1-磷酸鞘氨醇受體的作用機制及研究進展

鄭力彬 綜述，黃 東 審校

(1.廣東醫(yī)科大學，廣東湛江 524000；2.廣東省第二人民醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣州 510000)

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是一類重要的具有生物活性的信號分子,它們參與調節(jié)細胞的生長、分化、衰老和死亡等許多重要信號轉化[1]，S1P作用于1-磷酸鞘氨醇受體(S1PRs)后，能夠在許多生理生化過程中起到重要的調節(jié)作用[2]。早在1992年,有研究者指出S1P通過一個假定的跨膜受體可以作為細胞外介質，從而控制細胞活性。到目前為止,5種S1PRs都已確定,最近分別更名為內皮細胞分化鞘脂G蛋白偶聯(lián)受體1(S1P1)、內皮細胞分化鞘脂G蛋白偶聯(lián)受體5(S1P2)、內皮細胞分化鞘脂G蛋白偶聯(lián)受體3(S1P3)、內皮細胞分化鞘脂G蛋白偶聯(lián)受體6(S1P4)和內皮細胞分化鞘脂G蛋白偶聯(lián)受體8(S1P5)，他們在不同組織中的表達有相似的部分，也有不同的部分。此外,這些受體上不同的G蛋白偶聯(lián)通路解釋了他們不同的微信號轉導,以及各種細胞S1PRs所產生的影響。S1P在細胞內由鞘氨醇經特定的鞘氨醇激酶(SPHK)催化生成,也可經S1P磷酸化酶或S1P裂解酶(S1PL)分解,從而保證了人體生理環(huán)境中S1P的動態(tài)平衡[3]。SPHK-S1P-S1PRs信號通路影響炎癥、動脈粥樣硬化(AS)、自身免疫系統(tǒng)疾病、腫瘤、神經系統(tǒng)疾病發(fā)生、發(fā)展的相關研究正在全世界范圍內深入地開展，其在細胞中的生物學效應已經得到了初步證實。基于此背景，本研究集中探討S1P與其受體之間的相互作用、信號屬性和不同S1PRs的功能,并就它們在人類健康和疾病的潛在意義作一綜述。

1 S1P與S1PRs的特征

S1P是鞘磷脂在酶催化作用下的產物，主要產生于內皮細胞、血小板細胞、紅細胞等細胞的細胞膜上。同時，大多數細胞也具備分泌S1P的功能，如肥大細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞等，但是其分泌量相對較少。S1P在心血管、神經、免疫、呼吸等多個系統(tǒng)有著重要的作用。S1P的體內來源主要是造血細胞和血管內皮細胞，分別通過ABC轉運蛋白家族及Spns2釋放[4]。S1PRs家族的第一個成員S1P1，是在體外人臍靜脈內皮細胞上分化誘導出來的，在其被發(fā)現后，其他兩個受體(S1P2和S1P3)相繼被發(fā)現，研究人員從老鼠大腦和血管平滑肌細胞分化誘導出S1P2,從人類基因庫誘導出S1P3。隨后,S1P4從體外克隆的人類和小鼠樹突狀細胞分化出來，S1P4也稱內皮分化基因受體6,主要在淋巴組織和造血組織中表達。近年的研究發(fā)現,免疫細胞的遷移分化、骨骼肌前體細胞的遷移、乳腺癌細胞的增殖、組織轉化生長因子(TGF)-β1介導的抑制骨骼肌細胞凋亡均與S1P4有關[5]。最后,從大鼠腎上腺髓質嗜鉻細胞瘤分化細胞株(PC12)細胞cDNA中提取出基因神經膠質細胞生子因子1,其為一種獨特的S1PRs,命名為S1P5。這些受體的序列分析表明它們?yōu)镚蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)家族的成員,因此,他們有相關的結構元素。細胞分泌的S1P能夠與S1PRs相結合，同時表達S1PRs的細胞并不是唯一的，在骨骼肌、心臟、腎臟、肝臟、腦等大部分組織中均大量存在著S1PRs，主要為S1P1、S1P2、S1P3，但S1P4及S1P5則分別表達于免疫系統(tǒng)細胞及脾臟中。芬戈莫德(FTY720)在體內磷酸化之后,其磷酸化形式是FTY720-P，能夠作為S1P1、S1P3、S1P4、S1P5的一個強有力的受體激動劑。其與S1P結構共同之處就是它包含一個2-氨基的親脂性的尾巴和一個磷酸基團組成的頭部?？傊?需要做進一步的研究來闡明每個S1PRs的結構與活性關系。此外,S1PRs的特定識別受體激動劑/拮抗劑將提供關于每個S1PRs生理作用的進一步信息，并可能有助于新的治療藥物的發(fā)展。SPHK1與SPHK2為高度保守脂類激酶SPHK的兩種形式，二者互為異構，其主要分布位置分別在細胞質以及細胞核中。生物體內S1P水平的維持，依靠S1PL和S1P磷酸化酶之間不可逆降解作用來實現[6]。

2 S1PRs相關信號通路

由S1PRs激活的下游信號已經被廣泛地應用于研究不同類型的哺乳動物細胞中,如人類胚胎腎細胞、中國倉鼠卵巢細胞、人類紅白血病細胞、Jurkat T細胞、HTC4鼠肝癌細胞[7]。S1P1在細胞上的表達，通過S1P激活細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)、磷脂酶C(PLC)和磷酸肌醇3激酶(PI3K),并抑制環(huán)腺苷酸的生成。PLC具備調節(jié)細胞趨化作用的能力，主要依靠對下游的Ca2+和蛋白激酶C(PKC)的激活來實現。小鼠肉瘤蛋白(Ras)有助于細胞增殖活性的調節(jié)，主要依靠對下游的細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)的激活作用來實現。PI3K有助于細胞運動性能的增強，依靠對下游的蛋白激酶(AKT)的激活作用來實現。S1P2、S1P3也調節(jié)激活ERK對胃腸道的依賴。S1P2和S1P3可以通過G12/13調節(jié)Rho蛋白的激活[8]。最后,通過S1P4、S1P5的信號尚不明確，還有待深入研究。S1P具備極強的細胞功能調節(jié)作用，其功能突出體現在細胞骨架變化、黏合連接、組裝、細胞凋亡、細胞增殖等活動中。引發(fā)的不同S1P依賴模式影響每個細胞上S1PRs的表達。后來，S1P1被確認為配體,誘導細胞聚集和P-鈣連蛋白的表達。在人臍靜脈內皮細胞中表達的S1P1和S1P3,后來研究表明S1P誘導的易位VE-鈣連蛋白和b-鈣連蛋白能夠黏合連接處，同時S1P也能夠誘導Rho依賴應力纖維的形成以及Rac依賴皮質肌動蛋白的組裝和毛細結構形態(tài)的發(fā)生。GTpase Rho家族的肌動蛋白細胞骨架和細胞活性有重要的調控作用。S1P是細胞內信號轉導的第二信使，能夠在多種生物學效應中發(fā)揮直接介導的作用，同時，其還承擔了細胞外遞質的作用，結合S1PRs之后能夠發(fā)揮出“由內而外”的信號通路的作用。

3 S1PRs調節(jié)劑與疾病治療

S1PRs靶向激動劑于2010年9月獲得美國食品藥品管理局(FDA)批準正式上市，其藥用名稱為FTY720，主要應用于復發(fā)性多發(fā)性硬化癥(MS)的一線治療，屬于該類疾病的首個口服藥物。FTY720于體內被SPHK(SPHK2為主)酸化為具有活性的FTY720p，FTY720p與S1P有化學結構同源性。除了FTY720，還有很多S1PRs激動劑(CYM-5442、CYM-5520、S1P等)和拮抗劑(VPC-23019、JTE-013、CYM-50374等)被研發(fā)出來，后續(xù)應用于臨床領域。S1PRs調節(jié)劑具備生理、病理調節(jié)作用，在多種疾病中均發(fā)揮出了重要的臨床價值，如阿爾茨海默病、AS、自體免疫疾病、腫瘤等。

3.1S1PRs與免疫系統(tǒng) 在器官移植中，免疫抑制劑的重要價值是不言而喻的。S1PRs是一種新型免疫抑制劑，其發(fā)揮了較強的抗移植物免疫排斥反應作用。很多研究表明,S1P/S1PRs信號與自身免疫病存在密切關系。在免疫系統(tǒng),S1P與未成熟T細胞和記憶T細胞細胞膜上的S1PRs相互作用,調節(jié)T細胞的發(fā)育和歸巢。S1P是引起淋巴細胞遷移的重要因素,S1P拮抗劑將導致淋巴細胞停留在淋巴組織內,可防止他們進入外周血和炎性病變部位,從而抑制外周的免疫反應。在MS、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕關節(jié)炎、干燥綜合征、炎性腸病、克羅恩病等自身免疫病中S1P/S1PRs信號參與疾病的發(fā)生發(fā)展。在S1PRs的5種亞型中,只有S1P1的激動劑可通過控制淋巴細胞的遷移而產生較強的免疫抑制效應[9]。S1P能夠發(fā)揮出較強的細胞增殖抑制作用，主要作用于T細胞以及活化的CD4+T細胞。S1P通過其受體S1P1能夠對淋巴細胞組織分布以及再循環(huán)產生調節(jié)作用，繼而表現出細胞趨化性，主要作用于NK細胞、B細胞、T細胞、樹突狀細胞等。想要達到T細胞最佳活性狀態(tài)，S1P功不可沒。S1PRs激動劑有助于降低胸腺組織以及血液中淋巴細胞的水平，這一過程屬于可逆性的，其作用部位為淋巴細胞，主要發(fā)揮趨向聚集作用，但不會產生不良反應。有研究表明，S1Ps缺陷對小鼠體內NK細胞的分布產生重要影響[10]。FTY720作為FDA批準的第一種用于治療復發(fā)緩解型MS的口服藥物,其磷酸化后與S1P結構相似,相當于S1P拮抗劑,可使淋巴細胞停留在淋巴結中,從而抑制免疫反應對髓鞘的破壞。

3.2S1PRs與腫瘤 S1P/SPHK/S1PRs信號通路與腫瘤細胞的增殖、浸潤、轉移等生物學行為密切相關[11]。神經酰胺(Cer)和鞘氨醇(Sph)與S1P之間能夠形成鞘脂變阻,決定了細胞的存活或死亡,而SPHK是使Cer/Sph與S1P達到平衡的重要調控分子。S1P對惡性腫瘤的生物學行為因細胞類型及受體表達不同而不同,在結腸癌和卵巢癌細胞中S1P通過S1P1/S1P3促進腫瘤細胞的生長,而在黑素瘤細胞中則通過S1P2抑制腫瘤細胞的生長,不同受體介導的下游信號通路也不盡相同。國內外大量研究表明，SPHK1及其產物S1P具有促進腫瘤生長、代謝及抑制腫瘤凋亡的作用。受腫瘤對放化療的不良預后以及耐藥反應的影響，癌變組織中SPHK1的表達量通常較高，S1P有助于腫瘤細胞耐藥性的提高，主要依靠對腫瘤促凋亡的調節(jié)作用來實現。在半胱天冬酶-3活化的雄激素依賴的前列腺癌細胞系中，當瘤細胞生長時，S1PRs激動劑可有效地誘導細胞發(fā)生凋亡，S1PRs激動劑的抗腫瘤活性作用也在多種抗腫瘤模型中得到了印證。有研究通過大量的分析確定，在對SPHK-S1P-S1PRs信號通路加以調節(jié)后，能夠得到較好的頭頸部放化療抵抗調節(jié)效果。研究表明，SPHK-1/S1P、核轉錄因子κB、p65信號通路在肺癌H460耐藥細胞中對發(fā)揮其耐藥性具有重要作用[12]。近年來研究表明,S1P及其S1PRs/SPHK對肺部疾病的發(fā)生發(fā)展起著重要的作用,尤其對支氣管哮喘、肺纖維化、肺炎、支氣管擴張癥、慢性阻塞性肺病以及肺癌的發(fā)生發(fā)展起著關鍵的作用,這或許為肺部疾病的治療提供一個新途徑。S1P在胃癌組織中高表達,在胃癌進展中發(fā)揮重要作用,有望成為胃癌預后判斷和治療的新靶點[13]。S1P可以導致宮頸癌HeLa細胞生長和侵襲能力增強,提示S1P蛋白在宮頸癌進展中可能發(fā)揮重要作用[14]。腫瘤血管新生在腫瘤的生物學進程中起到重要作用,已有研究表明在乳腺癌、前列腺癌等惡性腫瘤模型中,抑制S1P介導的血管生成相關通路可減緩腫瘤的發(fā)生發(fā)展,而婦科腫瘤中,已有研究證實S1P參與卵巢癌的血管新生,但具體機制尚不明確[15]。SPHK在多種實體腫瘤中均有表達,其基因具有癌基因的特征,并且通過SPHK/S1P信號途徑對腫瘤發(fā)揮促進細胞生長,保護其免受凋亡,使腫瘤細胞產生放化療耐受的作用，而SPHK抑制劑的應用實現了其活性的下調,阻滯了其在惡性腫瘤中的作用。

3.3S1PRs與心血管系統(tǒng) 在心血管系統(tǒng)中,S1P1在血管新生、淋巴細胞運輸、心臟的生長發(fā)育，以及維持血管的正常通透性等方面具有重要作用[16]。S1P對心臟具有保護作用,S1PRs在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用[17]，大量流行病學數據表明高密度脂蛋白(HDL)具有抗AS作用,近些年發(fā)現與HDL結合的S1P在抗AS中發(fā)揮著重要作用[18]。在心臟缺血再灌注時,其能夠降低缺血再灌注的損傷程度,減少心肌梗死面積，降低心律失常的發(fā)生率[19]。S1P還具有調節(jié)血管通透性以及抗AS的作用。AS的主要特征為大中動脈內膜脂質沉著、管壁硬化、纖維組織增生等，此類疾病同脂質代謝障礙相關性較高。S1P在血管生理性再生及AS斑塊發(fā)生發(fā)展中起到重要作用。小鼠動物模型實驗結果顯示，S1P類似物與S1PRs結合有助于AS發(fā)病率的降低，主要作用為對載脂蛋白E(ApoE)、低密度脂蛋白(LDL)密度的調節(jié)[20]。作為S1PRs激動劑,FTY720可能作用于心肌細胞上的S1P1和S1P3,激活AKT和ERK通路,從而對心肌梗死后非梗死區(qū)的存活心肌發(fā)揮保護作用[21]。S1P還可通過抑制線粒體蛋白細胞色素C釋放，減少caspase激活,減弱心肌缺血再灌注損傷所致心肌細胞凋亡以及心肌梗死,該作用與PI3K/AKT/GSK3β信號通路活化有關[22]。S1P2和S1P3受體對缺血再灌注心肌起保護作用,抑制S1P2/3受體參與了心肌缺血再灌注后心源性猝死[23]。研究顯示，S1P及其受體相關激酶、SPHK1均在結腸癌組織中高表達；SPHK2在正常組織中高表達,在結腸癌組織中表達下降; S1P的表達與SPHK1呈正相關,而與SPHK2的表達呈負相關；血清S1P的表達與患者的預后呈負相關[24]。

3.4S1PRs與神經系統(tǒng) 當機體發(fā)生炎癥時,S1P在炎癥部位的細胞釋放量顯著增加。相關研究結果顯示，S1P水平在MS患者脊髓內、自身免疫性腦脊髓炎(EAE)鼠血清和腦脊液內均顯著升高。因此能夠判定，S1P可能在MS/EAE的發(fā)病機制中起到關鍵作用。近年來的大量研究表明,S1P與其受體的結合與MS相關，主要依賴于其對反應性星形膠質細胞的促分化作用實現。S1PRs在中樞神經系統(tǒng)多種神經細胞中都能夠表達。在作用S1PRs之后，FTY720對中樞神經系統(tǒng)免疫損傷的調節(jié)作用得以增強，有助于降低淋巴細胞對中樞神經系統(tǒng)的浸潤，主要依靠FTY720對淋巴細胞的抑制與誘導作用來實現[25-26]。FTY720有助于控制疾病的復發(fā)，在復發(fā)性MS的維持治療方面表現出了較高的應用價值，且其具備依從性良好，不良反應較少等特點。

3.5S1PRs與糖尿病 SPHK/S1P信號通路能夠在糖尿病情況下，通過對腎小球系膜細胞的增殖、細胞外基質的合成以及腎小球局部炎性反應等機制的作用，從而促進腎纖維化,該通路可成為糖尿病腎臟疾病等腎小球疾病新的干預靶點[27]。研究表明，在低糖條件下,S1P沒有改變胰島素分泌量；高糖條件下,S1P增加了胰島素分泌量。與對照組相比,S1P明顯抑制了β細胞Kv電流(P<0.01)；高糖條件下,S1P濃度依賴性升高了胰島細胞內Ca2+水平(P<0.01)[28]。研究表明，超敏C-反應蛋白和非高密度脂蛋白膽固醇相關S1P為冠心病的獨立危險因素,且與冠心病嚴重程度獨立相關[28]。此外，SPHK1/S1P信號通路激活在糖尿病大鼠腎臟中也同樣存在，由此推測其對糖尿病大鼠腎損傷產生了影響[29]。FTY720作為S1PRs激動劑，可能在糖尿病大鼠心臟微血管損傷中具有一定保護作用[30]。近年來還發(fā)現SPHK/S1P信號通路在腎臟炎性反應的過程中發(fā)揮了一定的作用,SPHK/S1P信號通路可能是臨床干預以及治療腎小球腎炎的另一靶點[31]。

4 小 結

綜上所述，現有研究對S1PRs的病理生理作用有了一定了解，但S1P如何在分子水平調節(jié)S1PRs的表達和活動，哪些基因在受體激活中起到關鍵作用，這些問題仍有待進一步的研究。選擇特定的受體激動劑或拮抗劑作為治療藥物，研發(fā)具有選擇性、不良反應小、作用廣泛的S1PRs調節(jié)劑，將是未來研究的熱點之一。

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