鞘氨醇激酶2 與腦相關(guān)性疾病的研究現(xiàn)狀

（西安醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，陜西 西安 710000）

鞘氨醇激酶2（sphingosine kinase2，Sphk2）是將鞘氨醇（sphingosine，Sph）轉(zhuǎn)化為1-磷酸鞘氨醇（sphingosine 1-phosphase，S1P）的關(guān)鍵限速酶之一，也是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶。激活的Sphk2 具有調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、炎癥與代謝等多種生物學(xué)功能，同時(shí)在細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)和生理、病理過(guò)程中起至關(guān)重要的作用，可能為腦缺血性疾病和神經(jīng)退行性病變的預(yù)防和診治提供新的靶點(diǎn)。本文主要就Sphk2 在腦缺血性疾病及多種神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展作一綜述，以期為腦缺血性疾病和神經(jīng)退行性疾病的預(yù)防和治療提供參考。

1 Sphk2 與腦缺血性疾病

越來(lái)越多的證據(jù)表明Sphk2 對(duì)缺血性腦卒中后的腦保護(hù)至關(guān)重要。在正常腦實(shí)質(zhì)中，Sphk2 是S1P合成的主要限速酶，Sphk2 在大腦中占據(jù)了大部分鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，Sphk）的活性，在膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)物中，Sphk2 mRNA 的水平是Sphk1 mRNA 水平的10 倍以上。Sphk 活性在腦內(nèi)呈區(qū)域特異性分布，其中大部分可以通過(guò)Sphk2 亞型表達(dá)，缺血損傷可使其活性升高。在腦缺血的體內(nèi)和體外模型中，與對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域的活性進(jìn)行比較，缺血側(cè)（皮質(zhì)半暗區(qū)、紋狀體半暗區(qū)、海馬區(qū)）三個(gè)區(qū)域Sphk2 mRNA 顯著增高[1]。雖然在許多組織中Sphk1 比Sphk2 有更高的表達(dá)和活性，但在大腦（尤其大腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞）中Sphk2 的表達(dá)水平明顯高于Sphk1 水平[1，2]，表明Sphk2 在大腦和腦血管系統(tǒng)中具有更顯著的生理作用。研究發(fā)現(xiàn)，Sphk2 主要參與鞘氨醇模擬類似物芬戈莫德（FTY720）的磷酸化，在嚙齒動(dòng)物卒中模型中具有神經(jīng)保護(hù)作用。而FTY720 則通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥和免疫過(guò)程，減少微血管中血栓的形成，從而潛在維持微血管通暢，減少了嚙齒動(dòng)物缺血性中風(fēng)模型中的梗塞體積并改善了神經(jīng)功能缺損[3]。事實(shí)上，腦缺血中Sphk2的激活被認(rèn)為是一種內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)機(jī)制，因?yàn)樵赟phk2 缺失的小鼠中，瞬時(shí)大腦中動(dòng)脈閉塞（tMCAO）激發(fā)后的腦梗死體積和神經(jīng)功能缺損增加[4]。另外，Sphk2 還可通過(guò)調(diào)節(jié)血腦屏障中的黏附連接蛋白VE-cadherin、緊密連接蛋白claudin-5，在低氧預(yù)處理誘導(dǎo)的腦缺血耐受中發(fā)揮血腦屏障保護(hù)作用[5]。自噬可能參與了缺血性腦損傷的發(fā)病機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)Sphk2 通過(guò)激活線粒體自噬來(lái)保護(hù)神經(jīng)元免受缺血再灌注損傷[6]，Sphk2 通過(guò)BH3 結(jié)構(gòu)域與Bcl-2 相互作用來(lái)分離Beclin-1 和Bcl-2 復(fù)合物，促進(jìn)Beclin-1 釋放，從而激活自噬，保護(hù)神經(jīng)免疫細(xì)胞免受缺血性損傷[7]。此外，大蒜素介導(dǎo)的抗缺血/氧糖剝奪復(fù)氧模型損傷的神經(jīng)保護(hù)作用也通過(guò)增加Sphk2 表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，Sphk2 可能是保護(hù)缺血損傷神經(jīng)細(xì)胞的一個(gè)有價(jià)值的靶點(diǎn)[8]?？傊?，目前認(rèn)為Sphk2 通過(guò)調(diào)節(jié)血腦屏障、激活自噬，從而在腦缺血性疾病中具有神經(jīng)保護(hù)作用。

2 Sphk2 與阿爾茲海默病

阿爾茲海默?。╯lzheimer disease，AD）是發(fā)生于老年和老年前期、以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，其病理特征性改變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)積聚的過(guò)度磷酸化的微管Tau 蛋白所形成神經(jīng)纖維纏結(jié)和細(xì)胞外沉積的β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）所致的神經(jīng)炎斑塊[9，10]。研究發(fā)現(xiàn)，Sphk2 介導(dǎo)淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）形成β-淀粉樣蛋白，可促進(jìn)腦內(nèi)淀粉樣蛋白沉積，Sphk2 的缺失大大減少了體內(nèi)Aβ 的形成，并且降低了Aβ 依賴的癲癇樣活性和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)缺陷。然而在阿爾茨海默病小鼠模型中，Sphk2的缺乏與APPSwInd 轉(zhuǎn)基因協(xié)同作用導(dǎo)致年齡依賴性髓鞘和海馬體積的丟失，表明Sphk2 在AD 環(huán)境下具有神經(jīng)保護(hù)作用[11]。在AD 發(fā)病過(guò)程中，有效的神經(jīng)保護(hù)信號(hào)脂質(zhì)S1P 以區(qū)域特異性的方式下降，與腦內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）病理的發(fā)展密切相關(guān)。隨著NFTs 病理的增加，由于海馬鞘氨醇激酶1（sphingosine kinase 1，Sphk1）和Sphk2 活性的喪失，以及顳下皮層Sphk2活性的喪失，導(dǎo)致海馬和顳葉皮層等區(qū)域中S1P 合成減少，從而進(jìn)一步導(dǎo)致這些區(qū)域在衰老過(guò)程和/或?qū)Φ矸蹣拥鞍追e累的反應(yīng)中對(duì)突觸丟失和神經(jīng)元細(xì)胞死亡敏感，認(rèn)為神經(jīng)保護(hù)因子S1P 的早期缺失是阿爾茨海默病發(fā)病的重要原因[12]。FTY720 是鞘氨醇的結(jié)構(gòu)類似物，也是內(nèi)源性鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，Sphk）的基質(zhì)。研究表明，慢性外周FTY720治療可減輕Aβ42 注射大鼠海馬CA1 區(qū)組織損傷和行為缺陷。在體外，F(xiàn)TY720 能夠減少原代小鼠神經(jīng)元產(chǎn)生Aβ，同時(shí)能夠通過(guò)改善Aβ 誘導(dǎo)的關(guān)鍵基因的表達(dá)變化，包括caspase-3、核因子κB、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、腫瘤壞死因子α、interleukin 1β、絲裂原活化蛋白激酶，從而在AD 動(dòng)物模型中起到神經(jīng)保護(hù)作用[13]。矛盾的是，有研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元Sphk2蛋白表達(dá)與AD 大腦中淀粉樣蛋白沉積呈負(fù)相關(guān)。在AD 大腦中，Sphk2 的亞細(xì)胞定位發(fā)生改變，Sphk2 在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的表達(dá)被修飾，使細(xì)胞質(zhì)表達(dá)減少，細(xì)胞核表達(dá)增加，Sphk2 亞細(xì)胞定位的改變可能通過(guò)促進(jìn)與AD 發(fā)病機(jī)理中的有害作用相關(guān)的核S1P 的產(chǎn)生，而損害已建立的促存活的胞質(zhì)S1P，從而在AD 發(fā)病過(guò)程中產(chǎn)生不利影響[10]。如上所述，Sphk2 在AD 患者中的作用已經(jīng)被證實(shí)，但其結(jié)果仍存在爭(zhēng)議，這反映了Sphk2 調(diào)控和功能的復(fù)雜性。

3 Sphk2 與帕金森病

帕金森?。≒arkinson's disease，PD）是一種衰弱性神經(jīng)退行性疾病，隨年齡增長(zhǎng)而惡化，其主要病理改變?yōu)槎喟桶纺苌窠?jīng)元變性死亡，與帕金森病病理相關(guān)的引起神經(jīng)變性的誘因似乎涉及神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙等多種學(xué)說(shuō)。越來(lái)越多的臨床和實(shí)驗(yàn)證據(jù)顯示，線粒體功能障礙導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡[14]。Sphk2 主要在多巴胺能神經(jīng)元的線粒體中表達(dá)，對(duì)于維持線粒體的正常功能至關(guān)重要，它的下調(diào)可能導(dǎo)致線粒體功能障礙。在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）誘導(dǎo)的帕金森病小鼠模型中，Sphk2 在黑質(zhì)區(qū)域的表達(dá)減少，抑制Sphk2 活性會(huì)降低過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體共激活因子-1a（peroxisome proliferator-activated receptor coactivator-1a，PGC-1a）、核呼吸因子1（nuclear respiratory factor 1，NRF-1）、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）表達(dá)和活性氧解毒酶水平，增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，從而誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激[15，16]。鞘氨醇激酶在帕金森病實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭猩窠?jīng)元細(xì)胞存活和死亡的分子機(jī)制中起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，在1-甲基-4-苯基吡啶鎓（1-methyl-4-phenylpyridinium，MPP+）誘發(fā)細(xì)胞應(yīng)激時(shí)，Sphk1 和Sphk2 兩種激酶的基因表達(dá)和活性都顯著降低，Sphks 抑制通過(guò)刺激α-突觸核蛋白（α-synuclein，ASN）的分泌和一些分子事件（包括抑制PI3K/Akt 通路，激活促凋亡蛋白表達(dá)，從線粒體釋放細(xì)胞色素c 等），從而引發(fā)死亡信號(hào)[17]。此外，Sphk2 來(lái)源的S1P 能促進(jìn)多巴胺能神經(jīng)元的存活，而多巴胺能神經(jīng)元參與了帕金森病的發(fā)展，因此了解促進(jìn)神經(jīng)元線粒體功能的機(jī)制將有助于開(kāi)發(fā)新的藥理方法，以預(yù)防神經(jīng)退行性疾?。ㄈ鏟D）中的線粒體功能障礙[16]。

4 Sphk2 與亨廷頓病

亨廷頓?。╤untington disease，HD）又稱亨廷頓舞蹈?。╤untington disease chorea），是一種常染色體顯性神經(jīng)退行性疾病，該疾病是由亨廷頓基因（huntingtin gene，HTT)突變引起的，突變導(dǎo)致亨廷頓蛋白（huntingtin protein）的N 端聚谷氨酰胺擴(kuò)增（CAG 重復(fù)），從而引起紋狀體神經(jīng)元的退化[18]。研究發(fā)現(xiàn)，Sphk2 似乎介導(dǎo)了HD 發(fā)病機(jī)制中的神經(jīng)毒性。在HD 小鼠模型的大腦樣本中，Sphk2 過(guò)表達(dá)對(duì)培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元和紋狀體神經(jīng)元具有劑量依賴性的神經(jīng)毒性，并導(dǎo)致DNA 雙鏈斷裂（DSBs）的形成。Sphk2 的小分子抑制劑ABC294640 可減輕Sphk2過(guò)表達(dá)引起的DNA 損傷和神經(jīng)毒性，在HD 的兩個(gè)神經(jīng)元模型中具有神經(jīng)保護(hù)作用，這是基于外顯子-1 mHtt 片段和全長(zhǎng)mHtt 的表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)提示Sphk2 過(guò)度活躍可能是HD 的致病機(jī)制之一，抑制Sphk2 可減輕亨廷頓病神經(jīng)元模型中突變亨廷頓誘導(dǎo)的神經(jīng)變性，Sphk2 可能是HD 治療發(fā)展的一個(gè)有希望的靶點(diǎn)[19]。Sphk2 在PD 和HD 中相互矛盾作用的一個(gè)可能機(jī)制可能是由于Sphk2 的細(xì)胞內(nèi)定位。在神經(jīng)元中，在生理或病理?xiàng)l件下，Sphk2 可以在細(xì)胞質(zhì)、線粒體和細(xì)胞核中表達(dá)，Sphk2 細(xì)胞內(nèi)定位的不同可能通過(guò)不同的信號(hào)通路介導(dǎo)不同的生物學(xué)效應(yīng)，線粒體或細(xì)胞質(zhì)中的Sphk2/S1P 通路可能起到保護(hù)細(xì)胞存活的作用，而核內(nèi)的Sphk2 可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和神經(jīng)毒性[20]。

5 Sphk2 與炎癥反應(yīng)

Sphk2 是人巨噬細(xì)胞中的一種抗炎蛋白，在人巨噬細(xì)胞中具有抗炎作用，它與炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生呈負(fù)耦合關(guān)系。Sphk2 在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥反映早期是降解的，但是Sphk2 在早期時(shí)間點(diǎn)（LPS 處理巨噬細(xì)胞6 h內(nèi)）抑制細(xì)胞因子的產(chǎn)生并不需要Sphk2 的催化活性，因?yàn)镾phk2 死亡突變體過(guò)表達(dá)減少了LPS 刺激后人巨噬細(xì)胞的細(xì)胞因子釋放。然而在后期時(shí)間點(diǎn)（LPS 處理巨噬細(xì)胞6 h 后），需要Sphk2 的催化活性來(lái)限制細(xì)胞因子的釋放，Sphk2 的持續(xù)表達(dá)阻斷了LPS 誘導(dǎo)的人巨噬細(xì)胞NF-κB 活化和線粒體ROS 的產(chǎn)生。另外在LPS 處理24 h 后，SPHK2 抑制劑ABC294640 和Sphk2 基因缺失增加了細(xì)胞炎癥因子的產(chǎn)生，因此Sphk2 抑制劑可能用于治療炎癥疾病[21]。此外，研究發(fā)現(xiàn)Sphk2 在炎癥細(xì)胞運(yùn)輸方面也有一定的作用。Sphk2 通過(guò)參與調(diào)節(jié)血腦屏障的完整性和T 淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)在自身免疫性腦脊髓膜炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）發(fā)病機(jī)制起到保護(hù)作用。在Sphk2 缺失的EAE 小鼠血液中發(fā)現(xiàn)的T 淋巴細(xì)胞較少，浸潤(rùn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的T 淋巴細(xì)胞也較少，這可能由于Sphk2的缺失降低了TNF-α 誘導(dǎo)的細(xì)胞通透性，且下調(diào)了促炎粘附分子ICAM-1、VCAM-1 和PECAM-1，而這些促炎粘附分子本身對(duì)內(nèi)皮通透性和免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)具有促進(jìn)作用[22]。無(wú)菌性假體松動(dòng)是全關(guān)節(jié)置換術(shù)的一個(gè)嚴(yán)重的長(zhǎng)期并發(fā)癥，它是由假體各部件之間重復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的假體磨損碎片導(dǎo)致持續(xù)的巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)炎癥所引發(fā)的。Sphks 是巨噬細(xì)胞中免疫抑制極化的一個(gè)基本特征，是慢性炎癥的促進(jìn)因子。研究發(fā)現(xiàn)，在鈦顆粒存在的情況下，巨噬細(xì)胞中Sphk1 和Sphk2 的數(shù)量呈時(shí)間依賴性增加，Sphk2 通過(guò)維持腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNFα）和白細(xì)胞介素-6（interleukin 6，IL-6）的一致表達(dá)，促進(jìn)鈦顆粒誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥，從而導(dǎo)致無(wú)菌性種植體松動(dòng)。而兩種Sphks 抑制劑（FTY720 和ABC294640）可抑制了巨噬細(xì)胞中鈦顆粒誘導(dǎo)的TNF-α 和IL-6 的產(chǎn)生，從而減輕炎癥反應(yīng)。因此適當(dāng)調(diào)控Sphk2 可作為一種治療無(wú)菌性種植體松動(dòng)的潛在新策略[23]。此外，S1P 通過(guò)調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞從淋巴組織中釋放而在免疫細(xì)胞功能中發(fā)揮核心作用，Sphk2 可能通過(guò)調(diào)節(jié)組織間S1P 的運(yùn)輸和循環(huán)介導(dǎo)了這種反應(yīng)。在缺血條件下Sphk2 在淋巴細(xì)胞功能中的確切作用還有待證實(shí)[24]。

6 總結(jié)

炎癥是腦缺血性疾病后神經(jīng)元損傷的最關(guān)鍵因素，因此SphK2 在腦缺血性疾病減輕炎癥、減少炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生等方面的作用可能成為進(jìn)一步腦缺血性疾病研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。Sphk2 在阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病等神經(jīng)退行性疾病的病理生理學(xué)中起著關(guān)鍵作用，與神經(jīng)系統(tǒng)多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。目前關(guān)于Sphk2 在阿爾茲海默病中精確的分子調(diào)控機(jī)制尚不十分清楚，需要進(jìn)一步的研究及驗(yàn)證，但Sphk2 在帕金森病中發(fā)揮的重要保護(hù)作用和在亨廷頓病中所致的神經(jīng)毒性作用已經(jīng)得到證實(shí)，這些理論基礎(chǔ)為未來(lái)帕金森和亨廷頓病的預(yù)防和治療提供了新方向。