1-磷酸鞘氨醇受體的研究進(jìn)展

石小巖,廖愛軍

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院血液科，沈陽 110004

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·綜述·

1-磷酸鞘氨醇受體的研究進(jìn)展

石小巖,廖愛軍*

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院血液科，沈陽 110004

[摘要]1-磷酸鞘氨醇S1P(Sphingosine 1-phosphate,S1P)是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外多種生物學(xué)功能的重要信號(hào)分子之一，作用于S1P受體后，在很多生理和病理過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。Sphk-S1P-S1PR信號(hào)通路及其在炎癥、腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化、自體免疫系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種疾病中的作用已成為目前研究的熱點(diǎn)之一。越來越多的S1P受體調(diào)節(jié)劑被研發(fā)。

[關(guān)鍵詞]S1P；S1P受體；Sphk-S1P-S1PR信號(hào)通路；S1P受體調(diào)節(jié)劑

0引言

1-磷酸鞘氨醇(Sphingosine 1-phosphate,S1P)是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外多種生物學(xué)功能的重要信號(hào)分子之一，S1P通過與其受體1-磷酸鞘氨醇受體(Sphingosine 1-phosphate receptors，S1PRs)結(jié)合，在不同細(xì)胞中發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，成為炎癥、腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化、自體免疫系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種疾病研究的熱點(diǎn)之一。近年來，隨著對(duì)S1P的產(chǎn)生以及其通過與S1PRs特異性結(jié)合并激活復(fù)雜下游信號(hào)的研究的逐漸深入，越來越多的以不同亞型S1PRs為特異性靶點(diǎn)的藥物逐漸被研發(fā)，本文對(duì)此作一綜述。

1S1P與S1PRs

鞘脂的代謝產(chǎn)物包括神經(jīng)酰胺、鞘磷脂、S1P等，S1P主要由紅細(xì)胞、血小板和內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞膜上的鞘磷脂在多種酶的催化作用下產(chǎn)生的。神經(jīng)酰胺(Ceramide，CER)經(jīng)神經(jīng)酰胺合成酶脫羧化作用后轉(zhuǎn)化成鞘氨醇(Sphingosin，SPH)，在鞘氨醇激酶(Sphingosine kinase，SphK)的作用下，SPH被磷酸化為S1P。此外，巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和肥大細(xì)胞等大部分細(xì)胞也分泌少量的S1P。S1P在很多生理和病理過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。S1P1、S1P2、S1P3在腦、心臟、脾臟、肝臟、肺臟、胸腺、腎臟、骨骼肌等大部分組織中均有所表達(dá)，而S1P4主要在免疫系統(tǒng)的細(xì)胞表達(dá)，S1P5則主要在脾臟表達(dá)。SphK是一種高度保守的脂類激酶，具有互為異構(gòu)的兩種形式，即SphK1和SphK2。SphK1主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，而SphK2主要存在于細(xì)胞核中。S1P經(jīng)S1P裂解酶(S1P lyase)和S1P磷酸酶(S1P-phosphatases，SPP)發(fā)生不可逆的降解，以此維持生物體內(nèi)S1P的動(dòng)態(tài)平衡[1-2]。

早在1990年，首個(gè)S1PR在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞上被提取出來，命名為S1PR1。隨后，S1PR2～5陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。這5個(gè)受體均與GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白(G蛋白)相偶聯(lián)。被認(rèn)作是內(nèi)皮分化基因家族(Endothelial differentiation genes，EDGs)的S1PR1～5亦分別被命名為EDG1、EDG5、EDG3、EDG6、EDG8。S1P通過與其受體S1PRs結(jié)合，在不同細(xì)胞中發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。很多細(xì)胞能通過自分泌或者旁分泌的方式分泌S1P,與S1PRs結(jié)合，并且有多種類型的細(xì)胞表達(dá)S1PRs，如免疫、心血管、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。S1PRs在細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、運(yùn)動(dòng)、存活、抗凋亡、成熟、血管生成等多種生物學(xué)功能上發(fā)揮重要作用，見表1[3-4]。

表1　S1PRs亞型的分布及其介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)和生理功能

2Sphk-S1P-S1PR信號(hào)通路

鞘脂類及其代謝產(chǎn)物在膜受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路中具有重要作用。SphK-S1P-S1PR信號(hào)通路是一條有關(guān)細(xì)胞存亡、增殖的信號(hào)通路。S1P既是細(xì)胞外遞質(zhì)，通過細(xì)胞表面受體作用于細(xì)胞外，與S1PRs結(jié)合，產(chǎn)生“由內(nèi)而外”的信號(hào)通路，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)；又是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使，直接作用于細(xì)胞內(nèi)的不同蛋白靶點(diǎn)介導(dǎo)多種生物學(xué)效應(yīng)。

S1PR1～S1PR5均與Gi/o偶聯(lián)，與Gq偶聯(lián)的有S1PR2、S1PR3，除S1PR1外，其余的S1PRs均與G12/13偶聯(lián)。S1PRs與Gi/o偶聯(lián)后，可以激活下游的磷脂酶C(Phospholipase C,PLC)、Ras和磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)。PLC通過激活下游的Ca2+和蛋白激酶C(Protein kinase C，PKC)調(diào)節(jié)細(xì)胞的趨化作用。Ras通過激活下游的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(Extracellular signal regulated kinase，ERK)調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖活性。PI3K通過激活下游的蛋白激酶(Protein kinase B，Akt)和Rac分別影響細(xì)胞的存活和運(yùn)動(dòng)性能。S1PRs與Gq偶聯(lián)后，可以激活下游的PLC，進(jìn)而激活下游的Ca2+和PKC調(diào)節(jié)細(xì)胞的趨化作用。當(dāng)G12/13被S1PRs激活后，下游的Rho被激活調(diào)節(jié)細(xì)胞的抗遷移性能，見表1[5-6]。Michael等[7]研究表明，S1P可以抑制組蛋白去乙?；?Histone deacetylases,HDACs)，相當(dāng)于HDACs的抑制劑，可以保護(hù)組氨酸末端的賴氨酸不被去乙酰化，進(jìn)而促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄水平，通過表觀遺傳學(xué)調(diào)控細(xì)胞的存活。S1P亦可以通過調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(TNF receptor-associated factor 2，TRAF2)、神經(jīng)元細(xì)胞中的p位點(diǎn)APP裂解酶1(β-site APP cleaving enzyme1，BACE1)的活性調(diào)控基因的表達(dá)。

3S1PRs調(diào)節(jié)劑與疾病治療

2010年9月美國(guó)FDA批準(zhǔn)的用于治療復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化一線治療的第一種口服藥物芬戈莫德(Fingolimod，F(xiàn)TY720)即為S1PRs靶向激動(dòng)劑[8]。在體內(nèi)，F(xiàn)TY720被SphK(SphK2為主)磷酸化為具有活性的pFTY720，pFTY720與S1P有化學(xué)結(jié)構(gòu)同源性。除了FTY720，還有很多S1PRs激動(dòng)劑和拮抗劑被研發(fā)(見表2)并逐漸應(yīng)用于臨床[1]。S1PRs的調(diào)節(jié)劑在炎癥、腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化、多發(fā)性硬化、阿爾茲海默病、自體免疫疾病等多種生理和病理過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

3.1S1PRs與腫瘤國(guó)內(nèi)外大量研究表明，SphK1及其產(chǎn)物S1P有促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)、代謝、新生血管生成，抑制腫瘤凋亡的作用。癌變的組織往往高表達(dá)SphK1，這與腫瘤對(duì)放療、化療的耐藥及不良的預(yù)后有關(guān)。S1P可以通過減弱神經(jīng)酰胺的促凋亡作用來增加腫瘤細(xì)胞的耐藥性。S1PR1是腫瘤細(xì)胞內(nèi)及腫瘤微環(huán)境中信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子3(Signal transducer and activator of transcription-3，STAT3)活化的關(guān)鍵元素，STAT3被激活后，白介素-6(Interleukin-6，IL-6)的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)[7]。

S1PRs激動(dòng)劑可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡首先報(bào)道于半胱天冬酶-3活化的雄激素依賴的前列腺癌細(xì)胞系，隨后在很多抗腫瘤模型中被證實(shí)具有抗腫瘤活性，且與其可誘導(dǎo)多種凋亡通路有關(guān)，即細(xì)胞凋亡的內(nèi)在途經(jīng)和外在途經(jīng)[8]。內(nèi)在途經(jīng)又稱為線粒體途經(jīng)，由線粒體膜上包括Bcl-2、Bad、Bax、Bid和Btf在內(nèi)的Bcl-2家族所控制。線粒體在受到細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的刺激后，膜的通透性會(huì)增加，使細(xì)胞色素C從線粒體內(nèi)部釋放到細(xì)胞質(zhì)中，使半胱天冬酶-3被激活，進(jìn)而引發(fā)凋亡。外在途經(jīng)又稱為死亡受體介導(dǎo)的凋亡途經(jīng)，由Fas(即CD59)和Fas配體所介導(dǎo)。Fas與Fas配體結(jié)合后，使半胱天冬酶-8被激活，從而引發(fā)半胱天冬酶激活的瀑布式反應(yīng)，最終通過激活的半胱天冬酶-3引發(fā)凋亡。

表2　S1PRs的調(diào)節(jié)劑

頭頸部的腫瘤往往因?yàn)樗幬锏亩靖弊饔枚拗屏似渲委熜Ч?，容易?duì)放療和化療產(chǎn)生耐藥性[9-10]。在過去的20多年里，還沒有發(fā)現(xiàn)能顯著提高其緩解率的治療方法。但Edmonds等[9]研究表明，通過調(diào)節(jié)Sphk-S1P-S1PR信號(hào)通路，有助于減弱頭頸部對(duì)放療和化療的抵抗；Pchejetski等指出，對(duì)于前列腺癌，F(xiàn)TY720等可以增加體外培養(yǎng)的細(xì)胞或者異種移植小鼠模型對(duì)放療的敏感性。S1PRs調(diào)節(jié)劑為對(duì)傳統(tǒng)治療方法反應(yīng)欠佳的腫瘤的治療提供了新的思路。

3.2S1PRs與心血管系統(tǒng)動(dòng)脈粥樣硬化是一種與脂質(zhì)代謝障礙有關(guān)的，以大中動(dòng)脈內(nèi)膜脂質(zhì)沉著、粥樣斑塊形成、纖維組織增生、管壁硬化為特征的全身性疾病，是心血管疾病發(fā)生和發(fā)展的直接原因。在血液循環(huán)中，S1P大部分與高密度脂蛋白(High density lipoprotein，HDL)和白蛋白等血漿蛋白結(jié)合。在小鼠模型中，S1P類似物與S1PRs結(jié)合可以通過降低低密度脂蛋白(Low density lipoprotein，LDL)和載脂蛋白E (Apo lipoprotein E，ApoE )進(jìn)而減少動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病[7]。這可能和其通過作用于S1PR1引起淋巴細(xì)胞減少，并使經(jīng)典活化的M1型巨噬細(xì)胞向替代性活化的M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化有關(guān)。通過作用于S1PRs，膽固醇還可轉(zhuǎn)化成27-羥基膽固醇來發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化的活性。

3.3S1PRs與神經(jīng)系統(tǒng)FTY720應(yīng)用于復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化的治療是神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療史上以及將Sphk-S1P-S1PR信號(hào)通路應(yīng)用于臨床治療的里程碑事件。多發(fā)性硬化是一種慢性自身免疫性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。T細(xì)胞介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性脫髓鞘病變是本病的主要發(fā)病機(jī)制。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞等神經(jīng)細(xì)胞均表達(dá)S1PRs，通過作用于S1PRs，F(xiàn)TY720可以抑制淋巴細(xì)胞外流，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞歸巢、凋亡，可以減弱淋巴細(xì)胞對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的浸潤(rùn)，減少對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫損傷[11-13]。長(zhǎng)期暴露于pFTY720，S1PRs會(huì)發(fā)生不可逆的內(nèi)化和功能性拮抗，失去活性。FTY720用于復(fù)發(fā)性多發(fā)性硬化的維持治療還可以顯著降低疾病的惡化程度和復(fù)發(fā)率，且口服給藥患者依從性良好，心動(dòng)過緩等不良反應(yīng)亦較少，患者耐受性良好。

3.4S1PRs與免疫系統(tǒng)當(dāng)組織器官功能衰竭，發(fā)展至終末期時(shí)，器官移植已成為一種最有效的治療方法。免疫抑制劑可以降低移植物抗宿主反應(yīng)，推動(dòng)了器官移植的發(fā)展。作為一種新型免疫抑制劑，S1PRs在抗移植物免疫排斥反應(yīng)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。S1PRs激動(dòng)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制不同于環(huán)孢素、雷帕霉素、他克莫司等常規(guī)的免疫抑制劑，它可以直接作用于淋巴細(xì)胞，使淋巴細(xì)胞聚集在淋巴結(jié)、脾等次級(jí)淋巴器官中，可逆性地降低血液和胸腺組織中淋巴細(xì)胞的數(shù)目，但不會(huì)對(duì)淋巴細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用[14-15]。如：S1PR1激動(dòng)劑CYM-5442能改變多種免疫細(xì)胞，如樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞等細(xì)胞的功能，進(jìn)而引起機(jī)體在免疫反應(yīng)上的改變，起到抗免疫排斥的作用。

4展望

隨著芬戈莫德在臨床上的應(yīng)用，很多新研發(fā)的S1PRs激動(dòng)劑已經(jīng)進(jìn)入如多發(fā)性硬化、潰瘍性結(jié)腸炎、銀屑病、器官移植等的臨床試驗(yàn)，研發(fā)具有高度選擇性的S1PR調(diào)節(jié)劑，避免作用于其他S1PR亞型引起毒副作用，減少對(duì)機(jī)體正常免疫的抑制，避免誘發(fā)感染和腫瘤等，將是未來研究的熱點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]O′Sullivan C,Dev KC.The structure and function of the S1P1 receptor[J].Trends Pharmacol Sci,2013,34(7):401-412.

[2]Rosen H,Stevens RC,Hanson M,et al.Sphingosine-1-phosphate and its receptors:structure,signaling,and influence[J].Annu Rev Biochem,2013,82:637-662.

[3]Graler MH.The role of sphingosine 1-phosphate in immunity and sepsis[J].Am J Clin Exp Immunol,2012,1(2):90-100.

[4]Camm J,Hla T,Bakshi R,et al.Cardiac and vascular effects of fingolimod:Mechanistic basis and clinical implications[J].Am Heart J,2014,168(5):632-644.

[5]Maceyka M,Spiegel S.Sphingolipid metabolites in inflammatory disease[J].Nature,2014,10(7503):58-67.

[6]Kim RH,Takabe K,Allegood JC,et al.Estradiol induces export of sphingosine 1-phosphate from breast cancer cells via ABCC1 and ABCG2[J].The Journal of Biological Chemistry,2010,285(14):77-86.

[7]Maceyka M,Harikumar KB,Milstien S,et al.Sphingosine-1-phosphate signaling and its role in diaease[J].Trends Cell Biol,2012,22(1):50-60.

[8]Zhang L,Wang HD,Ji XJ,et al.FTY720 for cancer therapy[J].Oncology Reports,2013,30(6):2571-2578.

[9]Edmonds Y,Milstien S,Spiegel S.Development of small-molecule inhibitors of sphingosine-1-phosohate signaling[J].Pharmacol Ther,2011,132(3):352-360.

[10]Kageyama Y,Ikeda H,Watanabe N,et al.Antagonism of sphingosine 1-phosphate receptor 2 causes a selective reduction of portal vein pressure in bile duct-ligated rodents[J].Hepatology,2012,56(4):1427-1438.

[11]Groves A,Kihara Y,Chun J,et al.Fingolimod:direct CNS effects of sphingosine 1-phosphate(S1P) receptor modulation and implications in multiple sclerosis therapy[J].J Neurol Sci,2013,328(1-2):9-18.

[12]Subei AM,Cohen JA.Sphingosine 1-phosphate receptor modulators in multiple sclerosis[J].CNS Drugs,2015,29(7):565-575.

[13]Prager B,Spampinato SF,Ransohoff RM.Sphingosine 1-phosphate signaling at the blood-brain barrier[J].Trends Mol Med,2015,21(6):354-363.

[14]Garris CS,Blaho VA,Hla T,et al.Sphingosine-1-phosphate receptor 1 signalling in T cells:trafficking and beyond[J].Immunology,2014,142(3):347-353.

[15]Dominguez MR,Ersching J,Lemos R,et al.Re-circulation of lymphocytes mediated by sphingosine-1-phosphate receptor-1 contributes to resistance against experimental infection with the protozoan parasite Trypanosoma cruzi[J].Vaccine,2012,30(18):2882-2891.

Research progress on the receptors of the S1P

SHI Xiao-yan,LIAO Ai-jun*

(Department of Hematology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

[Abstract]S1P is one of the important signal molecules which can regulate many biological functions inside and outside the cells.It plays an important role in regulating many physiological and pathological processes after being combined with S1P receptors.Sphk-S1P-S1PR signaling pathway has become a hot spot in the current research on inflammation,cancer,atherosclerosis,autoimmune system diseases,nervous system diseases and so on.More and more regulators of S1PRs are being developed.

Key words：Sphingosine 1-phosphate(S1P);S1P receptors;Sphk-S1P-S1PR signaling pathway;Regulators of S1P receptors

收稿日期：2015-11-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(81272629)

DOI:10.14053/j.cnki.ppcr.201604032

*通信作者