1-磷酸鞘氨醇受体的作用机制及研究进展

郑力彬 综述，黄 东 审校

(1.广东医科大学，广东湛江 524000；2.广东省第二人民医院创伤骨科，广州 510000)

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是一类重要的具有生物活性的信号分子,它们参与调节细胞的生长、分化、衰老和死亡等许多重要信号转化[1]，S1P作用于1-磷酸鞘氨醇受体(S1PRs)后，能够在许多生理生化过程中起到重要的调节作用[2]。早在1992年,有研究者指出S1P通过一个假定的跨膜受体可以作为细胞外介质，从而控制细胞活性。到目前为止,5种S1PRs都已确定,最近分别更名为内皮细胞分化鞘脂G蛋白偶联受体1(S1P1)、内皮细胞分化鞘脂G蛋白偶联受体5(S1P2)、内皮细胞分化鞘脂G蛋白偶联受体3(S1P3)、内皮细胞分化鞘脂G蛋白偶联受体6(S1P4)和内皮细胞分化鞘脂G蛋白偶联受体8(S1P5)，他们在不同组织中的表达有相似的部分，也有不同的部分。此外,这些受体上不同的G蛋白偶联通路解释了他们不同的微信号转导,以及各种细胞S1PRs所产生的影响。S1P在细胞内由鞘氨醇经特定的鞘氨醇激酶(SPHK)催化生成,也可经S1P磷酸化酶或S1P裂解酶(S1PL)分解,从而保证了人体生理环境中S1P的动态平衡[3]。SPHK-S1P-S1PRs信号通路影响炎症、动脉粥样硬化(AS)、自身免疫系统疾病、肿瘤、神经系统疾病发生、发展的相关研究正在全世界范围内深入地开展，其在细胞中的生物学效应已经得到了初步证实。基于此背景，本研究集中探讨S1P与其受体之间的相互作用、信号属性和不同S1PRs的功能,并就它们在人类健康和疾病的潜在意义作一综述。

1 S1P与S1PRs的特征

S1P是鞘磷脂在酶催化作用下的产物，主要产生于内皮细胞、血小板细胞、红细胞等细胞的细胞膜上。同时，大多数细胞也具备分泌S1P的功能，如肥大细胞、树突状细胞、巨噬细胞等，但是其分泌量相对较少。S1P在心血管、神经、免疫、呼吸等多个系统有着重要的作用。S1P的体内来源主要是造血细胞和血管内皮细胞，分别通过ABC转运蛋白家族及Spns2释放[4]。S1PRs家族的第一个成员S1P1，是在体外人脐静脉内皮细胞上分化诱导出来的，在其被发现后，其他两个受体(S1P2和S1P3)相继被发现，研究人员从老鼠大脑和血管平滑肌细胞分化诱导出S1P2,从人类基因库诱导出S1P3。随后,S1P4从体外克隆的人类和小鼠树突状细胞分化出来，S1P4也称内皮分化基因受体6,主要在淋巴组织和造血组织中表达。近年的研究发现,免疫细胞的迁移分化、骨骼肌前体细胞的迁移、乳腺癌细胞的增殖、组织转化生长因子(TGF)-β1介导的抑制骨骼肌细胞凋亡均与S1P4有关[5]。最后,从大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤分化细胞株(PC12)细胞cDNA中提取出基因神经胶质细胞生子因子1,其为一种独特的S1PRs,命名为S1P5。这些受体的序列分析表明它们为G蛋白偶联受体(GPCR)家族的成员,因此,他们有相关的结构元素。细胞分泌的S1P能够与S1PRs相结合，同时表达S1PRs的细胞并不是唯一的，在骨骼肌、心脏、肾脏、肝脏、脑等大部分组织中均大量存在着S1PRs，主要为S1P1、S1P2、S1P3，但S1P4及S1P5则分别表达于免疫系统细胞及脾脏中。芬戈莫德(FTY720)在体内磷酸化之后,其磷酸化形式是FTY720-P，能够作为S1P1、S1P3、S1P4、S1P5的一个强有力的受体激动剂。其与S1P结构共同之处就是它包含一个2-氨基的亲脂性的尾巴和一个磷酸基团组成的头部。总之,需要做进一步的研究来阐明每个S1PRs的结构与活性关系。此外,S1PRs的特定识别受体激动剂/拮抗剂将提供关于每个S1PRs生理作用的进一步信息，并可能有助于新的治疗药物的发展。SPHK1与SPHK2为高度保守脂类激酶SPHK的两种形式，二者互为异构，其主要分布位置分别在细胞质以及细胞核中。生物体内S1P水平的维持，依靠S1PL和S1P磷酸化酶之间不可逆降解作用来实现[6]。

2 S1PRs相关信号通路

由S1PRs激活的下游信号已经被广泛地应用于研究不同类型的哺乳动物细胞中,如人类胚胎肾细胞、中国仓鼠卵巢细胞、人类红白血病细胞、Jurkat T细胞、HTC4鼠肝癌细胞[7]。S1P1在细胞上的表达，通过S1P激活细胞外信号调节激酶(ERK)、磷脂酶C(PLC)和磷酸肌醇3激酶(PI3K),并抑制环腺苷酸的生成。PLC具备调节细胞趋化作用的能力，主要依靠对下游的Ca2+和蛋白激酶C(PKC)的激活来实现。小鼠肉瘤蛋白(Ras)有助于细胞增殖活性的调节，主要依靠对下游的细胞外信号调节激酶(ERK)的激活作用来实现。PI3K有助于细胞运动性能的增强，依靠对下游的蛋白激酶(AKT)的激活作用来实现。S1P2、S1P3也调节激活ERK对胃肠道的依赖。S1P2和S1P3可以通过G12/13调节Rho蛋白的激活[8]。最后,通过S1P4、S1P5的信号尚不明确，还有待深入研究。S1P具备极强的细胞功能调节作用，其功能突出体现在细胞骨架变化、黏合连接、组装、细胞凋亡、细胞增殖等活动中。引发的不同S1P依赖模式影响每个细胞上S1PRs的表达。后来，S1P1被确认为配体,诱导细胞聚集和P-钙连蛋白的表达。在人脐静脉内皮细胞中表达的S1P1和S1P3,后来研究表明S1P诱导的易位VE-钙连蛋白和b-钙连蛋白能够黏合连接处，同时S1P也能够诱导Rho依赖应力纤维的形成以及Rac依赖皮质肌动蛋白的组装和毛细结构形态的发生。GTpase Rho家族的肌动蛋白细胞骨架和细胞活性有重要的调控作用。S1P是细胞内信号转导的第二信使，能够在多种生物学效应中发挥直接介导的作用，同时，其还承担了细胞外递质的作用，结合S1PRs之后能够发挥出“由内而外”的信号通路的作用。

3 S1PRs调节剂与疾病治疗

S1PRs靶向激动剂于2010年9月获得美国食品药品管理局(FDA)批准正式上市，其药用名称为FTY720，主要应用于复发性多发性硬化症(MS)的一线治疗，属于该类疾病的首个口服药物。FTY720于体内被SPHK(SPHK2为主)酸化为具有活性的FTY720p，FTY720p与S1P有化学结构同源性。除了FTY720，还有很多S1PRs激动剂(CYM-5442、CYM-5520、S1P等)和拮抗剂(VPC-23019、JTE-013、CYM-50374等)被研发出来，后续应用于临床领域。S1PRs调节剂具备生理、病理调节作用，在多种疾病中均发挥出了重要的临床价值，如阿尔茨海默病、AS、自体免疫疾病、肿瘤等。

3.1S1PRs与免疫系统 在器官移植中，免疫抑制剂的重要价值是不言而喻的。S1PRs是一种新型免疫抑制剂，其发挥了较强的抗移植物免疫排斥反应作用。很多研究表明,S1P/S1PRs信号与自身免疫病存在密切关系。在免疫系统,S1P与未成熟T细胞和记忆T细胞细胞膜上的S1PRs相互作用,调节T细胞的发育和归巢。S1P是引起淋巴细胞迁移的重要因素,S1P拮抗剂将导致淋巴细胞停留在淋巴组织内,可防止他们进入外周血和炎性病变部位,从而抑制外周的免疫反应。在MS、系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、干燥综合征、炎性肠病、克罗恩病等自身免疫病中S1P/S1PRs信号参与疾病的发生发展。在S1PRs的5种亚型中,只有S1P1的激动剂可通过控制淋巴细胞的迁移而产生较强的免疫抑制效应[9]。S1P能够发挥出较强的细胞增殖抑制作用，主要作用于T细胞以及活化的CD4+T细胞。S1P通过其受体S1P1能够对淋巴细胞组织分布以及再循环产生调节作用，继而表现出细胞趋化性，主要作用于NK细胞、B细胞、T细胞、树突状细胞等。想要达到T细胞最佳活性状态，S1P功不可没。S1PRs激动剂有助于降低胸腺组织以及血液中淋巴细胞的水平，这一过程属于可逆性的，其作用部位为淋巴细胞，主要发挥趋向聚集作用，但不会产生不良反应。有研究表明，S1Ps缺陷对小鼠体内NK细胞的分布产生重要影响[10]。FTY720作为FDA批准的第一种用于治疗复发缓解型MS的口服药物,其磷酸化后与S1P结构相似,相当于S1P拮抗剂,可使淋巴细胞停留在淋巴结中,从而抑制免疫反应对髓鞘的破坏。

3.2S1PRs与肿瘤 S1P/SPHK/S1PRs信号通路与肿瘤细胞的增殖、浸润、转移等生物学行为密切相关[11]。神经酰胺(Cer)和鞘氨醇(Sph)与S1P之间能够形成鞘脂变阻,决定了细胞的存活或死亡,而SPHK是使Cer/Sph与S1P达到平衡的重要调控分子。S1P对恶性肿瘤的生物学行为因细胞类型及受体表达不同而不同,在结肠癌和卵巢癌细胞中S1P通过S1P1/S1P3促进肿瘤细胞的生长,而在黑素瘤细胞中则通过S1P2抑制肿瘤细胞的生长,不同受体介导的下游信号通路也不尽相同。国内外大量研究表明，SPHK1及其产物S1P具有促进肿瘤生长、代谢及抑制肿瘤凋亡的作用。受肿瘤对放化疗的不良预后以及耐药反应的影响，癌变组织中SPHK1的表达量通常较高，S1P有助于肿瘤细胞耐药性的提高，主要依靠对肿瘤促凋亡的调节作用来实现。在半胱天冬酶-3活化的雄激素依赖的前列腺癌细胞系中，当瘤细胞生长时，S1PRs激动剂可有效地诱导细胞发生凋亡，S1PRs激动剂的抗肿瘤活性作用也在多种抗肿瘤模型中得到了印证。有研究通过大量的分析确定，在对SPHK-S1P-S1PRs信号通路加以调节后，能够得到较好的头颈部放化疗抵抗调节效果。研究表明，SPHK-1/S1P、核转录因子κB、p65信号通路在肺癌H460耐药细胞中对发挥其耐药性具有重要作用[12]。近年来研究表明,S1P及其S1PRs/SPHK对肺部疾病的发生发展起着重要的作用,尤其对支气管哮喘、肺纤维化、肺炎、支气管扩张症、慢性阻塞性肺病以及肺癌的发生发展起着关键的作用,这或许为肺部疾病的治疗提供一个新途径。S1P在胃癌组织中高表达,在胃癌进展中发挥重要作用,有望成为胃癌预后判断和治疗的新靶点[13]。S1P可以导致宫颈癌HeLa细胞生长和侵袭能力增强,提示S1P蛋白在宫颈癌进展中可能发挥重要作用[14]。肿瘤血管新生在肿瘤的生物学进程中起到重要作用,已有研究表明在乳腺癌、前列腺癌等恶性肿瘤模型中,抑制S1P介导的血管生成相关通路可减缓肿瘤的发生发展,而妇科肿瘤中,已有研究证实S1P参与卵巢癌的血管新生,但具体机制尚不明确[15]。SPHK在多种实体肿瘤中均有表达,其基因具有癌基因的特征,并且通过SPHK/S1P信号途径对肿瘤发挥促进细胞生长,保护其免受凋亡,使肿瘤细胞产生放化疗耐受的作用，而SPHK抑制剂的应用实现了其活性的下调,阻滞了其在恶性肿瘤中的作用。

3.3S1PRs与心血管系统 在心血管系统中,S1P1在血管新生、淋巴细胞运输、心脏的生长发育，以及维持血管的正常通透性等方面具有重要作用[16]。S1P对心脏具有保护作用,S1PRs在心血管系统中发挥着重要的作用[17]，大量流行病学数据表明高密度脂蛋白(HDL)具有抗AS作用,近些年发现与HDL结合的S1P在抗AS中发挥着重要作用[18]。在心脏缺血再灌注时,其能够降低缺血再灌注的损伤程度,减少心肌梗死面积，降低心律失常的发生率[19]。S1P还具有调节血管通透性以及抗AS的作用。AS的主要特征为大中动脉内膜脂质沉着、管壁硬化、纤维组织增生等，此类疾病同脂质代谢障碍相关性较高。S1P在血管生理性再生及AS斑块发生发展中起到重要作用。小鼠动物模型实验结果显示，S1P类似物与S1PRs结合有助于AS发病率的降低，主要作用为对载脂蛋白E(ApoE)、低密度脂蛋白(LDL)密度的调节[20]。作为S1PRs激动剂,FTY720可能作用于心肌细胞上的S1P1和S1P3,激活AKT和ERK通路,从而对心肌梗死后非梗死区的存活心肌发挥保护作用[21]。S1P还可通过抑制线粒体蛋白细胞色素C释放，减少caspase激活,减弱心肌缺血再灌注损伤所致心肌细胞凋亡以及心肌梗死,该作用与PI3K/AKT/GSK3β信号通路活化有关[22]。S1P2和S1P3受体对缺血再灌注心肌起保护作用,抑制S1P2/3受体参与了心肌缺血再灌注后心源性猝死[23]。研究显示，S1P及其受体相关激酶、SPHK1均在结肠癌组织中高表达；SPHK2在正常组织中高表达,在结肠癌组织中表达下降; S1P的表达与SPHK1呈正相关,而与SPHK2的表达呈负相关；血清S1P的表达与患者的预后呈负相关[24]。

3.4S1PRs与神经系统 当机体发生炎症时,S1P在炎症部位的细胞释放量显著增加。相关研究结果显示，S1P水平在MS患者脊髓内、自身免疫性脑脊髓炎(EAE)鼠血清和脑脊液内均显著升高。因此能够判定，S1P可能在MS/EAE的发病机制中起到关键作用。近年来的大量研究表明,S1P与其受体的结合与MS相关，主要依赖于其对反应性星形胶质细胞的促分化作用实现。S1PRs在中枢神经系统多种神经细胞中都能够表达。在作用S1PRs之后，FTY720对中枢神经系统免疫损伤的调节作用得以增强，有助于降低淋巴细胞对中枢神经系统的浸润，主要依靠FTY720对淋巴细胞的抑制与诱导作用来实现[25-26]。FTY720有助于控制疾病的复发，在复发性MS的维持治疗方面表现出了较高的应用价值，且其具备依从性良好，不良反应较少等特点。

3.5S1PRs与糖尿病 SPHK/S1P信号通路能够在糖尿病情况下，通过对肾小球系膜细胞的增殖、细胞外基质的合成以及肾小球局部炎性反应等机制的作用，从而促进肾纤维化,该通路可成为糖尿病肾脏疾病等肾小球疾病新的干预靶点[27]。研究表明，在低糖条件下,S1P没有改变胰岛素分泌量；高糖条件下,S1P增加了胰岛素分泌量。与对照组相比,S1P明显抑制了β细胞Kv电流(P<0.01)；高糖条件下,S1P浓度依赖性升高了胰岛细胞内Ca2+水平(P<0.01)[28]。研究表明，超敏C-反应蛋白和非高密度脂蛋白胆固醇相关S1P为冠心病的独立危险因素,且与冠心病严重程度独立相关[28]。此外，SPHK1/S1P信号通路激活在糖尿病大鼠肾脏中也同样存在，由此推测其对糖尿病大鼠肾损伤产生了影响[29]。FTY720作为S1PRs激动剂，可能在糖尿病大鼠心脏微血管损伤中具有一定保护作用[30]。近年来还发现SPHK/S1P信号通路在肾脏炎性反应的过程中发挥了一定的作用,SPHK/S1P信号通路可能是临床干预以及治疗肾小球肾炎的另一靶点[31]。

4 小 结

综上所述，现有研究对S1PRs的病理生理作用有了一定了解，但S1P如何在分子水平调节S1PRs的表达和活动，哪些基因在受体激活中起到关键作用，这些问题仍有待进一步的研究。选择特定的受体激动剂或拮抗剂作为治疗药物，研发具有选择性、不良反应小、作用广泛的S1PRs调节剂，将是未来研究的热点之一。

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