鞘氨醇-1-磷酸在膿毒癥中調(diào)節(jié)作用的研究進展

王穎勤， 鐘 鳴， 諸杜明

復旦大學附屬中山醫(yī)院重癥醫(yī)學科，上海 200032

鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate, S1P)是廣泛存在于真核細胞的鞘磷脂代謝產(chǎn)物之一。S1P既可作為第二信使直接作用于細胞內(nèi)靶點，又可通過S1P轉(zhuǎn)運蛋白或ATP結合盒轉(zhuǎn)運子(ATP-binding cassette transporter, ABCA)轉(zhuǎn)運至細胞外，結合細胞膜表面的5種不同G蛋白偶聯(lián)受體即S1P受體(sphingosine-1-phosphate receptors, S1PRs)，參與調(diào)節(jié)炎癥過程中組織細胞的生長和凋亡，免疫細胞的增殖、遷移，及血管內(nèi)皮細胞的通透性[1]。

膿毒癥是由感染引起的機體免疫反應失調(diào)所致的可危及生命的嚴重疾病，常導致多器官功能障礙甚至衰竭[2]。血管內(nèi)皮細胞和免疫細胞在機體炎癥環(huán)境中功能障礙可導致血管通透性增加、血栓形成及免疫反應失調(diào)，并導致多器官衰竭[3-4]。研究[1,5-7]表明，S1P能調(diào)節(jié)膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中多種免疫細胞和血管內(nèi)皮細胞功能，是預測膿毒癥病情嚴重程度的重要指標。本文總結了S1P對膿毒癥中血管通透性、免疫與凝血功能的影響，期望為今后該領域的研究提供參考。

1 S1P的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化

細胞膜上的鞘磷脂在鞘磷脂酶的催化作用下合成神經(jīng)酰胺，神經(jīng)酰胺可由神經(jīng)酰胺酶催化形成鞘氨醇。鞘氨醇經(jīng)鞘氨醇激酶1(sphingosine kinase 1, SphK1)和鞘氨醇激酶2(sphingosine kinase 2, SphK2)的磷酸化作用生成S1P。S1P可直接在細胞內(nèi)S1P磷酸酶(sphingosine-1-phosphate phosphatases, SPPs)的作用下去磷酸化形成鞘氨醇。細胞內(nèi)的S1P也可被轉(zhuǎn)運至細胞膜外表面，由細胞外的脂質(zhì)磷脂酸磷酸酶(lipid phosphate phosphatases, LPPs)去磷酸化，重新形成鞘氨醇。細胞內(nèi)的S1P裂解酶1(sphingosine-1-phosphate lyase 1, SGPL1)能不可逆地裂解細胞內(nèi)的S1P，導致S1P降解[1,8]。

2 S1P在膿毒癥中的調(diào)節(jié)作用

2.1 S1P對血管內(nèi)皮屏障功能的調(diào)節(jié)作用 血管內(nèi)皮細胞和基底膜構成的血管內(nèi)皮屏障是維持毛細血管正常通透性的關鍵[9]。膿毒癥時，在各種炎癥和凝血因子的作用下毛細血管內(nèi)皮屏障功能受損，毛細血管通透性異常增加，體液滲漏至組織間隙，造成組織水腫和細胞缺氧損傷，嚴重時可導致器官功能障礙。研究[10-12]表明，內(nèi)皮屏障功能損傷程度與膿毒癥的病情嚴重程度正相關。

Rac和Rho是調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞骨架及細胞連接的2種重要的Ras相關G蛋白。Rac能激活磷脂酰肌醇二磷酸代謝途徑，引起細胞激動蛋白聚合等細胞骨架變化的早期發(fā)生。Rho可通過激活酪氨酸激酶引起張力絲、黏著斑形成等細胞間連接的變化。S1P與S1PR1結合后可激活Rac，加強細胞間的緊密連接和黏附[13]。S1P結合S1PR3后可激活Rho，促進內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s表型，從而削弱內(nèi)皮細胞間的連接，增加血管通透性[14]。內(nèi)毒素(lipopolysaccharides, LPS)誘導的急性肺損傷動物模型中，靜脈注射S1P或S1P類似物(FTY-720)能顯著改善肺泡屏障和血管屏障功能，減輕肺水腫[15]。后續(xù)基于小鼠結腸結扎穿刺術(cecal ligation and puncture, CLP)誘導的急性肺損傷動物模型的研究[16-17]進一步表明，使用S1P和選擇性S1PR1激動劑(SEW-2871)均能減少肺毛細血管滲漏。急性肺損傷小鼠循環(huán)中的血漿S1PR3水平升高，而S1PR3敲除小鼠的肺毛細血管通透性降低[16]，且使用藥物選擇性抑制S1PR3也可降低小鼠肺灌注損傷模型中毛細血管的通透性[18]。在LPS或CLP誘導的膿毒癥動物模型中，選擇性敲除S1PR2基因或使用S1PR2選擇性拮抗劑(JTE-013)均能減輕小鼠毛細血管屏障的破壞[16-17,19]。

在動物膿毒癥模型中，選擇性激活S1PR1或抑制S1PR2和S1PR3表達均能改善內(nèi)皮屏障功能。而血管內(nèi)皮細胞主要表達S1PR1[20]，因此，選擇性激活S1P/S1PR1可能成為改善內(nèi)皮屏障功能的主要途徑。

2.2 S1P對炎癥反應的調(diào)節(jié)作用 S1P對內(nèi)皮細胞和免疫細胞的炎癥調(diào)節(jié)作用可根據(jù)其結合的S1P受體類型不同而有所差異。膿毒癥時，免疫細胞釋放的細胞炎癥因子通過刺激內(nèi)皮細胞表面E選擇素、P選擇素、血管細胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)和細胞間黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)等內(nèi)皮細胞黏附分子表達[21-22]，進而促進免疫細胞黏附，引起內(nèi)皮細胞炎癥性破壞。選擇性激活S1PR1可減少內(nèi)皮細胞黏附表達，并減少免疫細胞炎癥因子釋放而減輕炎癥中的肺損傷[20]。與S1PR1激活的作用相反，選擇性激活S1PR2或S1PR3可促進內(nèi)皮細胞黏附分子表達，增加內(nèi)皮細胞損傷[19]。S1P結合S1PR1后可激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)，活化的eNOS能抑制中性粒細胞的黏附，保護內(nèi)皮細胞的完整性[23]。相反，S1P結合S1PR2和(或)S1PPR3可促進炎癥細胞黏附于血管內(nèi)皮細胞。在急性化膿性膽管炎小鼠模型中，降低外周血單核細胞中S1PR2表達可抑制血液中單核細胞黏附能力并減少細胞炎癥因子釋放，進而減輕其對內(nèi)皮細胞的炎癥損傷[24]。選擇性敲除小鼠S1PR3基因或應用S1PR3選擇性抑制劑(TY-52156)可使P選擇素依賴性白細胞滾動受損[25]。缺血再灌注肺損傷動物模型中，選擇性激活S1PR1或抑制S1PR3能減少單核細胞和中性粒細胞浸潤，減輕炎癥損傷[18]。

因此，選擇性激活S1PR1與抑制S1PR2、S1PR3可能發(fā)揮協(xié)同作用，均能降低內(nèi)皮細胞黏附分子的表達及減輕炎癥細胞浸潤，從而緩解膿毒癥患者的組織損傷，改善預后[16]。此外，S1P或S1P受體激動劑的給藥途徑及給藥劑量均能影響其對膿毒癥的治療效果[16]，優(yōu)化給藥方案也是未來研究的重要方向之一。

2.3 S1P對免疫功能的調(diào)節(jié)作用 正常情況下，體內(nèi)的初始T淋巴細胞能通過細胞表面表達的S1PR1感受外周S1P濃度梯度的變化。當外周血中S1P濃度高于淋巴組織內(nèi)S1P濃度時，T淋巴細胞從淋巴組織中遷出至外周血中[26]。膿毒癥時，胸腺發(fā)生暫時性退化，凋亡的胸腺細胞產(chǎn)生大量S1P，而外周S1P濃度降低，導致S1P濃度梯度與正常相反；同時，胸腺中高濃度S1P可誘導初始T淋巴細胞表面S1PR1內(nèi)化進入細胞內(nèi)，細胞表面S1PR1減少，從而減少T淋巴細胞從淋巴組織遷出，導致膿毒癥患者外周血淋巴細胞減少。然而，動物研究[26]發(fā)現(xiàn)，膿毒癥早期血液中細菌的載量和脾臟的細胞因子表達量變化并不明顯，說明獲得性免疫可能在膿毒癥的起始階段不起主要作用，此時主要由固有免疫細胞發(fā)揮免疫作用。

感染時，病原體入侵是威脅人體最直接的因素。機體固有免疫防御系統(tǒng)在感染早期即被激活，因此，在病原體釋放毒素產(chǎn)生不可逆的損傷之前，盡早清除入侵的病原體是預防患者病情進展為膿毒癥的關鍵。膿毒癥發(fā)生時，S1P主要通過結合固有免疫細胞表面S1PR1、S1PR2和S1PR3調(diào)節(jié)病原體清除過程。膿毒癥CLP動物模型中，選擇性促進S1PR1表達或抑制S1PR2表達能提高巨噬細胞的遷移能力，增強免疫防御能力，防止病原體擴散[27-28]。細菌成分可通過誘導單核細胞和巨噬細胞表面S1PR3表達從而增強其殺細菌作用[29]；在動物模型中選擇性敲除S1PR3可導致小鼠死亡率增加[29]。S1P還可參與調(diào)節(jié)樹突狀細胞(dendritic cell, DC)分化成熟，促進DC轉(zhuǎn)化成為分泌表型，分泌白細胞介素10(interleukin-10, IL-10)等炎癥抑制因子[30]。然而，選擇性激活S1PR3可增強DC的遷移能力及其介導炎癥級聯(lián)反應[31]。因此，在炎癥早期選擇性增加S1PR3表達可能提高機體的免疫防御能力，促進病原體清除；在炎癥晚期抑制S1PR3表達可限制炎癥反應升級，減輕炎癥對機體的損傷。

在膿毒癥的免疫抑制階段，由于胸腺萎縮及外周血中T淋巴細胞減少可導致機體免疫監(jiān)視功能減弱，對病原體的易感性增強，增加二次感染的可能性[32]。在多細菌誘導的膿毒癥動物模型中，炎癥早期使用S1P類似物(FTY-720)抑制T淋巴細胞從淋巴器官遷出，對小鼠生存率無顯著影響[33]。然而，在檸檬酸桿菌誘導的膿毒癥小鼠中，F(xiàn)TY-720長期治療的小鼠體內(nèi)病原體清除延遲，且其脾內(nèi)的細菌含量顯著增加[33-34]。

S1P與其受體的相互作用在膿毒癥早期可增強固有免疫并抑制適應性免疫反應，促進病原體清除，減輕膿毒癥早期的炎癥反應，減少組織和器官損傷，提高患者生存率。然而，在膿毒癥晚期免疫抑制階段，S1P持續(xù)減弱適應性免疫反應可導致二重感染的概率升高。

2.4 S1P對凝血反應的調(diào)節(jié)作用 在膿毒癥中，由組織因子介導的促凝途徑作用增強，抗凝血酶、蛋白C(protein C, PC)系統(tǒng)、組織因子途徑抑制物等抗凝途徑作用減弱，導致毛細血管大量微血栓形成，組織缺血、缺氧和器官功能障礙。凝血酶與細胞表面的血栓調(diào)節(jié)蛋白(thrombomodulin, TM)結合后可將附近細胞膜上與內(nèi)皮細胞蛋白C受體(endothelial protein C receptor, EPCR)結合的PC激活為活化PC(activated protein C, APC)。APC與蛋白S形成復合物后可滅活凝血因子Ⅷa和凝血因子Ⅴa，從而發(fā)揮抗凝作用[35]。在血管內(nèi)皮細胞內(nèi)，凝血酶可通過與EPCR結合的APC相互作用激活蛋白酶活化受體1(protease-activated receptor 1,PAR1)，繼而激活S1PR1，降低血管內(nèi)皮通透性[36-37]。凝血酶也可直接激活內(nèi)皮細胞PAR1，繼而激活內(nèi)皮細胞表面S1PR3，增加血管內(nèi)皮通透性[36,38-39]。此外，凝血酶激活的PAR1信號傳導可與SphK1偶聯(lián)[37]。在淋巴間隔室中產(chǎn)生的凝血酶活化PAR1后，激活SphK1并導致S1P水平升高。S1P作用于樹突細胞表面S1PR3可干擾DC的促炎和促凝作用。S1PR3被激活后還可通過刺激來自內(nèi)皮細胞的Weibel-Palade小體的胞吐作用誘導血小板聚集并促進血栓形成[40-41]。

目前，已有研究[42]結果提示，S1P可通過與不同受體結合偶聯(lián)炎癥和凝血反應。因此，平衡S1P在炎癥和凝血反應中的作用可能成為治療膿毒癥的新途徑。

3 S1P的臨床研究進展

目前關于膿毒癥患者體內(nèi)S1P水平變化的前瞻性臨床研究較為鮮見，但已經(jīng)發(fā)表的5項臨床觀察性研究一致提示血液S1P水平與膿毒癥患者的病情嚴重程度存在潛在關聯(lián)。Laksiri等[43]分析了28例登革熱感染患者和12名健康人(對照組)的S1P水平，與對照組相比，登革熱患者血清中S1P水平顯著降低。此外，出現(xiàn)登革熱休克綜合征患者的血清S1P水平比無休克綜合征患者低。Frej等[44]報告了202例膿毒癥患者的血漿S1P水平與患者臨床病情嚴重程度間存在顯著相關性，單純感染患者(感染但不伴有全身炎癥反應綜合征患者)、膿毒癥患者、嚴重膿毒癥但不伴有休克患者和嚴重膿毒癥且伴有休克患者的血漿S1P水平與健康對照組相比分別下降了14%、21%、27%和46%，嚴重膿毒癥且伴有休克患者與膿毒癥患者和單純感染患者相比，其血漿S1P顯著降低。序貫器官衰竭評分(SOFA評分)是提示膿毒癥患者病情嚴重程度的一項重要指標。Winkler等[45]調(diào)查了因膿毒癥、嚴重膿毒癥和膿毒癥伴休克入住重癥監(jiān)護病房的100例患者，線性回歸分析結果顯示這些患者血清S1P水平與其SOFA評分顯著負相關。同時，研究者根據(jù)患者的SOFA評分將膿毒癥患者分為0～3分、4～6分、7～9分和≥10分4組，統(tǒng)計結果顯示，4組患者血清S1P水平依次逐漸降低而死亡率依次逐漸升高。此外，膿毒癥患者血清S1P水平與提示患者病情嚴重程度的其他指標值(降鈣素原、C反應蛋白、肌酐、乳酸水平及液體平衡)也負相關[45]。值得注意的是，在這些指標中，S1P濃度與SOFA評分在預測膿毒癥患者是否發(fā)生休克方面顯示出同樣的靈敏度和特異性[45]，患者血清S1P濃度每下降1 nmol/L，膿毒癥休克的風險上升1.2%。Wu等[46]的研究還提出，血漿S1P水平和血漿S1P水平與神經(jīng)酰胺比值對預測膿毒癥患者死亡率均有較高的準確性，后者預測患者死亡率的準確性稍高于前者。研究[46]發(fā)現(xiàn)，血漿S1P水平不僅與膿毒癥患者的病情嚴重程度相關，而且可能有提示患者在膿毒癥中機體免疫狀態(tài)的作用。循環(huán)血液中的單核細胞HLA-DR表達水平常作為機體免疫變化的重要指標。根據(jù)血液中單核細胞HLA-DR的表達水平，將膿毒癥患者分為HLA-DR低表達組和HLA-DR高表達組，HLA-DR低表達組患者與HLA-DR高表達組患者相比，血漿S1P表達水平顯著降低[46]。近期研究[23]報告顯示，膿毒癥患者血清S1P水平還可能與患者的預后相關。膿毒癥急性期死亡患者的血清S1P水平最低，生存期超過28 d的膿毒癥患者血清S1P水平相對較高。

4 S1P的臨床應用

血液中的S1P主要與高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)中的載脂蛋白M(apolipoprotein M, ApoM)或與血清白蛋白(serum albumin, SA)結合。已知這3種蛋白在膿毒癥患者中都減少且與膿毒癥患者的病情嚴重程度負相關[47-49]。S1P與這3種蛋白的關聯(lián)提示S1P可能與SA、HDL和ApoM有相似預測患者預后的價值。由于血小板和紅細胞與膿毒癥急性期S1P下降在功能上相關，所以結合S1P水平、血細胞比容、血小板計數(shù)、SA、HDL和ApoM可能將更好地預測膿毒癥患者的病情嚴重程度[20]。

迄今為止，尚無S1P類似物或S1P選擇性受體調(diào)節(jié)劑應用于膿毒癥的臨床試驗。由于膿毒癥患者血液S1P水平下降，S1P替代治療似乎是膿毒癥的一種合理的治療方法，但是內(nèi)源性S1P的生物半衰期較短[50]，因此，直接使用S1P作為治療藥物并不可行。FTY-720是S1P的結構類似物，其在被SphK2磷酸化之后成為S1PR1有效的激動劑。FTY-720目前作為免疫抑制劑用于治療復發(fā)型自身免疫性疾病多發(fā)性硬化癥[51]，其潛在機制是FTY-720誘導淋巴細胞表面的S1PR1內(nèi)化，抑制淋巴細胞通過組織和外周血之間形成的S1P濃度梯度從淋巴器官進入外周血中[52]。然而，由于FTY-720具有免疫抑制活性，其在膿毒癥患者中的應用可能受限。近年來，多種FTY-720的化學衍生物已被開發(fā)，但其作用機制和療效仍有待進一步研究證實。值得注意的是，體外觀察表明，膿毒癥過程中體內(nèi)大量的促炎細胞因子可誘導內(nèi)皮細胞表面S1PR2表達增加。在這種情況下，S1PR1可能不再是血管內(nèi)皮細胞中主要的S1P受體類型[19]，此時補充血液中的S1P可能對患者產(chǎn)生不利影響。

5 小 結

綜上所述，S1P參與調(diào)節(jié)膿毒癥中內(nèi)皮細胞屏障功能、炎癥、免疫和凝血反應。補充體內(nèi)的S1P，選擇性激動S1PR1并抑制S1PR2和S1PR3可能成為改善早期膿毒癥患者病情的治療手段。由于膿毒癥中各個階段機體的免疫與炎癥狀態(tài)不同，根據(jù)患者病情進展的不同階段相應地調(diào)節(jié)S1P及其受體水平可能對患者更有利。血液S1P水平可能與膿毒癥患者的病情嚴重程度相關，血液S1P濃度可能是預測膿毒癥患者病情嚴重程度和預后的潛在標志物。由于膿毒癥各個階段的差異及患者的個體差異，S1P預測患者病情是否具有穩(wěn)定性仍需要進一步臨床研究證實。目前有關S1P水平對膿毒癥發(fā)生發(fā)展的影響仍不清楚，S1P水平及特異性S1P受體調(diào)節(jié)劑在膿毒癥中的作用仍有待進一步探索。