SphK1參與腫瘤發(fā)展相關(guān)分子機(jī)制

王玉迪，王 震，陳翰林，王雅寧，邴愛英，楊篤曉 (.山東第一醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 507；.山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 500)

生物體內(nèi)鞘氨醇激酶(SphK)能夠催化鞘氨醇(Sph)轉(zhuǎn)化為1-磷酸鞘氨醇(S1P)，S1P介導(dǎo)的多條信號(hào)通路參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展，包括腫瘤細(xì)胞抗凋亡，缺氧耐受，轉(zhuǎn)錄調(diào)控異常，血管生成以及侵襲與轉(zhuǎn)移等。鞘氨醇激酶1(SphK1)作為S1P合成的限速酶，它的高表達(dá)不僅能刺激腫瘤細(xì)胞的惡性增殖，而且還可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，因此本文就SphK1通過介導(dǎo)S1P合成與腫瘤細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的相關(guān)性及其中的分子機(jī)制做一綜述，為臨床腫瘤的靶向治療提供新方向。

鞘氨醇激酶(SphK)屬于神經(jīng)酰胺激酶家族，目前已鑒定出SphK的兩種同工酶，SphK1(SphK1)與SphK2(SphK2)，SphK1基因位于17號(hào)染色體，而SphK2基因位于19號(hào)染色體[1]。SphK1在進(jìn)化上高度保守，有五個(gè)保守結(jié)構(gòu)域(C1-C5)，其中C1-C3包含甘油二酯(DAG)激酶催化結(jié)構(gòu)域，而C4是SphK1特有結(jié)構(gòu)[2]。SphK1在肝、腎、肺、心臟、脾臟、腦和骨骼肌中廣泛表達(dá)，主要存在于細(xì)胞質(zhì)中[3]，但在細(xì)胞刺激下可以轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜上。

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是質(zhì)膜鞘磷脂在鞘氨醇激酶作用下產(chǎn)生，S1P既可以作為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的第二信使分子，也可以分泌至細(xì)胞外，胞內(nèi)S1P水平的升高上調(diào)了細(xì)胞內(nèi)鈣的濃度[4]，通過肌醇三磷酸非依賴性途徑發(fā)揮作用；在細(xì)胞核中，S1P通過與組蛋白脫乙?；?HDAC1和HDAC2)結(jié)合并抑制調(diào)節(jié)包括細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21在內(nèi)的幾種基因的轉(zhuǎn)錄[5-6]。在線粒體中，S1P與PHB2的相互作用對(duì)于細(xì)胞色素氧化酶的組裝和線粒體呼吸起著重要作用[7]，通過細(xì)胞表面的受體發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[8]。S1P受體為G蛋白耦聯(lián)受體命名為S1PR1-S1PR5，這些受體在不同的細(xì)胞類型中表現(xiàn)出不同的表達(dá)豐度[9]。細(xì)胞外S1P通過與受體結(jié)合而發(fā)揮作用[10]，S1PR的表達(dá)模式在組織之間有所不同，S1PR1-S1PR3表達(dá)較為廣泛，S1PR4和S1PR5表達(dá)僅限于特定的細(xì)胞類型[11]。S1PR1與Gi蛋白耦聯(lián)，可激活Ras，絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，磷酸肌醇3激酶(PI3K)，蛋白激酶B(AKT)和磷脂酶C(PLC)等信號(hào)途徑。S1PR2和S1PR3可分別與Gi，Gq和G12/13耦聯(lián)，激活Ras，MAPK，PI3K，AKT，PLC和Rho依賴性途徑[12]。S1PR4通過與Gi和G12/13耦聯(lián)，介導(dǎo)Rho依賴性途徑影響細(xì)胞形狀變化和運(yùn)動(dòng)[13]。而S1PR5似乎能夠激活G12/13蛋白和隨后的Rho/ROCK信號(hào)傳導(dǎo)途徑和通過與Gi耦聯(lián)可抑制腺苷酸環(huán)化酶(AC)[14]。這些研究強(qiáng)烈表明，S1P可以通過激活不同細(xì)胞類型以及同一細(xì)胞內(nèi)的不同信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來介導(dǎo)多種功能。值得注意的是，有人提出只有SphK1生成的S1P才能激活S1PR 。

1 SphK1的癌基因特性與腫瘤的關(guān)系

細(xì)胞膜鞘磷脂衍生物在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡的動(dòng)態(tài)平衡中起著極為關(guān)鍵的作用。SphK1高表達(dá)不僅能刺激細(xì)胞生長，而且可以導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，故SphK1本身也具有癌基因的特性。

1.1SphK1與胃癌:最近在對(duì)臨床病例資料的研究中發(fā)現(xiàn)，SphK1的表達(dá)水平與臨床分期和TNM腫瘤分期相關(guān)，SphK1過高表達(dá)者總體生存時(shí)間短，低表達(dá)者反之[15]，溶血磷脂酸(LPA)和內(nèi)皮生長因子受體在胃癌細(xì)胞侵襲和遷移中參與介導(dǎo)SphK1表達(dá)的上調(diào)。在胃癌 MKN1 細(xì)胞中,LPA顯著提高 SphK1 的 mRNA水平和蛋白水平，下調(diào) SphK1的表達(dá)可以減弱 LPA刺激 MKN1 細(xì)胞的遷移和侵襲[16]，因此SphK1有望成為胃癌的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子和治療靶標(biāo)。此外SphK1可以誘導(dǎo)腹膜間皮細(xì)胞自噬，增強(qiáng)胃癌的腹膜擴(kuò)散[17]，細(xì)胞因子TGF-β1 誘導(dǎo)人腹膜間皮細(xì)胞(HPMC) 中的自噬并通過SphK1促進(jìn)胃癌腹膜播散(GCPD)。SphK1 的過表達(dá)誘導(dǎo)HPMC纖維化，而自噬的抑制減弱了HPMC的纖維化。SphK1 介導(dǎo)的自噬可能是HPMC纖維化的調(diào)節(jié)劑。這為GCPD 的機(jī)制提供了新的數(shù)據(jù)，并將 SPHK1 確立為控制GCPD的新靶點(diǎn)。

1.2SphK1與結(jié)腸癌:在對(duì)24例人大腸腺癌樣本進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)SphK1 mRNA，S1P及其受體的表達(dá)水平在正常大腸組織、大腸腺瘤組、無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的大腸腺癌組、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的大腸腺癌組呈依次遞增趨勢(shì)，表明由SphK1介導(dǎo)的S1P的合成通過受體S1PR偶聯(lián)的信號(hào)通路可以促進(jìn)結(jié)腸癌的惡性發(fā)展及腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。敲除小鼠SphK1 基因后，小鼠的結(jié)腸腺癌瘤體明顯減小，但是其發(fā)生率并未發(fā)生明顯變化[18]，說明SphK1對(duì)腺瘤的生長及其向腺癌的轉(zhuǎn)化是十分重要的因素。此外還有研究表明SphK1/p-ERK通路的激活促進(jìn)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞的自噬，SphK1通過增加ERK磷酸化促進(jìn)SphK1(+)-HT-29中自噬相關(guān)標(biāo)志物L(fēng)C3、ATG5和ULK1的表達(dá)水平增加[19]。這些為SphK1 抑制劑或其他細(xì)胞自噬抑制劑作為直腸癌或其他上皮腫瘤類型患者治療提供了理論依據(jù)。

1.3SphK1與血液系統(tǒng)疾病:在原發(fā)性急性髓細(xì)胞白血病(AML)患者的母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)SphK1表達(dá)增加和組成性激活，SphK1靶向作用誘導(dǎo)AML細(xì)胞系、原發(fā)性AML患者的母細(xì)胞和分離的AML患者白血病祖細(xì)胞/干細(xì)胞的caspase依賴性細(xì)胞死亡。此外，使用SphK1抑制劑治療原位AML患者來源的異種移植物可減少腫瘤負(fù)擔(dān)和延長總生存期。SphK1的抑制與S1PR2的存活信號(hào)減少有關(guān)，可導(dǎo)致促存活蛋白MCL1的選擇性下調(diào)，BH3模擬物與 SphK11抑制或S1PR2拮抗組合可觸發(fā)AML細(xì)胞協(xié)同死亡。這些結(jié)果支持了 SphK11是AML治療靶點(diǎn)的觀點(diǎn)[20]。SphK1抑制劑SKI-Ⅱ可以抑制AML細(xì)胞中SphK1的激活，同時(shí)增加了鞘氨醇-1磷酸前體神經(jīng)酰胺的水平，SKI-Ⅱ抑制AML細(xì)胞的效率高于兩種已知的SphK1抑制劑SK1-I和FTY720，提示SKI-Ⅱ很有可能作為一種抗AML藥物進(jìn)一步研究[21]。

在另一研究中，因Akt信號(hào)通路在急性髓系白血病(AML)的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，研究者評(píng)估了一種新型Akt激酶抑制劑a-674563的潛在抗AML活性，a-674563降低AML細(xì)胞鞘氨醇激酶1(SphK1)活性，以耗盡S1P并促進(jìn)促凋亡神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生，但a-674563對(duì)SphK1信號(hào)的這種作用似乎并不依賴于Akt的阻斷。

1.4SphK1與膠質(zhì)瘤:目前針對(duì)膠質(zhì)瘤的治療策略通常只能延緩局部進(jìn)展，而與治療耐藥性相關(guān)的復(fù)發(fā)在很大程度上導(dǎo)致了該病的高死亡率，惡性膠質(zhì)瘤具有典型的浸潤性。Bim是Bcl-2家族的成員，是一種促凋亡蛋白，Bim的表達(dá)在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中似乎受SphK1的調(diào)控[22]，Bim蛋白的調(diào)控歸因于轉(zhuǎn)錄和翻譯后的機(jī)制[23]，目前研究確定FOXO3a是SphK1下調(diào)Bim的相關(guān)因素：在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，過表達(dá)SphK1導(dǎo)致FOXO3a磷酸化，下調(diào)SphK1導(dǎo)致FOXO3a去磷酸化[24]；SphK1抑制劑抑制FOXO3a磷酸化，提高促凋亡蛋白Bim水平；膠質(zhì)瘤細(xì)胞中FOXO3a的轉(zhuǎn)錄活性受SphK1蛋白水平調(diào)控。

使用特異性SphK1抑制劑(SK1-I)可以抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞株U373、LN229和GBM6的生長、遷移和侵襲[25]。在LN229異種移植瘤中，SK1-I降低血管形成和腫瘤生長速率，提高LN229腫瘤小鼠的存活率。然而即使在沒有功能性S1P受體的細(xì)胞中，過表達(dá)SphK1也能促進(jìn)細(xì)胞存活和生長[26-27]，這很可能是通過S1P直接介導(dǎo)的胞內(nèi)效應(yīng)，而不通過G蛋白偶聯(lián)受體進(jìn)行信號(hào)傳播。腫瘤中存在的細(xì)胞因子和炎性細(xì)胞通過細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)調(diào)控轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)樞紐，這些轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)是惡性細(xì)胞生存和快速生長所必需的。因此，在幾個(gè)解除調(diào)控的信號(hào)通路的交叉點(diǎn)起作用的抑制轉(zhuǎn)錄因子應(yīng)該有望產(chǎn)生抗癌藥物[28-30]。

1.5SphK1與乳腺癌:乳腺癌是發(fā)生在乳腺上皮組織的惡性腫瘤，是全球女性死亡的主要原因之一，通過生物信息學(xué)手段分析在三陰性乳腺癌(TNBC)患者中，篩選出SphK1作為TNBC最佳治療靶點(diǎn)[31]，SphK1通過轉(zhuǎn)錄促進(jìn)轉(zhuǎn)移通過 NFκB[14]激活上調(diào)轉(zhuǎn)移促進(jìn)基因 FSCN1 的表達(dá)，SphK1/NFκB/FSCN1 信號(hào)通路的激活與TNBC患者腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和較差的臨床結(jié)果息息相關(guān)，使用靶向SphK1和 NFκB臨床適用的抑制劑(safingol和bortezomib)顯著抑制TNBC小鼠模型中侵襲性乳腺腫瘤生長和自發(fā)性肺轉(zhuǎn)移，這些發(fā)現(xiàn)突出了SphK1及其下游靶標(biāo) NFκB 作為TNBC 有希望的治療靶點(diǎn)[24]。乳腺癌的發(fā)生經(jīng)歷了從乳腺導(dǎo)管上皮增生到不典型增生，再到原位癌，最后到浸潤癌的一系列惡性轉(zhuǎn)化過程[32]。在乳腺癌的轉(zhuǎn)移過程中存在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT) 過程，癌細(xì)胞逐漸失去正常上皮細(xì)胞的特性，細(xì)胞間黏附減弱，逐漸獲得間充質(zhì)細(xì)胞有利于轉(zhuǎn)移的特性[33]，從而使癌細(xì)胞能夠離開上皮腫瘤的原發(fā)部位，在別處形成新的腫瘤病灶，EMT是乳腺癌轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵[34]，SphK1增加會(huì)誘導(dǎo)EMT相關(guān)蛋白(E-鈣黏蛋白、N-鈣黏蛋白和波形蛋白)，并加速乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲[35]，這為乳腺癌的靶向治療提供了新方向。本次研究經(jīng)過本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)同意。

2 總結(jié)與展望

SphK1在多種腫瘤細(xì)胞的代謝中發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用，隨著技術(shù)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，SphK1及其小分子抑制劑等的研究及應(yīng)用將會(huì)更加廣泛[21,36]，這將直接推進(jìn)針對(duì)具有生物活性鞘脂類化合物藥物在癌癥發(fā)病、進(jìn)展和治療中的臨床應(yīng)用前景。此外，這也將為癌癥鞘脂類標(biāo)志物的臨床檢驗(yàn)，提供更多的技術(shù)支持。