1-磷酸鞘氨醇調(diào)控血管功能在動脈粥樣硬化中的研究進展*

吳 婧，施媛萍

（蘇州大學附屬第三醫(yī)院臨床醫(yī)學研究中心，江蘇 常州 213003）

在日常生活中，高血壓、代謝綜合征、吸煙和缺乏運動等條件可能誘發(fā)血管內(nèi)皮細胞障礙［1］，具體表現(xiàn)為內(nèi)皮舒張功能受損、血管通透性增加、氧化應激和炎癥等病理現(xiàn)象［2］，正常內(nèi)皮細胞的一個關鍵功能是防止血管黏附，內(nèi)皮屏障異常導致內(nèi)膜中形成包括各種細胞、脂質(zhì)和組織碎屑在內(nèi)的斑塊，推動動脈粥樣硬化的發(fā)展［1］。以往研究表明，1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate，S1P）和伴侶蛋白通過激活S1P 受體（S1P receptor，S1PR）開啟下游信號通路，在多方面調(diào)控血管功能，通過藥物介導S1P 的代謝過程可改變血管內(nèi)皮細胞的狀態(tài)，從而影響動脈粥樣硬化進程。本綜述將具體闡明S1P 及其伴侶蛋白的相互關系，以及它們在穩(wěn)定血管屏障中發(fā)揮的功能和具體機制。

1 S1P來源、代謝及功能

1.1 S1P 的來源及代謝 S1P 來源于磷脂，在鞘磷脂代謝途徑中，由神經(jīng)酰胺經(jīng)神經(jīng)酰胺酶裂解形成鞘氨醇后，再經(jīng)鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，SPHK）磷酸化產(chǎn)生［3］。在機體健康的情況下，血漿S1P 主要由紅細胞和內(nèi)皮細胞分泌，在病理狀態(tài)下，血小板也參與分泌［4］。S1P 在胞內(nèi)形成后由特定轉(zhuǎn)運蛋白快速轉(zhuǎn)運至細胞外環(huán)境，通過自分泌或者旁分泌的方式，激活自身細胞或其它細胞表面特異性G 蛋白偶聯(lián)受體，對靶細胞功能進行調(diào)節(jié)［5］。紅細胞和血小板細胞中輸出S1P的轉(zhuǎn)運蛋白為Mfsd2b （major facilitator superfamily transporter 2b），而內(nèi)皮細胞中為鞘脂轉(zhuǎn)運蛋白2（sphingolipid transporter 2，Spns2）［6］。細胞輸出S1P 后，磷脂轉(zhuǎn)運蛋白（phospholipid transfer protein，PLTP）可轉(zhuǎn)運血漿中S1P 至脂蛋白顆粒，過表達PLTP 改變S1P 在不同脂蛋白類型中的分布情況［7］。由于S1P 在胞內(nèi)易被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的S1P 裂解酶（S1P lyase，SPL）迅速降解，另有部分被內(nèi)源性S1P 磷酸酶（S1P phosphatase，SPP）去磷酸化形成神經(jīng)酰胺，還可以被轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運至細胞外，因此導致細胞內(nèi)S1P濃度非常低［5］。

S1P 水平的調(diào)控主要依靠SPHK、SPL 以及SPP間的平衡，SPHK1 或SPHK2 磷酸化鞘氨醇產(chǎn)生S1P。SPHK1是負責S1P合成的主要酶，產(chǎn)生的S1P主要定位于細胞內(nèi)或分泌到細胞外基質(zhì)［8-9］，由SPHK2 產(chǎn)生的S1P 則定位于細胞核［10］。SPL 不可逆地降解S1P，它是S1P分解代謝過程中重要的酶，缺乏SPL可誘導炎癥反應［3，11］。SPP1、SPP2 是定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鞘脂特異性磷酸酶，SPPs 或脂磷酸磷酸酶（lipid phosphate phosphatases，LPP）可逆地去磷酸化S1P，LPP可在胞外發(fā)揮作用，進一步調(diào)控S1P的水平［2，12］。

1.2 S1P 生理功能 在發(fā)育、生理和病理環(huán)境中，S1P 具有多種功能。胞外S1P 主要存在于血液中，由于凝血過程中血小板釋放了S1P，血清S1P 水平比血漿高2～3 倍［13］。淋巴中的S1P 濃度大約相當于血漿水平的25%［14］，組織間液中S1P 濃度處于更低水平［15］，因此產(chǎn)生了跨生物區(qū)室的S1P 空間梯度。S1P在血液和淋巴中的水溶性不高，在胞外它需要與各種伴侶蛋白質(zhì)分子結合，以便在胞間轉(zhuǎn)運并接近靶細胞表面受體［13］。S1P 梯度嚴格地控制造血細胞和免疫細胞的轉(zhuǎn)運，對于維持內(nèi)皮細胞屏障功能、淋巴細胞從淋巴結和胸腺中排出至關重要［16］。在血管系統(tǒng)中，S1P 有助于維持血管中的機械轉(zhuǎn)導，穩(wěn)定血液流動對血管產(chǎn)生的摩擦阻力，保護內(nèi)皮屏障［17］。S1P梯度機制確保血管外細胞暴露于低水平的S1P，防止巨噬細胞、肥大細胞、基質(zhì)成纖維細胞等被S1P 持續(xù)激活［18］。除了胞外作用，S1P 還可在胞內(nèi)發(fā)揮功能，已有研究報道了S1P 可與細胞內(nèi)靶標，如過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）和組蛋白去乙?；附Y合，從而調(diào)節(jié)細胞的轉(zhuǎn)錄活性［10，19］。

除了體內(nèi)的S1P 梯度外，S1PR 的空間分布是S1P在心血管系統(tǒng)中多功能作用的主要決定因素［20］。在哺乳動物中，S1PR1-3 存在于所有組織中，且S1PR1占主導地位，與其他S1PR相比，S1PR1對配體介導的受體內(nèi)化更敏感，細胞表面S1PR1 水平是細胞S1P暴露狀態(tài)的一個指標［21］，S1PR4在淋巴組織和肺中高表達，S1PR5 存在于自然殺傷細胞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中［22］。S1P 與S1PR 結合時，S1PR 相關G 蛋白磷酸化啟動胞內(nèi)信號傳遞，誘導S1P-S1PR 復合體內(nèi)化［23］，調(diào)節(jié)廣泛的生理功能，例如：S1PR1 和S1PR2介導血管系統(tǒng)的生成與成熟、血管通透性調(diào)節(jié)；S1PR2 介導血壓調(diào)節(jié)、組胺清除和過敏反應恢復；S1PR1 和S1PR5 介導免疫細胞從淋巴器官排出；S1PR1 和S1PR4 介導細胞因子產(chǎn)生等［3］。有研究表明，血管細胞中S1PR 在基因表達水平上是動態(tài)調(diào)節(jié)的，與靜止的血管相比，S1PR1 的表達在腫瘤血管內(nèi)顯著增強，用siRNA 技術抑制新生血管上 S1PR1 的表達，可有效抑制體內(nèi)腫瘤生長［24］。

2 S1P伴侶蛋白

2.1 載脂蛋白M（apolipoprotein M，ApoM） ApoM是S1P 主要的伴侶蛋白，ApoM 的疏水骨架和頭部極性磷酸基團可限制S1P 的膜通透性，S1P 與伴侶蛋白結合后順利實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導［25］。ApoM 分子的疏水結合區(qū)口袋可結合S1P 并保護其免受降解，且ApoM 在脂蛋白中對高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）更有偏向性［23］，可介導HDL 的多種獨特的S1P依賴性作用，如保護血管功能［26］。研究證明，ApoM不僅是S1P 的載體，而且還刺激S1P 含量增加，以調(diào)節(jié)體內(nèi)S1P的穩(wěn)態(tài)［27］。ApoM單核苷酸多態(tài)性與動脈粥樣硬化有關，缺乏ApoM的小鼠血漿中S1P 含量降低約50%［28］。

ApoM 與S1P 結合形成ApoM-S1P 復合物，再依靠S1P 特性與靶細胞表面特異性S1PR 結合，調(diào)節(jié)下游分子的磷酸化水平，形成級聯(lián)放大效應，平衡血管屏障的穩(wěn)態(tài)和糖脂代謝（表1）［1］。ApoM-S1P 復合物與靶細胞S1PR 特異性結合后開啟下游信號傳遞［29］，Miura 等［30］研 究 表 明，HDL 相關的S1P通過激活MAPK 級聯(lián)促進內(nèi)皮細胞管狀結構的形成，誘導Akt和MAPK 磷酸化保護內(nèi)皮屏障，但在高糖條件下，S1PR2 通過PI3K/Akt 途徑介導內(nèi)皮細胞功能障礙［31］。Liu 等［32］證明ApoM 將S1P 傳遞給S1PR，從而激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路，抑制核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的核轉(zhuǎn)位，抑制多種促炎因子的表達水平，減輕TNF-α 誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞損傷和炎癥。

表1 ApoM-S1P復合物結合各受體靶點產(chǎn)生的下游機制及功能Table 1. The downstream mechanism and function of ApoM-S1P complex binding to each receptor target

2.2 白蛋白及其他伴侶蛋白 約有65%的S1P 存在于HDL 顆粒中，與HDL 中ApoM 組分結合，另有約30%的S1P存在于白蛋白中，還有極少量的S1P結合于極低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）或低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）［33］，另外，在缺失ApoM 和白蛋白的情況下，S1P還可與其他載脂蛋白如ApoA4 結合［34］。白蛋白與ApoM 具有相似的遞送S1P 功能，但ApoM 遞送S1P比白蛋白遞送更具有保護屏障和抗炎作用［35］，表明ApoM 載體更有利于S1P 受體的激活和信號傳導。體外研究表明，HDL-S1P 與白蛋白-S1P 都能刺激細胞內(nèi)酶的激活等短期反應，而在調(diào)節(jié)細胞存活率等長期功能方面，HDL-S1P 更占優(yōu)勢［29］，且HDL-S1P 比白蛋白-S1P 相對穩(wěn)定性更高，HDL-S1P 的半衰期約為白蛋白-S1P 的4 倍［2］。另外，白蛋白與ApoM 相比具有下調(diào)S1PR 表達的特殊作用，白蛋白-S1P 激活受體后誘導S1PR 表達下調(diào)，抑制S1P 對血管的進一步刺激作用，S1PR1 內(nèi)吞過程由G 蛋白偶聯(lián)受體激酶2、發(fā)動蛋白和膜突蛋白精確控制［36］。ApoM-S1P 減少S1PR1的降解，促進細胞表面受體循環(huán)［37］。

3 S1P對血管功能的調(diào)節(jié)

內(nèi)皮細胞屏障對于血液和周圍組織之間液體和溶質(zhì)的選擇性運輸至關重要［38］。內(nèi)皮屏障功能損傷誘導急性炎癥性疾病發(fā)生，可促進癌細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移或?qū)е聞用}粥樣硬化發(fā)生［39-40］。血管內(nèi)皮障礙表現(xiàn)為血管通透性改變、血管生成異常、血管舒張-收縮失衡等。

3.1 S1P 調(diào)節(jié)血管通透性 S1P 根據(jù)其濃度對血管通透性產(chǎn)生不同的影響，在生理條件下，S1P 保護血管內(nèi)皮屏障，刺激細胞產(chǎn)生小G 蛋白Rac-1依賴的屏障保護作用，而在高濃度時，S1P 將介導小分子G 蛋白RhoA 依賴的屏障破壞作用［2］。內(nèi)皮細胞間穩(wěn)定連接的特點是Cdc42 和Rac1 的基礎活性大于RhoA［41］。研究表明在S1PR 中，S1PR1/RAC 是S1P屏障保護作用的關鍵信號因子［42］，S1PR2、S1PR3 和下游Rho被激活后血管通透性增加［2］，導致血管屏障損傷。S1P 結合S1PR1 可增強血管內(nèi)皮細胞之間含有鈣黏蛋白的黏附連接的組裝，從而抑制異常的血管通透性［43］。另外，S1P激活S1PR1通路可減弱凝血酶的作用，有助于保護血管屏障［41］。而在高糖誘導的體外內(nèi)皮功能障礙的細胞模型中，S1P抑制內(nèi)皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）活性，增加血管通透性，誘導內(nèi)皮細胞障礙［44］，這一結果可能與S1P濃度以及結合的S1PR有關。

伴侶蛋白在S1P 調(diào)節(jié)血管通透性過程中有重要作用，ApoM基因敲除小鼠肺血管通透性增加40%，后續(xù)用ApoM-S1P 復合物進行血漿重建，或用S1PR1受體激動劑處理可降低肺通透性［45］，內(nèi)皮細胞特異性缺失S1PR1 將導致小鼠肺血管通透性增加［46］，表明內(nèi)皮細胞ApoM-S1P 復合物聯(lián)合S1PR1 參與控制肺血管通透性。

3.2 S1P調(diào)節(jié)血管生成 血管通透性的改變與出生后血管生成異常有關［47］。血管生成主要發(fā)生在胚胎發(fā)育期間，缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在缺氧組織中被激活，從原有血管的基礎上生成新血管，內(nèi)皮細胞中S1PR 通過封閉內(nèi)皮屏障來抑制VEGF 的過度信號傳遞，終止血管萌發(fā)［48］，有研究結果顯示，S1PR1基因敲除小鼠胚胎的多個部位出現(xiàn)內(nèi)皮過度出芽表型，胚胎S1PR1缺失導致主動脈異位分支過多［49］。S1P-S1PR1 信號形成黏附連接和細胞-細胞外基質(zhì)黏附以維持血管穩(wěn)定［50］，從而形成血管屏障［36］。血管過度生成將誘導癌癥和其他疾病發(fā)生［51］。

3.3 S1P 調(diào)節(jié)血管舒張和收縮 HDL 對血管舒張與收縮起著調(diào)節(jié)作用，S1P 可顯著增強這種作用［52］。S1P 結合不同的S1PR 類型介導不同的血管生理反應，S1P 激活內(nèi)皮細胞中的S1PR1/3 信號促進內(nèi)皮依賴性血管舒張。有研究證明，與HDL 相關的S1P 誘導eNOs 生成NO，從而促進血管舒張，他汀類藥物如辛伐他汀和匹伐他汀上調(diào)內(nèi)皮細胞S1PR1 的表達，增加eNOs的活性［29］。相反，S1P濃度較高時，在內(nèi)皮損傷的條件下，血管平滑肌細胞中表達S1PR2/3 介導血管收縮［2］。研究顯示，S1PR2基因敲除小鼠局部血管的血流量增加，血管阻力降低［53］。S1PR3 誘導血管收縮還是舒張效應取決于不同的血管床［21］。

4 S1P對動脈粥樣硬化的影響

4.1 S1P 影響動脈粥樣硬化 S1P 在機體調(diào)節(jié)動脈粥樣硬化過程中具有重要作用，動脈粥樣硬化是一種血管增生性疾病，其特點是凝血級聯(lián)的激活和血小板活化，這兩個過程都提高了局部S1P 濃度，S1P則將凝血因子系統(tǒng)與血管炎癥聯(lián)系起來［54］。異?；蚴軗p的內(nèi)皮細胞生成NO 及活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）比例失衡，eNOs解偶聯(lián)導致ROS過度生成［55］。ROS 可導致LDL 氧化形成oxLDL，oxLDL誘導內(nèi)皮細胞過表達炎癥因子如黏附分子，使血管通透性增強和內(nèi)皮舒張過程受損，導致穿透內(nèi)膜的脂質(zhì)顆粒積聚形成斑塊，隨后形成血栓，血管壁增厚并硬化，促進動脈粥樣硬化形成［56］。S1P 通過下調(diào)NF-κB 活性以抑制血管細胞黏附分子1 和細胞間黏附分子1 等黏附分子在內(nèi)皮過表達［57］。經(jīng)研究證實，在LDLR-/-小鼠中使用特異性S1PR1 激動劑KRP203 治療，與對照組相比，KRP203 治療后內(nèi)皮細胞黏附因子表達下降，顯著減少了早期和晚期動脈粥樣硬化病變［58］。

單核細胞在血管聚集后分化形成巨噬細胞，巨噬細胞的凋亡促進了壞死核心的發(fā)展，從而增加了血管斑塊的脆弱性［59］。Feuerborn等［60］研究表明，S1P可以抑制巨噬細胞凋亡，抑制動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)生。另外，S1P 可誘導巨噬細胞極化以減輕oxLDL誘導的脂質(zhì)積 累 的能力［61］。S1P 當通過S1PR1 和S1PR3 介導時，其作用主要是抗動脈粥樣硬化，阻止單核細胞衍生的巨噬細胞在動脈壁募集的有害作用，減輕動脈粥樣硬化病變程度［56］，而當通過S1PR2介導時產(chǎn)生的作用通常相反［62-63］。在動脈粥樣硬化內(nèi)皮損傷區(qū)域中，炎癥細胞因子和機械流動應力作用于血管內(nèi)皮細胞時，將顯著提升S1PR2 的水平［64］。S1PR2 一般被認為促進動脈粥樣硬化進程，但也有研究顯示巨噬細胞中的S1PR2-G12/13 信號軸上調(diào)保護性B淋巴細胞數(shù)量以改善動脈粥樣硬化［65］。

4.2 伴侶蛋白增強S1P 功能 HDL 主要通過膽固醇逆向轉(zhuǎn)運來降低動脈粥樣硬化風險［66］，HDL 逆轉(zhuǎn)運膽固醇過程受到S1P的影響，內(nèi)源性S1P的產(chǎn)生和信號轉(zhuǎn)導是ABCA1 介導的膽固醇外排的主要調(diào)節(jié)因素［67］。S1P 伴侶蛋白ApoM 是HDL 的重要因子，ApoM 可增 強HDL 膽 固醇 外 排和 抗 氧化 作 用［32］。Christoffersen 等［68］證實，人體血漿中約有5%的HDL顆粒含有ApoM，攜帶ApoM 的HDL 顆粒比其他HDL顆粒含有更多的膽固醇。在體外研究中，ApoM 還可能影響LDL 氧化過程，含有ApoM 的HDL 比不含ApoM 的HDL 能更有效地阻止Cu2+誘導LDL 氧化為oxLDL，從而抑制動脈粥樣硬化形成［69］。

有研究探討了ApoM 結合的S1P 和內(nèi)皮來源游離的S1P 的血管功能的差異，結果表明ApoM 的缺失會同時影響到S1P 效能的正常發(fā)揮，導致血管通透性增高，導致血管炎癥和動脈粥樣硬化，而ApoM 水平的升高可以減緩疾病的進展［28，70］。ApoM 過表達會攜帶更多的S1P，增強S1PR1 的表達，將結合信號正反饋給下游通路，從而起到保護血管內(nèi)皮細胞的作用，ApoM 還可以將S1P 經(jīng)血漿室運輸?shù)絻?nèi)皮細胞和免疫細胞來減輕動脈粥樣硬化［71］。

5 總結與展望

動脈粥樣硬化由多種因素誘發(fā)，已有大量研究對動脈粥樣硬化形成的分子機制進行闡明，并通過調(diào)控中間代謝物質(zhì)干預動脈粥樣硬化的發(fā)展，從而降低該病的患病率。雖然動脈粥樣硬化的深層致病機制有待進一步研究，但經(jīng)廣泛研究已證實S1P 及其伴侶蛋白如ApoM、白蛋白在動脈粥樣硬化中具有重要作用。S1P 與伴侶蛋白結合并相互促進功能發(fā)揮，S1P在調(diào)節(jié)血管生成、內(nèi)皮細胞通透性、血管張力等方面均具有重要作用，其功能異常將導致內(nèi)皮功能障礙，形成動脈粥樣硬化斑塊，最終導致血管閉塞和血栓的生成（圖1）。

Figure 1. The metabolic mechanism of S1P and its chaperone proteins in vascular barrier. After being generated in endothelial cells or erythrocytes，S1P enters blood vessels through specific transporters，binds to chaperone proteins and acts on S1P receptors on the surface of endothelial cells，then opening a variety of downstream pathways and regulating vasoactivity. Cer： ceramide； Sph： sphingosine； S1P： sphingosine-1-phosphate； Cers： ceramide synthase； CDase： ceramidase； SPP： S1P phosphatase； SPHK1/2： sphingosine kinase 1/2； PE： ethanolamine phosphate； Hex： hexadecenal； SPL： S1P lyase；Spns2： sphingolipid transporter 2； Mfsd2b： major facilitator superfamily transporter 2b； LPP： lipid phosphate phosphatase； HDL： high-density lipoprotein； ApoM： apolipoprotein M； S1PR： S1P receptor； NO： nitric oxide； eNOS： endothelial NO synthase； PKG： protein kinase G； PLC： phospholipase C； Rac1： ras-related C3 botulinum toxin substrate 1； PI3K：Phosphatidylinositol 3 kinase； Akt： protein kinase B； mTOR： mammalian target of rapamycin.圖1 S1P及其伴侶蛋白在血管屏障中的代謝機制

現(xiàn)有研究主要闡明伴侶蛋白與S1P 相互結合并放大二者共有的抗動脈粥樣硬化效應，但作為重要效應大分子，S1P分子結合伴侶蛋白在血管系統(tǒng)中潛在的分子作用機制仍有待進一步研究，如ApoM、白蛋白等大分子作為伴侶蛋白除了攜帶S1P 的主要作用外是否還有更多增強S1P 功能的途徑；S1P 結合S1PRs 產(chǎn)生的下游信號對心血管功能有時會產(chǎn)生矛盾的結果，因此需要對S1P 的信號轉(zhuǎn)導過程進行更深入地探討，將復雜的信號網(wǎng)絡聯(lián)系起來，全面研究S1P 的作用。此外，鑒于S1P 結合伴侶蛋白在調(diào)控血管功能方面具有重要作用，往后研究可對S1P 結合伴侶蛋白并傳遞至血管細胞內(nèi)的效率進行探討，從結合及傳遞方式的角度提升效率，最大限度地發(fā)揮S1P對心血管功能的有益調(diào)節(jié)作用。