魏潁 唐宋琪 董艷

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是一種強生物活性脂質(zhì)，由鞘氨醇激酶(SphKs)催化鞘氨醇產(chǎn)生，參與調(diào)節(jié)淋巴細胞運輸、內(nèi)皮屏障、炎癥反應、細胞增殖、凋亡等多種效應。研究表明，SphKs/S1P通過作用于S1P受體、G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)、內(nèi)肽酶、L-氨基酸肽的肽酶和絲氨酸型肽酶等各種信號分子[1]，在多種呼吸系統(tǒng)疾病中發(fā)揮重要作用。

SphKs/S1P的生物合成與代謝

廣泛表達于真核細胞的細胞膜中的鞘脂類，代謝后能產(chǎn)生多種調(diào)節(jié)生物功能的中間產(chǎn)物，包括神經(jīng)酰胺、鞘氨醇和S1P。SphKs是鞘脂代謝的關鍵酶，能將鞘氨醇磷酸化生成S1P。目前，已經(jīng)鑒定出兩種哺乳動物SphKs，即SphK1和SphK2，由位于不同染色體上的基因轉(zhuǎn)錄而來。如圖1所示，SphK1主要分布在細胞質(zhì)中，一旦被激活就會轉(zhuǎn)位到細胞膜上；SphK2則位于線粒體、細胞核和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中[2]。S1P既可以作為細胞內(nèi)的第二信使，作用于HDACs和TRAF2等細胞內(nèi)蛋白，調(diào)節(jié)Ca2+水平、基因轉(zhuǎn)錄和蛋白修飾[3]。另一方面，S1P能通過自分泌或旁分泌機制，由ABC轉(zhuǎn)運體或Spns2轉(zhuǎn)運到細胞外，激活細胞表面的特異性受體(S1PRs)，參與調(diào)節(jié)平滑肌收縮、免疫、血管生成、炎癥反應、增殖和凋亡等[4]。研究表明，S1P能被S1P磷酸酶(SGPP1和SGPP2)去磷酸化為鞘氨醇；又能經(jīng)S1P裂解酶(S1PL)不可逆地裂解為十六烯醛(Hex)和磷酸乙醇胺(PE)[5]。

圖1 S1P的生物合成與功能示意圖

SphKs/S1P與哮喘

哮喘是一種病機復雜的異質(zhì)性疾病，易受遺傳和環(huán)境因素影響。SphKs/S1P主要從以下幾個方面參與哮喘。①氣道炎癥：Liu H.等[6]研究發(fā)現(xiàn)，S1P/S1PR2能通過刺激RAC1，激活下游JNK和ERK1/2通路，誘導自噬的發(fā)生，進而抑制哮喘炎癥和氣道重塑。在氣道上皮細胞中，S1P能通過作用于S1PR3誘導支氣管上皮細胞釋放CCL20，后者能與趨化因子受體6 (CCR6)結(jié)合，誘導樹突狀細胞(DCs)向氣道上皮趨化，參與氣道炎癥反應[7]。Terashita等[8]研究發(fā)現(xiàn)，JTE-013(S1PR2拮抗劑)能抑制支氣管上皮細胞NF-κB活化和CCL3生成，減輕OVA誘導的哮喘過敏反應，表明S1P/S1PR2參與導致哮喘氣道炎癥。②氣道高反應性(AHR)：在哮喘模型中，抑制SphKs能減輕氣道炎癥和AHR[9]。皮下注射S1P到BALB/c小鼠能誘導類哮喘樣特征，包括氣道平滑肌反應性增高、粘液產(chǎn)生、釋放PGD、IgE、IL-4和IL-13，其機制依次涉及T細胞、IgE和肥大細胞[10]。體外研究也表明，S1P與氣道平滑肌細胞孵育可顯著增強其收縮性[11]，可能與RhoA活性增加和肌球蛋白磷酸酶靶向亞基1(MYPT1)磷酸化有關。③氣道重塑：Fuerst等[12]研究證實，S1P通過作用于S1PR2和S1PR3，調(diào)節(jié)人類氣道平滑肌細胞(ASMCs)中80多個基因的表達，包括已知的參與氣道重塑的基因(HBEGF、TGFB3、TXNIP、PLAUR、SERPINE1、RGS4)。ASMCs增殖和肥大是氣道重塑的關鍵。Liu L.等報告指出，S1P能通過S1PR2/S1PR3-ROCK通路，誘導Yes相關蛋白(YAP)去磷酸化和核異位，上調(diào)FOXM1和Cyclin D1，刺激ASMCs增殖、遷移和收縮[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，S1P能與S1PR2和S1PR3結(jié)合，誘導信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3 (STAT3)磷酸化，上調(diào)Polo樣激酶1 (PLK1)和分化抑制蛋白2(ID2)的表達，進而促進ASMCs增殖[14]。由此可知，SphK/S1P信號通路能從不同方面參與哮喘的發(fā)病，該通路可能在哮喘的治療中具有潛在價值。

SphKs/S1P與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是臨床常見的呼吸道疾病，更是導致死亡的主要原因之一。作為鞘脂類的核心成分，神經(jīng)酰胺不只是促凋亡的第二信使，也是包括S1P在內(nèi)的促細胞生存代謝產(chǎn)物的前體。在小鼠肺氣腫模型中，神經(jīng)酰胺上調(diào)是肺泡破壞的關鍵步驟，而刺激S1P-S1PR1信號，能抵消肺神經(jīng)酰胺對肺泡擴張的有害影響[15]。Berdyshev等[16]發(fā)現(xiàn)，在輕中度COPD患者的肺部神經(jīng)酰胺水平升高，而重度COPD患者肺中的S1P水平升高。這表明促凋亡的神經(jīng)酰胺積累(與SphK1活性降低相關)先于肺泡組織的破壞，而嚴重肺氣腫的肺部，富集了具有適應能力的細胞，這些細胞通過降低S1PL活性，在一定程度上保留了S1P的水平。

另一方面，COPD患者的肺泡巨噬細胞缺乏吞噬凋亡的支氣管上皮細胞(胞葬作用)的能力，可能與SphK /S1P信號系統(tǒng)的失調(diào)有關。Tran等研究發(fā)現(xiàn)，外源性S1P能改善巨噬細胞的吞噬功能，而香煙煙霧可抑制SphKs酶的活性和/或使這些分子從其正常的亞細胞定位上移位，進而減弱吞噬細胞的吞噬功能[17]。在原發(fā)性人支氣管上皮細胞中SphK1/2和Spns2蛋白表達豐富，而在香煙煙霧暴露的小鼠支氣管上皮中，Spns2下調(diào)并與巨噬細胞吞噬活性降低顯著相關。提示，COPD和香煙煙霧暴露導致的Spns2下調(diào)以及由此導致的支氣管上皮輸出S1P減少，可能通過S1P受體信號傳導不足來影響肺泡巨噬細胞的吞噬活性[18]。此外，S1PR5甲基化和表達失調(diào)與肺泡巨噬細胞的吞噬功能降低存在潛在關聯(lián)[19]。因此，靶向SphKs/S1P的治療策略有助于改善氣道巨噬細胞的吞噬能力，進而減少細菌定植，降低COPD急性發(fā)作的頻次。

SphKs/S1P與肺部感染性疾病

銅綠假單胞菌(PA)是一種機會性革蘭氏陰性菌，能改變宿主基因組以促進其入侵。在PA誘導的肺炎中，缺失SphK2基因可以保護小鼠免受PA感染引起的宿主肺基因組改變，進而發(fā)揮其對肺部炎癥的保護作用[20]。在肺上皮細胞中，PA感染能通過活化PKC δ刺激SphK2磷酸化和核定位，生成的核S1P能調(diào)節(jié)HDAC1/2活性，使促炎細胞因子IL-6和TNF-α的表達增加，而阻斷PKC δ和/或SphK2能減輕PA介導的肺部炎癥[21]。此外，SphKs/S1P信號還與病毒感染所致的肺部炎癥有關。人類巨細胞病毒(CMV)能在免疫功能低下的患者中導致嚴重甚至致命的疾病，肺組織是CMV潛伏/復發(fā)的重要靶點，而肺間質(zhì)成纖維細胞能促進病毒復制出現(xiàn)CMV誘導的間質(zhì)性肺炎。在感染HCMV的人胚肺成纖維細胞中，病毒復制有賴于SphKs功能活性和S1P生成，S1P能通過S1PR2作用于信號分子Rac-1，而抑制Rac-1會顯著降低HCMV復制[22]。同健康人比較，社區(qū)獲得性肺炎(CAP)患者的血漿S1P水平明顯升高，且CAP患者的S1P水平與疾病嚴重程度呈負相關[23]。Hsu等[24]研究表明，COPD合并CAP患者的血液S1P和CRP水平顯著高于COPD急性加重(AECOPD)患者，S1P和CRP水平之間的相關性較弱，二者都是COPD合并肺炎的獨立預測因子。綜上可知，SphKs/S1P信號可能與部分肺部感染性疾病的發(fā)病機制有關。

SphKs/S1P與肺纖維化

肺纖維化是一種慢性、纖維化性的間質(zhì)性肺病。其中，特異性表達α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)的肌成纖維細胞，能通過增殖、遷移、合成細胞外基質(zhì)(ECM)和促炎細胞因子參與肺纖維化。肺肌成纖維細胞主要是由肺成纖維細胞、血液中的纖維細胞、以及肺泡上皮細胞-間充質(zhì)(EMT)轉(zhuǎn)化而成。研究表明，S1P/S1PRs能誘導Smad磷酸化和核易位，導致ECM異常積聚[25]。其中，S1PR3是已知的促纖維化因子，基因敲除小鼠肺S1PR3能有效減輕輻射誘導的肺纖維化，包括抑制炎性細胞浸潤、減少纖維蛋白滲出、減少膠原積累、降低α-SMA表達等[26]。

此外，SphKs/S1P和促纖維化的TGF-β信號之間存在交叉。一方面，SphK1/S1P能通過激活YAP1，介導BLM或TGF-β誘導的mtROS、FN和α-SMA的表達，進而參與肺纖維化[27]。另一方面，在Ⅱ型肺泡細胞中，S1P通過作用于S1PR2和S1PR3，激活p-Smad3、RhoA-GTP、氧化應激和TGF-β1釋放，介導EMT發(fā)生[28]。綜上，SphKs/S1P/S1PRs信號對肺纖維化具有促進作用，為治療肺纖維化的提供了一個新靶點。

SphKs/S1P與急性肺損傷

急性肺損傷(ALI)是一種高死亡率的呼吸衰竭性疾病，以肺泡上皮和肺毛細血管內(nèi)皮細胞損傷為主要病理改變，嚴重時出現(xiàn)急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。作為重要的屏障保護劑，S1P可以在體內(nèi)外維持血管屏障的完整性。McVey等[29]發(fā)現(xiàn)，儲存的而不是新鮮的血小板能通過神經(jīng)酰胺介導的內(nèi)皮屏障功能障礙引起輸血相關性急性肺損傷(TRALI)，反之在血小板儲存過程中補充S1P能減輕內(nèi)皮屏障功能障礙，是預防TRALI的有前景的策略。在呼吸機誘導肺損傷(VILI)小鼠模型中，機械通氣能增強小鼠肺組織中的S1PL和神經(jīng)酰胺水平，降低S1P表達，導致肺部炎癥、損傷和凋亡；而通過抑制S1P裂解酶來恢復S1P水平可以減輕VILI，提示S1P可能對VILI具有保護作用[30]。

另一方面，膿毒癥患者單核細胞中SphK1 mRNA表達升高，且與PaO2/FiO2比值負相關；在盲腸結(jié)扎穿孔(CLP)制備的小鼠膿毒癥模型中，PF-543(SphK1抑制劑)處理能減輕血管外Evan′s藍色染料滲出，降低肺濕/干比值和肺損傷評分；機制上，拮抗SphK1能通過抑制NLRP3炎癥體激活，抑制caspase-1成熟和IL-1β釋放，降低IL-1β誘發(fā)的Src介導的血管內(nèi)皮鈣粘蛋白磷酸化，穩(wěn)定血管內(nèi)皮鈣粘蛋白，改善微血管滲漏和肺損傷[31]。急性乙醇中毒能通過增加肺血管通透性、中性粒細胞浸潤、炎癥因子釋放、細胞凋亡等途徑，降低CLP制備的膿毒癥小鼠的存活率，加重其肺損傷；而PF-543可通過抑制SphK1/S1P/S1PR1信號通路，部分逆轉(zhuǎn)小鼠的肺損傷[32]。Viriyavejakul等[33]報告指出，S1P能作用于肺泡上皮細胞的S1PR3，通過RhoA激活、緊密連接開放和閉鎖小帶-1丟失，導致通透性增加；相反，S1P/S1PR1能激活Rac1 GTPase，重組肌動蛋白細胞骨架和血管內(nèi)皮粘附蛋白，誘導細胞間連接組裝和穩(wěn)定。由此可知，SphKs/S1P能通過不同的S1P受體在ALI/ARDS發(fā)病機制中發(fā)揮不同作用，這對藥物的研發(fā)具有指導意義。

SphKs/S1P與肺癌

肺癌是惡性腫瘤致人類死亡的主要原因之一。研究表明，異常的S1P信號與癌細胞侵襲、轉(zhuǎn)移、放化療抗性相關[34]，而神經(jīng)酰胺通過誘導細胞凋亡和衰老具有抗癌特性[35]。Mariam等[36]發(fā)現(xiàn)，在接受化療的非小細胞肺癌(NSCLC)患者中，SphK1表達的增加與較短的總生存期和無病生存期顯著相關，卻沒有觀察到S1P裂解酶的表達與預后相關。在NSCLC細胞中，強制表達SphK1能抑制阿霉素和多西紫杉醇誘導的凋亡，并與抗凋亡蛋白Bcl-xl、c-IAP1、c-IAP2和TRAF1上調(diào)有關；相反，基因沉默或拮抗SphK1活性顯著增強NSCLC細胞對化療藥物誘導凋亡的敏感性[37]。另一方面，Guan等[38]發(fā)現(xiàn)，ABC294640能通過抑制SphK2活性，增加神經(jīng)酰胺積累，降低S1P水平，誘導肺癌細胞凋亡。綜上，通過SphKs來平衡神經(jīng)酰胺與S1P水平，對決定細胞命運至關重要。

SphKs/S1P與肺動脈高壓

肺動脈高壓(PAH)是一種進行性疾病，與持續(xù)肺血管收縮、過度肺血管重構(gòu)、和原位血栓形成相關。循環(huán)中生理水平的S1P對血管有保護作用，異常激活的SphKs/S1P信號與PAH發(fā)病密切相關。在特發(fā)性PAH患者和大鼠PAH模型中，重塑肺動脈的SphK1和SphK2、血漿中S1P均表達增加。并且SphK1拮抗劑能減低血中升高的S1P，改善總肺動脈阻力指數(shù)和心臟指數(shù)[39]。機制上，S1P通過ROCK信號介導YAP去磷酸化和核易位，上調(diào)miR-130a/b的表達，減少BMPR2和Id1表達，促進肺動脈平滑肌細胞(PASMCs)增殖和遷移[40]。Zhai等[41]研究表明，S1P能通過TRAF2誘導的BECN1調(diào)和泛素化，促進自噬激活，進而導致CDH1減少和PASMCs增殖。在原代培養(yǎng)的PASMCs中，TGF-β1能通過促進Smad2/3磷酸化，使SphK1和S1P的表達上調(diào)，繼而通過SphK1/S1P/S1PRs通路激活Notch3，誘導PASMCs增殖[42]。由此可見，SphKs/S1P能通過誘導PASMCs增殖和遷移，參與肺血管重塑，而阻斷SphKs/S1P是預防和治療PAH的一種有前景的策略。

結(jié)論與展望

越來越多的研究揭示，SphKs/S1P信號能通過調(diào)節(jié)血管生成、免疫細胞運輸、骨架重排、增殖、存活等，在多種肺部疾病中發(fā)揮關鍵作用。但SphKs/S1P信號在不同疾病中的具體效應機制、及其上游調(diào)控信號和下游效應分子等，均需要繼續(xù)深入研究，才能為治療疾病和藥物研發(fā)提供新思路。