李軾，呂蔓華

鞘氨醇激酶1（sphingosine kinase 1，SphK1）及鞘脂類代謝產(chǎn)物是重要的信號(hào)傳遞分子，SphK1/鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）信號(hào)通路涉及多種病理生理反應(yīng)，參與腫瘤、自身免疫及炎癥性疾病等多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程。腦缺血后再灌注損傷涉及神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、血腦屏障損傷等多種機(jī)制，故研究SphK1/S1P信號(hào)通路在腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia reperfusion injury，CIRI）中如何發(fā)揮作用，有望為腦缺血的治療帶來新契機(jī)。

1 神經(jīng)鞘磷脂代謝及功能

神經(jīng)鞘磷脂是一系列存在于腦和神經(jīng)組織中的膜磷脂[1]，是構(gòu)成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的重要成分，還是重要的信號(hào)傳遞分子[2]，參與很多病理生理過程，如細(xì)胞的存活、增殖、遷移及新生血管形成等[3]。神經(jīng)鞘磷脂首先降解為神經(jīng)酰胺（ceramide，Cer），Cer降解為鞘氨醇（sphingosine，Sph）和磷酸神經(jīng)酰胺，Sph在SphK的作用下再次降解為S1P。細(xì)胞還含有S1P磷酸酶和Cer合酶活性，使S1P能夠轉(zhuǎn)化生成Cer[4]。SphK1是調(diào)節(jié)Cer和S1P平衡的限速酶，也是催化Sph磷酸化為S1P的關(guān)鍵酶。Cer和Sph抑制增殖，誘導(dǎo)凋亡，而S1P促進(jìn)細(xì)胞增殖和細(xì)胞存活，代謝物間可相互轉(zhuǎn)化，這兩種信號(hào)傳導(dǎo)之間的動(dòng)態(tài)平衡稱為鞘磷脂變阻器，決定細(xì)胞的存活或死亡[5]，而SphK1是鞘磷脂變阻器的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。與CIRI過程密切相關(guān)的主要是SphK1、S1P及其受體家族和SphK1/S1P信號(hào)通路。

1.1 SphK SphK是神經(jīng)鞘磷脂代謝途徑中一種酶，能將Sph轉(zhuǎn)化為S1P，有兩種底物異構(gòu)體SphK1和SphK2。這兩種同工酶在其組織分布和細(xì)胞位置方面不同，SphK1主要分布于細(xì)胞質(zhì)，SphK2穿梭于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間，受細(xì)胞環(huán)境影響[3]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的海馬神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及小顆粒細(xì)胞都表達(dá)SphK1[6]，其中小膠質(zhì)細(xì)胞是最主要的表達(dá)體[7]，SphK1組織分布廣泛，在腦、心、肺和脾組織高水平表達(dá)。在腦缺血模型中，SphK1在腦缺血發(fā)生后迅速表達(dá)。SphK1可被大量的激動(dòng)劑激活從而引起細(xì)胞內(nèi)S1P濃度增加，這些激動(dòng)劑包括生長因子、促炎細(xì)胞因子以及許多G蛋白偶聯(lián)受體配體等[8]。而SphK2則在肝臟和心臟高度表達(dá)起相反效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡及抑制細(xì)胞存活[9]。SphK是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)傳遞分子，主要參與Ca2+穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，心血管和神經(jīng)系統(tǒng)炎癥、免疫，以及腫瘤生長的調(diào)節(jié)、增殖、存活、遷移[10]。

1.2 S1P及其受體 S1P由SphK受各種刺激物刺激Sph磷酸化而產(chǎn)生[11]。S1P介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)、外的信號(hào)傳導(dǎo)，在細(xì)胞外通過與5種細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體中的一種結(jié)合，在細(xì)胞內(nèi)通過一些未知的機(jī)制發(fā)揮作用[12]。S1P受體在許多細(xì)胞中廣泛表達(dá)，包括免疫、心血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，受體激活后會(huì)引起一些細(xì)胞內(nèi)途徑的激活，導(dǎo)致各種反應(yīng)，包括細(xì)胞分化、遷移、存活，血管生成，細(xì)胞骨架重排，鈣穩(wěn)態(tài)，血管舒張，神經(jīng)炎癥和免疫[3，13]，它還是血腦屏障功能完整性的基礎(chǔ)[13-14]。

2 腦缺血再灌注損傷

腦組織缺血后盡快恢復(fù)血供或再通灌注，卻伴隨再氧化、代謝供需不平衡，常常加重原缺血腦組織的損傷，這種損傷不可逆，甚至加重原有的臨床癥狀，這種現(xiàn)象被稱為CIRI[15]。這一過程涉及許多機(jī)制，包括興奮性毒性、氧化應(yīng)激、自由基損傷、神經(jīng)炎癥反應(yīng)、血腦屏障損傷及細(xì)胞凋亡等[16]，而這些機(jī)制構(gòu)成腦缺血的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，相互影響相互促進(jìn)。

2.1 興奮性毒性 興奮性毒性是指由于即將壞死的細(xì)胞中興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的異常釋放引起神經(jīng)元的病理活化和鈣攝取引起的繼發(fā)性損傷[17]。谷氨酸是最主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，與神經(jīng)細(xì)胞的突觸后膜N-甲基-D-天冬氨酸受體結(jié)合后導(dǎo)致細(xì)胞毒性水腫[18]，還引起鈣通道開放、細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加，在細(xì)胞內(nèi)引發(fā)一系列事件，包括產(chǎn)生自由基和激活Ca2+依賴性酶，從而導(dǎo)致廣泛的細(xì)胞損傷和細(xì)胞凋亡。在興奮性毒性期間激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑還可以觸發(fā)缺血后炎癥因子的基因表達(dá)，導(dǎo)致神經(jīng)損傷[19]。

2.2 氧化應(yīng)激及自由基損傷 氧化應(yīng)激是CIRI的基本機(jī)制，在缺血性腦損傷的發(fā)病機(jī)理中起關(guān)鍵作用[20]。在缺血期間，由于缺氧和葡萄糖底物缺乏導(dǎo)致三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）產(chǎn)生障礙，ATP依賴性離子泵失活，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，激活幾種Ca2+依賴性酶，如磷脂酶、蛋白酶和核酸內(nèi)切酶，這些酶可能參與活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生[21]。再灌注及隨后再氧化時(shí)，氧化應(yīng)激迅速增加，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的非酶促反應(yīng)增加。氧代謝的產(chǎn)物主要是ROS，包括氧離子、自由基和過氧化物，無機(jī)和有機(jī)物。ROS的升高來自一系列反應(yīng)，包括谷氨酸刺激N-甲基-D-天冬氨酸受體、線粒體功能障礙、一氧化氮合酶的活化等[22]，在應(yīng)激時(shí)，ROS積累到毒性水平，具有顯著的細(xì)胞效應(yīng)，包括脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)變性、酶失活、核酸和DNA損傷，細(xì)胞內(nèi)鈣超載Ca2+的釋放，細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的損傷，導(dǎo)致細(xì)胞損傷和功能受損、甚至凋亡[23]。除了腦細(xì)胞損傷外，氧化應(yīng)激還增加血腦屏障通透性。而且自由基會(huì)影響腦血流量，是強(qiáng)大的腦血管擴(kuò)張劑。此外，氧自由基還增加血小板聚集性，觸發(fā)許多促炎基因的表達(dá)[18]。

2.3 血腦屏障損傷 血腦屏障是一種選擇性滲透屏障，可將血液循環(huán)與腦組織分開，主要由內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成[24]。腦血管通透性增加在CIRI的病理生理學(xué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，血腦屏障破壞后允許神經(jīng)毒性血漿成分和血細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，損害突觸和神經(jīng)功能，血漿外滲導(dǎo)致血管源性水腫、顱內(nèi)壓增高，進(jìn)一步損害腦血流量，引起繼發(fā)性損傷[14]。此外，紅細(xì)胞的外滲導(dǎo)致梗死區(qū)域的出血性轉(zhuǎn)化。最后，滲漏的血腦屏障促進(jìn)炎癥細(xì)胞的遷移，促進(jìn)缺血后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)[25]。

2.4 神經(jīng)炎癥反應(yīng) 腦缺血后迅速誘發(fā)的缺血性腦內(nèi)神經(jīng)炎癥已被充分證實(shí)[26]，CIRI伴隨的炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)趨化因子、細(xì)胞黏附分子和大量促炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，加重缺血性損傷。這些炎癥反應(yīng)相關(guān)因子（趨化因子、細(xì)胞黏附分子和大量促炎癥細(xì)胞因子）各自以一些特定途徑參與炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重炎癥損傷：①趨化因子通過G蛋白偶聯(lián)受體，在細(xì)胞通訊和炎癥細(xì)胞募集中發(fā)揮重要作用。趨化因子如趨化蛋白-1、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α和局灶性缺血后fractakline的表達(dá)在腦缺血再灌注過程中可以引導(dǎo)細(xì)胞遷移，促進(jìn)白細(xì)胞浸潤腦組織，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，加重CIRI[18]。②細(xì)胞黏附分子在腦缺血發(fā)生后的第一天被各種細(xì)胞因子上調(diào)，介導(dǎo)白細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞表面的滾動(dòng)、黏附和遷移，促進(jìn)炎癥反應(yīng)。兩者之間的相互作用由3種主要的黏附分子介導(dǎo)——選擇蛋白、免疫球蛋白基因超家族和整聯(lián)蛋白[27]。③細(xì)胞因子在腦缺血后上調(diào)，不僅在免疫系統(tǒng)的細(xì)胞中表達(dá)，駐留的腦細(xì)胞（包括神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞）也產(chǎn)生[18]。小膠質(zhì)細(xì)胞是固有的免疫細(xì)胞，缺血性卒中后迅速激活，小膠質(zhì)細(xì)胞的活化是腦缺血時(shí)神經(jīng)炎癥的誘發(fā)因素[28]。缺血早期，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞增殖、向損傷部位遷移，誘導(dǎo)非特異性免疫反應(yīng)[29]?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞對(duì)局部缺血的反應(yīng)可能會(huì)釋放幾種促炎細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-6等，以及其他細(xì)胞毒性分子（NO、ROS和前列腺素）[30]，從而變得過度激活并導(dǎo)致神經(jīng)毒性后果。

3 SphK1/S1P信號(hào)通路在腦缺血再灌注損傷中的作用

目前關(guān)于SphK1/S1P信號(hào)通路在CIRI中的作用機(jī)制已取得一定進(jìn)展，SphK1是缺血性卒中后神經(jīng)元炎癥的重要介質(zhì)，主要通過活化的小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)神經(jīng)炎癥[7]。目前的研究發(fā)現(xiàn)SphK1/S1P信號(hào)通路主要通過以下3種途徑參與CIRI中的神經(jīng)炎癥損傷：①腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2（tumor necrosis factor receptor-related factor 2，TRAF2）是由腫瘤壞死因子-α引發(fā)的核因子-κB（nuclear factor，NF-κB）信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵組分。NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)激活是缺血性卒中誘導(dǎo)的神經(jīng)元炎癥的公認(rèn)機(jī)制。Sergio E. Alvarez等[31]提出SphK1和S1P對(duì)于經(jīng)典NF-κB途徑非常重要，這些反應(yīng)由細(xì)胞內(nèi)S1P介導(dǎo)，而與其細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體無關(guān)。S1P在氨基末端RING結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合TRAF2并刺激其E3（泛素連接酶）連接酶活性，這說明TRAF2是S1P的新型細(xì)胞內(nèi)靶，S1P結(jié)合TRAF2并且充當(dāng)TRAF2 E3泛素連接酶活化的輔因子，導(dǎo)致IκB（NFκB的抑制蛋白）激酶的磷酸化。隨之磷酸化和降解IκB，IκB的降解反過來激活NF-κB。Shuli Zheng等[7]提出缺血后SphK1加劇神經(jīng)炎癥反應(yīng)有可能是通過S1P-TRAF2-NF-κB軸來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在小鼠模型中腦缺血后96 h內(nèi)，SphK1而非SphK2迅速表達(dá)且持續(xù)誘導(dǎo)。缺血后SphK1的誘導(dǎo)表達(dá)顯著促進(jìn)急性梗死損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，SphK1/S1P信號(hào)通路在腦缺血發(fā)生時(shí)，會(huì)在小膠質(zhì)細(xì)胞中上調(diào)并誘導(dǎo)TRAF2/NF-κB/IL-17A信號(hào)通路，從而引起神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致神經(jīng)損傷[32-33]。IL-17A是調(diào)節(jié)CIRI后炎癥反應(yīng)的IL-17家族成員中的關(guān)鍵分子[34]。②toll樣受體（toll-like receptors，TLRs）是一個(gè)跨膜受體家族，能夠識(shí)別病原體相關(guān)的分子模式。TLRs是小膠質(zhì)細(xì)胞先天免疫反應(yīng)的重要組成部分，它誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)毒性因子，導(dǎo)致神經(jīng)損傷[35]。有實(shí)驗(yàn)證明活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可以通過TLR2/IL-23/IL-17途徑在腦缺血再灌注中發(fā)揮重要作用，通路產(chǎn)生的IL-17促成神經(jīng)元損傷[36]。IL-17通過誘導(dǎo)過嗜中性粒細(xì)胞和放大神經(jīng)毒性因子的產(chǎn)生而導(dǎo)致CIRI[37]。TLR2和SphK1都表達(dá)在小膠質(zhì)細(xì)胞，在CIRI時(shí)表達(dá)上調(diào)，基于上述研究，Wei Sun等[38]進(jìn)一步提出活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可能是通過TLR2→SphK1→促炎癥因子（IL-1β、腫瘤壞死因子-α、IL-17和IL-23）途徑，參與CIRI。③Gab Seok Kim等[14]發(fā)現(xiàn)卒中后腦微血管中檢測到S1P受體2表達(dá)，這與腦內(nèi)皮細(xì)胞等的體外數(shù)據(jù)一起表明S1P受體2在腦血管完整性的破壞中起關(guān)鍵作用。故缺血性卒中發(fā)生后SphK1可能通過S1P及S1P受體2對(duì)腦血管通透性產(chǎn)生影響。

綜上所述，SphK1/S1P信號(hào)通路主要通過介導(dǎo)CIRI的神經(jīng)炎癥反應(yīng)、破壞血腦屏障完整性而造成損傷，這個(gè)發(fā)現(xiàn)有望為缺血性卒中提供新的治療思路：抑制信號(hào)通路中介質(zhì)的表達(dá)等，從而改善腦缺血預(yù)后。