1-磷酸鞘氨醇对糖尿病血管内皮功能障碍的调节作用及机制

贺琼 薄佳琪 张咪 白春梅 刘子昂 刘云峰

1山西医科大学，太原 030001; 2山西医科大学第一医院内分泌科，太原 030001; 3山西医科大学第一临床医学院

糖尿病是严重危害我国公民健康的慢性疾病，据2017年调查显示我国成年人糖尿病患病率为10.9%，糖尿病前期患病率为35.7%[1]。国务院印发的“健康中国2030规划纲要”和“中国防治慢性病中长期规划(2017-2025)”将糖尿病及其慢性并发症管理作为防治慢性病的工作重点。而众多糖尿病并发症的始动环节均是血管内皮功能障碍(VED)。1-磷酸鞘氨醇(S1P)是参与糖尿病发生、发展过程的一种重要生物活性物质，本文试总结关于S1P的最新研究成果，归纳其对糖尿病VED的调节作用并阐述药理机制，以期更全面地认识S1P对糖尿病并发症防治的基础和临床意义。

1 S1P概述

S1P是一种磷脂类代谢产物，于1870年首次在大脑中发现，主要由血小板和内皮细胞膜上的鞘磷脂经活性酶催化产生，在血浆内的正常浓度是0.2～0.9 μmol/L[2]。近年来的研究表明S1P既可以作为细胞内第二信使直接发挥作用，又能与细胞表面的S1P受体(S1PRs)结合发挥重要生物学功能。它的受体根据分布不同分为5种类型，依次为S1PR 1～5，其中S1PR2和S1PR3主要表达在心血管系统[3]。

2 S1P对糖尿病血管内皮的保护作用及机制

血管内皮损伤在糖尿病前期已经呈现，随着病情进展，损伤程度加剧出现VED，进而表现为糖尿病血管病变。该过程机制十分复杂，可能为高血糖环境诱导内皮细胞凋亡，而内皮细胞被破坏后一氧化氮和Ca2+含量异常，从而影响血管收缩舒张功能。其次，长期慢性糖毒性可通过影响血管内皮细胞间连接，导致血管壁通透性增大。S1P通过介导多种生物学效应对血管内皮细胞产生保护作用，包括抑制内皮细胞凋亡，维持正常生命周期；调节一氧化氮和Ca2+含量，改善血管张力；增强内皮细胞间紧密连接作用，降低血管壁通透性。

2.1 内皮细胞凋亡 晚期糖基化终末产物(AGEs)堆积和内质网应激(ERS)是导致血管内皮细胞凋亡的经典机制。高糖环境下AGEs含量增加，通过氧化应激途径触发ERS，最终诱发内皮细胞凋亡。S1P通过拮抗上述通路发挥抗凋亡，维持正常细胞周期的作用。

2.1.1 糖尿病促进内皮细胞凋亡 AGEs是糖类、蛋白质、脂类在体内生化反应后产生的终产物，体内高糖环境可使其产生增加[4]。AGEs与AGEs受体特异性结合后可通过磷酯酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)途径诱导内皮细胞凋亡[5]。此外，AGEs还能通过时间和剂量依赖性方式激发ERS启动细胞凋亡过程[6]。在ERS细胞凋亡信号通路中，内质网源性转录因子(CHOP)是与血管疾病最相关的生物标志物，ESR使下游CHOP含量增加，启动整个细胞凋亡过程[7-8]。

2.1.2 S1P抑制内皮细胞凋亡 S1P能作用于AGEs诱导的PI3K/Akt通路上的多个信号靶点，实现抗内皮细胞凋亡功能。研究显示，过氧化氢及活性氧簇是AGEs诱导的PI3K/Akt通路下游产生的细胞毒性物质，它们是诱发氧化应激，造成内皮细胞损伤的代谢副产物[9-10]。

有关过氧化氢的实验显示，S1P、S1PR1激动剂、S1PR3激动剂可显著减轻过氧化氢诱导的内皮细胞凋亡，相反S1PR1拮抗剂、S1PR3拮抗剂、PI3K通路抑制剂可完全阻断上述保护效果，说明S1P通过激活细胞内PI3K/Akt信号通路，实现抑制过氧化氢诱导内皮细胞凋亡的作用[11]。而活性氧簇方面的相关进展表明，在已表达活性氧簇的细胞中加入S1P，可观察到促凋亡因子Bax水平下调，抗凋亡因子Bcl-2显著增多。进一步研究显示，其机制可能为S1P与受体结合后，增加了PI3K/Akt通路上磷酸化Akt蛋白水平，而磷酸化Akt蛋白含量的改变可引起促凋亡和抗凋亡因子比例发生变化，向抗凋亡作用方向倾斜，最终抵消了活性氧簇产生的不良影响。此现象说明S1P激活的PI3K/Akt信号通路在对抗活性氧簇内皮细胞损伤中起重要作用[12]。

此外，S1P还可以通过抑制ERS，发挥抗内皮细胞凋亡的作用。在S1P合成酶基因敲除的小鼠体内，S1P表达低于正常水平，可监测到ERS的特征性基因Hspa5和Dnajc3的表达[13-14]。此外，抑制S1P的表达会使细胞内出现错误折叠的蛋白质，即非折叠蛋白反应，进而介导CHOP含量增加，细胞出现大批凋亡[15]。以上结果均说明S1P缺失将触发ERS，即S1P具有抑制ERS发生的功能。

2.2 内皮细胞收缩舒张功能 在影响内皮细胞收缩、舒张功能的众多生物小分子中，主导舒张功能的一氧化氮和主导收缩功能的Ca2+是关键性物质，二者的含量都受PI3K/Akt途径和蛋白激酶C(PKC)途径的调节。高糖环境干扰PI3K/Akt和PKC通路，影响下游一氧化氮和Ca2+的含量，而S1P对两条信号通路兼具保护作用，以维持内皮细胞正常收缩舒张功能。

2.2.1 糖尿病损害内皮细胞收缩舒张功能 正常情况下，血管内皮分泌的细胞因子可通过PI3K/Akt和PKC通路激活内皮型一氧化氮合酶(eNOS)以及T型、L型Ca2+通道，发挥促进一氧化氮合成，维持细胞内Ca2+水平的作用，从而保证血管收缩、舒张功能正常[16-17]。糖尿病时，PI3K/Akt和PKC通路异常，导致eNOS和Ca2+通道被抑制，下游功能性一氧化氮和Ca2+含量下降，血管收缩、舒张功能受损[18]。

2.2.2 S1P维护内皮细胞收缩、舒张功能 已有研究证实，S1P具有恢复和改善受损血管收缩、舒张功能的特性，但其具体分子机制尚不完全明确[19]。S1P可能通过激活PI3K/Akt/eNOS和PKC/Ca2+信号通路实现保护作用。

舒张功能方面，在S1P处理的内皮细胞中可观察到磷酸化Akt、磷酸化eNOS和eNOS的显著上调，一氧化氮合成储备增加。且这种效应发生迅速，15～60 min即可观察到上述产物表达增加[20]。就收缩功能而言，S1P能在5 min内引起血管管腔变细，使用S1PR抑制剂JTE-013或PKC抑制剂Gö-6983可阻断收缩作用[21]。S1P维持血管收缩功能可能的生理机制是S1P激活了内皮细胞PKC通路，细胞膜表面的K+离子通道关闭出现去极化，电压门控Ca2+通道开启，Ca2+内流进入细胞，通过钙诱发的钙释放引起胞内Ca2+水平进一步上升，最后足量的Ca2+与钙调蛋白和肌球蛋白结合，引起肌丝滑动，实现细胞收缩[22]。

2.3 内皮屏障功能 内皮细胞数量减少和细胞间机械连接松弛是导致屏障功能障碍的两方面原因。高糖环境损伤内皮祖细胞(EPCs)，使内皮细胞数量减少，在此基础上，过多积累的AGEs还会破坏细胞间的连接结构，加重损伤程度。S1P信号通路能促进EPCs增殖，加强胞间连接，稳固屏障功能[23]。

2.3.1 糖尿病破坏内皮屏障作用 高血糖通过抑制PI3K/Akt途径减少EPCs的产生，损伤其增殖、迁移能力，使内皮细胞无法以足够数量到达指定位置发挥滤过作用[24]。同时，大量AGEs可改变细胞基质中胶原蛋白的交联方式，基质蛋白结构改变后与细胞间连接松解，血管壁完整性遭到破坏，血管通透性增高。

2.3.2 S1P改善内皮屏障作用 S1P通过保护EPCs和稳定胞间连接，改善屏障功能。在EPCs生成过程中，加入S1PR1和S1PR3激动剂可促使骨髓产生EPCs增多，凋亡减弱，进而维持内皮细胞数量恒定，有助于破损内皮修复。而用S1PR1和S1PR3抑制剂处理EPCs后，促增殖、抗凋亡作用消失。进一步实验证明，S1P对EPCs的保护作用是通过激活PI3K/Akt途径介导的[11]。

在细胞连接方面，S1P能够增强内皮细胞间黏着斑的紧密连接作用，帮助细胞与细胞之间，细胞与基质之间形成稳定的连接复合物。其相关机制是，S1P与内皮细胞表面S1PR1结合，启动下游Rac信号途径，使激动蛋白发生移位，细胞骨架结构重新排列，形成细胞周围坚固的肌动蛋白环[25-26]。另外S1P也能增加钙黏着蛋白在邻近内皮细胞中的表达，为血管完整性提供物质基础[27]。最终降低了血管壁通透性，增强了内皮细胞屏障功能。

3 治疗VED的S1P相关药物

VED是糖尿病微血管及大血管病变的病理生理基础，S1P相关化学制剂对微血管和大血管病变均具有保护功能。

S1PR的激动剂FTY720和SEW2871主要在保护肾小球微血管、视网膜微血管和脑内微血管方面发挥作用。FTY720口服后在体内磷酸化为S1P活性类似物FTY720-P，它与S1PR1、S1PR 3～5都具有一定的亲和力。FTY720-P与选择性受体结合后，上调紧密连接蛋白claudin-5的含量，起到增强血 脑屏障功能的效果[28]。FTY720-P同时还具有促进视网膜新生血管内皮细胞形成，改善角膜浑浊的作用[29]。而SEW2871是选择性S1PR1激动剂，与受体结合后可通过降低肾脏微血管的渗透性，防止蛋白质、血细胞的外渗而改善肾功能[30]。在心脏大血管方面，S1P通过抑制外周淋巴细胞、粒细胞数量，减弱白细胞对冠状动脉内皮的炎性损伤[31]。

S1P信号通路上可开发的药物治疗靶点分为3类，分别是S1PR的激动剂或拮抗剂、活性酶的激活剂或抑制剂以及直接靶向结合S1P的抗体。在调节内皮细胞功能方面，目前主要开发了S1PR激动剂的作用，其余靶点仍有待发掘。且以上药理作用均停留在动物实验阶段，尚缺乏临床证据佐证，但仍可作为防治糖尿病血管并发症潜在的药物靶点开展深入研究。

4 小结

血管内皮细胞通过机械连接结构和生物效应因子，维持血管壁结构完整和功能稳定。糖尿病患者的血管内皮细胞功能受到体内糖毒性的慢性破坏，出现糖尿病肾脏病变、视网膜病变、心血管疾病等多种血管相关并发症。现有研究证实，S1P在抑制内皮细胞凋亡，维持血管壁收缩、舒张功能，降低血管壁通透性方面均发挥有益作用，因此S1P对改善糖尿病VED可能具有较好的应用前景。S1P及其相关化合物在神经系统多发性硬化症治疗领域已经得到认可，但对糖尿病血管并发症的治疗作用尚未普及，其用于人体的安全性和有效性有待药理学和毒理学的进一步研究。