鞘氨醇激酶在血管相关疾病中的保护作用及其机制研究进展

徐倩 综述 哈小琴 审校

(1.兰州军区兰州总医院，甘肃 兰州 730050； 2.兰州大学第二医院，甘肃 兰州 730050)

近几年的研究发现，细胞的鞘脂代谢涉及细胞的增殖、分化、凋亡等多个代谢过程，对维持细胞的自稳至关重要。鞘氨醇激酶(sphingosine kinase，SPK)是少数调控鞘脂代谢的重要激酶之一，研究表明,SPK的生物学效应极其广泛，不仅可以催化神经酰胺、鞘氨醇(sphingosine，SP)和1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)等鞘脂分子间的相互作用，还可被多种生长因子及细胞因子诱导激活如：血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子(VEGF)、神经生长因子以及胰岛素样生长因子等[1]。因此，SPK还涉及参与机体的多种病理生理过程包括：癌症、血管形成以及炎症等。目前，关于SPK的功能及其生物学特征尚不十分清楚，但越来越多的研究发现多种血管相关疾病与体内SPK水平密切相关。因此,SPK被认为是血管相关疾病的潜在治疗靶点。现将根据已有的文献报道关于SPK对血管相关疾病的生物学作用及其信号通路做一综述，为未来SPK在血管相关疾病治疗方面的应用提供理论支持。

1 SPK

哺乳动物细胞中，SPK主要有两种亚型：SPK1和SPK2。尽管这两种亚型催化相似的生化反应，但它们却具有明显的作用底物、表达位置及组织分布的差异性[2]。通常，SPK1主要表达于内皮细胞、肾脏及心血管系统，且主要表达于细胞胞质，参与胞质内蛋白等分子向胞膜的转运[3]；而SPK2主要在脑组织细胞中的内质网、胞核及线粒体中高表达，与细胞凋亡等过程密切相关[4-5]。此外，虽然SPK的两种亚型高度同源，但其生物学作用却截然不同。通常认为，SPK1的主要生物学作用是促进细胞的存活及增殖活动，而SPK2主要与细胞的凋亡相关。值得一提的是，SPK的多种生物学作用主要是通过其催化产物S1P实现的。S1P是细胞生长代谢过程中极为重要的信号分子，既是细胞内信号转导的第二信使分子，又是胞外5种G蛋白偶联受体的配体，通过结合于细胞表面的受体激活不同的信号通路，从而参与调控细胞的多种生理及病理过程[6]。 SPK/S1P通路是鞘脂代谢中极为重要的通路之一，与血管新生、心率、血压以及心肌纤维化等生理病理过程密切相关。有研究指出，SPK/S1P信号通路的激活对急性缺血再灌注的心肌细胞具有重要的保护作用[7]，对血管相关疾病的治疗具有重要的临床意义。另一方面，动脉粥样硬化、冠心病、高血压等血管疾病的主要病理特征为血管内皮细胞损伤和血管功能障碍，而长期的血管疾病最终可引起缺血导致机体的多器官功能障碍甚至危及生命。因此，深入研究SPK在心血管方面的生理作用及其调控机制对血管相关疾病的治疗具有重要的临床意义。

2 SPK对血管相关疾病的保护机制

2.1 SPK介导VEGF诱导血管新生

VEGF是机体极为重要的生长因子，可促进内皮细胞的增殖及血管新生等过程。在肿瘤发展及血管损伤等多种病理状态下，VEGF受体水平可显著增高，表明了VEGF具有促内皮细胞分裂功能。在蛋白激酶C介导作用下，VEGF可激活SPK通路诱导内皮细胞增殖、血管新生及修复等过程。此外，SPK可明显促进体内肿瘤的转移，其机制可能与其调控血管形成相关。实验研究证实，过表达SPK可显著增加小鼠肿瘤周围的血管丰富度[8]。值得一提的是，与细胞功能相关，人脐静脉内皮细胞也可分泌SPK，且是细胞外S1P形成的主要来源[9]。

2.2 SPK调控血管的舒缩

S1P是心血管系统中重要的信号分子，对发挥心血管系统的生物学作用至关重要[10]。研究发现，刺激S1P3亚型可诱导体内外大脑动脉的急性收缩[11]。体内的S1P由SPK催化鞘氨醇磷酸化合成，其水平受SPK调控。因此，SPK可能参与血管的收缩反应。有研究证实，SPK1的激活可增加细胞膜的去极化，并可激活Ca2+通道，而SPK1抑制剂可明显抑制内皮素-1诱导子宫肌层的收缩反应[12]。使用SPK1抑制剂处理内皮细胞，可明显下调NO的产生，从而引起血管紧张素Ⅱ诱导的内皮依赖的血管收缩反应。目前的研究证实，S1P诱导的血管收缩反应主要受SPK1调控，与SPK2无关[13]。SPK1对血管的调控作用为高血压、动脉粥样硬化、冠心病以及糖尿病血管病变等血管疾病的治疗提供了理论支持。

2.3 SPK可增加细胞的应激耐受能力

在中枢神经系统中，S1P参与调控细胞的多种代谢过程如：增殖、凋亡和神经元的迁移等，而在细胞内，S1P的水平主要受SPK的表达及其活性的调控。SPK2为脑细胞SPK的主要亚型，对大脑缺血缺氧等应激损伤具有重要的保护作用[14]。研究发现，麻醉或缺氧预处理小鼠脑组织可引起SPK2水平的显著上升，伴有脑梗死面积的减小及神经功能的改善；反之，药物或基因敲除抑制SPK2的表达可降低脑细胞对预处理的耐受能力。SPK2对脑缺血缺氧的保护作用可能是通过SPK2诱导Bcl-2/Beclin-1的分离，激活自噬实现的[15]。动物实验发现，敲除SPK1或SPK2虽不会引起小鼠的死亡，但同时抑制两种亚型的表达可导致机体明显的血管新生不足及神经系统的发育障碍。因此，上调激活SPK2对脑组织预处理的存活及其功能至关重要，可避免大脑的缺血损伤及细胞凋亡[16]。此外，研究发现，SPK2对心肌组织的缺血缺氧损伤也具有显著的保护作用[17]。目前，关于SPK的神经保护作用及其在缺血缺氧损伤中的精确的分子调控机制尚不明确，还需进一步的研究。

3 SPK保护缺血相关疾病的信号通路

3.1 SPK/S1P-RAS/ERK信号通路

SPK/S1P通路作为细胞重要的信号通路之一，参与细胞的多种病理生理代谢过程，如血管新生、细胞迁移及增殖、心血管疾病的发展、急性肺损伤、肿瘤以及炎症等[18]。有报道指出，S1P作为配体结合于溶血磷脂受体后可激活RAS和细胞外调节蛋白激酶(ERK)信号通路，参与调控血管的形成。ERK1/2的激活对VEGF促进内皮细胞的增殖至关重要。研究发现，应用药物或siRNA抑制SPK1的表达可阻断VEGF-ERK1/2通路[7]，而干扰SPK2表达对ERK1/2通路几乎没有影响。此外，RAS通路还可参与激活SPK1-VEGF-ERK1/2通路。用VEGF预处理人脐静脉内皮细胞后，细胞内RAS-GTP水平增高；反之，SPK1抑制剂可显著降低细胞内RAS-GTP水平。

3.2 SPK1/SIP-SIRT1通路

Sirtuin 1 (Sirt1)是辅酶Ⅰ+依赖性去乙酰化蛋白酶，通过修饰转录因子、信号分子、酶和组蛋白等参与调控机体的多种生物学功能[19-20]。研究表明，SIRT1参与血管生成并与维持血管内皮细胞的稳定密切相关。通常，血管形成时伴有SIRT1的高表达[21-22]。动物实验表明，间充质干细胞SIRT1表达升高可明显增加心肌梗死区血管密度，提高心肌细胞存活率，其机制可能与血管内皮细胞内存在的SPK1/SIP-SIRT1通路相关[23-24]。研究发现，抑制SPK1/SIP表达可引起SIRT1表达和人脐静脉内皮细胞增殖及迁移能力的下降。目前，关于SPK1/SIP-SIRT1信号通路的具体调控机制还需进一步的研究，但该信号通路的提出为血管相关疾病的治疗提供了新思路。

4 总结

综上所述，SPK在血管新生及缺血损伤等疾病中具有重要作用，与临床多种血管疾病的发生发展密切相关，为临床血管疾病的潜在治疗靶点。SPK参与机体的多种病理生理反应，具有广泛的生物学效应，多种细胞因子及生长因子均可诱导激活其活性。SPK可通过VEGF、RAS/ERK和SPK1/SIP-SIRT1等多条信号通路调控血管的舒缩、新生以及修复等过程，从而避免血管内皮细胞的应激损伤，维持血管的正常生理功能。临床研究表明，机体内SPK及S1P的水平还与癌症的分级及患者的存活率密切相关，是潜在的肿瘤及心血管疾病的生物标志物[25-26]。目前，关于SPK在血管疾病中精确的分子调控机制尚不十分清楚，需要进一步的研究及验证，但SPK在血管疾病中发挥的重要保护作用，为未来血管疾病的治疗提供了新方向。

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