徐倩 綜述 哈小琴 審校

(1.蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050； 2.蘭州大學第二醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050)

近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，細胞的鞘脂代謝涉及細胞的增殖、分化、凋亡等多個代謝過程，對維持細胞的自穩(wěn)至關(guān)重要。鞘氨醇激酶(sphingosine kinase，SPK)是少數(shù)調(diào)控鞘脂代謝的重要激酶之一，研究表明,SPK的生物學效應(yīng)極其廣泛，不僅可以催化神經(jīng)酰胺、鞘氨醇(sphingosine，SP)和1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)等鞘脂分子間的相互作用，還可被多種生長因子及細胞因子誘導激活如：血小板衍生生長因子、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、神經(jīng)生長因子以及胰島素樣生長因子等[1]。因此，SPK還涉及參與機體的多種病理生理過程包括：癌癥、血管形成以及炎癥等。目前，關(guān)于SPK的功能及其生物學特征尚不十分清楚，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)多種血管相關(guān)疾病與體內(nèi)SPK水平密切相關(guān)。因此,SPK被認為是血管相關(guān)疾病的潛在治療靶點?，F(xiàn)將根據(jù)已有的文獻報道關(guān)于SPK對血管相關(guān)疾病的生物學作用及其信號通路做一綜述，為未來SPK在血管相關(guān)疾病治療方面的應(yīng)用提供理論支持。

1 SPK

哺乳動物細胞中，SPK主要有兩種亞型：SPK1和SPK2。盡管這兩種亞型催化相似的生化反應(yīng)，但它們卻具有明顯的作用底物、表達位置及組織分布的差異性[2]。通常，SPK1主要表達于內(nèi)皮細胞、腎臟及心血管系統(tǒng)，且主要表達于細胞胞質(zhì)，參與胞質(zhì)內(nèi)蛋白等分子向胞膜的轉(zhuǎn)運[3]；而SPK2主要在腦組織細胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、胞核及線粒體中高表達，與細胞凋亡等過程密切相關(guān)[4-5]。此外，雖然SPK的兩種亞型高度同源，但其生物學作用卻截然不同。通常認為，SPK1的主要生物學作用是促進細胞的存活及增殖活動，而SPK2主要與細胞的凋亡相關(guān)。值得一提的是，SPK的多種生物學作用主要是通過其催化產(chǎn)物S1P實現(xiàn)的。S1P是細胞生長代謝過程中極為重要的信號分子，既是細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導的第二信使分子，又是胞外5種G蛋白偶聯(lián)受體的配體，通過結(jié)合于細胞表面的受體激活不同的信號通路，從而參與調(diào)控細胞的多種生理及病理過程[6]。 SPK/S1P通路是鞘脂代謝中極為重要的通路之一，與血管新生、心率、血壓以及心肌纖維化等生理病理過程密切相關(guān)。有研究指出，SPK/S1P信號通路的激活對急性缺血再灌注的心肌細胞具有重要的保護作用[7]，對血管相關(guān)疾病的治療具有重要的臨床意義。另一方面，動脈粥樣硬化、冠心病、高血壓等血管疾病的主要病理特征為血管內(nèi)皮細胞損傷和血管功能障礙，而長期的血管疾病最終可引起缺血導致機體的多器官功能障礙甚至危及生命。因此，深入研究SPK在心血管方面的生理作用及其調(diào)控機制對血管相關(guān)疾病的治療具有重要的臨床意義。

2 SPK對血管相關(guān)疾病的保護機制

2.1 SPK介導VEGF誘導血管新生

VEGF是機體極為重要的生長因子，可促進內(nèi)皮細胞的增殖及血管新生等過程。在腫瘤發(fā)展及血管損傷等多種病理狀態(tài)下，VEGF受體水平可顯著增高，表明了VEGF具有促內(nèi)皮細胞分裂功能。在蛋白激酶C介導作用下，VEGF可激活SPK通路誘導內(nèi)皮細胞增殖、血管新生及修復等過程。此外，SPK可明顯促進體內(nèi)腫瘤的轉(zhuǎn)移，其機制可能與其調(diào)控血管形成相關(guān)。實驗研究證實，過表達SPK可顯著增加小鼠腫瘤周圍的血管豐富度[8]。值得一提的是，與細胞功能相關(guān)，人臍靜脈內(nèi)皮細胞也可分泌SPK，且是細胞外S1P形成的主要來源[9]。

2.2 SPK調(diào)控血管的舒縮

S1P是心血管系統(tǒng)中重要的信號分子，對發(fā)揮心血管系統(tǒng)的生物學作用至關(guān)重要[10]。研究發(fā)現(xiàn)，刺激S1P3亞型可誘導體內(nèi)外大腦動脈的急性收縮[11]。體內(nèi)的S1P由SPK催化鞘氨醇磷酸化合成，其水平受SPK調(diào)控。因此，SPK可能參與血管的收縮反應(yīng)。有研究證實，SPK1的激活可增加細胞膜的去極化，并可激活Ca2+通道，而SPK1抑制劑可明顯抑制內(nèi)皮素-1誘導子宮肌層的收縮反應(yīng)[12]。使用SPK1抑制劑處理內(nèi)皮細胞，可明顯下調(diào)NO的產(chǎn)生，從而引起血管緊張素Ⅱ誘導的內(nèi)皮依賴的血管收縮反應(yīng)。目前的研究證實，S1P誘導的血管收縮反應(yīng)主要受SPK1調(diào)控，與SPK2無關(guān)[13]。SPK1對血管的調(diào)控作用為高血壓、動脈粥樣硬化、冠心病以及糖尿病血管病變等血管疾病的治療提供了理論支持。

2.3 SPK可增加細胞的應(yīng)激耐受能力

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，S1P參與調(diào)控細胞的多種代謝過程如：增殖、凋亡和神經(jīng)元的遷移等，而在細胞內(nèi)，S1P的水平主要受SPK的表達及其活性的調(diào)控。SPK2為腦細胞SPK的主要亞型，對大腦缺血缺氧等應(yīng)激損傷具有重要的保護作用[14]。研究發(fā)現(xiàn)，麻醉或缺氧預處理小鼠腦組織可引起SPK2水平的顯著上升，伴有腦梗死面積的減小及神經(jīng)功能的改善；反之，藥物或基因敲除抑制SPK2的表達可降低腦細胞對預處理的耐受能力。SPK2對腦缺血缺氧的保護作用可能是通過SPK2誘導Bcl-2/Beclin-1的分離，激活自噬實現(xiàn)的[15]。動物實驗發(fā)現(xiàn)，敲除SPK1或SPK2雖不會引起小鼠的死亡，但同時抑制兩種亞型的表達可導致機體明顯的血管新生不足及神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育障礙。因此，上調(diào)激活SPK2對腦組織預處理的存活及其功能至關(guān)重要，可避免大腦的缺血損傷及細胞凋亡[16]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，SPK2對心肌組織的缺血缺氧損傷也具有顯著的保護作用[17]。目前，關(guān)于SPK的神經(jīng)保護作用及其在缺血缺氧損傷中的精確的分子調(diào)控機制尚不明確，還需進一步的研究。

3 SPK保護缺血相關(guān)疾病的信號通路

3.1 SPK/S1P-RAS/ERK信號通路

SPK/S1P通路作為細胞重要的信號通路之一，參與細胞的多種病理生理代謝過程，如血管新生、細胞遷移及增殖、心血管疾病的發(fā)展、急性肺損傷、腫瘤以及炎癥等[18]。有報道指出，S1P作為配體結(jié)合于溶血磷脂受體后可激活RAS和細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號通路，參與調(diào)控血管的形成。ERK1/2的激活對VEGF促進內(nèi)皮細胞的增殖至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用藥物或siRNA抑制SPK1的表達可阻斷VEGF-ERK1/2通路[7]，而干擾SPK2表達對ERK1/2通路幾乎沒有影響。此外，RAS通路還可參與激活SPK1-VEGF-ERK1/2通路。用VEGF預處理人臍靜脈內(nèi)皮細胞后，細胞內(nèi)RAS-GTP水平增高；反之，SPK1抑制劑可顯著降低細胞內(nèi)RAS-GTP水平。

3.2 SPK1/SIP-SIRT1通路

Sirtuin 1 (Sirt1)是輔酶Ⅰ+依賴性去乙?；鞍酌?，通過修飾轉(zhuǎn)錄因子、信號分子、酶和組蛋白等參與調(diào)控機體的多種生物學功能[19-20]。研究表明，SIRT1參與血管生成并與維持血管內(nèi)皮細胞的穩(wěn)定密切相關(guān)。通常，血管形成時伴有SIRT1的高表達[21-22]。動物實驗表明，間充質(zhì)干細胞SIRT1表達升高可明顯增加心肌梗死區(qū)血管密度，提高心肌細胞存活率，其機制可能與血管內(nèi)皮細胞內(nèi)存在的SPK1/SIP-SIRT1通路相關(guān)[23-24]。研究發(fā)現(xiàn)，抑制SPK1/SIP表達可引起SIRT1表達和人臍靜脈內(nèi)皮細胞增殖及遷移能力的下降。目前，關(guān)于SPK1/SIP-SIRT1信號通路的具體調(diào)控機制還需進一步的研究，但該信號通路的提出為血管相關(guān)疾病的治療提供了新思路。

4 總結(jié)

綜上所述，SPK在血管新生及缺血損傷等疾病中具有重要作用，與臨床多種血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，為臨床血管疾病的潛在治療靶點。SPK參與機體的多種病理生理反應(yīng)，具有廣泛的生物學效應(yīng)，多種細胞因子及生長因子均可誘導激活其活性。SPK可通過VEGF、RAS/ERK和SPK1/SIP-SIRT1等多條信號通路調(diào)控血管的舒縮、新生以及修復等過程，從而避免血管內(nèi)皮細胞的應(yīng)激損傷，維持血管的正常生理功能。臨床研究表明，機體內(nèi)SPK及S1P的水平還與癌癥的分級及患者的存活率密切相關(guān)，是潛在的腫瘤及心血管疾病的生物標志物[25-26]。目前，關(guān)于SPK在血管疾病中精確的分子調(diào)控機制尚不十分清楚，需要進一步的研究及驗證，但SPK在血管疾病中發(fā)揮的重要保護作用，為未來血管疾病的治療提供了新方向。

[1] Gairhe S,Joshi SR,Bastola MM,et al.Sphingosine-1-phosphate is involved in the occlusive arteriopathy of pulmonary arterial hypertension[J].Pulm Circ,2016,6(3):369-380.

[2] Li N,Zhang F.Implication of sphingosin-1-phosphate in cardiovascular regulation[J].Front Biosci,2016,21:1296-313.

[3] Lima S,Milstien S,Spiegel S.Sphingosine and sphingosine kinase 1 involvement in endocytic membrane trafficking[J].J Biol Chem,2017,292(8):3074-3088.

[4] Lin JJ,Chang T,Cai WK,et al.Post-injury administration of allicin attenuates ischemic brain injury through sphingosine kinase 2: in vivo and in vitro studies[J].Neurochem Int,2015,89:92-100.

[5] Bajwa A,Huang L,Kurmaeva E,et al.Sphingosine kinase 2 deficiency attenuates kidney fibrosis via IFN-γ[J].J Am Soc Nephrol,2017,28(4):1145-1161.

[6] Kunkel GT,Maceyka M,Milstien S,et al.Targeting the sphingosine-1-phosphate axis in cancer,inflammation and beyond[J].Nat Rev Drug Discov,2013,12(9):688-702.

[7] Yu H,Che X,Xu X,et al.Insulin protects apoptotic cardiomyocytes from hypoxia/reoxygenation injury through the sphingosine kinase/sphingosine 1-phosphate axis[J].PLoS One,2013,8(12): e80644.

[8] Bazzazi H,Popel AS.Computational investigation of sphingosine kinase 1(SphK1) and calcium dependent ERK1/2 activation downstream of VEGFR2 in endothelial cells[J].PLoS Comput Biol,2017,13(2):e1005332.

[9] Hernandez-Coronado CG,Guzman A,Rodriguez A,et al.Sphingosine-1-phosphate,regulated by FSH and VEGF,stimulates granulosa cell proliferation[J].Gen Comp Endocrinol,2016,236:1-8.

[10] Hu Y,Belyea BC,Li M,et al.Identification of cardiac hemo-vascular precursors and their requirement of sphingosine-1-phosphate receptor 1 for heart development[J].Sci Rep,2017,7:45205.

[11] Lee HM,Lo KW,Wei W,et al.Oncogenic S1P signalling in EBV-associated nasopharyngeal carcinoma activates AKT and promotes cell migration through S1P receptor 3[J].J Pathol,2017,242(1):62-72.

[12] Bazzazi H,Popel AS.Computational investigation of sphingosine kinase 1(SphK1) and calcium dependent ERK1/2 activation downstream of VEGFR2 in endothelial cells[J].PLoS Comput Biol,2017,13(2):e1005332.

[13] Salomone S,Soydan G,Ip PCT,et al.Vessel-specific role of sphingosine kinase 1 in the vasoconstriction of isolated basilar arteries[J].Pharmacol Res,2010,62(6):465-474.

[14] Moruno-Manchon JF,Uzor NE,Blasco MP,et al.Inhibiting sphingosine kinase 2 mitigates mutant Huntingtin-induced neurodegeneration in neuron models of Huntington disease[J].Hum Mol Genet,2017,26(7):1305-1317.

[15] Sheng R,Zhang TT,Felice VD,et al.Preconditioning stimuli induce autophagy via sphingosine kinase 2 in mouse cortical neurons[J].J Biol Chem,2014,289(30):20845-20857.

[16] Yung LM,Wei Y,Qin T,et al.Sphingosine kinase 2 mediates cerebral preconditioning and protects the mouse brain against ischemic injury[J].Stroke,2012,43(1):199-204.

[17] Vessey DA,Li L,Jin ZQ,et al.A sphingosine kinase form 2 knockout sensitizes mouse myocardium to ischemia/reoxygenation injury and diminishes responsiveness to ischemic preconditioning[J].Oxid Med Cell Longev,2011,2011:961059.

[18] González-Fernández B,Sánchez DI,Crespo I,et al.Inhibition of the SphK1/S1P signaling pathway by melatonin in mice with liver fibrosis and human hepatic stellate cells[J].Biofactors,2017,43(2):272-282.

[19] Chong ZZ,Shang YC,Wang S,et al.SIRT1:new avenues of discovery for disorders of oxidative stress[J].Expert Opin Ther Targets,2012,16(2):167-178.

[20] Oblong JE.The evolving role of the NAD+/nicotinamide metabolome in skin homeostasis,cellular bioenergetics,and aging[J].DNA Repair,2014,23:59-63.

[21] Breitenstein A,Wyss CA,Spescha RD,et al.Peripheral blood monocyte Sirt1 expression is reduced in patients with coronary artery disease[J].PLoS One,2013,8(1):e53106.

[22] Shentu TP,He M,Sun X,et al.AMP-activated protein kinase and sirtuin 1 coregulation of cortactin contributes to endothelial function[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2016,36(12):2348-2368

[23] Liu X,Chen H,Zhu W,et al.Transplantation of SIRT1-engineered aged mesenchymal stem cells improves cardiac function in a rat myocardial infarction model[J].J Heart Lung Transplant,2014,33(10):1083-1092.

[24] Gao Z,Wang H,Xiao FJ,et al.SIRT1 mediates Sphk1/S1P-induced proliferation and migration of endothelial cells[J].Int J Biochem Cell Biol,2016,74:152-160.

[25] Siedlinski M,Nosalski R,Szczepaniak P,et al.Vascular transcriptome profiling identifies Sphingosine kinase 1 as a modulator of angiotensin Ⅱ-induced vascular dysfunction[J].Sci Rep,2017,7:44131.

[26] Gao Y,Gao F,Chen K,et al.Sphingosine kinase 1 as an anticancer therapeutic target[J].Drug Des Devel Ther,2015,9:3239-3245.