鞘氨醇激酶/鞘氨醇-1-磷酸與炎性關節(jié)病的研究進展

楊明峰，張斌

鞘脂是控制關鍵生物學功能的生物活性脂質，如增殖、分化、遷移、炎癥反應、細胞周期或細胞凋亡等[1-3]，其在骨骼發(fā)育、礦化、骨量調節(jié)及骨免疫學中起著關鍵作用[4-6]。此外，這類脂質還涉及多種病理過程，包括腫瘤、類風濕關節(jié)炎（RA）、脊柱關節(jié)炎（SpA）等[1-5，7]。神經酰胺、鞘氨醇和鞘氨醇-1-磷酸（S1P）是鞘脂代謝的核心分子，在細胞中通常具有相反的作用。神經酰胺和鞘氨醇具有促凋亡和抗增殖作用，而S1P在體外、體內均具有刺激增殖、遷移和細胞存活的作用[8-10]。深入了解S1P的代謝過程及相關信號通路可能為炎性關節(jié)病的治療提供新的策略、開辟新的途徑。

1 鞘氨醇激酶（SK）/S1P

S1P是一種多效性磷脂，可調節(jié)多種生物學功能，如增殖、遷移、炎癥或血管生成，且?guī)缀跎婕坝绊懮眢w每個器官的病理生理狀況和疾病[1-3]。靜息細胞中的S1P含量很低，并通過合成和降解之間的精細調節(jié)平衡進行控制。S1P的細胞內水平與其代謝前體神經酰胺和鞘氨醇之間的平衡被認為是決定細胞生存或死亡的開關[8]。

S1P由鞘氨醇在兩種鞘氨醇激酶（SK1/2）的催化反應中產生，同時受到S1P磷酸酶（SPP）和S1P裂解酶（SPL）[11-13]的降解控制，SPP將S1P轉化為鞘氨醇，SPL將S1P不可逆地降解為磷酸乙醇胺和十六烯醛[14-15]。盡管SK1和SK2大小不同，但仍具有高度的序列相似性[16]。它們具有不同的發(fā)育表達、組織分布和亞細胞定位特征，這表明這兩種酶可能具有不同的生理學功能[17]。例如，在小鼠胚胎發(fā)育過程中，SK1在第7天高度表達，而SK2則在第11天被檢測到[18]。SK1在肺和脾中高度表達，也在腦、心臟、胸腺和腎臟中表達[19]；而SK2在肝臟和腎臟中高度表達[16]。SK1具有促進細胞存活和增殖的作用，而SK2的作用要復雜得多，通常表現(xiàn)出促凋亡作用，但也有抗凋亡作用[20]。

關于S1P的作用方式，可分為胞內及胞外兩種方式。許多證據表明S1P可通過作用于細胞內靶點發(fā)揮相應的生物學作用，包括組蛋白去乙?；竅21]、腫瘤壞死因子-（TNF-）信號傳導[22]、人類端粒酶逆轉轉錄酶[23]或過氧化物酶體增殖物激活受體-[24]。另一方面，S1P可通過ABC轉運蛋白家族成員和主要轉運蛋白超家族轉運體2b或鞘氨醇-1-磷酸轉運體由胞內轉移至胞外[25]，并與細胞膜上5種特定的高親和力G蛋白偶聯(lián)受體（S1P1-5）結合并介導下游的生物學效應，這也是S1P發(fā)揮生物學作用的主要方式。

2 SK/S1P與炎性關節(jié)病

炎性關節(jié)病，包括RA、SpA、骨關節(jié)炎（OA），表現(xiàn)為全身性的炎癥及免疫狀態(tài)失衡或關節(jié)結構破壞。目前的研究常聚焦于免疫細胞或關節(jié)細胞。值得注意的是，SK/S1P代謝途徑與多種生理過程有關，而這些生理過程在這些疾病種中常表現(xiàn)異常[2-3]。

2.1 RA在體內研究方面，通過對膠原誘導關節(jié)炎小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，給予二甲基鞘氨醇抑制SKs可顯著抑制模型的關節(jié)炎癥及骨質破壞，通過siRNA特異性沉默SK1的表達也可以降低該類模型的建模成功率及關節(jié)炎癥程度[26]。此外，在對于TNF-誘導的關節(jié)炎模型中也發(fā)現(xiàn)類似的結果，誘導SK1的基因表達下調可以通過抑制環(huán)氧合酶-2（COX-2）的表達及白細胞介素（IL）-6的信號傳導發(fā)揮抗炎作用，同時也可以通過減少破骨細胞的生成降低骨吸收[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，相比于正常人群，RA患者滑膜成纖維細胞內S1P磷酸酶1和S1P裂解酶1水平升高，S1P水平降低基因表達的增加，與骨關節(jié)炎患者相比，RA患者關節(jié)液中的S1P水平明顯升高[28]。同時，在RA患者滑膜組織中S1P受體1也出現(xiàn)了過度表達[29]。這提示SK/S1P可能參與了RA的病理生理過程。

在體外研究中，通過對人RA滑膜細胞系（MH7A）的研究表明外源性S1P可通過Gi/G0依賴的S1P/S1P1信號傳導促進MH7A細胞核因子B受體活化因子配體（RANKL）的表達，進而促進破骨細胞成熟[30]。此外，對于RA患者來源的滑膜成纖維細胞的研究也提示，外源性S1P可以通過p42/44 MAPK、p38 MAPK和Rho激酶途徑增強細胞的遷移、侵襲能力，促炎細胞因子和趨化因子的表達，如IL-6、IL-8、單核細胞趨化因子（MCP）-1、前列腺素E2（PGE2）[31]；而通過siRNA特異性敲低SK1的表達可以通過PI3K/AKT信號通路下調細胞的遷移、侵襲能力，基質金屬蛋白酶（MMP）-2和MMP-9的表達[32]。此外，S1P受體2、3的激活也可以促進IL-18及MCP-1的表達[28]。

2.2 SpA相較于健康人群，SpA患者的循壞S1P水平明顯升高[33]。該研究中還發(fā)現(xiàn)小鼠成骨細胞和軟骨細胞在礦化過程中SK1、SK2及S1P特異性轉運蛋白基因表達增加，S1P分泌增加，且在外源性藥物抑制SKs后細胞中的基質礦化、堿性磷酸酶活性和骨轉錄因子Runx2及其轉錄靶標骨鈣素的mRNA表達明顯下調[33]。機械刺激可以促進成骨細胞、軟骨細胞中SK1基因的表達，同時該作用在受到TNF-、IL-17的外源性刺激下進一步放大，這也說明了在SpA患者中，軟骨細胞產生S1P可以加重附著點炎癥及機械應力[34]。因此，有理由相信S1P代謝在SpA中出現(xiàn)異常，并且S1P可能參與附著點病理骨化。

2.3 OA在大多數細胞中，SK1、SK2的過度表達在細胞增殖和凋亡方面具有相反的生物學作用。與促增殖的SK1相比，據報道SK2過表達可促進細胞的凋亡，如在軟骨細胞中，長鏈非編碼RNA DANCR通過與microRNA-577競爭性結合靶向SK2調節(jié)OA中軟骨細胞的存活[35]。選擇性SK2抑制劑可阻斷單碘乙酸鹽誘導的OA大鼠模型中軟骨細胞的凋亡，從而改善OA大鼠的負重疼痛反應[36]。此外，軟骨細胞的凋亡也受到TGF-/Smad3和S1P/S1P3信號通路的調節(jié)[37]。因此，阻斷SK2/S1P/S1P3通路可以通過促進軟骨細胞存活來改善OA的臨床表現(xiàn)。

但是，關于S1P在OA軟骨細胞凋亡中的研究結果是矛盾的。有研究發(fā)現(xiàn)S1P刺激PGE2的表達上調進而降低軟骨細胞中蛋白聚糖的表達[38]，同時S1P的表達上調可通過NF-B信號通路影響細胞外基質蛋白的積累和重塑，并對末端軟骨細胞分化的下游調節(jié)因子產生積極影響[39]，這提示減少S1P分泌可能導致炎癥及NF-B信號的下調，從而減少OA軟骨的分解代謝過程。另有研究提示，在人類軟骨細胞中，S1P可通過p38 MAPK信號通路及S1P受體2抑制IL-1誘導的含I型血小板結合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶-4（ADAMTS-4）、MMP-13和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的表達減少軟骨基質降解[40]，該結果顯示SK1/S1P/S1P2通路的激活可以阻止炎癥的惡性循環(huán)，并在IL-1介導的特定背景下減少軟骨降解。