S1P的心脏保护作用及相关信号通路的研究进展

包馨慧(综述)，李晓梅(审校)

(新疆医科大学第一附属医院心脏中心，乌鲁木齐 830054)

1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)是近来比较受关注的一种膜磷脂代谢产物，它是质膜鞘磷脂在鞘氨醇激酶作用下产生的，可被S1P磷酸酶降解为鞘氨醇或在S1P裂解酶的作用下降解为软脂醛和磷酸胆碱，它通过与脂蛋白(特别是高密度脂蛋白和白蛋白)结合在机体内运输[1]。S1P由肥大细胞、血小板、心肌细胞以及其他细胞通过生物合成或质膜分解产生[2]。已有研究表明，S1P对细胞的生长、增殖、分化以及细胞骨架的重构起重要作用，对血管生成、血栓形成、创伤恢复、炎性反应以及免疫功能也有重要影响[3]。研究证实，S1P对心脏具有保护作用[4]。

1 S1P的作用机制

S1P是多种细胞的重要信号分子，通过与细胞表面受体结合激活信号通路，并产生各种生物学效应。S1P受体有5种类型，分别为S1P1、S1P2、S1P3、S1P4和S1P5[5]。不同的细胞类型其S1P受体也不同，S1P1、S1P2和S1P3普遍表达于体内的各种组织，尤其是心血管系统；S1P4主要表达于淋巴和造血组织；S1P5表达于脑和脾脏。S1P受体属于G蛋白偶联受体家族的一员，通过与2个或者更多的G蛋白结合转导信号，并产生多种效应。S1P1主要结合Gi和G12/13，S1P2和S1P3主要结合Gi、G12/13及Gq，S1P4和S1P5主要结合Gi和G12/13[6]。S1P对细胞的效应最终取决于细胞膜上S1P受体的类型。

2 S1P的心脏保护作用

缺血再灌注是目前治疗急性心肌梗死最有效的方法，然而临床发现，再灌注可引起缺血再灌注损伤，加重心脏损伤。对于如何减少再灌注损伤、保护心肌活性及功能，目前有两种观点：缺血预适应和缺血后适应，两者均能不同程度地降低心肌梗死面积。在动物心脏缺血再灌注模型中发现，S1P对心肌具有保护功能，其在缺血预适应和缺血后适应中均发挥重要作用[7]。

2.1减轻缺血后灌注损伤 Jin等[8]在研究缺氧对心肌的影响时发现，缺氧环境下的心肌细胞中加入S1P后，心肌细胞的存活率与正常氧环境中的心肌细胞相当，从而发现S1P对心肌细胞具有保护作用。在对动物再灌注模型以及体外培养的心肌细胞的研究中发现，加入外源的S1P能够减少心肌梗死面积及心律失常的发生，并能降低心肌细胞的死亡率，改善心功能[9]。心肌细胞表达的S1P受体为S1P1、S1P2及S1P3，其中S1P1的表达最多[10]。在特异性剔除S1P受体的研究中显示，与野生型小鼠相比，S1P2-/-或S1P3-/-小鼠心脏缺血/再灌注损伤的面积无明显变化，但同时剔除小鼠S1P2和S1P3基因，其心肌缺血/再灌注损伤面积显著增加，提示S1P3和S1P2在心肌保护方面具有协同效应[11]。

2.1.1缺血预适应和缺血后适应 心肌缺血预适应是指心肌在遭受1次或多次反复的短暂缺血/再灌注后，表现出对随后而来的1次长时间、严重的缺血/再灌注损伤的抵抗能力提高的现象，它已经在包括人在内的多种动物身上得到证实。缺血后适应是一种在再灌注早期，通过快速、反复、短暂中断冠状动脉血流后，再完全恢复心肌灌注，通过减少心肌梗死范围、抗再灌注心律失常及抗心肌细胞凋亡等减轻再灌注损伤、保护心肌的有效、可行的方法。两者都能降低缺血/再灌注损伤，且有研究证实，S1P在心肌缺血预适应和后适应中均起着重要作用[7-8]。在动物离体灌流心脏实验中，加有VCP23019(S1P1和S1P3的拮抗剂)的心脏其缺血预适应和后适应的保护作用减弱，心肌梗死面积较未加入VCP23019组增加[4]。动物离体心脏和细胞培养中加有S1P的一组较未加S1P组在缺血预适应和后适应中梗死面积减少、细胞凋亡率降低[7]。这些实验证明，S1P在缺血预适应和后适应中对心肌细胞具有保护作用。

2.1.2减少心律失常的发生 大量研究表明，缺血/再灌注损伤能引起多种形式的心律失常，主要表现为加速性室性自搏心律、传导阻滞突然消失，正后壁心肌梗死时出现一过性窦性心动过缓、窦房阻滞等[12-13]。对成熟心肌细胞的研究显示，S1P通过调节窦房结内Ca2+的代谢和流动调节心律[12]。在小鼠体外心脏和分离的窦房结模型中证实，FTY720(S1P的类似物)能够预防心脏缺血/再灌注中心律失常的发生，包括室性期前收缩、室性心动过速、窦性心动过缓以及A-V传导阻滞[13]。

2.2改善血管的通透性 内皮细胞对血管屏障的完整性和血管新生有重要作用，S1P可参与内皮细胞功能的调节，并调控内皮细胞的增生和迁移。内皮细胞上S1P的受体有S1P1、S1P2和S1P3，其中S1P1表达最多，其他两种相对较少[14]。S1P在内皮细胞中介导的反应主要由S1P1或S1P2联合S1P3完成的。体外实验证实，S1P能够通过促进内皮细胞周边肌动蛋白环的形成、加强细胞间连接以及细胞与基膜局部连接来降低血管的通透性[15]。在体外，S1P也可加强内皮细胞的屏障功能，但其具体作用机制尚未完全清楚。

2.3抗动脉粥样硬化作用 动脉粥样硬化往往导致严重的心血管疾病，其机制尚未完全清楚，普遍认为是炎性反应介导的动脉损伤。S1P在体内通过多种途径调控炎性反应：在血管内皮，S1P通过S1P1激活磷脂酰肌醇3-激酶(phospho inositide3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又称Akt)/内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)信号通路，抑制白细胞聚集到血管内皮，从而抑制炎性反应、平滑肌细胞增殖以及脂质斑块的形成[16]。最新研究发现，S1P1的特异性激动剂KRP-203能在不影响血脂的情况下显著降低动脉粥样硬化的形成和发展，提示S1P1在S1P介导的抗动脉粥样硬化作用中起主要作用[17]。Keul等[18]的研究显示，S1P3能促使巨噬细胞聚集，S1P3-/-鼠腹膜巨噬细胞数量明显减少，且肿瘤坏死因子α和单核细胞趋化蛋白1的表达降低，提示S1P3可能对动脉粥样硬化的发展起重要作用。S1P2对动脉粥样硬化的发展也起促进作用，其通过活化小GTP酶Rho和Rho相关螺旋卷曲蛋白激酶(Rho-associated coiled coil containing protein kinase，ROCK)破坏黏着连接点，引起内皮细胞通透性改变，降低内皮的屏障作用[19]。KRP-203发挥抗动脉硬化作用的同时，也会引起肿瘤坏死因子α和单核细胞趋化蛋白1表达的降低[17]。由此可见，S1P对动脉粥样硬化的影响是双向的，既可促进动脉粥样硬化，也可抑制动脉粥样硬化。

3 S1P所涉及的信号通路

3.1PI3K/Akt S1P通过其受体激活PI3K，进一步激活Akt，从而发挥抗凋亡、细胞迁移等作用[20-21]。Del Re等[22]的研究表明，S1P可通过PI3K/Akt信号通路抗缺血/再灌注损伤，减少心肌梗死面积，发挥心脏保护作用。在对S1P2/S1P3双剔除的大鼠缺血/再灌注的研究中发现，Akt的磷酸化减弱[11]。在内皮细胞中，S1P通过与S1P1和S1P3结合激活PI3k/Akt，磷酸化eNOS生成一氧化氮，调节炎性反应、舒张血管以及抗细胞凋亡等[23]。

3.2p21小GTP酶活化激酶1/Akt 研究证实，p21小GTP酶活化激酶1(p21-activated kinase-1，Pak1)能激活Akt并被Akt磷酸化[24]。Mao等[25]证明，Pak1和Akt都能被PI3K依赖的生长因子激活，表明Pak1和Akt在心肌细胞中有相同的信号通路。Pak1能激活Akt，并在生长因子引起的心肌细胞Akt的活化中起重要作用。使用Akt抑制剂的模型中，Pak1的磷酸化明显减弱，证实Pak1介导的保护作用至少部分是通过Akt信号通路转导的[26]。这些发现证实，Pak1/Akt信号通路对心肌细胞存活有重要作用。在内皮细胞，S1P主要通过与S1P3结合，经Akt途径激活eNOS。

体外动物心脏研究证实，FTY720(S1P类似物)通过Park/Akt信号通路发挥心脏保护作用[13]。

3.3细胞外信号调节激酶-丝裂原活化蛋白激酶 近年来的研究发现，细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)在心脏缺血/再灌注损伤、蒽环霉素心肌毒性以及严重心力衰竭时对心脏具有保护作用，其能改善心肌肥大、减少心肌细胞凋亡[27]。Usui等[28]在对血管平滑肌细胞S1P信号通路的研究中发现，细胞外S1P1可通过G蛋白-Ras-丝裂原活化蛋白激酶-ERK1/2信号转导途径介导细胞的增殖和抗凋亡作用。Jin等[29]在心肌缺血后适应的研究中发现，S1P基因剔除后，小鼠后适应保护作用消失，同时还发现，磷酸化ERK1/2在S1P基因剔除小鼠心肌后适应处理后未明显上调，表明S1P参与介导的ERK1/2信号通路激活的心肌保护效应在S1P基因剔除小鼠中缺失。体外离体心脏实验发现，PD98059(ERK抑制剂)能消除S1P对心肌的保护作用[30]，表明ERK1/2信号通路在缺氧复氧过程中参与S1P介导的心脏保护作用。

在肥厚性心肌缺血后适应的研究中发现，ERK1/2蛋白磷酸化表达明显增加，并且PD98059(MEK抑制剂)能够增加缺血后适应中心肌梗死面积，降低对心肌的保护作用[31]。这表明ERK1/2通路的激活参与了肥厚心肌缺血后适应的保护。

3.4Ras同源基因-Rho相关螺旋卷曲蛋白激酶 在S1P介导的细胞骨架重排和细胞迁移中，属于小G蛋白的Rho家族起着重要作用。S1P的多种受体均可激活Rho，其中S1P2发挥主要作用[28]。在血管内皮中，S1P2通过活化Rho，破坏黏着连接位点，最终引起内皮细胞通透性增加，使内皮细胞的屏障功能降低[32]。S1P还可以结合S1P2，通过Rho途径诱导肌球蛋白轻链磷酸化，从而使冠状动脉平滑肌收缩。在S1P2-/-巨噬细胞中，Ras同源基因-Rho相关螺旋卷曲蛋白激酶(Ras homolog gene/a Rho-associated coiled coil-forming protein kinase,Rho-ROCK)/细胞核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)通路活性受到限制，炎性介质及黏附分子表达降低，吞噬的氧化低密度脂蛋白数量减少，介导胆固醇流出的ATP结合盒转运体A1和ATP结合盒转运体G1表达增加[33]，提示S1P2介导的Rho/ROCK/NF-κB通路对炎性反应以及胆固醇流出等起重要作用。

3.5磷脂酶C S1P与S1P3结合能激活磷脂酶C，诱导三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)形成，调节钙离子动员，并通过磷酸化蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)调控细胞分化、迁移等。研究表明，S1P介导的对缺血后再灌注损伤的保护功能涉及依赖PKCε的信号通路[34]。

3.6PI3K/Tiam Ras相关C3肉毒梭菌毒素底物蛋白1(Ras-related C3 botulinum toxin substrate1，Rac1)对细胞骨架的重排起重要作用，并且参与了细胞周边的连接。Rac1通过稳定内皮细胞间及其与基质间连接稳定内皮细胞的屏障功能，降低血管的通透性[35]。

3.7其他 除了以上列举的信号通路外，S1P还可通过其他信号通路发挥心肌保护功能，如PKC抑制剂、线粒体的ATP敏感性钾通道阻断剂等完全阻断S1P的抗心肌细胞缺氧作用，S1P对缺氧心肌发挥保护作用是通过线粒体实现的[13]。心力衰竭时，S1P通过激活p38丝裂原活化蛋白激酶，实现外周血管的收缩，从而增加外周阻力。S1P还可通过血管内皮细胞生长因子受体2途径磷酸化和刺激内皮细胞的一氧化氮合酶[36]。

4 小 结

虽然已对S1P的心脏保护作用及相关的信号通路做了大量研究，但因S1P受体的多样性及其介导的信号通路有各自的功能或彼此间相互协同或拮抗，使得S1P对心脏的作用变得复杂。如上文所述，S1P对动脉粥样硬化的影响是双向的，可见S1P对心脏既有利也有弊，但目前的研究大多证明S1P对心脏具有保护作用，关于S1P对心脏的作用有待进一步研究。对于S1P信号通路的研究，能更好地了解S1P介导下的信号通路对心脏的效应，通过靶向干预信号通路保护心脏，为心脏疾病的预防及治疗提供新的思路和方法。

[1] Wang F,Okamoto Y,Inoki I,etal.Sphingosine-1-phosphate receptor-2 deficiency Leads to inhibition of macrophage proinflammatory activities andatherosclerosis in apoE-deficient mice[J].J Clin Invest,2010,120(11):3979-3995.

[2] Skoura A,Michaud J,Im DS,etal.Sphingosine-1-phosphate receptor-2 function in myeloid cells regulates vascular infammation and atherosclerosis[J].Arterioscler Thromb VascBiol,2011,31(1):81-85.

[3] Pappu R,Schwab SR,Cornelissen I,etal.Promotion of lymphocyte egress into blood and lymph by distinct sources of sphingosine-1-phosphate[J].Science,2007,316(5822):295-298.

[4] Kennedy S,Kane KA,Pyne NJ,etal.Targeting sphingosine-1-phosphate signalling for cardioprotection[J].Curr Opin Pharmacol,2009,9(2):194-201.

[5] Chun J,Goetzl EJ,Hla T,etal.International union of pharmacology.ⅩⅩⅩⅣ.Lysophospholipid receptor nomenclature[J].Pharmacol Rev,2002,54(2):265-269.

[6] Meyer zu Heringdorf D,Jakobs KH.Lysphospho1ipid receptors:signaling,pharmacology and regulation by lysophospho 1ipid metabolism[J].Biochim Biophys Acta,2007,1768(4):923-940.

[7] Vessey DA,Li L,Honbo N,etal.Sphingosine 1-phosphate is an important endogenous cardioprotectant released by ischemic pre-and postconditioning[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2009,297(4):H1429-H1435.

[8] Jin ZQ,Karliner JS.Low dose N,N-dimethylsphingosine is cardioprotective and activates cytosolic sphingosine kinase by a PKCe dependent mechanism[J].Cardiovasc Res,2006,71(4):725-734.

[9] Lecour S,Smith RM,Woodward B,etal.Identification of a novel role for sphingolipid signaling in TNFα and ischemic preconditioning mediated cardioprotection[J].J Mol Cell Cardiol,2002,34(5):509-518.

[10] Landeen LK,Dederko DA,Kondo CS,etal.Mechanisms of the negative inotropic effects of sphingosine-1-phosphate on adult mouse ventricular myocytes[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2008,294(2):H736-H749.

[11] Means CK,Xiao CY,Li Z,etal.Sphingosine 1-phosphate S1P2 and S1P3 receptor-mediated Akt activation protects against in vivo myocardial ischemia-reperfusion injury[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2007,292(6):H2944-H2951.

[12] Sugiyama A,Yatomi Y,Ozaki Y,etal.Sphingosine 1-phosphate induces sinus tachycardia and coronary vasoconstriction in the canine heart[J].Cardiovasc Res,2000,46(1):119-125.

[13] Egom EE,Ke Y,Musa H,etal.FTY720 prevents ischemia/reperfusion injury-associated arrhythmias in an ex vivo rat heart model via activation of Pak1/Akt signaling[J].J Mol Cell Cardiol,2010,48(2):406-414.

[14] Lee MJ,Thangada S,Claffey KP,etal.Vascular endothelial cell adherens junction assembly and morphogenesis induced by sphingosine-1-phosphate[J].Cell,1999,99(3):301-312.

[15] Garcia JG，Liu F,Verin AD,etal.Sphingosine 1-phosphate promotes endothelial cell barrier integrity by Edg-dependent cytoskeletal rearrangement[J].J Clin Invest,2001,108(5):689-701.

[16] 张智超,莫中成,刘行,等.1-磷酸鞘氨醇受体[J].生命的化学,2012,32(4):367-371.

[17] Potì F,Gualtieri F,Sacchi S,etal.KRP-203,Sphingosine 1-phosphate receptor type 1 agonist,ameliorates atherosclerosis in LDL-R-/-mice[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2013,33(7):1505-1512.

[18] Keul P,Lucke S,von Wnuck Lipinski K,etal.Sphingosine-1-phosphate receptor 3 promotes recruitment of monoeyte/macrophages in inflammation and atherosclerosis[J].Circ Res,2011,108(3):314-323.

[19] Wang HW,Liu PY,Oyama N,etal.Deficiency of ROCK1 in bone marrow-derived cells protects against atherosclerosis in LDLR-/-mice[J].FASEB J,2008,22(10):3561-3570.

[20] Roztocil E,Nicholl SM,Davies MG.Mechanisms of sphingosine-1-phosphate induced akt-dependent smooth muscle cell migration[J].Surgery,2009,145(1):34-41.

[21] Greenspon J,Li R,Xiao L,etal.Sphingosine-1-phosphate protects intestinal epithelial cells from apoptosis through the Akt singaling pathway[J].Dig Dis Sci,2009,54(3):499-510.

[22] Del Re DP,Miyamoto S,Brown JH.Focal adhesion kinase as a RhoA-activable signaling scaffold mediating Akt activation and cardiomyocyte protection[J].J Biol Chem,2008,283(51):35622-35629.

[23] Hughes JE,Srinivasan S,Lynch KR,etal.Sphingosine-1-phosphate induces an antiinflammatory phenotype in macrophages[J].Circ Res,2008,102(8):950-958.

[24] Görlach A,BelAiba RS,Hess J,etal.Thrombin activates the p21-activated kinase in pulmonary artery smooth muscle cells.Role in tissue factor expression[J].Thromb Haemost,2005,93(6):1168-1172.

[25] Mao K,Kobayashi S,Jaffer ZM,etal.Regulation of Akt/PKB activity by p21-activated kinase in cardiomyocytes[J].J Mol Cell Cardiol,2008,44(2):429-434.

[26] Egom EE,Mohamed TM,Mamas MA,etal.Activation of Pak1/Akt/eNOS signaling following sphingosine-1-phosphate release as part of a mechanism protecting cardiomyocytes against ischemic cell injury[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2011,301(4):H1487-H1495.

[27] Lips DJ,Bueno OF,Wilkins BJ,etal.MEK1-ERK2 signaling pathway protects myocardium from ischemic injury in vivo[J].Circulation,2004,109(16):1938-1941.

[28] Usui S,Sugimoto N,Takuwa N,etal.Blood lipid mediator sphingosine 1-phosphate potently stimulates platelet-derived growth factor-A and-B chain expression through S1P1-Gi-Ras-MAPK-dependent induction of Kruppel-like factor 5[J].J Biol Chem,2004,279(13):12300-12311.

[29] Jin ZQ,Karliner JS,Vessey DA.Ischaemic postconditioning protects isolated mouse hearts against ischaemia/reperfusion injury via sphingosine kinase isoform-1 activation[J].Cardiovasc Res,2008,79(1):134-140.

[30] Tao R,Hoover HE,Zhang J,etal.Cardiomyocyte S1P1 receptor-mediated extracellular signal-related kinase signaling and desensitization[J].J Cardiovasc Pharmacol,2009,53(6):486-494.

[31] 李晓梅,马依彤,杨毅宁,等.肥厚心肌缺血后适应时细胞外信号调节激酶的保护作用[J].中华医学杂志,2009,89 (12):846-850.

[32] Takuwa Y.Subtype-specific differential regulation of Rho family G proteins and cell motility by the Edg family of sphingosine-1-phosphate receptors[J].Biochim Biophys Acta,2002,1582(1/3):112-120.

[33] Sanchez T,Skoura A,Wu MT,etal.Induction of vascular permeability by the sphingosine-1-phosphate receptor-2(S1P2R) and its downstream efectors ROCK and PTEN[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2007,27(6):1312-1318.

[34] Jin ZQ,Zhou HZ,Zhu P,etal.Cardioprotection mediated by sphingosine-1-phosphate and ganglioside GM-1 in wild-type and PKC epsilon knockout mouse hearts[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2002,282(6):H1970-H1977.

[35] Singleton PA,Dudek SM,Chiang ET,etal.Regulation of sphingosine 1-phosphate-induced endothelial cytoskeletal rearrangement and barrier enhancement by S1P1 receptor,p13 kinase,Tiam1/Rac1,and alpha-actinin[J].FASEB J,2005,19(12):1646-1656.

[36] Hoefer J,Azam MA,Kroetsch JT,etal.Sphingosine-1-phosphate-dependent activation of p38 MAPK maintains elevated peripheral resistance in heart failure through increased myogenic vasoconstriction[J].Circ Res,2010,107(7):923-933.