SphKs/S1P在呼吸系統疾病中的作用研究進展

魏潁 唐宋琪 董艷

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是一種強生物活性脂質，由鞘氨醇激酶(SphKs)催化鞘氨醇產生，參與調節淋巴細胞運輸、內皮屏障、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蛋白偶聯受體(GPCRs)、內肽酶、L-氨基酸肽的肽酶和絲氨酸型肽酶等各種信號分子[1]，在多種呼吸系統疾病中發揮重要作用。

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，代謝后能產生多種調節生物功能的中間產物，包括神經酰胺、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錄而來。如圖1所示，SphK1主要分布在細胞質中，一旦被激活就會轉位到細胞膜上；SphK2則位于線粒體、細胞核和內質網中[2]。S1P既可以作為細胞內的第二信使，作用于HDACs和TRAF2等細胞內蛋白，調節Ca2+水平、基因轉錄和蛋白修飾[3]。另一方面，S1P能通過自分泌或旁分泌機制，由ABC轉運體或Spns2轉運到細胞外，激活細胞表面的特異性受體(S1PRs)，參與調節平滑肌收縮、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性疾病，易受遺傳和環境因素影響。SphKs/S1P主要從以下幾個方面參與哮喘。①氣道炎癥：Liu H.等[6]研究發現，S1P/S1PR2能通過刺激RAC1，激活下游JNK和ERK1/2通路，誘導自噬的發生，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]研究發現，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，調節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FOXM1和Cyclin D1，刺激ASMCs增殖、遷移和收縮[13]。另有研究發現，S1P能與S1PR2和S1PR3結合，誘導信號轉導和轉錄激活因子3 (STAT3)磷酸化，上調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，神經酰胺不只是促凋亡的第二信使，也是包括S1P在內的促細胞生存代謝產物的前體。在小鼠肺氣腫模型中，神經酰胺上調是肺泡破壞的關鍵步驟，而刺激S1P-S1PR1信號，能抵消肺神經酰胺對肺泡擴張的有害影響[15]。Berdyshev等[16]發現，在輕中度COPD患者的肺部神經酰胺水平升高，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信號系統的失調有關。Tran等研究發現，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甲基化和表達失調與肺泡巨噬細胞的吞噬功能降低存在潛在關聯[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能調節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/復發的重要靶點，而肺間質成纖維細胞能促進病毒復制出現CMV誘導的間質性肺炎。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(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(EMT)轉化而成。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皮細胞損傷為主要病理改變，嚴重時出現急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。作為重要的屏障保護劑，S1P可以在體內外維持血管屏障的完整性。McVey等[29]發現，儲存的而不是新鮮的血小板能通過神經酰胺介導的內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誘發的Src介導的血管內皮鈣粘蛋白磷酸化，穩定血管內皮鈣粘蛋白，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皮粘附蛋白，誘導細胞間連接組裝和穩定。由此可知，SphKs/S1P能通過不同的S1P受體在ALI/ARDS發病機制中發揮不同作用，這對藥物的研發具有指導意義。

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、轉移、放化療抗性相關[34]，而神經酰胺通過誘導細胞凋亡和衰老具有抗癌特性[35]。Mariam等[36]發現，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]發現，ABC294640能通過抑制SphK2活性，增加神經酰胺積累，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，與持續肺血管收縮、過度肺血管重構、和原位血栓形成相關。循環中生理水平的S1P對血管有保護作用，異常激活的SphKs/S1P信號與PAH發病密切相關。在特發性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和心臟指數[39]。機制上，S1P通過ROCK信號介導YAP去磷酸化和核易位，上調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。在原代培養的PASMCs中，TGF-β1能通過促進Smad2/3磷酸化，使SphK1和S1P的表達上調，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。

結論與展望

越來越多的研究揭示，SphKs/S1P信號能通過調節血管生成、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、及其上游調控信號和下游效應分子等，均需要繼續深入研究，才能為治療疾病和藥物研發提供新思路。