1-磷酸鞘氨醇及其受体对血管炎症的影响

向 红 闾宏伟 陈 炜 刘恒道 史静琤

(中南大学湘雅公共卫生学院，湖南 长沙 410013)

综述·

1-磷酸鞘氨醇及其受体对血管炎症的影响

向 红1闾宏伟1陈 炜1刘恒道1史静琤

(中南大学湘雅公共卫生学院，湖南 长沙 410013)

1-磷酸鞘氨醇；炎症；血管疾病

心血管疾病是一种慢性炎症性疾病，血管壁炎症反应贯穿心血管疾病的全过程。1-磷酸鞘氨醇(S1P)与靶细胞表面的1-S1P受体(S1PR)结合，激活不同的细胞内信号途径而影响细胞的增殖、凋亡、迁移、分化、血管生成和创伤愈合等，本文就S1P及其受体对血管炎症的影响进行综述。

1 S1P概述

1.1S1P的生成、代谢及转运 S1P是磷脂代谢的重要代谢产物，其前体物质鞘氨醇主要由软脂酰乙酰辅酶(Co)A及丝氨酸在磷酸吡哆醛、还原型辅酶Ⅱ(NADPH )+H 及黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)等辅酶参与下合成，也可由神经酰胺在神经酰胺酶作用下脱酰胺键生成。鞘氨醇通过鞘氨醇激酶(SPHK)1和SPHK2磷酸化生成S1P。SPHK1对鞘氨醇和二氢鞘氨醇具有高度特异性，主要表达在细胞质，当受到激活时由细胞质移位至质膜。此外，约8%的胞内SPHK1释放到胞外，以局部合成S1P作用于自身或旁细胞表面的S1PRs。SPHK2磷酸化底物广泛，包括鞘氨醇、二氢鞘氨醇、4-羟双氢鞘氨醇和FTY720，主要表达于细胞核，也有部分表达于胞质及胞膜。

S1P由S1P裂解酶(S1PL)、S1P磷酸酶(SPPs)和磷酸脂磷酸水解酶(LPPs)共三种酶进行降解代谢。在绝大多数细胞中，S1P由S1PL不可逆转地降解为十六碳烯和乙醇胺-1-磷酸。S1P还可通过特异性的SPP异构体1和2将S1P去磷酸化形成鞘氨醇。SPPs和S1PL主要表达于内质网中以降解胞内S1P。LPPs可分解多种磷酸脂类，其中LPP2分布于细胞内，LPP1及LPP3主要表达于细胞质膜并作用于胞膜外，从而降解胞外S1P。

S1P主要表达于红细胞、血小板和内皮细胞中。红细胞中的S1P以ATP依赖地形式通过ABC转动体外泌至胞外，血小板中S1P主要在血栓的激活下向胞外转运，而内皮细胞中S1P主要是通过S1P特异性转运体(SPNS2)分泌。血浆中S1P浓度约1 μmol/L，主要由红细胞及内皮细胞分泌。其中小鼠胚胎时期血浆绝大部分S1P及成年后约75%的S1P由红细胞分泌，其余部分由内皮细胞分泌，而血小板只在激活状态和凝血过程中释放S1P。淋巴液中也含有高浓度S1P(约100 nmol/L)，主要由淋巴内皮细胞分泌。血浆中S1P约55%与高密度脂蛋白(HDL)，35%与血蛋白，只有约10%与其他脂蛋白，如低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白等结合。

1.2S1P下游信号 细胞S1P可通过自分泌或旁分泌作用于细胞膜上S1PR1～S1PR5共5种S1PRs，不仅参与调节心血管及神经系统的稳态，同时与自身免疫性疾病、炎症性疾病及肿瘤的发生发展密切相关。S1PRs表达有组织特异性，S1PR1～S1PR3分布于心血管组织系统，而S1PR4和S1PR5分别表达于造血系统和神经系统中。S1PRs均为G蛋白耦联受体，其中S1PR1特异性与G蛋白受体的Gi/o亚基结合；S1PR2与S1PR3可与亚基Gi/o、G12/13及Gq结合；S1PR4与S1PR5则可与亚基Gi/o和G12/13结合，从而激活小G蛋白、腺苷酸环化酶、PI-3-激酶、磷脂酶C、蛋白激酶(PK)C和胞内钙离子等下游信号调节细胞的增殖分化、迁移、骨架改变和弹力纤维重组等。

此外，近期研究表明细胞内S1P可不通过S1PRs而直接作用于胞内靶点以调控细胞功能。Hait等〔1〕证实细胞核内S1P与组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC2结合，抑制其活性以调控下游基因的表达。胞内S1P还可直接靶向作用于肿瘤坏死因子(TNF)-α相关因子2(TRAF2)以影响TNF-α信号通路〔2〕。此外，S1P被证实可与线粒体中高度保守调节线粒体组装和功能的PHB2蛋白特异性结合以调节细胞色素C氧化酶的组装和线粒体呼吸功能〔3〕。

2S1P与炎症

已证实S1P通过表达于内皮细胞的S1PRs介导炎症状态调节免疫细胞迁移、改善血流动力学、保持血管完整性和调节血管渗漏以减缓炎症对机体的损伤。S1P还可作为细胞内第二信使调控炎症相关基因的转录和表达以影响炎症的发生发展。

2.1S1P-S1PR1与血管炎症 在炎症过程中，固有免疫和获得性免疫细胞进入感染或损伤部位，激活细胞因子后有助于保护宿主，其中S1P参与调节免疫细胞的迁移和功能。血浆及淋巴液内S1P浓度明显高于组织，且激活S1PR1促进多种免疫细胞包括：T细胞、B细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞、单核细胞、嗜中性粒细胞，造血祖细胞，肥大细胞和破骨细胞的迁移〔4〕。T细胞外移出胸腺时，上调其S1PR1表达并提高对S1P的敏感性，且T细胞跨内皮细胞迁移及外移出淋巴结依赖于S1PR1调控的Rac激活〔5〕。

炎症状态下血流动力学可发生明显改变，S1P可调节血管收缩和舒张以影响炎症的发展。在离体小鼠动脉中，S1PR1与蛋白酶激活受体(PAR)-2共定位于血管内皮，S1P可诱导内皮依赖的离体小鼠动脉舒张及PAR-2由胞质向胞核周转位，且PAR-2抑制剂可拮抗此上述现象，提示S1P可能通过S1PR1激活PAR-2转位以实现血管舒张功能〔6〕。

此外，S1P可通过S1PR1改善血管内皮通透性以减轻血管炎症。研究显示S1P激活内皮S1PR1，增强Rac、异三聚体G蛋白亚家族(Gas)和Smad2/Smad3依赖的细胞骨架重排以调节细胞与细胞之间，细胞与基质之间的连接以保证血管内皮屏障完整〔7〕。S1PR1激动剂(SEW2871)可改善由多球壳菌素诱导的小鼠炎症、心肌细胞的高通透性和功能紊乱〔8〕。在高脂血症模型载脂蛋白(Apo)E-/-小鼠中特异性敲除内皮细胞S1PR1，降主动脉粥样斑块含量明显上调，提示S1PR1可改善血管炎症减缓粥样斑块地发生。HDL-S1P可促进HUVECs膜S1PR1-β抑制蛋白2复合体形成，下调促炎因子TNFα激活的核转录因子(NF)-κB表达，同时也上调ICAM-1浓度，提示HDL-S1P可抑制血管炎症〔9〕。有研究发现，无论在正常生理状态还是用卡拉胶诱导的小鼠炎症模型中，ApoM敲除鼠ApoM-/-肺血管通透性比野生型小鼠高约40%，给予ApoM或SEW2871后，血管完整性与对照组相似，提示ApoM-S1P-S1PR1可改善炎症诱导的血管渗透性增加〔10〕。

2.2S1PR2与血管炎症 S1PR2也参与机体的固有免疫以调节炎症发展。在炎症状态下，上调B细胞生发中心S1PR2表达可促进B细胞凋亡并抑制B细胞迁移，提示S1PR2是B细胞活化和成熟的抑制剂〔11〕。此外，S1PR2-G12/13还可抑制巨噬细胞活化〔12〕。且S1P还可通过S1PR2与肥大细胞相互作用调节炎症发展〔13〕。

炎症状态下S1P还可通过S1PR2调节血管收缩和舒张以影响炎症的发展。研究发现S1P通过Ca2+敏感的蛋白激酶B(PKC)激活ROCK和Ca2+依赖的L-型电压依赖型钙通道激活肌球蛋白轻链激酶上调血管平滑肌S1PR2诱导猪视膜动脉收缩〔14〕。此外，S1PR2抑制剂JTE-013可逆转由TNF诱导的耳蜗血流量下降，提示S1P-S1PR2可作为治疗微血流障碍导致的听力障碍的靶点〔15〕。

血管内皮是位于血管内层的屏障，对维持心血管内稳态有重要意义，S1P还可通过S1PR2调节内皮屏障功能。JTE-013可通过NF-κB抑制TNF-α诱导的内皮炎症以调节血管稳态〔16〕。研究显示S1PR2可改善由抗原和血小板活化因子诱导的急性内皮屏障损伤和内皮细胞死亡〔17〕。内皮S1PR2通过抑制Akt活化及eNOS和NO的产生以保护由β连环蛋白巯基亚硝基化导致的内皮黏附连接紊乱〔18〕。相反，在内毒素血症中，内皮S1PR2激活Rho和p-38 SAPK信号通路使血管通透性增加及促炎因子和促凝血因子的表达〔16〕。

2.3其他S1P通路与血管炎症 S1P可通过S1PR3改善血管炎症。研究证实S1P作用于S1PR3促进小鼠炎症状态下提睾肌静脉和HUVECs内P选择素依赖的中性粒细胞的边集和滚动以抑制炎症发展〔19〕。小鼠植入动脉局部S1PR3激动剂促进抗炎单核细胞向重塑血管中聚集。向红肿和缺血组织给予FTY720下调了促炎因子的分泌和上调了再生细胞因子以增加新生血管扩展直径和局部血管增长密度，以利于组织愈合、组织新生和移植血管生物活性功能恢复〔20〕。

胞内S1P是TRAF2泛素连接酶E3活性缺失的辅助因子，可直接靶向作用于TRAF2，提示S1P是TNF-α信号通路中重要组成部分〔2〕。白细胞介素(IL)-1可上调由SPHK1生成的S1P，并促进S1P与细胞凋亡抑制因子1的结合以增强cIAP2的泛素化活性，从而活化干扰素调节因子1以提高趋化因子CXCL10和CCL5的表达，最后招募更多单个核细胞向炎症反应部位趋化参与炎症发展〔21〕。此外，通过激活SphK2或抑制SPL使细胞核内S1P水平升高，结合并抑制HDAC1和HDAC2以调控下游炎症基因的表达〔1〕。因此，除了经典的S1PR1与S1PR2信号通路，S1PR3及胞内信号传导可能参与细胞因子的免疫和炎症反应。

2.4S1P与临床相关的血管炎症 S1P通过多种下游信号参与机体多种急慢性炎症。在脓毒血症患者中，血清S1P水平明显下降，并与炎症程度呈负相关〔22〕；且S1P可促进单核细胞M2表型的形成以抗感染〔23〕。同时，在LDL-R-/-和ApoE-/-小鼠模型中，S1PRs激动剂FTY720可减缓粥样斑块的发生发展〔24〕。在1型糖尿病小鼠(NOD)模型中，S1P通过抑制NF-κB向细胞核移位以降低内皮细胞炎性因子(VCAM)-1的表达，且S1PR1激动剂SEW2871可下调动脉内单核细胞对内皮细胞的黏附能力以改善局部炎症〔25〕。近期研究证实S1PR1特异性抑制剂CYM-5442可抑制禽流感中细胞因子风暴和自然免疫细胞向肺组织聚集从而降低感染期间的病死率〔26〕。

在小鼠缺血再灌注损伤模型成模前，特异性敲除内皮细胞S1PR1可加重肾脏损伤和炎症；且在成模前敲除内皮细胞S1PR1可抑制肾脏修复，导致慢性炎症和进展性肾纤维化。进一步研究证实S1PR1可直接抑制内皮细胞中中性粒细胞黏附分子表达以减轻炎症〔27〕。近期研究表明激活S1PR1与S1PR3可缓解小鼠缺血再灌注肺部血管通透性、炎性因子(IL-6,IL-17,IL-12/IL-23 p40,趋化因子配体2和TNF-α)表达、中性粒细胞浸润和髓过氧化物表达以改善肺功能〔28〕。此外，Yang等〔29〕发现FTY720可通过迅速下调NF-κB信号阻断淋巴细胞迁移，减轻白细胞向脉络丛地聚集，减少炎性因子浸润以减缓由LPS诱导的新生儿小鼠缺血再灌注脑损伤，减少约90%脑萎缩。由缺血再灌注诱导的脾损伤也可由S1P缓解〔30〕。上述研究结果提示S1P可拮抗炎性相关的多组织缺血再灌注损伤。

3小结

S1P作为一种具有生物活性的磷脂产物，不仅可以通过细胞膜S1PRs，也可以作为细胞内第二信使作用于内皮细胞、免疫细胞等调节炎症状态下固有免疫、获得性免疫、血流动力学、内皮通透性及炎症因子表达以改善血管炎症，为血管急慢性炎症的预防和治疗提供新的靶点与方向。但是，胞内第二信使研究与临床疾病的关系有待探索。

1Hait NC,Allegood J,Maceyka M,etal.Regulation of histone acetylation in the nucleus by sphingosine-1-phosphate.science〔J〕.Science,2009;325(5945):1254-7.

2Alvarez SE,Harikumar KB,Hait NC,etal.Sphingosine-1-phosphate is a missing cofactor for the E3 ubiquitin ligase TRAF2〔J〕.Nature,2010;465(7301):1084-8.

3Strub GM,Paillard M,Liang J,etal.Sphingosine-1-phosphate produced by sphingosine kinase 2 in mitochondria interacts with prohibitin 2 to regulate complex IV assembly and respiration〔J〕.FASEB J,2011;25(2):600-12.

4Sansbury BE,Spite M.Resolution of acute inflammation and the role of resolvins in immunity,thrombosis,and vascular biology〔J〕.Circ Res,2016;119(1):113-30.

5Faroudi M,Hons M,Zachacz A,etal.Critical roles for Rac GTPases in T-cell migration to and within lymph nodes〔J〕.Blood,2010;116(25):5536-47.

6Roviezzo F,De Angelis A,De Gruttola L,etal.Involvement of proteinase activated receptor-2 in the vascular response to sphingosine 1-phosphate〔J〕.Clin Sci,2014;126(8):545-6.

7Shao X,Liu K,Fan Y,etal.DC Relays sphingosine-1-phosphate receptor 1 signaling to stabilize vascular endothelial-cadherin at endothelial junctions to control mouse embryonic vascular integrity〔J〕.J Genet Genomics,2015;42(11):613-24.

8Zhang Y,Huana Y,Contalkpo A,etal.Endothelial Nogo-B regulates sphingolipid biosynthesis to promote pathological cardiac hypertrophy during chronic pressure overload〔J〕.JCI Insight,2016;1(5):e85484.

9Blaho VA,Galvani S,Engelbrecht E,etal.HDL-bound sphingosine-1-phosphate restrains lymphopoiesis and neuroinflammation〔J〕.Nature,2015;523(7560):342-6.

10Christensen PM,Liu CH,Swendeman SL,etal.Impaired endothelial barrier function in apolipoprotein M-deficient mice is dependent on sphingosine-1-phosphate receptor 1〔J〕.FASEB J,2016;30(6):351-9.

11Green JA,Suzuki K,Cho B,etal.The sphingosine 1-phosphate receptor S1P2 maintains the homeostasis of germinal center B cells and promotes niche confinement〔J〕.Nat Immunol,2011;12(7):672-80.

12Grimm M,Tischner D,Trodl K,etal.S1P2/G12/13 Signaling negatively regulates macrophage activation and indirectly shapes the atheroprotective B1-cell population〔J〕.Arterioscler Thromb Vasc Biol,2016;36(1):37-48.

13Chumanevich A,Wedman P,Oskeritzian CA.Sphingosine-1-phosphate/sphingosine-1-phosphate receptor 2 axis can promote mouse and human primary mast cell angiogenic potential through upregulation of vascular endothelial growth factor-A and matrix metalloproteinase-2〔J〕.Mediators Inflamm,2016;2016:1503206.

14Kamiya T,Nagaoka T,Omae T,etal.Role of Ca2+-dependent and Ca2+-sensitive mechanisms in sphingosine 1-phosphate-induced constriction of isolated porcine retinal arterioles in vitro〔J〕.Exp Eye Res,2014;121(1):94-101.

15Sharaf K,Ihler F,Bertlich M,etal.Tumor necrosis factor-induced decrease of cochlear blood flow can be reversed by etanercept or JTE-013〔J〕.Otol Neurotol,2016;37(7):e203-8.

16Zhang G,Yang L,Kim GS,etal.Critical role of sphingosine-1-phosphate receptor 2 (S1PR2) in acute vascular inflammation〔J〕.Blood,2013;122(3):443-55.

17Cui H,Okamoto Y,Yoshoka K,etal.Sphingosine-1-phosphate receptor 2 protects against anaphylactic shock through suppression of endothelial nitric oxide synthase in mice〔J〕.J Allergy Clin Immunol,2013;132(5):1205-14.

18Hla T,Dannenberg AJ.Sphingolipid signaling in metabolic disorders〔J〕.Cell Metabol,2012;16(4):420-34.

19Nussbaum C,Bannenberg S,Kewl P,etal.Sphingosine-1-phosphate receptor 3 promotes leukocyte rolling by mobilizing endothelial P-selectin〔J〕.Nat Commun,2015;6(61):6416.

20Awojoodu AO,Ogle ME,Sefcik LS,etal.Sphingosine 1-phosphate receptor 3 regulates recruitment of anti-inflammatory monocytes to microvessels during implant arteriogenesis〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A,2013;110(34):13785-90.

21Harikumar KB,Yesler JW,Swrace MJ,etal.K63-linked polyubiquitination of transcription factor IRF1 is essential for IL-1-induced production of chemokines CXCL10 and CCL5〔J〕.Nat Immunol,2014;15(3):231-8.

22El-Najjar N,Oyso E,Wallner S,etal.Increased levels of sphingosylphosphorylcholine (SPC) in plasma of metabolic syndrome patients〔J〕.PLoS One,2015;10(10):e0140683.

23Hughes JE,Srinivasam S,Lynoh KR,etal.Sphingosine-1-phosphate induces an antiinflammatory phenotype in macrophages〔J〕.Circ Res,2008;102(8):950-8.

24Poti F,Gualtieri F,Sacchi S,etal.KRP-203,sphingosine 1-phosphate receptor type 1 agonist,ameliorates atherosclerosis in LDL-R-/-mice〔J〕.Arterioscler Thromb Vascu Biol,2013;33(7):1505-12.

25Whetzel AM,Dolick DT,Srinivasan S,etal.Sphingosine-1 phosphate prevents monocyte/endothelial interactions in type 1 diabetic NOD mice through activation of the S1P1 receptor〔J〕.Circulation Res,2006;99(7):731-9.

26Teijaro-John R,Walsh KB,Canlan S,etal.Endothelial cells are central orchestrators of cytokine amplification during influenza virus infection〔J〕.Cell,2011;146(6):980-91.

27Perry HM,Huang L,Ye H,etal.Endothelial sphingosine 1phosphate receptor1 mediates protection and recovery from acute kidney injury〔J〕.J Am Soc Nephrol,2016;27(11):3383-93.

28Stone ML,Sharma AK,Zhao Y,etal.Sphingosine-1-phosphate receptor 1 agonism attenuates lung ischemia-reperfusion injury〔J〕.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2015;308(12):L1245-52.

29Yang D,Sun YY,Bhowmik SK,etal.Blocking lymphocyte trafficking with FTY720 prevents inflammation-sensitized hypoxic-ischemic brain injury in newborns〔J〕.J Neurosci,2014;34(49):16467-81.

30Chawla S,Sahni C,Twlsawani R,etal.Exogenous sphingosine 1-phosphate protects murine splenocytes against hypoxia-induced injury〔J〕.Lipids,2014;49(2):191-202.

R543

A

1005-9202(2017)23-5979-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.23.107

国家973项目(2014CB542400)

1 中南大学湘雅三医院医学实验中心

史静琤(1974-)，女，博士，教授，主要从事预防统计，老年人疾病方面研究。

向 红(1981-)，女，在读硕士，主要从事老年人血管疾病方面研究。

〔2017-05-16修回〕

(编辑 袁左鸣)