S1P及其受體在心血管系統(tǒng)中的作用

陳淑華 閭宏偉(中南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 4003)

磷脂類是細(xì)胞膜的重要組成成分之一，并且在細(xì)胞生命活動的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中同樣也發(fā)揮著非常重要的作用。1-磷酸鞘氨醇(S1P)是近年來發(fā)現(xiàn)的具有重要生理功能的另一種膜磷脂類分解和代謝產(chǎn)物。它既可作為一種細(xì)胞內(nèi)第二信使發(fā)揮作用，又可通過作用于細(xì)胞表面特定的受體而發(fā)揮其重要的生物學(xué)功能，包括細(xì)胞的增殖、存活、細(xì)胞骨架改變、遷移、血管發(fā)生、創(chuàng)傷愈合及在心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)方面都有著重要的作用〔1～5〕。本文綜述S1P在心血管系統(tǒng)中的生理病理作用。

1 S1P的合成與分解

1.1 合成 S1P是質(zhì)膜鞘磷脂的代謝產(chǎn)物，它的合成和分解受到多種酶的調(diào)控。體內(nèi)S1P的主要來源是由鞘磷脂的分解代謝產(chǎn)生的〔6，7〕。鞘氨醇(Sph)由軟脂酰CoA及絲氨酸在磷酸吡哆醛、NADPH+H及FAD等輔酶參與下合成，也可由神經(jīng)酰胺在神經(jīng)酰胺酶作用下脫酰胺鍵生成。鞘氨醇合成的關(guān)鍵酶是鞘氨醇激酶(SphK)，Sph在SphK催化下與磷酸通過磷酸酯鍵相連生成 S1P〔8～10〕。SphK也是限速酶，從而調(diào)節(jié) S1P的體內(nèi)平衡。在哺乳動物中，SPK有SphK1和SphK2兩種亞型，這兩種亞型由不同基因轉(zhuǎn)錄和翻譯生成，其基因具有高度同源性。但二者蛋白質(zhì)分子大小相差較大，且組織分布、表達(dá)、催化特性及催化底物要求均不相同。而且，SphK1和SphK2對細(xì)胞的影響存在截然不同的作用:SphKl可促進(jìn)細(xì)胞和生長和抗凋亡，SphK2則促進(jìn)細(xì)胞凋亡。研究認(rèn)為，SphK在細(xì)胞內(nèi)的分布位置，可能是決定二者在催化生成S1P后對細(xì)胞發(fā)揮不同功能的主要因素。

1.2 分解 S1P的分解有兩種途徑，一種是在S1P磷酸酶(SPPs)的作用下去掉磷酸基生成鞘氨醇;SPPs催化下產(chǎn)生的鞘氨醇，可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞質(zhì)面的神經(jīng)酰胺合成酶作用下，通過酰胺鍵與脂酸相連，直接合成神經(jīng)酰胺，并可對抗 S1P的作用〔11，12〕。另一種是在S1P裂解酶作用下分解成軟脂醛和磷酸膽堿。S1P裂解酶不僅調(diào)控細(xì)胞內(nèi)S1P水平，還對細(xì)胞外S1P水平有重要影響〔13，14〕。

2 S1P的來源及作用途徑

血液中的S1P主要是由血小板激活后釋放，其機制可能與血小板中含有較多的神經(jīng)鞘氨醇激酶及較少的神經(jīng)鞘氨醇1磷酸酶水解酶有關(guān);此外，血液細(xì)胞如紅細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞等也能釋放S1P〔15～17〕。S1P在血漿中的濃度為0.2～0.9 μmol/L。S1P的受體是G蛋白偶聯(lián)受體家族成員之一，早在1990年，有研究發(fā)現(xiàn)促癌劑PMA對血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用時，可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞快速表達(dá)一種基因，由于該基因可能與PMA誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞分化有關(guān)，便將其命名為內(nèi)皮細(xì)胞分化基因(EDG)受體EDG1。至1998年，EDG1被確認(rèn)是S1P的受體。到目前為止，有5種不同的S1P受體被克隆，早期命名為EDG1、EDG3、EDG5、EDG6和 EDG8。根據(jù)國際藥劑師協(xié)會命名指南的相關(guān)規(guī)定，已于2002年將 EDGl、EDG5、EDG3、EDG6、EDG8 分別改稱為 S1P1、S1P2、S1P3、S1P4、S1P5。S1P1 和 SlP3廣泛表達(dá)于各種組織;S1P2主要表達(dá)于腦、心臟、肺臟、胃、小腸和腎上腺等組織器官;S1P4主要表達(dá)于淋巴及造血組織;S1P5主要表達(dá)于腦白質(zhì)及脾臟中。這5種受體亞型均與S1P有高親和力，通過激動各自的細(xì)胞內(nèi)信號途徑而發(fā)揮作用〔18～25〕。S1P1 受體結(jié)合于 Gi，并激活 ERK1/2、Rac 等下游信號通路，增強細(xì)胞抗凋亡能力細(xì)胞的遷移能力;S1P2結(jié)合于Gi、G12/13和Gq，也能激活 ERK1/2，但同時激活 Rho而抑制Rac，從而促進(jìn)了纖維的形成，抑制細(xì)胞的遷移;S1P3結(jié)合于Gi、G12/13 和 Gq;S1P4 和 S1P5 結(jié)合 Gi、G12/13;S1P2、S1P3 和S1P4結(jié)合Gs。G蛋白結(jié)合以后，下游的細(xì)胞信號途徑如蛋白磷酸化途徑、第二信使途徑(cAMP和Ca2+)也被激活了。然后轉(zhuǎn)換到細(xì)胞行為的長期改變，如基因轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞形態(tài)和運動的改變。S1P可以通過其相應(yīng)的受體S1P1-S1P5，發(fā)揮多種生物學(xué)功能效應(yīng)，包括細(xì)胞的增殖、存活、細(xì)胞骨架改變、遷移、血管發(fā)生、創(chuàng)傷愈合和胚胎發(fā)育等〔26～31〕。

也有研究認(rèn)為，S1P可作為第二信使，對細(xì)胞的多種生物學(xué)功能起作用〔18～20〕。其理由是:S1P可在特殊激酶的催化下快速產(chǎn)生，并可在特定的裂解酶作用下迅速降解，引發(fā)細(xì)胞的多種反應(yīng);S1P在細(xì)胞中的濃度水平呈穩(wěn)定狀態(tài)，而當(dāng)細(xì)胞受到干擾時，S1P濃度水平則明顯發(fā)生改變;同時，S1P可以活化鈣通道。但要真正明確S1P是否為第二信使，則需要證明他的作用靶點，目前尚未完全清楚。

3 S1P與心血管系統(tǒng)

3.1 S1P及其受體對血管內(nèi)皮細(xì)胞作用的研究 研究表明，S1P可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelia cells，ECs)的增殖和提高抗凋亡能力。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)S1P可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞遷移及黏附作用，促進(jìn)管狀樣結(jié)構(gòu)形成〔32～35〕。Lee 等〔36〕用 S1P 刺激牛主動脈弓及人臍靜脈單層血管內(nèi)皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)用吸管頭破壞的單層血管內(nèi)皮細(xì)胞的劃痕實驗中，S1P可明顯促進(jìn)細(xì)胞的融合速度。我們的研究也發(fā)現(xiàn)〔37～39〕，在衰老內(nèi)皮細(xì)胞中，S1P通過S1P2受體抑制細(xì)胞的遷移、損傷愈合和血管生成。

在保護(hù)微循環(huán)內(nèi)皮屏障和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定方面，S1P能產(chǎn)生快速的、持久的和劑量依賴的跨單層細(xì)胞電阻，并可以逆轉(zhuǎn)由凝血酶引起的內(nèi)層細(xì)胞屏障功能損害。S1P可以刺激內(nèi)皮細(xì)胞NO產(chǎn)生，NO可以調(diào)節(jié)血管緊張度。S1P通過其受體激活三磷酸肌醇(IP3)，活化Akt，然后磷酸化和刺激內(nèi)皮細(xì)胞NO合酶，從而調(diào)節(jié)NO產(chǎn)生。另外，它還可以通過Flk-1/KDR途徑磷酸化和刺激內(nèi)皮細(xì)胞NO合酶。

研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞S1P1基因敲除鼠因不能發(fā)育成熟血管而死于胚胎期，其結(jié)果顯示S1P1對血管內(nèi)皮細(xì)胞的完整性和存活起到重要作用〔40〕。Argraves等〔41〕證實S1P提高內(nèi)皮屏障作用是通過提高內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接表達(dá)閉合小環(huán)蛋白和閉合蛋白水平與S1P1/Gi/Akt/Rac通路實現(xiàn)的。Kimura等〔42〕研究顯示，S1P促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞移行和存活是通過S1P1和S1P3途徑實現(xiàn)的。主要包括PI3K/Akt和Rac信號通路，而且PI3K/Akt激活eNOS產(chǎn)生NO對內(nèi)皮細(xì)胞存活起關(guān)鍵作用。S1P1/Gi/ERK途徑也參與調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞存活。他汀類藥物通過S1P1受體結(jié)合也提高內(nèi)皮細(xì)胞NO的合成。

以上結(jié)果顯示，S1P對內(nèi)皮細(xì)胞的血管內(nèi)皮存活、遷移、損傷修復(fù)、血管生成及屏障功能等起到至關(guān)重要的作用。

3.2 S1P及其受體對血管平滑肌細(xì)胞作用的研究 S1P可通過S1P2受體抑制血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)的遷移。Tamama等〔43〕證實S1P通過S1P2受體途徑抑制PDGF誘導(dǎo)的VSMCs遷移。S1P/S1P2激活Rho而抑制Rac，從而抑制VSMCs遷移。S1P/S1P2介導(dǎo)的抑制VSMCs遷移同時也依賴G12/13和Gq。這一作用可被S1P2的小分子干擾RNA所抑制，相反選擇性地激活S1P2受體，抑制細(xì)胞外信號分子Rac和Akt，從而抑制VSMCs的遷移。

在VSMCs細(xì)胞中，S1Pl受體主要在胎兒中表達(dá)，而S1P2、S1P3受體主要在兒童和成人中表達(dá)。S1P通過S1P受體的介導(dǎo)，刺激VSMCs的趨化運動，在正常靜止的VSMCs細(xì)胞中，S1Pl和S1P2的低表達(dá)可以抑制VSMCs的移性。另外，S1P還可以通過Gi/IP3激酶途徑促使VSMCs增殖。

Liu等〔40〕在S1P1基因敲除鼠中研究發(fā)現(xiàn)，小鼠發(fā)育到12.5～14.5 d后，由于缺乏血管平滑肌細(xì)胞，不能發(fā)育成完整血管，最后出血而死亡，提示S1P及其受體對血管生成過程中平滑肌細(xì)胞的發(fā)育必不可少。

3.3 S1P對血管生成作用 S1P不僅是神經(jīng)鞘脂的代謝產(chǎn)物，而且具有許多生物效應(yīng)。細(xì)胞外S1P與其受體結(jié)合可引起一系列細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)〔6〕。針對血管系統(tǒng)來說，血漿中的S1P對內(nèi)皮細(xì)胞功能產(chǎn)生極為重要的影響，可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的修復(fù)功能，增強內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生能力，激活細(xì)胞內(nèi)抗凋亡機制，減輕血管系統(tǒng)在疾病狀態(tài)下的損傷程度。S1P對內(nèi)皮細(xì)胞作用研究已成為人們關(guān)注的熱點;自從1997年Asahara等人提出內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)的概念以后，人們對后天血管的修復(fù)及生成有了更加深入的了解和認(rèn)識;研究揭示了內(nèi)皮祖細(xì)胞作為血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞，參與了受損血管的再生和修復(fù)，內(nèi)皮祖細(xì)胞在后天的血管新生反應(yīng)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。同時也有研究表明，內(nèi)皮祖細(xì)胞對缺血組織或血管內(nèi)皮受損害部位再血管化起重要作用，在用大鼠背部U形切口的皮瓣缺血動物模型中，輸入體外培養(yǎng)的內(nèi)皮祖細(xì)胞，可以顯著促進(jìn)血管再生。在缺血性休克患者的循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞(cEPCs)與健康人相比明顯升高;而嚴(yán)重患者與輕度患者相比較，cEPCs明顯減少。血液循環(huán)系統(tǒng)中的EPC可以作為缺血性休克預(yù)后判斷的一個獨立因素〔44〕。血管干細(xì)胞是內(nèi)皮祖細(xì)胞的前體細(xì)胞。因此，從機制上推測，S1P對內(nèi)皮祖細(xì)胞的作用可能與S1P對內(nèi)皮細(xì)胞或血管內(nèi)皮干細(xì)胞相似的作用。Whetton等〔45〕證實了血管內(nèi)皮干細(xì)胞上也表達(dá)S1P受體，而且，S1P可促使血管內(nèi)皮干細(xì)胞的遷移速率增加，有利于從血管內(nèi)皮干細(xì)胞小窩內(nèi)被動員出來，并增強血管內(nèi)皮干細(xì)胞對趨化因子的趨化能力。研究發(fā)現(xiàn)，S1P3受體基因敲除的大鼠模型中，由于內(nèi)皮祖細(xì)胞中缺乏S1P3表達(dá)，導(dǎo)致其血管生成能力明顯降低〔46〕。在研究糖尿病大鼠血管損傷模型中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用S1P可以明顯縮短糖尿病傷口的愈合時間，采用免疫組化檢測也可觀察到其損傷處血管的生成能力顯著增強〔47〕。有研究報道，S1P可激活血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的絲氨酸蛋白酶-Matriptase;絲氨酸蛋白酶是一個蛋白酶家族，它們的作用是斷裂大分子蛋白質(zhì)中的肽鍵，使之成為小分子蛋白質(zhì)。其激活是通過活性中心一組氨基酸殘基變化實現(xiàn)的，絲氨酸蛋白酶在哺乳動物的消化、凝血和補體系統(tǒng)方面扮演著很重要的角色。Matriptase與組織改建有關(guān)，且不依賴G蛋白〔48〕，這可能與新生血管時的芽生有關(guān)。因此，許多體外細(xì)胞實驗和整體動物實驗，都圍繞血管內(nèi)皮的來源、損害及修復(fù)等進(jìn)行了深入的研究;結(jié)果均提示，S1P在血管生成、修復(fù)方面具有強大的生物學(xué)功能，深入研究S1P對血管生成的作用，可能具有重要的臨床應(yīng)用價值。同時，S1P通過作用于靶細(xì)胞相應(yīng)的受體而發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)，因此，明確不同S1P受體的組織或細(xì)胞分布情況，以及探明不同S1P受體在細(xì)胞中的比例等等，將更加有利于闡明S1P對血管生成的作用機制和效果。進(jìn)一步研究S1P對內(nèi)皮祖細(xì)胞的作用將有利闡明新生血管形成的機制。S1P在血漿中大部分與脂蛋白及白蛋白結(jié)合，在所有脂蛋白中，S1P在HDL中含量是最高的;S1P參與調(diào)節(jié)HDL的抗血栓、抗氧化、抗炎等效應(yīng)〔49〕;而這些反應(yīng)與S1P的生物學(xué)功能如血管形態(tài)發(fā)生、內(nèi)皮保護(hù)、心肌缺血再灌注損傷的保護(hù)、調(diào)節(jié)干細(xì)胞分化、抑制平滑肌細(xì)胞遷移、抑制黏附分子表達(dá)、調(diào)節(jié)免疫功能等密切相關(guān)〔41，43，50〕。研究 S1P與血漿成分的相互作用，將有利于提高S1P對內(nèi)皮細(xì)胞或內(nèi)皮祖細(xì)胞的作用功效;同時還可利用S1P的脂溶性等特性，研發(fā)以S1P為中心的靶向治療藥物。深入對S1P及其受體介導(dǎo)的血管內(nèi)皮功能研究，將很有可能為血管疾病的治療開辟一片廣闊天空。

3.4 S1P及其受體對血管系統(tǒng)的生理保護(hù)作用 S1P通過其受體介導(dǎo)產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)，對心血管起到保護(hù)作用〔51～56〕。主要體現(xiàn)在如下幾方面:(1)S1P可抑制內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移、血管生成、損傷愈合等作用。內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移和血管腔的形成是血管再生的必備條件。大量的研究報道，S1P誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、血管腔的形成以及在血管再生和發(fā)育成熟中起了重要作用;內(nèi)皮細(xì)胞的完整性和可再生性對維持血管壁生理功能尤為重要。(2)S1P可誘導(dǎo)內(nèi)皮生成一氧化氮(NO)，從而舒張血管，調(diào)節(jié)血管張力，在維持機體血壓和血流動力學(xué)穩(wěn)定起重要作用。研究證實，S1P可以通過其相應(yīng)的受體，激活PI3K，從而活化Akt，進(jìn)一步磷酸化內(nèi)皮細(xì)胞NO合酶，調(diào)節(jié)NO的產(chǎn)生。(3)S1P在維持血管內(nèi)皮屏障功能方面起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，S1P通過與血管內(nèi)皮細(xì)胞表面特異性S1P1受體結(jié)合，激活下游的Rac信號通路，誘導(dǎo)肌動蛋白移位，促進(jìn)細(xì)胞骨架重排，從而促使細(xì)胞周圍形成牢固的肌動蛋白環(huán)。同時，S1P增強了緊密連接即黏著斑的作用，促使細(xì)胞表面形成連接復(fù)合物，達(dá)到穩(wěn)定細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與基質(zhì)之間的作用，進(jìn)而增強內(nèi)皮細(xì)胞的屏障保護(hù)作用，降低血管的通透性。

3.5 S1P及其受體在血管疾病中的作用 S1P如同一柄雙刃劍，既可通過其相應(yīng)的受體介導(dǎo)對血管系統(tǒng)的起到生理保護(hù)作用;同樣也可通過其對應(yīng)的受體，導(dǎo)致血管疾病的發(fā)生〔57～60〕。研究證實，S1P通過冠狀動脈壁的S1P2受體介導(dǎo)，刺激冠狀動脈收縮，對急性冠狀動脈綜合征的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生重要影響。研究也揭示了S1P通過S1P2受體介導(dǎo)，可以使衰老血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖減慢，遷移能力降低，損傷修復(fù)能力減弱，管狀樣結(jié)構(gòu)形成速度減緩，從而影響血管的生長與修復(fù)。在冠狀動脈支架術(shù)后再狹窄研究中發(fā)現(xiàn)，S1P通過S1P1受體誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，同時S1P1受體在增殖的血管平滑肌細(xì)胞中高表達(dá)，而支架植入后局部有炎癥細(xì)胞浸潤和血栓形成，S1P濃度也明顯升高，提示S1P及其受體信號途徑可能在血管支架術(shù)后再狹窄中發(fā)揮一定作用。

4 問題和展望

目前，對S1P及其受體的研究已經(jīng)成為熱點。在細(xì)胞水平，S1P的作用表現(xiàn)在與細(xì)胞的增殖、分化、細(xì)胞骨架改變、凋亡和遷移等有關(guān)。在整體上，則表面S1P與機體的生長發(fā)育、創(chuàng)傷愈合、組織再生等有關(guān)。但S1P及受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號機制，特別是在正常和疾病狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)和機體內(nèi)的信號機制，還有待于進(jìn)一步的研究。同樣，S1P作為血液中的活性因子之一，在心血管具體疾病的作用有待于進(jìn)一步明確。通過深入的研究S1P受體信號途徑在心血管疾病中的作用機制，可為心血管疾病的預(yù)防和治療尋找新的靶標(biāo)。

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