鞘氨醇-1-磷酸与血管生成的研究进展

刘艺璇，戴岚，狄文

鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）是细胞膜鞘磷脂的代谢产物之一，S1P可介导多种生物学效应，包括细胞迁移、增殖、存活和细胞分化等。S1P生物学效应的多样性主要取决于偶联蛋白受体的亚型及细胞组织中G蛋白受体的特异性表达，目前共发现S1P受体（sphingosine 1-phosphate receptor，S1PR）1～5 这 5 种亚型，S1PR1、S1PR2 和S1PR3广泛表达于血管内皮细胞（endothelial cell，EC）与血管平滑肌细胞（smooth muscular cell，SMC），与血管功能的调控具有重要联系。S1PR4、S1PR5虽参与S1P的其他生物学效应，但尚无证据表明与血管功能有关，故S1P通过S1PR1～3对血管生成起到双向调控作用。体外及体内试验均已证实，S1P可参与多种生理和病理模型的血管生成，如肿瘤血管新生、胚胎时期的血管发生、缺血性损伤疾病中形成新生血管等，其中S1P参与的肿瘤血管新生过程在恶性肿瘤的生物学进程中起到重要作用。目前研究表明，S1P在卵巢癌患者中异常高表达，并且S1P可参与卵巢癌的多种生物学行为，但S1P与卵巢癌血管新生的机制尚不明确[1]。本文综述了S1P与血管生成的最新研究进展，为卵巢癌血管生成的研究提供新的方向，同时S1P介导的血管生成相关通路有望成为抑制肿瘤的治疗新靶点。

1 S1P的合成与作用途径

S1P主要由鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，SphK）磷酸化鞘氨醇生成，可发挥多种生物学效应。人体中有2个编码SphK的基因，产生具有高度同源性的SphK1和SphK2同工酶，两者共享一个保守的催化域，但是表达方式不同。SphK1或SphK2基因缺失小鼠SphK功能并未受到影响；而敲除SphK1和SphK2基因对小鼠胚胎有致死性，且小鼠体内未检测到S1P表达，表明在机体内S1P仅由SphKs产生[2]。血浆中S1P浓度约10-7mol/L，主要与高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL，约 60%）、白蛋白（30%）等血浆蛋白结合，仅小部分S1P处于游离状态，其来源为红细胞、血管内皮细胞、活化的血小板和其他类型细胞等；S1P也可经由自分泌或旁分泌途径在局部组织中发挥生物学效应，已有研究表明S1P发挥的局部效应对于肿瘤的生长及肿瘤微环境均具有重要意义[3]。

S1P主要通过细胞膜表面的S1PR调控下游通路而发挥大部分生物学效应，S1P也可通过细胞内非受体途径发挥作用。S1PR是G蛋白偶联受体（GPCR）家族成员之一，目前已发现的有S1PR1～5共5种亚型。S1PR1、S1PR2和S1PR3是血管中的主要受体亚型，同时也广泛表达于各种组织，血管内皮细胞中大量表达S1PR1与S1PR3，而S1PR2仅在内皮细胞的某些特定的血管床中表达[4]。S1PR1主要与Gi蛋白结合，介导下游的Rac-丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）途径和磷脂酶C途径，从而发挥相应的生物学效应；而S1PR2与S1PR3可耦合多个G蛋白，如 Gq，G12/13，Gi-磷脂酶 C，Rho 通路及上述的 Gi依赖途径。除上述途径外，S1P也可以通过细胞内的非受体途径发挥其生物学效应[5]。

2 S1P与血管生成

早期的血管发生（vasculogenesis）即来源于中胚层的内皮祖细胞（endothelial progenitor cell，EPC）增殖分化，聚集形成原始的血管丛，通过逐渐修饰形成相互交通分支的成熟脉管系统；随后，组织中已成熟的血管内皮细胞发生出芽和增殖，形成小的血管分支即血管新生（angiogenesis），而血管成熟则靠募集壁细胞（SMC和周细胞）及基质环境发展的共同作用。上述血管生成过程中，血管内皮生长因子（VEGF）已被确认是最关键的驱动因子。血管的重塑和成熟需要血管生成素、肝配蛋白、血小板衍生生长因子（PDGF）和转化生长因子（TGF）等。除了这些血管生成肽，包括S1P、溶血磷脂酸和前列腺素等在内的脂质介质也具有血管生成和成熟的调节功能。

2.1 S1P/S1PR对血管生成的双向调节作用 S1P与S1PR的不同亚型结合发挥对血管生成的调节作用。S1P主要通过S1PR1及在较小程度上依赖S1PR3，刺激ECs增殖、存活、迁移和毛细血管样管腔形成，从而促进血管新生；与S1PR1/3相反，S1PR2对于血管生成有抑制作用。Lee等[6]在小鼠基底膜培养基（Matrigel）中首次发现体内S1P通过S1PR1和S1PR3促进血管新生，进一步研究表明S1PR1和S1PR3介导激活Rho家族三磷酸鸟苷（GTP）酶Rac途径，在S1P诱导的血管生成中起着重要作用[7]。体内试验发现S1PR1选择性拮抗剂可以抑制VEGF诱导的血管生成，可见内源性S1P参与VEGF诱导的血管生成[8]。以人脐静脉血管内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells,HUVEC）作为研究模型，S1PR2对于血管生成的抑制作用是通过RhoC通路，而RhoA通路的作用甚微[9]。但有研究表明S1PR2在某些病理模型中亦可促进新生血管形成，如在神经母细胞瘤中S1P可通过S1PR2促进VEGF生成，从而促进血管新生[10]。除了上述S1P/S1PR途径，近年研究表明在EC中S1P可作用于转录因子过氧化物酶增殖物激活受体γ（PPARγ），与PPARγ的共激活因子 1β（PGC1β）形成 S1P/PPARγ/PGC1β 复合体，从而调节血管新生[5]。

2.2 S1P与内皮细胞迁移 S1P可通过S1PR1和S1PR3促进血管内皮细胞迁移，通过S1PR2抑制内皮细胞迁移，上述S1P对于细胞迁移的影响由G蛋白亚基的特异性决定，S1PR1偶联Gαi，激活Rho家族GTP酶Rac1，从而促进迁移；而S1PR2耦合G13激活RhoA并负向调节Rac1的活性，抑制细胞迁移[11]。在成人SMC内侧，S1PR2/S1PR1比值较高，SMC不受S1P影响而发生迁移，而新生儿SMC受S1P影响而发生迁移，因新生儿SMC可表达更高水平的S1PR1，具有较低的S1PR2/S1PR1比值[12]。在人视网膜微血管EC中，S1P通过S1PR2抑制EC迁移，HUVEC无S1PR2表达，故S1P未能在HUVEC中发挥其抑制EC迁移的作用[13]。上述证据表明，因不同细胞中S1PR表达的数量及类型的特异性，S1P对于内皮细胞迁移的作用存在差异。

2.3 S1P与细胞黏附作用 S1P与其受体结合可引发一系列的细胞类型特异性的黏附和运动反应，S1P对血管细胞黏附和运动的影响通过整合素调节。S1P作用于EC后，αv与β3亚基结合活化形成整合素αvβ3，同时刺激 αvβ3、局部黏着斑激酶（FAK）与包括α辅肌动蛋白等在内的细胞骨架蛋白联合[14]。Bayless等[15]的研究已表明，S1P诱导的内皮细胞侵入胶原基质，涉及α2β1，而细胞侵袭纤维蛋白涉及到α5β1和αvβ3。以上现象在S1PR1缺失的内皮细胞中未发生，这表明S1PR1在细胞黏附过程中具有重要作用。整合素的激活过程与S1P激活磷脂酶C（phospholipase C，PLC）和细胞内的钙动员有关，同时还可调解FAK磷酸化和促进内皮细胞迁移[7]。

2.4 S1P与血管内皮细胞屏障 S1P介导的一系列通路对于血管内皮细胞屏障形成具有重要作用，并对于维持血管内皮细胞屏障的稳定性、完整性具有调节作用。当S1P作用于血管EC，其刺激桥粒连接的装配，诱导形成肌动蛋白应力纤维和皮质肌动蛋白，并促进EC运动和屏障功能，S1P作用于血管SMC引起肌动蛋白丝的分解，抑制局部连接的形成并且抑制其活动性[6]。S1P信号途径也可以调节细胞-细胞连接中以神经钙黏素为基础的连接，对于血管的稳定性至关重要。在血管EC中，S1P可以诱导细胞膜转运及活化N-钙黏蛋白和P120连环蛋白，从而促进EC与其他表达N-钙黏蛋白的细胞（包括EC和SMC）相互作用，而上述的细胞膜转运过程依赖于Rho家族GTP酶，特别是Rac1[16]。此外，在体内和体外试验中均有报道，活化的S1PR2具有破坏黏附连接的功能，从而导致血管渗透性过高[17]。在人体肺血管内皮细胞中，S1P可通过S1PR1，与整合素β4共同作用激活C-Met基因，共同参与肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）介导的血管内皮细胞屏障功能的完整性[18]。

2.5 S1P与新生血管成熟 S1P可通过刺激EC形态改变促进新生血管逐渐成熟，以形成互相交通的血管网络。在Matrigel培养基中，S1P诱导内皮细胞形成毛细血管样网络，同时促进内皮细胞侵袭、管腔形成及分支形态转换成交错的立体结构[6]。以抗S1P单克隆抗体中和S1P可阻断毛细血管样网络形成，并对碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）和VEGF介导的皮下血管生成起抑制作用。在S1PR1基因敲除小鼠中，招募周细胞和平滑肌细胞聚集功能受损，导致了血管成熟性或稳定性的缺失[19]。S1PR1可通过抑制VEGF-A及钙黏素的局限化限制血管的畸形生长[20]。

S1P促进新生血管成熟的另一方面体现在血管内皮细胞和平滑肌细胞间的相互作用，有利于新生血管的稳定性。在缺乏S1PR1的胚胎中，虽有新生血管形成，但却被不完全的SMC覆盖，同时伴随着出血和水肿；而在缺乏S1PR2和S1PR3的胚胎中，SMC完全覆盖于新生血管，内皮细胞-细胞连接均完好无损，但内皮细胞形态学却是异常的[21]。此外，体内及体外试验已证实血液动力学的管腔压力及S1P均可以调节S1PR1的表达，从而调节新生血管的稳定性[22]。

3 S1P对血管功能的影响

S1P与S1PR除了促进新生血管形成，对于某些血管床的功能完整性也必不可少。例如，S1PR3大量表达于EC和SMC内，在EC中，S1PR3可通过Gi-AKT通路磷酸化一氧化氮合成酶（eNOS），同时调控Gq-蛋白介导的 Ca2+/钙调蛋白（calmodulin）途径，两者共同作用刺激一氧化氮（NO）的产生，从而舒张血管；而在SMC中，S1PR3在特定的血管床中可调节血管收缩，这一过程是通过Gq蛋白偶联的Ca2+动员和G12/13耦合的Rho依赖性肌球蛋白轻链磷酸酶的抑制作用实现，故S1PR3基因缺失小鼠中S1P对心血管系统的血管加压作用和内皮依赖性的血管舒张功能明显缺如[23]。此外，S1P对于内耳形成有其重要作用，S1PR2有参与内耳中维持脉管系统的血管纹的作用，其作用为调节血管收缩以控制适当的动脉灌注，S1PR2基因缺失小鼠出现了年龄依赖性的内耳正常血管功能的受损，这导致内耳结构畸形、听力丧失和共济失调[24]。S1P对于血脑屏障的完整性亦发挥着重要的作用，S1P通过结合其受体来调节血管内皮细胞和星形胶质细胞而形成血脑屏障，并对其功能进行调节，上述研究可能会成为如多发性硬化症等神经系统疾病的治疗新方向[25]。最新研究表明S1P通过调节多糖-蛋白质复合物（glycocalyx，GCX）的合成以及血管连接以应对血流动力学的改变，同时血流动力学亦可促进血管弹性功能的建立[26]。

4 S1P与肿瘤血管新生

S1P及其受体对于血管新生的调控作用已在多个肿瘤模型中得到证实。Chae等[27]利用小干扰RNA（siRNA）在肺癌移植瘤模型中首次确认S1PR1为肿瘤血管新生所必需。以往的如肺癌Lewis模型及黑色素瘤模型研究提示，S1PR2与S1PR1/3表达的平衡影响S1P对细胞的迁移效应，S1PR2对肿瘤生长及血管生成具有抑制作用。但在一项以前列腺癌为模型的研究中，S1PR2能增加肿瘤血管生成，促进肿瘤的增殖及产生化疗药物抵抗[28]。除上述研究，Sarkisyan等[29]在小鼠乳腺癌模型中发现，拮抗EC中S1PR1可导致血管的不完整性及成熟障碍，从而抑制肿瘤的生长及远处转移。

VEGF作为如卵巢癌等肿瘤血管新生的重要因子，在HUVEC模型中已被证实S1P可促进其大量表达[30]，但在卵巢癌中S1P与VEGF的关系尚无相关研究。除了VEGF，白细胞介素8（IL-8）为促进卵巢癌血管新生的另一重要因子，应用S1P拮抗剂有效抑制了卵巢癌中IL-8的分泌，表明S1P可通过IL-8促进卵巢癌血管新生[31]。

已有研究表明，S1P的单克隆抗体可抑制肿瘤生长，甚至优于VEGF单抗，S1P单抗的抗肿瘤效果表现在对肿瘤血管生成的抑制作用及对肿瘤细胞的运动性、增殖和存活的影响[32]。S1P的前体为神经鞘氨醇，例如C18等，当S1P/神经鞘氨醇浓度比值升高时，可以抑制恶性胶质母细胞瘤中的血管生成，同时可监测出高浓度的SphK1，因此SphK1亦可作为肿瘤治疗的新靶点[33]。以SphK1作为肿瘤靶点的抗肿瘤药物，如 SK1-Ⅰ（BML-258）、SK1-Ⅱ、F12509a、B5354C等，均可减少S1P的生成，从而阻断S1P的下游通路来达到抗肿瘤的作用[34]。5 结语

S1P主要通过与其受体结合调节多种生物学效应，而S1P主要通过S1PR1、S1PR2、S1PR3对血管新生进行精细而复杂的调节，因不同种细胞表达S1PR的类型及数量存在差异，故S1P在不同细胞中发挥的生物学效应存在差异。S1P通过其受体的特异性介导不同的信号转导通路，对血管生成起到双向调节作用，在血管发生和血管网络形成、血管稳定性和完整性及对于血管功能的调节中，S1P都起着至关重要的作用。根据不同肿瘤组织类型对S1P的应答情况，干扰S1P代谢途径，影响S1P表达水平，或根据特异性的细胞受体亚型表达情况，采取个体化的受体激动剂或拮抗剂，以及根据相关受体的下游信号分子阻断或激活对血管新生进行抑制，均可减缓肿瘤生长及进展。目前虽有研究表明S1P参与卵巢癌血管新生，但具体机制尚不明确，仍需进一步的研究，有望为卵巢癌提供新的治疗靶点。

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