒有細胞核，並嵌在由神經醯胺（Cer）、膽固醇（Chol）和脂肪酸組成的脂質基質中。幾十年來，人們一直認為角質層的脂質以高度有序的剛性脂質連續組裝體的形式存在，高剛性帶來更好的保護，這似乎很符合常理。而且，此前對角質層脂質結構的研究主要依靠X射線和中子衍射、2H和13C MAS 核磁共振（NMR）以及傅立葉變換紅外光譜（FTIR），結果也支持這一結論。這些方法顯示，在皮膚生理溫度（32 °C）下，角質層脂質相呈現密集堆積的正交或六方層狀，並形成短周期相（SPP）或長周期相（LPP）結構，僅在高溫或非生理狀態下檢測到動態脂質。不過也不是完全沒有疑問。比如，生理狀態下的脂質膜普遍具有高度動態的特徵，怎麼到了角質層中脂質就能形成高度剛性的相呢？此外，前面提到的研究角質層的技術可能對於表徵動態相來說並不「友好」，比如衍射技術對有序結構更敏感，最適合用於研究脂質層的剛性相。還有研究表明，在生理溫度下，角質層混合物中超長鏈Cer[EOS]的油醯或亞油醯基鏈有相當部分是動態的，而其他脂質仍保持剛性相。這就提出了一個問題，考慮到角質層中富含Cer分子，那麼迄今尚未被詳細研究的其他Cer分子片段是否可能有更高的可動性？近日，捷克
查理大學的
Katerina Vávrová教授和德國
萊比錫大學的
Daniel Huster教授等人
對角質層脂質的化學結構和動態特徵進行研究，揭示了角質層與以往認知不同的化學特徵。
圖1. Cer[NS]-sph-d28的化學合成。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.研究者的目光投向了Cer分子的鞘氨醇主鏈，他們合成了最典型的Cer分子——Cer[NS]（含全氘代鞘氨醇），即Cer[NS]-sph-d28 （圖1）。此外，他們還製備了另外一種氘代Cer分子——醯基鏈被氘代的Cer[NS]-acyl-d47，進行了比較研究。在此基礎上，他們將三種化合物Cer[NS]、木蠟酸（LA）和Chol分別以1:1:1和1:1:0.45的摩爾比混合構建模擬角質層脂質體系模型。完全模擬再現神經醯胺和脂肪酸的結構不均一性在技術上難以實現（這些酯類包含1000多種化學結構不同的分子），這兩個模型基本上能以合適的比例代表角質層主要脂質，且保留了這些脂質含飽和長鏈的特徵。隨後，他們利用固體2H NMR研究Cer[NS]/LA/Chol混合物，其中Cer[NS]分別取Cer[NS]-sph-d28和Cer[NS]-acyl-d47，這樣就可以分別研究鞘氨醇鏈和醯基鏈的結構和動力學。結果表明，兩個混合物中Cer[NS]-acyl-d47 的二十四烷醯鏈在25 ℃和32 ℃時均表現出明顯的正交晶相。然而，Cer[NS]-sph-d28觀察到的情況明顯不同，大量鞘氨醇（26%-32%）處於高度流動狀態。他們根據序參量計算動態鞘氨醇的平均長度，受快速反式gauche異構化影響，含高、低膽固醇（Chol）的混合物模型其鏈長分別減少13.0 Å和12.7 Å。
圖2. 2H NMR分析Cer[NS]/LA/Chol組成的角質層脂質混合物模型。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.[1]在50 °C下，兩種比例的角質層模型結構發生變化，所有核磁波譜都顯示鞘氨醇和二十四烷醯鏈部分為流體相。當Cer[NS]的鞘氨醇完全是流體時，正交晶相的二十四烷醯鏈依然在高、低含量膽固醇混合物中佔據了53%和6%的比例。直到65 °C正交晶相的二十四烷醯鏈才基本消失。角質層模型的多層結構在流體相狀態下完全消失，但隨著溫度的降低又重新形成。FTIR結果顯示，32 ℃下鞘氨醇的有序度低於醯基鏈，這與核磁共振結果一致。Cer[NS]的鞘氨醇鏈熔融相變溫度（56 °C）與二十四烷醯鏈（68 °C）差別明顯。且觀察到的預相變也與核磁共振觀察到的32 °C至50 °C之間的晶相損失一致。
圖3. Cer[NS]的序參量、投射鏈長和FTIR光譜圖。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.研究者對皮膚角質層脂質的短周期相結構研究得出幾個重要的結論：（1）在構成角質層脂質的主要混合物中，Cer[NS]的兩個鏈顯示截然不同的動態特徵。在生理溫度下，脂質類主要是正交晶相，其中約1/3到1/4的鞘氨醇鏈具有高度流動性。這可能有助於緻密的角質層產生有限的滲透性。（2）Cer[NS]的脂鏈不同動態狀態排除了以往推測的角質層Cer[NS]髮夾模型。（3）角質層的脂質相很可能顯示出區域聚簇的結構特徵，通過流動鏈和剛性鏈的分別聚簇，最大限度減少疏水錯配。這與現代流體生物膜模型是一致的。綜合起來，在生理溫度下，Cer分子具有擴展的構象，其高流動和高剛性鏈區域性聚簇使得角質層脂質相具有不均一性和流動性。這種可流動的角質層脂鏈對於維持皮膚彈性和促進生理上重要分子（水、細胞因子和抗菌肽等）的轉運可能至關重要。而這可能就是水嫩肌膚「吹彈而不破」的化學基礎。
圖4. 生理溫度下皮膚角質層短周期相結構模型。圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.The Sphingosine and Acyl Chains of Ceramide [NS] Show Very Different Structure and Dynamics Challenging Our Understanding of the Skin BarrierOskar Engberg, Andrej Kováčik, Petra Pullmannová, Martin Juhaščik, Lukáš Opálka, Daniel Huster, Kateřina VávrováAngew. Chem. Int. Ed.,
2020, 59, 17383-17387, DOI: 10.1002/anie.202003375
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