溶血磷脂酸受體1與器官纖維化關(guān)系的研究進(jìn)展

陳荷丹 林曉慶 薛紀(jì)極 朱堅(jiān)勝

溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid,LPA）是一種小分子甘油磷酸，分子量在430～480 D[1]。它廣泛存在于人體內(nèi)，可與多種已知的G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，從而發(fā)揮廣泛生物學(xué)功能，如促進(jìn)細(xì)胞生長、分化、遷移、存活以及細(xì)胞骨架形態(tài)改變等[2]。研究表明，LPA及其受體與諸多疾病有關(guān)，如纖維化、腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、骨代謝異常等[3]。LPA主要由自分泌運(yùn)動因子水解溶血磷脂（主要為溶血磷脂酰膽堿）生成[4]。研究表明，LPA與器官纖維化密切相關(guān)，主要通過溶血磷脂酸受體（lysophosphatidic acid receptor,LPAR）1介導(dǎo)[5]，目前自分泌運(yùn)動因子/LPA通路已成為纖維化的研究熱點(diǎn)[6]。血清中自分泌運(yùn)動因子活性和LPA水平與肝纖維化的嚴(yán)重程度有關(guān)，且有成為肝纖維化生物學(xué)標(biāo)志物的潛質(zhì)[7]。但LPA檢測對組織樣本的要求較高，檢測全程需要嚴(yán)格控制溫度，否則樣本中LPA水平會在準(zhǔn)備過程中迅速升高[7]。目前已發(fā)現(xiàn)6種LPAR，即LPAR1～LPAR6[8]，其中LPAR1的功能是近年來研究的熱點(diǎn)。臨床研究證實(shí)，LPAR拮抗劑對特發(fā)性肺纖維化具有治療作用[8]；還發(fā)現(xiàn)LPAR1拮抗劑BMS-986020可有效改善特發(fā)性肺纖維化患者的肺功能[9]。因此，本文從LPAR1結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能以及其與腎、肺、肝等器官纖維化關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1 LPAR1結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

LPAR1是最早被發(fā)現(xiàn)的LPAR亞型[10]，廣泛存在于人體各個組織，在腦、肺、小腸、腎、胎盤等組織中表達(dá)較高，而在其他器官相對較低[11]。在小鼠中，LPAR1基因編碼5個外顯子，內(nèi)含子為LPAR1～LPAR3所共有，LPAR1與LPAR2、LPAR3中50%～60%的氨基酸序列具有同一性[12]。哺乳動物L(fēng)PAR1基因編碼約41 kD的蛋白質(zhì)，由364個氨基酸組成，和其他LPAR（LPAR2～LPAR6）一樣具有7個跨膜結(jié)構(gòu)域，其中跨膜Ⅲ區(qū)、Ⅴ區(qū)和Ⅶ區(qū)是LPA結(jié)合的關(guān)鍵區(qū)域[2]。LPAR1在細(xì)胞膜兩側(cè)分別形成3個細(xì)胞內(nèi)環(huán)（intracellular loop,ICL）和 3個細(xì)胞外環(huán)（extracellular loop,ECL），其中ICL2與細(xì)胞內(nèi)信號的激活有關(guān)，而ICL1負(fù)責(zé)介導(dǎo)細(xì)胞器正確處理受體并確保其在細(xì)胞表面表達(dá)，ICL3是LPAR1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和衰減的關(guān)鍵區(qū)域[13]。LPAR1可以偶聯(lián) Gαi/o、Gαq/11和 Gα12/13等 3 種不同 G 蛋白亞單位，通過Gα12/13激活Rho途徑蛋白來調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重塑、細(xì)胞遷移和侵襲[14]，而Gαq/11蛋白主要激活磷酸肌醇信號通路來調(diào)節(jié)Ca2+穩(wěn)態(tài)[15]。Gαi/o亞單位介導(dǎo)磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）的激活，通過下游mTOR通路可導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯增加。PI3K也可以介導(dǎo)Rac的活性和JNK信號調(diào)節(jié)，前者負(fù)責(zé)細(xì)胞遷移，后者可上調(diào)促炎基因表達(dá)[16-17]。通過不同G蛋白，LPAR1可啟動一系列細(xì)胞反應(yīng)，包括細(xì)胞增殖、遷移以及細(xì)胞骨架變化[17-18]，參與器官纖維化、心肌缺血、動脈硬化、癌癥、神經(jīng)病變、肥胖等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展[19-20]。

2 LPAR1與器官纖維化的關(guān)系

纖維化是機(jī)體常見的損傷-修復(fù)過程，當(dāng)損傷持續(xù)存在時，慢性炎癥和反復(fù)的損傷-修復(fù)過程會導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)（膠原蛋白、蛋白聚糖、纖連蛋白、透明質(zhì)酸等）過度累積，導(dǎo)致纖維化形成，最終導(dǎo)致器官衰竭[21]。然而，目前只有吡非尼酮和尼達(dá)尼布獲批用于特發(fā)性肺纖維化治療，尚無特異性治療腎、肝纖維化的藥物上市[22]。近年來研究表明，LPAR1在器官纖維化的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，LPA可通過LPAR1介導(dǎo)上皮細(xì)胞凋亡、內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能喪失以及成纖維細(xì)胞遷移等過程，從而促進(jìn)多種器官纖維化，因此LPAR1具有成為治療器官纖維化新靶點(diǎn)的潛力[23]。

2.1 LPAR1與腎纖維化 腎纖維化是慢性腎臟疾病發(fā)展為終末期腎臟病的主要過程，包括腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化和腎血管系統(tǒng)的變化，其特征是腎小球和腎間質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)的過度累積[24-25]。LPA-LPAR1軸在腎纖維化的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。在輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化小鼠模型中，腎臟中LPAR1表達(dá)上調(diào)，LPAR3表達(dá)下調(diào)，而LPAR2、LPAR4表達(dá)無明顯變化[26-27]。在腎毒性血清誘導(dǎo)的小鼠腎纖維化模型中，腎臟中LPAR1表達(dá)較正常組增加6倍[26]，而其他LPAR無明顯變化。Chanda等[28]研究表明，LPAR1信號有助于近端腎小管上皮細(xì)胞分泌促纖維化細(xì)胞因子，在再生的腎小管上皮細(xì)胞中，LPAR1表達(dá)明顯增加，且通過Gαi/o和EGFR-ERK1/2-AP1通路觸發(fā)下游信號，增加血小板源性生長因子、結(jié)締組織生長因子的表達(dá)。在慢性腎病患者中，尿LPA水平明顯升高，而血漿LPA水平變化不明顯或降低，這表明LPA與LPAR1的局部表達(dá)水平可能對慢性腎病的發(fā)生、發(fā)展具有重要作用[29-31]。

多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)LPAR1或使用LPAR1拮抗劑可減輕腎纖維化?；蚯贸齃PAR1的小鼠經(jīng)輸尿管梗阻誘導(dǎo)后，其腎纖維化程度明顯減輕[27]。有學(xué)者提出，敲除LPAR1基因可以減少腎臟巨噬細(xì)胞浸潤，從而減輕間質(zhì)纖維化[26，32]。構(gòu)建腎纖維化模型前使用非特異性LPAR拮抗劑Ki16425也可減輕小鼠腎纖維化[27]，而LPAR1選擇性拮抗劑AM095也有類似的抗纖維化效果[33]。相關(guān)機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，LPAR1通過Gα12/13介導(dǎo)激活Rho/ROCK信號通路，從而誘導(dǎo)近端腎小管產(chǎn)生促纖維化細(xì)胞因子表達(dá)，包括結(jié)締組織生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β等[32]。在糖尿病腎病小鼠模型中，LPA合成和LPAR1表達(dá)均明顯增加，LPA/LPAR1信號通過激活糖原合酶激酶-3β和甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白途徑誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子-β生成增加，從而促進(jìn)小鼠腎小球損傷；而使用LPAR1/3拮抗劑可減少轉(zhuǎn)化生長因子-β的產(chǎn)生，從而改善腎纖維化和腎損害，提示LPAR1可能作為糖尿病腎病潛在的治療靶點(diǎn)[34]。

2.2 LPAR1與肺纖維化 在肺纖維化過程中，成纖維細(xì)胞在趨化作用下遷移至富含纖維蛋白的滲出液中，而抑制成纖維細(xì)胞遷移可減輕肺纖維化進(jìn)展[35]。研究表明，LPA是博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中成纖維細(xì)胞趨化活性的介質(zhì)，LPA通過LPAR1介導(dǎo)肺成纖維細(xì)胞遷移[5]。此外，特發(fā)性肺纖維化患者的肺泡灌洗液LPA水平升高，且成纖維細(xì)胞趨化活性依賴于成纖維細(xì)胞表面的LPAR1，表明LPAR1是肺纖維化的重要環(huán)節(jié)[5]。

多項(xiàng)研究表明，下調(diào)LPAR1表達(dá)或使用LPAR1拮抗劑可減輕肺纖維化。使用博來霉素攻擊LPAR1基因缺陷小鼠，肺組織中成纖維細(xì)胞募集和血管滲漏均明顯減少，膠原蛋白水平呈下降趨勢，這證實(shí)LPAR1基因缺陷小鼠對博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化明顯減輕[5]?？诜﨤PAR1受體拮抗劑AM966可減少小鼠博來霉素誘導(dǎo)的肺損傷、血管滲漏、炎癥和纖維化[36]。Tang等[37]研究表明，LPAR1受體除了對局部成纖維細(xì)胞有刺激作用外，還可以誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化以及介導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在肺組織中分泌細(xì)胞外基質(zhì)，使用LPAR1拮抗劑Anta LPAR1可減弱博來霉素誘導(dǎo)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞轉(zhuǎn)分化以及細(xì)胞外基質(zhì)的分泌，從而減輕肺纖維化。

在臨床上，肺纖維化是肺癌放療的常見并發(fā)癥。Gan等[38]研究表明，使用VPC12249抑制LPAR1/3信號通路，可以減弱輻射引起的肺纖維化發(fā)展；同時使用VPC12249的小鼠轉(zhuǎn)化生長因子-β1、結(jié)締組織生長因子表達(dá)均明顯下調(diào)，有利于改善小鼠肺結(jié)構(gòu)并延長生存期。Cao等[39]用LPAR1拮抗劑AM095飼養(yǎng)同種異體肺移植小鼠，發(fā)現(xiàn)給藥小鼠的肺纖維化程度較對照組輕；Masson染色可見支氣管及血管周圍膠原蛋白表達(dá)減少，且隨著AM095治療時間的延長，抗纖維化效果越明顯。在LPAR1拮抗劑BMS-986020的Ⅱ期隨機(jī)雙盲對照試驗(yàn)中，服用BMS-986020的特發(fā)性肺纖維化患者肺活量降低更緩慢，纖維化或炎癥的生物標(biāo)志物水平也較對照組低，提示靶向LPAR1抑制纖維化的應(yīng)用潛力[9]。Natarajan小組最近一項(xiàng)研究表明，LPAR2缺乏也可保護(hù)小鼠免受博萊霉素誘導(dǎo)的肺損傷和纖維化[40]。該研究在培養(yǎng)的人肺成纖維細(xì)胞中敲低LPAR2而不是LPAR1，同樣能降低轉(zhuǎn)化生長因子-β1、α平滑肌肌動蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白表達(dá)，提示LPAR1、LPAR2可能通過不同的信號通路在肺纖維化發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮協(xié)同作用。

2.3 LPAR1與肝纖維化 肝纖維化的病理機(jī)制包括肝細(xì)胞氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)、肝星狀細(xì)胞活化與增殖、細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積等，目前普遍認(rèn)為肝星狀細(xì)胞活化是引起肝纖維化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[41]。LPAR1與肝纖維化密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，在活化的肝星狀細(xì)胞中LPAR1呈高表達(dá)[42]，且LPAR1拮抗作用被證明可減輕肝纖維化[43-44]。在四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化或丙型肝炎病毒誘導(dǎo)的人類肝纖維化過程中，血漿LPA水平呈升高趨勢[45-46]。在硫代乙酰胺誘導(dǎo)的肝纖維化大鼠中，肝臟LPAR1表達(dá)較對照組明顯增加，同時發(fā)現(xiàn)LPAR1表達(dá)與血清ALT、AST、TBil水平呈正相關(guān)，與肝纖維化及炎癥壞死程度也呈正相關(guān)，LPAR1 mRNA和蛋白表達(dá)水平與轉(zhuǎn)化生長因子-β1、結(jié)締組織生長因子、α平滑肌肌動蛋白mRNA表達(dá)水平均呈正相關(guān)[47]。

抑制LPAR1可有效減輕肝纖維化。有研究對肝纖維化/肝硬化患者肝組織的全基因轉(zhuǎn)錄組譜進(jìn)行調(diào)控基因網(wǎng)絡(luò)建模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LPAR1是肝細(xì)胞肝癌高度相關(guān)的上游調(diào)節(jié)基因之一，在二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的肝纖維化和肝細(xì)胞肝癌大鼠模型中，使用LPAR1拮抗劑AM095可減輕肝纖維化，同時減少肝細(xì)胞肝癌的發(fā)生，提示LPAR1可能是肝纖維化和肝癌發(fā)生過程的關(guān)鍵物質(zhì)[42]。Bollong等[43]通過單細(xì)胞RNA測序揭示了肝星狀細(xì)胞在肝小葉中的空間和功能分區(qū)，肝纖維化小鼠肝組織肝星狀細(xì)胞被分成門靜脈相關(guān)肝星狀細(xì)胞和中央靜脈相關(guān)肝星狀細(xì)胞兩個區(qū)域，發(fā)現(xiàn)肝纖維組織的膠原主要來源于中央靜脈相關(guān)肝星狀細(xì)胞，而使用LPAR1阻斷劑可以明顯抑制靜脈相關(guān)肝星狀細(xì)胞產(chǎn)生膠原，因此將LPAR1確定為靜脈相關(guān)肝星狀細(xì)胞的治療靶點(diǎn)。

3 小結(jié)

LPAR1在腎、肺、肝等器官纖維化過程中起重要作用，LPAR1表達(dá)與纖維化標(biāo)志物呈正相關(guān)。將LPAR1基因敲除或使用LPAR1拮抗劑后，組織纖維化程度會相應(yīng)減輕，提示LPAR1在器官纖維化的治療中具有潛在的應(yīng)用價值。目前，LPAR1拮抗劑BMS-986020已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)，期待進(jìn)一步靶向LPAR1的研究為器官纖維化治療帶來新的希望。