鞘氨醇激酶/鞘氨醇-1-磷酸与炎性关节病的研究进展

杨明峰，张斌

鞘脂是控制关键生物学功能的生物活性脂质，如增殖、分化、迁移、炎症反应、细胞周期或细胞凋亡等[1-3]，其在骨骼发育、矿化、骨量调节及骨免疫学中起着关键作用[4-6]。此外，这类脂质还涉及多种病理过程，包括肿瘤、类风湿关节炎（RA）、脊柱关节炎（SpA）等[1-5，7]。神经酰胺、鞘氨醇和鞘氨醇-1-磷酸（S1P）是鞘脂代谢的核心分子，在细胞中通常具有相反的作用。神经酰胺和鞘氨醇具有促凋亡和抗增殖作用，而S1P在体外、体内均具有刺激增殖、迁移和细胞存活的作用[8-10]。深入了解S1P的代谢过程及相关信号通路可能为炎性关节病的治疗提供新的策略、开辟新的途径。

1 鞘氨醇激酶（SK）/S1P

S1P是一种多效性磷脂，可调节多种生物学功能，如增殖、迁移、炎症或血管生成，且几乎涉及影响身体每个器官的病理生理状况和疾病[1-3]。静息细胞中的S1P含量很低，并通过合成和降解之间的精细调节平衡进行控制。S1P的细胞内水平与其代谢前体神经酰胺和鞘氨醇之间的平衡被认为是决定细胞生存或死亡的开关[8]。

S1P由鞘氨醇在两种鞘氨醇激酶（SK1/2）的催化反应中产生，同时受到S1P磷酸酶（SPP）和S1P裂解酶（SPL）[11-13]的降解控制，SPP将S1P转化为鞘氨醇，SPL将S1P不可逆地降解为磷酸乙醇胺和十六烯醛[14-15]。尽管SK1和SK2大小不同，但仍具有高度的序列相似性[16]。它们具有不同的发育表达、组织分布和亚细胞定位特征，这表明这两种酶可能具有不同的生理学功能[17]。例如，在小鼠胚胎发育过程中，SK1在第7天高度表达，而SK2则在第11天被检测到[18]。SK1在肺和脾中高度表达，也在脑、心脏、胸腺和肾脏中表达[19]；而SK2在肝脏和肾脏中高度表达[16]。SK1具有促进细胞存活和增殖的作用，而SK2的作用要复杂得多，通常表现出促凋亡作用，但也有抗凋亡作用[20]。

关于S1P的作用方式，可分为胞内及胞外两种方式。许多证据表明S1P可通过作用于细胞内靶点发挥相应的生物学作用，包括组蛋白去乙酰化酶[21]、肿瘤坏死因子-（TNF-）信号传导[22]、人类端粒酶逆转转录酶[23]或过氧化物酶体增殖物激活受体-[24]。另一方面，S1P可通过ABC转运蛋白家族成员和主要转运蛋白超家族转运体2b或鞘氨醇-1-磷酸转运体由胞内转移至胞外[25]，并与细胞膜上5种特定的高亲和力G蛋白偶联受体（S1P1-5）结合并介导下游的生物学效应，这也是S1P发挥生物学作用的主要方式。

2 SK/S1P与炎性关节病

炎性关节病，包括RA、SpA、骨关节炎（OA），表现为全身性的炎症及免疫状态失衡或关节结构破坏。目前的研究常聚焦于免疫细胞或关节细胞。值得注意的是，SK/S1P代谢途径与多种生理过程有关，而这些生理过程在这些疾病种中常表现异常[2-3]。

2.1 RA在体内研究方面，通过对胶原诱导关节炎小鼠模型的研究发现，给予二甲基鞘氨醇抑制SKs可显著抑制模型的关节炎症及骨质破坏，通过siRNA特异性沉默SK1的表达也可以降低该类模型的建模成功率及关节炎症程度[26]。此外，在对于TNF-诱导的关节炎模型中也发现类似的结果，诱导SK1的基因表达下调可以通过抑制环氧合酶-2（COX-2）的表达及白细胞介素（IL）-6的信号传导发挥抗炎作用，同时也可以通过减少破骨细胞的生成降低骨吸收[27]。有研究发现，相比于正常人群，RA患者滑膜成纤维细胞内S1P磷酸酶1和S1P裂解酶1水平升高，S1P水平降低基因表达的增加，与骨关节炎患者相比，RA患者关节液中的S1P水平明显升高[28]。同时，在RA患者滑膜组织中S1P受体1也出现了过度表达[29]。这提示SK/S1P可能参与了RA的病理生理过程。

在体外研究中，通过对人RA滑膜细胞系（MH7A）的研究表明外源性S1P可通过Gi/G0依赖的S1P/S1P1信号传导促进MH7A细胞核因子B受体活化因子配体（RANKL）的表达，进而促进破骨细胞成熟[30]。此外，对于RA患者来源的滑膜成纤维细胞的研究也提示，外源性S1P可以通过p42/44 MAPK、p38 MAPK和Rho激酶途径增强细胞的迁移、侵袭能力，促炎细胞因子和趋化因子的表达，如IL-6、IL-8、单核细胞趋化因子（MCP）-1、前列腺素E2（PGE2）[31]；而通过siRNA特异性敲低SK1的表达可以通过PI3K/AKT信号通路下调细胞的迁移、侵袭能力，基质金属蛋白酶（MMP）-2和MMP-9的表达[32]。此外，S1P受体2、3的激活也可以促进IL-18及MCP-1的表达[28]。

2.2 SpA相较于健康人群，SpA患者的循坏S1P水平明显升高[33]。该研究中还发现小鼠成骨细胞和软骨细胞在矿化过程中SK1、SK2及S1P特异性转运蛋白基因表达增加，S1P分泌增加，且在外源性药物抑制SKs后细胞中的基质矿化、碱性磷酸酶活性和骨转录因子Runx2及其转录靶标骨钙素的mRNA表达明显下调[33]。机械刺激可以促进成骨细胞、软骨细胞中SK1基因的表达，同时该作用在受到TNF-、IL-17的外源性刺激下进一步放大，这也说明了在SpA患者中，软骨细胞产生S1P可以加重附着点炎症及机械应力[34]。因此，有理由相信S1P代谢在SpA中出现异常，并且S1P可能参与附着点病理骨化。

2.3 OA在大多数细胞中，SK1、SK2的过度表达在细胞增殖和凋亡方面具有相反的生物学作用。与促增殖的SK1相比，据报道SK2过表达可促进细胞的凋亡，如在软骨细胞中，长链非编码RNA DANCR通过与microRNA-577竞争性结合靶向SK2调节OA中软骨细胞的存活[35]。选择性SK2抑制剂可阻断单碘乙酸盐诱导的OA大鼠模型中软骨细胞的凋亡，从而改善OA大鼠的负重疼痛反应[36]。此外，软骨细胞的凋亡也受到TGF-/Smad3和S1P/S1P3信号通路的调节[37]。因此，阻断SK2/S1P/S1P3通路可以通过促进软骨细胞存活来改善OA的临床表现。

但是，关于S1P在OA软骨细胞凋亡中的研究结果是矛盾的。有研究发现S1P刺激PGE2的表达上调进而降低软骨细胞中蛋白聚糖的表达[38]，同时S1P的表达上调可通过NF-B信号通路影响细胞外基质蛋白的积累和重塑，并对末端软骨细胞分化的下游调节因子产生积极影响[39]，这提示减少S1P分泌可能导致炎症及NF-B信号的下调，从而减少OA软骨的分解代谢过程。另有研究提示，在人类软骨细胞中，S1P可通过p38 MAPK信号通路及S1P受体2抑制IL-1诱导的含I型血小板结合蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶-4（ADAMTS-4）、MMP-13和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达减少软骨基质降解[40]，该结果显示SK1/S1P/S1P2通路的激活可以阻止炎症的恶性循环，并在IL-1介导的特定背景下减少软骨降解。