鞘氨醇-1-磷酸在脓毒症中调节作用的研究进展

王颖勤， 钟 鸣， 诸杜明

复旦大学附属中山医院重症医学科，上海 200032

鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate, S1P)是广泛存在于真核细胞的鞘磷脂代谢产物之一。S1P既可作为第二信使直接作用于细胞内靶点，又可通过S1P转运蛋白或ATP结合盒转运子(ATP-binding cassette transporter, ABCA)转运至细胞外，结合细胞膜表面的5种不同G蛋白偶联受体即S1P受体(sphingosine-1-phosphate receptors, S1PRs)，参与调节炎症过程中组织细胞的生长和凋亡，免疫细胞的增殖、迁移，及血管内皮细胞的通透性[1]。

脓毒症是由感染引起的机体免疫反应失调所致的可危及生命的严重疾病，常导致多器官功能障碍甚至衰竭[2]。血管内皮细胞和免疫细胞在机体炎症环境中功能障碍可导致血管通透性增加、血栓形成及免疫反应失调，并导致多器官衰竭[3-4]。研究[1,5-7]表明，S1P能调节脓毒症发生发展过程中多种免疫细胞和血管内皮细胞功能，是预测脓毒症病情严重程度的重要指标。本文总结了S1P对脓毒症中血管通透性、免疫与凝血功能的影响，期望为今后该领域的研究提供参考。

1 S1P的产生和转化

细胞膜上的鞘磷脂在鞘磷脂酶的催化作用下合成神经酰胺，神经酰胺可由神经酰胺酶催化形成鞘氨醇。鞘氨醇经鞘氨醇激酶1(sphingosine kinase 1, SphK1)和鞘氨醇激酶2(sphingosine kinase 2, SphK2)的磷酸化作用生成S1P。S1P可直接在细胞内S1P磷酸酶(sphingosine-1-phosphate phosphatases, SPPs)的作用下去磷酸化形成鞘氨醇。细胞内的S1P也可被转运至细胞膜外表面，由细胞外的脂质磷脂酸磷酸酶(lipid phosphate phosphatases, LPPs)去磷酸化，重新形成鞘氨醇。细胞内的S1P裂解酶1(sphingosine-1-phosphate lyase 1, SGPL1)能不可逆地裂解细胞内的S1P，导致S1P降解[1,8]。

2 S1P在脓毒症中的调节作用

2.1 S1P对血管内皮屏障功能的调节作用 血管内皮细胞和基底膜构成的血管内皮屏障是维持毛细血管正常通透性的关键[9]。脓毒症时，在各种炎症和凝血因子的作用下毛细血管内皮屏障功能受损，毛细血管通透性异常增加，体液渗漏至组织间隙，造成组织水肿和细胞缺氧损伤，严重时可导致器官功能障碍。研究[10-12]表明，内皮屏障功能损伤程度与脓毒症的病情严重程度正相关。

Rac和Rho是调节内皮细胞骨架及细胞连接的2种重要的Ras相关G蛋白。Rac能激活磷脂酰肌醇二磷酸代谢途径，引起细胞激动蛋白聚合等细胞骨架变化的早期发生。Rho可通过激活酪氨酸激酶引起张力丝、黏着斑形成等细胞间连接的变化。S1P与S1PR1结合后可激活Rac，加强细胞间的紧密连接和黏附[13]。S1P结合S1PR3后可激活Rho，促进内皮细胞转变为收缩表型，从而削弱内皮细胞间的连接，增加血管通透性[14]。内毒素(lipopolysaccharides, LPS)诱导的急性肺损伤动物模型中，静脉注射S1P或S1P类似物(FTY-720)能显著改善肺泡屏障和血管屏障功能，减轻肺水肿[15]。后续基于小鼠结肠结扎穿刺术(cecal ligation and puncture, CLP)诱导的急性肺损伤动物模型的研究[16-17]进一步表明，使用S1P和选择性S1PR1激动剂(SEW-2871)均能减少肺毛细血管渗漏。急性肺损伤小鼠循环中的血浆S1PR3水平升高，而S1PR3敲除小鼠的肺毛细血管通透性降低[16]，且使用药物选择性抑制S1PR3也可降低小鼠肺灌注损伤模型中毛细血管的通透性[18]。在LPS或CLP诱导的脓毒症动物模型中，选择性敲除S1PR2基因或使用S1PR2选择性拮抗剂(JTE-013)均能减轻小鼠毛细血管屏障的破坏[16-17,19]。

在动物脓毒症模型中，选择性激活S1PR1或抑制S1PR2和S1PR3表达均能改善内皮屏障功能。而血管内皮细胞主要表达S1PR1[20]，因此，选择性激活S1P/S1PR1可能成为改善内皮屏障功能的主要途径。

2.2 S1P对炎症反应的调节作用 S1P对内皮细胞和免疫细胞的炎症调节作用可根据其结合的S1P受体类型不同而有所差异。脓毒症时，免疫细胞释放的细胞炎症因子通过刺激内皮细胞表面E选择素、P选择素、血管细胞黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)和细胞间黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)等内皮细胞黏附分子表达[21-22]，进而促进免疫细胞黏附，引起内皮细胞炎症性破坏。选择性激活S1PR1可减少内皮细胞黏附表达，并减少免疫细胞炎症因子释放而减轻炎症中的肺损伤[20]。与S1PR1激活的作用相反，选择性激活S1PR2或S1PR3可促进内皮细胞黏附分子表达，增加内皮细胞损伤[19]。S1P结合S1PR1后可激活内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)，活化的eNOS能抑制中性粒细胞的黏附，保护内皮细胞的完整性[23]。相反，S1P结合S1PR2和(或)S1PPR3可促进炎症细胞黏附于血管内皮细胞。在急性化脓性胆管炎小鼠模型中，降低外周血单核细胞中S1PR2表达可抑制血液中单核细胞黏附能力并减少细胞炎症因子释放，进而减轻其对内皮细胞的炎症损伤[24]。选择性敲除小鼠S1PR3基因或应用S1PR3选择性抑制剂(TY-52156)可使P选择素依赖性白细胞滚动受损[25]。缺血再灌注肺损伤动物模型中，选择性激活S1PR1或抑制S1PR3能减少单核细胞和中性粒细胞浸润，减轻炎症损伤[18]。

因此，选择性激活S1PR1与抑制S1PR2、S1PR3可能发挥协同作用，均能降低内皮细胞黏附分子的表达及减轻炎症细胞浸润，从而缓解脓毒症患者的组织损伤，改善预后[16]。此外，S1P或S1P受体激动剂的给药途径及给药剂量均能影响其对脓毒症的治疗效果[16]，优化给药方案也是未来研究的重要方向之一。

2.3 S1P对免疫功能的调节作用 正常情况下，体内的初始T淋巴细胞能通过细胞表面表达的S1PR1感受外周S1P浓度梯度的变化。当外周血中S1P浓度高于淋巴组织内S1P浓度时，T淋巴细胞从淋巴组织中迁出至外周血中[26]。脓毒症时，胸腺发生暂时性退化，凋亡的胸腺细胞产生大量S1P，而外周S1P浓度降低，导致S1P浓度梯度与正常相反；同时，胸腺中高浓度S1P可诱导初始T淋巴细胞表面S1PR1内化进入细胞内，细胞表面S1PR1减少，从而减少T淋巴细胞从淋巴组织迁出，导致脓毒症患者外周血淋巴细胞减少。然而，动物研究[26]发现，脓毒症早期血液中细菌的载量和脾脏的细胞因子表达量变化并不明显，说明获得性免疫可能在脓毒症的起始阶段不起主要作用，此时主要由固有免疫细胞发挥免疫作用。

感染时，病原体入侵是威胁人体最直接的因素。机体固有免疫防御系统在感染早期即被激活，因此，在病原体释放毒素产生不可逆的损伤之前，尽早清除入侵的病原体是预防患者病情进展为脓毒症的关键。脓毒症发生时，S1P主要通过结合固有免疫细胞表面S1PR1、S1PR2和S1PR3调节病原体清除过程。脓毒症CLP动物模型中，选择性促进S1PR1表达或抑制S1PR2表达能提高巨噬细胞的迁移能力，增强免疫防御能力，防止病原体扩散[27-28]。细菌成分可通过诱导单核细胞和巨噬细胞表面S1PR3表达从而增强其杀细菌作用[29]；在动物模型中选择性敲除S1PR3可导致小鼠死亡率增加[29]。S1P还可参与调节树突状细胞(dendritic cell, DC)分化成熟，促进DC转化成为分泌表型，分泌白细胞介素10(interleukin-10, IL-10)等炎症抑制因子[30]。然而，选择性激活S1PR3可增强DC的迁移能力及其介导炎症级联反应[31]。因此，在炎症早期选择性增加S1PR3表达可能提高机体的免疫防御能力，促进病原体清除；在炎症晚期抑制S1PR3表达可限制炎症反应升级，减轻炎症对机体的损伤。

在脓毒症的免疫抑制阶段，由于胸腺萎缩及外周血中T淋巴细胞减少可导致机体免疫监视功能减弱，对病原体的易感性增强，增加二次感染的可能性[32]。在多细菌诱导的脓毒症动物模型中，炎症早期使用S1P类似物(FTY-720)抑制T淋巴细胞从淋巴器官迁出，对小鼠生存率无显著影响[33]。然而，在柠檬酸杆菌诱导的脓毒症小鼠中，FTY-720长期治疗的小鼠体内病原体清除延迟，且其脾内的细菌含量显著增加[33-34]。

S1P与其受体的相互作用在脓毒症早期可增强固有免疫并抑制适应性免疫反应，促进病原体清除，减轻脓毒症早期的炎症反应，减少组织和器官损伤，提高患者生存率。然而，在脓毒症晚期免疫抑制阶段，S1P持续减弱适应性免疫反应可导致二重感染的概率升高。

2.4 S1P对凝血反应的调节作用 在脓毒症中，由组织因子介导的促凝途径作用增强，抗凝血酶、蛋白C(protein C, PC)系统、组织因子途径抑制物等抗凝途径作用减弱，导致毛细血管大量微血栓形成，组织缺血、缺氧和器官功能障碍。凝血酶与细胞表面的血栓调节蛋白(thrombomodulin, TM)结合后可将附近细胞膜上与内皮细胞蛋白C受体(endothelial protein C receptor, EPCR)结合的PC激活为活化PC(activated protein C, APC)。APC与蛋白S形成复合物后可灭活凝血因子Ⅷa和凝血因子Ⅴa，从而发挥抗凝作用[35]。在血管内皮细胞内，凝血酶可通过与EPCR结合的APC相互作用激活蛋白酶活化受体1(protease-activated receptor 1,PAR1)，继而激活S1PR1，降低血管内皮通透性[36-37]。凝血酶也可直接激活内皮细胞PAR1，继而激活内皮细胞表面S1PR3，增加血管内皮通透性[36,38-39]。此外，凝血酶激活的PAR1信号传导可与SphK1偶联[37]。在淋巴间隔室中产生的凝血酶活化PAR1后，激活SphK1并导致S1P水平升高。S1P作用于树突细胞表面S1PR3可干扰DC的促炎和促凝作用。S1PR3被激活后还可通过刺激来自内皮细胞的Weibel-Palade小体的胞吐作用诱导血小板聚集并促进血栓形成[40-41]。

目前，已有研究[42]结果提示，S1P可通过与不同受体结合偶联炎症和凝血反应。因此，平衡S1P在炎症和凝血反应中的作用可能成为治疗脓毒症的新途径。

3 S1P的临床研究进展

目前关于脓毒症患者体内S1P水平变化的前瞻性临床研究较为鲜见，但已经发表的5项临床观察性研究一致提示血液S1P水平与脓毒症患者的病情严重程度存在潜在关联。Laksiri等[43]分析了28例登革热感染患者和12名健康人(对照组)的S1P水平，与对照组相比，登革热患者血清中S1P水平显著降低。此外，出现登革热休克综合征患者的血清S1P水平比无休克综合征患者低。Frej等[44]报告了202例脓毒症患者的血浆S1P水平与患者临床病情严重程度间存在显著相关性，单纯感染患者(感染但不伴有全身炎症反应综合征患者)、脓毒症患者、严重脓毒症但不伴有休克患者和严重脓毒症且伴有休克患者的血浆S1P水平与健康对照组相比分别下降了14%、21%、27%和46%，严重脓毒症且伴有休克患者与脓毒症患者和单纯感染患者相比，其血浆S1P显著降低。序贯器官衰竭评分(SOFA评分)是提示脓毒症患者病情严重程度的一项重要指标。Winkler等[45]调查了因脓毒症、严重脓毒症和脓毒症伴休克入住重症监护病房的100例患者，线性回归分析结果显示这些患者血清S1P水平与其SOFA评分显著负相关。同时，研究者根据患者的SOFA评分将脓毒症患者分为0～3分、4～6分、7～9分和≥10分4组，统计结果显示，4组患者血清S1P水平依次逐渐降低而死亡率依次逐渐升高。此外，脓毒症患者血清S1P水平与提示患者病情严重程度的其他指标值(降钙素原、C反应蛋白、肌酐、乳酸水平及液体平衡)也负相关[45]。值得注意的是，在这些指标中，S1P浓度与SOFA评分在预测脓毒症患者是否发生休克方面显示出同样的灵敏度和特异性[45]，患者血清S1P浓度每下降1 nmol/L，脓毒症休克的风险上升1.2%。Wu等[46]的研究还提出，血浆S1P水平和血浆S1P水平与神经酰胺比值对预测脓毒症患者死亡率均有较高的准确性，后者预测患者死亡率的准确性稍高于前者。研究[46]发现，血浆S1P水平不仅与脓毒症患者的病情严重程度相关，而且可能有提示患者在脓毒症中机体免疫状态的作用。循环血液中的单核细胞HLA-DR表达水平常作为机体免疫变化的重要指标。根据血液中单核细胞HLA-DR的表达水平，将脓毒症患者分为HLA-DR低表达组和HLA-DR高表达组，HLA-DR低表达组患者与HLA-DR高表达组患者相比，血浆S1P表达水平显著降低[46]。近期研究[23]报告显示，脓毒症患者血清S1P水平还可能与患者的预后相关。脓毒症急性期死亡患者的血清S1P水平最低，生存期超过28 d的脓毒症患者血清S1P水平相对较高。

4 S1P的临床应用

血液中的S1P主要与高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)中的载脂蛋白M(apolipoprotein M, ApoM)或与血清白蛋白(serum albumin, SA)结合。已知这3种蛋白在脓毒症患者中都减少且与脓毒症患者的病情严重程度负相关[47-49]。S1P与这3种蛋白的关联提示S1P可能与SA、HDL和ApoM有相似预测患者预后的价值。由于血小板和红细胞与脓毒症急性期S1P下降在功能上相关，所以结合S1P水平、血细胞比容、血小板计数、SA、HDL和ApoM可能将更好地预测脓毒症患者的病情严重程度[20]。

迄今为止，尚无S1P类似物或S1P选择性受体调节剂应用于脓毒症的临床试验。由于脓毒症患者血液S1P水平下降，S1P替代治疗似乎是脓毒症的一种合理的治疗方法，但是内源性S1P的生物半衰期较短[50]，因此，直接使用S1P作为治疗药物并不可行。FTY-720是S1P的结构类似物，其在被SphK2磷酸化之后成为S1PR1有效的激动剂。FTY-720目前作为免疫抑制剂用于治疗复发型自身免疫性疾病多发性硬化症[51]，其潜在机制是FTY-720诱导淋巴细胞表面的S1PR1内化，抑制淋巴细胞通过组织和外周血之间形成的S1P浓度梯度从淋巴器官进入外周血中[52]。然而，由于FTY-720具有免疫抑制活性，其在脓毒症患者中的应用可能受限。近年来，多种FTY-720的化学衍生物已被开发，但其作用机制和疗效仍有待进一步研究证实。值得注意的是，体外观察表明，脓毒症过程中体内大量的促炎细胞因子可诱导内皮细胞表面S1PR2表达增加。在这种情况下，S1PR1可能不再是血管内皮细胞中主要的S1P受体类型[19]，此时补充血液中的S1P可能对患者产生不利影响。

5 小 结

综上所述，S1P参与调节脓毒症中内皮细胞屏障功能、炎症、免疫和凝血反应。补充体内的S1P，选择性激动S1PR1并抑制S1PR2和S1PR3可能成为改善早期脓毒症患者病情的治疗手段。由于脓毒症中各个阶段机体的免疫与炎症状态不同，根据患者病情进展的不同阶段相应地调节S1P及其受体水平可能对患者更有利。血液S1P水平可能与脓毒症患者的病情严重程度相关，血液S1P浓度可能是预测脓毒症患者病情严重程度和预后的潜在标志物。由于脓毒症各个阶段的差异及患者的个体差异，S1P预测患者病情是否具有稳定性仍需要进一步临床研究证实。目前有关S1P水平对脓毒症发生发展的影响仍不清楚，S1P水平及特异性S1P受体调节剂在脓毒症中的作用仍有待进一步探索。