鞘氨醇-1-磷酸與血管生成的研究進展

劉藝璇，戴嵐，狄文

鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）是細胞膜鞘磷脂的代謝產物之一，S1P可介導多種生物學效應，包括細胞遷移、增殖、存活和細胞分化等。S1P生物學效應的多樣性主要取決于偶聯(lián)蛋白受體的亞型及細胞組織中G蛋白受體的特異性表達，目前共發(fā)現(xiàn)S1P受體（sphingosine 1-phosphate receptor，S1PR）1～5 這 5 種亞型，S1PR1、S1PR2 和S1PR3廣泛表達于血管內皮細胞（endothelial cell，EC）與血管平滑肌細胞（smooth muscular cell，SMC），與血管功能的調控具有重要聯(lián)系。S1PR4、S1PR5雖參與S1P的其他生物學效應，但尚無證據表明與血管功能有關，故S1P通過S1PR1～3對血管生成起到雙向調控作用。體外及體內試驗均已證實，S1P可參與多種生理和病理模型的血管生成，如腫瘤血管新生、胚胎時期的血管發(fā)生、缺血性損傷疾病中形成新生血管等，其中S1P參與的腫瘤血管新生過程在惡性腫瘤的生物學進程中起到重要作用。目前研究表明，S1P在卵巢癌患者中異常高表達，并且S1P可參與卵巢癌的多種生物學行為，但S1P與卵巢癌血管新生的機制尚不明確[1]。本文綜述了S1P與血管生成的最新研究進展，為卵巢癌血管生成的研究提供新的方向，同時S1P介導的血管生成相關通路有望成為抑制腫瘤的治療新靶點。

1 S1P的合成與作用途徑

S1P主要由鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，SphK）磷酸化鞘氨醇生成，可發(fā)揮多種生物學效應。人體中有2個編碼SphK的基因，產生具有高度同源性的SphK1和SphK2同工酶，兩者共享一個保守的催化域，但是表達方式不同。SphK1或SphK2基因缺失小鼠SphK功能并未受到影響；而敲除SphK1和SphK2基因對小鼠胚胎有致死性，且小鼠體內未檢測到S1P表達，表明在機體內S1P僅由SphKs產生[2]。血漿中S1P濃度約10-7mol/L，主要與高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL，約 60%）、白蛋白（30%）等血漿蛋白結合，僅小部分S1P處于游離狀態(tài)，其來源為紅細胞、血管內皮細胞、活化的血小板和其他類型細胞等；S1P也可經由自分泌或旁分泌途徑在局部組織中發(fā)揮生物學效應，已有研究表明S1P發(fā)揮的局部效應對于腫瘤的生長及腫瘤微環(huán)境均具有重要意義[3]。

S1P主要通過細胞膜表面的S1PR調控下游通路而發(fā)揮大部分生物學效應，S1P也可通過細胞內非受體途徑發(fā)揮作用。S1PR是G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）家族成員之一，目前已發(fā)現(xiàn)的有S1PR1～5共5種亞型。S1PR1、S1PR2和S1PR3是血管中的主要受體亞型，同時也廣泛表達于各種組織，血管內皮細胞中大量表達S1PR1與S1PR3，而S1PR2僅在內皮細胞的某些特定的血管床中表達[4]。S1PR1主要與Gi蛋白結合，介導下游的Rac-絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）途徑和磷脂酶C途徑，從而發(fā)揮相應的生物學效應；而S1PR2與S1PR3可耦合多個G蛋白，如 Gq，G12/13，Gi-磷脂酶 C，Rho 通路及上述的 Gi依賴途徑。除上述途徑外，S1P也可以通過細胞內的非受體途徑發(fā)揮其生物學效應[5]。

2 S1P與血管生成

早期的血管發(fā)生（vasculogenesis）即來源于中胚層的內皮祖細胞（endothelial progenitor cell，EPC）增殖分化，聚集形成原始的血管叢，通過逐漸修飾形成相互交通分支的成熟脈管系統(tǒng)；隨后，組織中已成熟的血管內皮細胞發(fā)生出芽和增殖，形成小的血管分支即血管新生（angiogenesis），而血管成熟則靠募集壁細胞（SMC和周細胞）及基質環(huán)境發(fā)展的共同作用。上述血管生成過程中，血管內皮生長因子（VEGF）已被確認是最關鍵的驅動因子。血管的重塑和成熟需要血管生成素、肝配蛋白、血小板衍生生長因子（PDGF）和轉化生長因子（TGF）等。除了這些血管生成肽，包括S1P、溶血磷脂酸和前列腺素等在內的脂質介質也具有血管生成和成熟的調節(jié)功能。

2.1 S1P/S1PR對血管生成的雙向調節(jié)作用 S1P與S1PR的不同亞型結合發(fā)揮對血管生成的調節(jié)作用。S1P主要通過S1PR1及在較小程度上依賴S1PR3，刺激ECs增殖、存活、遷移和毛細血管樣管腔形成，從而促進血管新生；與S1PR1/3相反，S1PR2對于血管生成有抑制作用。Lee等[6]在小鼠基底膜培養(yǎng)基（Matrigel）中首次發(fā)現(xiàn)體內S1P通過S1PR1和S1PR3促進血管新生，進一步研究表明S1PR1和S1PR3介導激活Rho家族三磷酸鳥苷（GTP）酶Rac途徑，在S1P誘導的血管生成中起著重要作用[7]。體內試驗發(fā)現(xiàn)S1PR1選擇性拮抗劑可以抑制VEGF誘導的血管生成，可見內源性S1P參與VEGF誘導的血管生成[8]。以人臍靜脈血管內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells,HUVEC）作為研究模型，S1PR2對于血管生成的抑制作用是通過RhoC通路，而RhoA通路的作用甚微[9]。但有研究表明S1PR2在某些病理模型中亦可促進新生血管形成，如在神經母細胞瘤中S1P可通過S1PR2促進VEGF生成，從而促進血管新生[10]。除了上述S1P/S1PR途徑，近年研究表明在EC中S1P可作用于轉錄因子過氧化物酶增殖物激活受體γ（PPARγ），與PPARγ的共激活因子 1β（PGC1β）形成 S1P/PPARγ/PGC1β 復合體，從而調節(jié)血管新生[5]。

2.2 S1P與內皮細胞遷移 S1P可通過S1PR1和S1PR3促進血管內皮細胞遷移，通過S1PR2抑制內皮細胞遷移，上述S1P對于細胞遷移的影響由G蛋白亞基的特異性決定，S1PR1偶聯(lián)Gαi，激活Rho家族GTP酶Rac1，從而促進遷移；而S1PR2耦合G13激活RhoA并負向調節(jié)Rac1的活性，抑制細胞遷移[11]。在成人SMC內側，S1PR2/S1PR1比值較高，SMC不受S1P影響而發(fā)生遷移，而新生兒SMC受S1P影響而發(fā)生遷移，因新生兒SMC可表達更高水平的S1PR1，具有較低的S1PR2/S1PR1比值[12]。在人視網膜微血管EC中，S1P通過S1PR2抑制EC遷移，HUVEC無S1PR2表達，故S1P未能在HUVEC中發(fā)揮其抑制EC遷移的作用[13]。上述證據表明，因不同細胞中S1PR表達的數量及類型的特異性，S1P對于內皮細胞遷移的作用存在差異。

2.3 S1P與細胞黏附作用 S1P與其受體結合可引發(fā)一系列的細胞類型特異性的黏附和運動反應，S1P對血管細胞黏附和運動的影響通過整合素調節(jié)。S1P作用于EC后，αv與β3亞基結合活化形成整合素αvβ3，同時刺激 αvβ3、局部黏著斑激酶（FAK）與包括α輔肌動蛋白等在內的細胞骨架蛋白聯(lián)合[14]。Bayless等[15]的研究已表明，S1P誘導的內皮細胞侵入膠原基質，涉及α2β1，而細胞侵襲纖維蛋白涉及到α5β1和αvβ3。以上現(xiàn)象在S1PR1缺失的內皮細胞中未發(fā)生，這表明S1PR1在細胞黏附過程中具有重要作用。整合素的激活過程與S1P激活磷脂酶C（phospholipase C，PLC）和細胞內的鈣動員有關，同時還可調解FAK磷酸化和促進內皮細胞遷移[7]。

2.4 S1P與血管內皮細胞屏障 S1P介導的一系列通路對于血管內皮細胞屏障形成具有重要作用，并對于維持血管內皮細胞屏障的穩(wěn)定性、完整性具有調節(jié)作用。當S1P作用于血管EC，其刺激橋粒連接的裝配，誘導形成肌動蛋白應力纖維和皮質肌動蛋白，并促進EC運動和屏障功能，S1P作用于血管SMC引起肌動蛋白絲的分解，抑制局部連接的形成并且抑制其活動性[6]。S1P信號途徑也可以調節(jié)細胞-細胞連接中以神經鈣黏素為基礎的連接，對于血管的穩(wěn)定性至關重要。在血管EC中，S1P可以誘導細胞膜轉運及活化N-鈣黏蛋白和P120連環(huán)蛋白，從而促進EC與其他表達N-鈣黏蛋白的細胞（包括EC和SMC）相互作用，而上述的細胞膜轉運過程依賴于Rho家族GTP酶，特別是Rac1[16]。此外，在體內和體外試驗中均有報道，活化的S1PR2具有破壞黏附連接的功能，從而導致血管滲透性過高[17]。在人體肺血管內皮細胞中，S1P可通過S1PR1，與整合素β4共同作用激活C-Met基因，共同參與肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）介導的血管內皮細胞屏障功能的完整性[18]。

2.5 S1P與新生血管成熟 S1P可通過刺激EC形態(tài)改變促進新生血管逐漸成熟，以形成互相交通的血管網絡。在Matrigel培養(yǎng)基中，S1P誘導內皮細胞形成毛細血管樣網絡，同時促進內皮細胞侵襲、管腔形成及分支形態(tài)轉換成交錯的立體結構[6]。以抗S1P單克隆抗體中和S1P可阻斷毛細血管樣網絡形成，并對堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和VEGF介導的皮下血管生成起抑制作用。在S1PR1基因敲除小鼠中，招募周細胞和平滑肌細胞聚集功能受損，導致了血管成熟性或穩(wěn)定性的缺失[19]。S1PR1可通過抑制VEGF-A及鈣黏素的局限化限制血管的畸形生長[20]。

S1P促進新生血管成熟的另一方面體現(xiàn)在血管內皮細胞和平滑肌細胞間的相互作用，有利于新生血管的穩(wěn)定性。在缺乏S1PR1的胚胎中，雖有新生血管形成，但卻被不完全的SMC覆蓋，同時伴隨著出血和水腫；而在缺乏S1PR2和S1PR3的胚胎中，SMC完全覆蓋于新生血管，內皮細胞-細胞連接均完好無損，但內皮細胞形態(tài)學卻是異常的[21]。此外，體內及體外試驗已證實血液動力學的管腔壓力及S1P均可以調節(jié)S1PR1的表達，從而調節(jié)新生血管的穩(wěn)定性[22]。

3 S1P對血管功能的影響

S1P與S1PR除了促進新生血管形成，對于某些血管床的功能完整性也必不可少。例如，S1PR3大量表達于EC和SMC內，在EC中，S1PR3可通過Gi-AKT通路磷酸化一氧化氮合成酶（eNOS），同時調控Gq-蛋白介導的 Ca2+/鈣調蛋白（calmodulin）途徑，兩者共同作用刺激一氧化氮（NO）的產生，從而舒張血管；而在SMC中，S1PR3在特定的血管床中可調節(jié)血管收縮，這一過程是通過Gq蛋白偶聯(lián)的Ca2+動員和G12/13耦合的Rho依賴性肌球蛋白輕鏈磷酸酶的抑制作用實現(xiàn)，故S1PR3基因缺失小鼠中S1P對心血管系統(tǒng)的血管加壓作用和內皮依賴性的血管舒張功能明顯缺如[23]。此外，S1P對于內耳形成有其重要作用，S1PR2有參與內耳中維持脈管系統(tǒng)的血管紋的作用，其作用為調節(jié)血管收縮以控制適當的動脈灌注，S1PR2基因缺失小鼠出現(xiàn)了年齡依賴性的內耳正常血管功能的受損，這導致內耳結構畸形、聽力喪失和共濟失調[24]。S1P對于血腦屏障的完整性亦發(fā)揮著重要的作用，S1P通過結合其受體來調節(jié)血管內皮細胞和星形膠質細胞而形成血腦屏障，并對其功能進行調節(jié)，上述研究可能會成為如多發(fā)性硬化癥等神經系統(tǒng)疾病的治療新方向[25]。最新研究表明S1P通過調節(jié)多糖-蛋白質復合物（glycocalyx，GCX）的合成以及血管連接以應對血流動力學的改變，同時血流動力學亦可促進血管彈性功能的建立[26]。

4 S1P與腫瘤血管新生

S1P及其受體對于血管新生的調控作用已在多個腫瘤模型中得到證實。Chae等[27]利用小干擾RNA（siRNA）在肺癌移植瘤模型中首次確認S1PR1為腫瘤血管新生所必需。以往的如肺癌Lewis模型及黑色素瘤模型研究提示，S1PR2與S1PR1/3表達的平衡影響S1P對細胞的遷移效應，S1PR2對腫瘤生長及血管生成具有抑制作用。但在一項以前列腺癌為模型的研究中，S1PR2能增加腫瘤血管生成，促進腫瘤的增殖及產生化療藥物抵抗[28]。除上述研究，Sarkisyan等[29]在小鼠乳腺癌模型中發(fā)現(xiàn)，拮抗EC中S1PR1可導致血管的不完整性及成熟障礙，從而抑制腫瘤的生長及遠處轉移。

VEGF作為如卵巢癌等腫瘤血管新生的重要因子，在HUVEC模型中已被證實S1P可促進其大量表達[30]，但在卵巢癌中S1P與VEGF的關系尚無相關研究。除了VEGF，白細胞介素8（IL-8）為促進卵巢癌血管新生的另一重要因子，應用S1P拮抗劑有效抑制了卵巢癌中IL-8的分泌，表明S1P可通過IL-8促進卵巢癌血管新生[31]。

已有研究表明，S1P的單克隆抗體可抑制腫瘤生長，甚至優(yōu)于VEGF單抗，S1P單抗的抗腫瘤效果表現(xiàn)在對腫瘤血管生成的抑制作用及對腫瘤細胞的運動性、增殖和存活的影響[32]。S1P的前體為神經鞘氨醇，例如C18等，當S1P/神經鞘氨醇濃度比值升高時，可以抑制惡性膠質母細胞瘤中的血管生成，同時可監(jiān)測出高濃度的SphK1，因此SphK1亦可作為腫瘤治療的新靶點[33]。以SphK1作為腫瘤靶點的抗腫瘤藥物，如 SK1-Ⅰ（BML-258）、SK1-Ⅱ、F12509a、B5354C等，均可減少S1P的生成，從而阻斷S1P的下游通路來達到抗腫瘤的作用[34]。5 結語

S1P主要通過與其受體結合調節(jié)多種生物學效應，而S1P主要通過S1PR1、S1PR2、S1PR3對血管新生進行精細而復雜的調節(jié)，因不同種細胞表達S1PR的類型及數量存在差異，故S1P在不同細胞中發(fā)揮的生物學效應存在差異。S1P通過其受體的特異性介導不同的信號轉導通路，對血管生成起到雙向調節(jié)作用，在血管發(fā)生和血管網絡形成、血管穩(wěn)定性和完整性及對于血管功能的調節(jié)中，S1P都起著至關重要的作用。根據不同腫瘤組織類型對S1P的應答情況，干擾S1P代謝途徑，影響S1P表達水平，或根據特異性的細胞受體亞型表達情況，采取個體化的受體激動劑或拮抗劑，以及根據相關受體的下游信號分子阻斷或激活對血管新生進行抑制，均可減緩腫瘤生長及進展。目前雖有研究表明S1P參與卵巢癌血管新生，但具體機制尚不明確，仍需進一步的研究，有望為卵巢癌提供新的治療靶點。

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