1-磷酸鞘氨醇對糖尿病血管內(nèi)皮功能障礙的調(diào)節(jié)作用及機制

賀瓊 薄佳琪 張咪 白春梅 劉子昂 劉云峰

1山西醫(yī)科大學，太原 030001; 2山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，太原 030001; 3山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院

糖尿病是嚴重危害我國公民健康的慢性疾病，據(jù)2017年調(diào)查顯示我國成年人糖尿病患病率為10.9%，糖尿病前期患病率為35.7%[1]。國務(wù)院印發(fā)的“健康中國2030規(guī)劃綱要”和“中國防治慢性病中長期規(guī)劃(2017-2025)”將糖尿病及其慢性并發(fā)癥管理作為防治慢性病的工作重點。而眾多糖尿病并發(fā)癥的始動環(huán)節(jié)均是血管內(nèi)皮功能障礙(VED)。1-磷酸鞘氨醇(S1P)是參與糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程的一種重要生物活性物質(zhì)，本文試總結(jié)關(guān)于S1P的最新研究成果，歸納其對糖尿病VED的調(diào)節(jié)作用并闡述藥理機制，以期更全面地認識S1P對糖尿病并發(fā)癥防治的基礎(chǔ)和臨床意義。

1 S1P概述

S1P是一種磷脂類代謝產(chǎn)物，于1870年首次在大腦中發(fā)現(xiàn)，主要由血小板和內(nèi)皮細胞膜上的鞘磷脂經(jīng)活性酶催化產(chǎn)生，在血漿內(nèi)的正常濃度是0.2～0.9 μmol/L[2]。近年來的研究表明S1P既可以作為細胞內(nèi)第二信使直接發(fā)揮作用，又能與細胞表面的S1P受體(S1PRs)結(jié)合發(fā)揮重要生物學功能。它的受體根據(jù)分布不同分為5種類型，依次為S1PR 1～5，其中S1PR2和S1PR3主要表達在心血管系統(tǒng)[3]。

2 S1P對糖尿病血管內(nèi)皮的保護作用及機制

血管內(nèi)皮損傷在糖尿病前期已經(jīng)呈現(xiàn)，隨著病情進展，損傷程度加劇出現(xiàn)VED，進而表現(xiàn)為糖尿病血管病變。該過程機制十分復雜，可能為高血糖環(huán)境誘導內(nèi)皮細胞凋亡，而內(nèi)皮細胞被破壞后一氧化氮和Ca2+含量異常，從而影響血管收縮舒張功能。其次，長期慢性糖毒性可通過影響血管內(nèi)皮細胞間連接，導致血管壁通透性增大。S1P通過介導多種生物學效應(yīng)對血管內(nèi)皮細胞產(chǎn)生保護作用，包括抑制內(nèi)皮細胞凋亡，維持正常生命周期；調(diào)節(jié)一氧化氮和Ca2+含量，改善血管張力；增強內(nèi)皮細胞間緊密連接作用，降低血管壁通透性。

2.1 內(nèi)皮細胞凋亡 晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)堆積和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)是導致血管內(nèi)皮細胞凋亡的經(jīng)典機制。高糖環(huán)境下AGEs含量增加，通過氧化應(yīng)激途徑觸發(fā)ERS，最終誘發(fā)內(nèi)皮細胞凋亡。S1P通過拮抗上述通路發(fā)揮抗凋亡，維持正常細胞周期的作用。

2.1.1 糖尿病促進內(nèi)皮細胞凋亡 AGEs是糖類、蛋白質(zhì)、脂類在體內(nèi)生化反應(yīng)后產(chǎn)生的終產(chǎn)物，體內(nèi)高糖環(huán)境可使其產(chǎn)生增加[4]。AGEs與AGEs受體特異性結(jié)合后可通過磷酯酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)途徑誘導內(nèi)皮細胞凋亡[5]。此外，AGEs還能通過時間和劑量依賴性方式激發(fā)ERS啟動細胞凋亡過程[6]。在ERS細胞凋亡信號通路中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)源性轉(zhuǎn)錄因子(CHOP)是與血管疾病最相關(guān)的生物標志物，ESR使下游CHOP含量增加，啟動整個細胞凋亡過程[7-8]。

2.1.2 S1P抑制內(nèi)皮細胞凋亡 S1P能作用于AGEs誘導的PI3K/Akt通路上的多個信號靶點，實現(xiàn)抗內(nèi)皮細胞凋亡功能。研究顯示，過氧化氫及活性氧簇是AGEs誘導的PI3K/Akt通路下游產(chǎn)生的細胞毒性物質(zhì)，它們是誘發(fā)氧化應(yīng)激，造成內(nèi)皮細胞損傷的代謝副產(chǎn)物[9-10]。

有關(guān)過氧化氫的實驗顯示，S1P、S1PR1激動劑、S1PR3激動劑可顯著減輕過氧化氫誘導的內(nèi)皮細胞凋亡，相反S1PR1拮抗劑、S1PR3拮抗劑、PI3K通路抑制劑可完全阻斷上述保護效果，說明S1P通過激活細胞內(nèi)PI3K/Akt信號通路，實現(xiàn)抑制過氧化氫誘導內(nèi)皮細胞凋亡的作用[11]。而活性氧簇方面的相關(guān)進展表明，在已表達活性氧簇的細胞中加入S1P，可觀察到促凋亡因子Bax水平下調(diào)，抗凋亡因子Bcl-2顯著增多。進一步研究顯示，其機制可能為S1P與受體結(jié)合后，增加了PI3K/Akt通路上磷酸化Akt蛋白水平，而磷酸化Akt蛋白含量的改變可引起促凋亡和抗凋亡因子比例發(fā)生變化，向抗凋亡作用方向傾斜，最終抵消了活性氧簇產(chǎn)生的不良影響。此現(xiàn)象說明S1P激活的PI3K/Akt信號通路在對抗活性氧簇內(nèi)皮細胞損傷中起重要作用[12]。

此外，S1P還可以通過抑制ERS，發(fā)揮抗內(nèi)皮細胞凋亡的作用。在S1P合成酶基因敲除的小鼠體內(nèi)，S1P表達低于正常水平，可監(jiān)測到ERS的特征性基因Hspa5和Dnajc3的表達[13-14]。此外，抑制S1P的表達會使細胞內(nèi)出現(xiàn)錯誤折疊的蛋白質(zhì)，即非折疊蛋白反應(yīng)，進而介導CHOP含量增加，細胞出現(xiàn)大批凋亡[15]。以上結(jié)果均說明S1P缺失將觸發(fā)ERS，即S1P具有抑制ERS發(fā)生的功能。

2.2 內(nèi)皮細胞收縮舒張功能 在影響內(nèi)皮細胞收縮、舒張功能的眾多生物小分子中，主導舒張功能的一氧化氮和主導收縮功能的Ca2+是關(guān)鍵性物質(zhì)，二者的含量都受PI3K/Akt途徑和蛋白激酶C(PKC)途徑的調(diào)節(jié)。高糖環(huán)境干擾PI3K/Akt和PKC通路，影響下游一氧化氮和Ca2+的含量，而S1P對兩條信號通路兼具保護作用，以維持內(nèi)皮細胞正常收縮舒張功能。

2.2.1 糖尿病損害內(nèi)皮細胞收縮舒張功能 正常情況下，血管內(nèi)皮分泌的細胞因子可通過PI3K/Akt和PKC通路激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)以及T型、L型Ca2+通道，發(fā)揮促進一氧化氮合成，維持細胞內(nèi)Ca2+水平的作用，從而保證血管收縮、舒張功能正常[16-17]。糖尿病時，PI3K/Akt和PKC通路異常，導致eNOS和Ca2+通道被抑制，下游功能性一氧化氮和Ca2+含量下降，血管收縮、舒張功能受損[18]。

2.2.2 S1P維護內(nèi)皮細胞收縮、舒張功能 已有研究證實，S1P具有恢復和改善受損血管收縮、舒張功能的特性，但其具體分子機制尚不完全明確[19]。S1P可能通過激活PI3K/Akt/eNOS和PKC/Ca2+信號通路實現(xiàn)保護作用。

舒張功能方面，在S1P處理的內(nèi)皮細胞中可觀察到磷酸化Akt、磷酸化eNOS和eNOS的顯著上調(diào)，一氧化氮合成儲備增加。且這種效應(yīng)發(fā)生迅速，15～60 min即可觀察到上述產(chǎn)物表達增加[20]。就收縮功能而言，S1P能在5 min內(nèi)引起血管管腔變細，使用S1PR抑制劑JTE-013或PKC抑制劑G?-6983可阻斷收縮作用[21]。S1P維持血管收縮功能可能的生理機制是S1P激活了內(nèi)皮細胞PKC通路，細胞膜表面的K+離子通道關(guān)閉出現(xiàn)去極化，電壓門控Ca2+通道開啟，Ca2+內(nèi)流進入細胞，通過鈣誘發(fā)的鈣釋放引起胞內(nèi)Ca2+水平進一步上升，最后足量的Ca2+與鈣調(diào)蛋白和肌球蛋白結(jié)合，引起肌絲滑動，實現(xiàn)細胞收縮[22]。

2.3 內(nèi)皮屏障功能 內(nèi)皮細胞數(shù)量減少和細胞間機械連接松弛是導致屏障功能障礙的兩方面原因。高糖環(huán)境損傷內(nèi)皮祖細胞(EPCs)，使內(nèi)皮細胞數(shù)量減少，在此基礎(chǔ)上，過多積累的AGEs還會破壞細胞間的連接結(jié)構(gòu)，加重損傷程度。S1P信號通路能促進EPCs增殖，加強胞間連接，穩(wěn)固屏障功能[23]。

2.3.1 糖尿病破壞內(nèi)皮屏障作用 高血糖通過抑制PI3K/Akt途徑減少EPCs的產(chǎn)生，損傷其增殖、遷移能力，使內(nèi)皮細胞無法以足夠數(shù)量到達指定位置發(fā)揮濾過作用[24]。同時，大量AGEs可改變細胞基質(zhì)中膠原蛋白的交聯(lián)方式，基質(zhì)蛋白結(jié)構(gòu)改變后與細胞間連接松解，血管壁完整性遭到破壞，血管通透性增高。

2.3.2 S1P改善內(nèi)皮屏障作用 S1P通過保護EPCs和穩(wěn)定胞間連接，改善屏障功能。在EPCs生成過程中，加入S1PR1和S1PR3激動劑可促使骨髓產(chǎn)生EPCs增多，凋亡減弱，進而維持內(nèi)皮細胞數(shù)量恒定，有助于破損內(nèi)皮修復。而用S1PR1和S1PR3抑制劑處理EPCs后，促增殖、抗凋亡作用消失。進一步實驗證明，S1P對EPCs的保護作用是通過激活PI3K/Akt途徑介導的[11]。

在細胞連接方面，S1P能夠增強內(nèi)皮細胞間黏著斑的緊密連接作用，幫助細胞與細胞之間，細胞與基質(zhì)之間形成穩(wěn)定的連接復合物。其相關(guān)機制是，S1P與內(nèi)皮細胞表面S1PR1結(jié)合，啟動下游Rac信號途徑，使激動蛋白發(fā)生移位，細胞骨架結(jié)構(gòu)重新排列，形成細胞周圍堅固的肌動蛋白環(huán)[25-26]。另外S1P也能增加鈣黏著蛋白在鄰近內(nèi)皮細胞中的表達，為血管完整性提供物質(zhì)基礎(chǔ)[27]。最終降低了血管壁通透性，增強了內(nèi)皮細胞屏障功能。

3 治療VED的S1P相關(guān)藥物

VED是糖尿病微血管及大血管病變的病理生理基礎(chǔ)，S1P相關(guān)化學制劑對微血管和大血管病變均具有保護功能。

S1PR的激動劑FTY720和SEW2871主要在保護腎小球微血管、視網(wǎng)膜微血管和腦內(nèi)微血管方面發(fā)揮作用。FTY720口服后在體內(nèi)磷酸化為S1P活性類似物FTY720-P，它與S1PR1、S1PR 3～5都具有一定的親和力。FTY720-P與選擇性受體結(jié)合后，上調(diào)緊密連接蛋白claudin-5的含量，起到增強血 腦屏障功能的效果[28]。FTY720-P同時還具有促進視網(wǎng)膜新生血管內(nèi)皮細胞形成，改善角膜渾濁的作用[29]。而SEW2871是選擇性S1PR1激動劑，與受體結(jié)合后可通過降低腎臟微血管的滲透性，防止蛋白質(zhì)、血細胞的外滲而改善腎功能[30]。在心臟大血管方面，S1P通過抑制外周淋巴細胞、粒細胞數(shù)量，減弱白細胞對冠狀動脈內(nèi)皮的炎性損傷[31]。

S1P信號通路上可開發(fā)的藥物治療靶點分為3類，分別是S1PR的激動劑或拮抗劑、活性酶的激活劑或抑制劑以及直接靶向結(jié)合S1P的抗體。在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞功能方面，目前主要開發(fā)了S1PR激動劑的作用，其余靶點仍有待發(fā)掘。且以上藥理作用均停留在動物實驗階段，尚缺乏臨床證據(jù)佐證，但仍可作為防治糖尿病血管并發(fā)癥潛在的藥物靶點開展深入研究。

4 小結(jié)

血管內(nèi)皮細胞通過機械連接結(jié)構(gòu)和生物效應(yīng)因子，維持血管壁結(jié)構(gòu)完整和功能穩(wěn)定。糖尿病患者的血管內(nèi)皮細胞功能受到體內(nèi)糖毒性的慢性破壞，出現(xiàn)糖尿病腎臟病變、視網(wǎng)膜病變、心血管疾病等多種血管相關(guān)并發(fā)癥。現(xiàn)有研究證實，S1P在抑制內(nèi)皮細胞凋亡，維持血管壁收縮、舒張功能，降低血管壁通透性方面均發(fā)揮有益作用，因此S1P對改善糖尿病VED可能具有較好的應(yīng)用前景。S1P及其相關(guān)化合物在神經(jīng)系統(tǒng)多發(fā)性硬化癥治療領(lǐng)域已經(jīng)得到認可，但對糖尿病血管并發(fā)癥的治療作用尚未普及，其用于人體的安全性和有效性有待藥理學和毒理學的進一步研究。