SphK1参与肿瘤发展相关分子机制

2022-11-25王玉迪陈翰林王雅宁邴爱英杨笃晓山东第一医科大学基础医学院山东济南507山东大学基础医学院山东济南500

吉林医学 2022年5期

王玉迪，王震，陈翰林，王雅宁，邴爱英，杨笃晓 (.山东第一医科大学基础医学院，山东济南 507；.山东大学基础医学院，山东济南 500)

生物体内鞘氨醇激酶(SphK)能够催化鞘氨醇(Sph)转化为1-磷酸鞘氨醇(S1P)，S1P介导的多条信号通路参与了肿瘤的发生发展，包括肿瘤细胞抗凋亡，缺氧耐受，转录调控异常，血管生成以及侵袭与转移等。鞘氨醇激酶1(SphK1)作为S1P合成的限速酶，它的高表达不仅能刺激肿瘤细胞的恶性增殖，而且还可以促进肿瘤细胞的恶性转化，因此本文就SphK1通过介导S1P合成与肿瘤细胞恶性转化的相关性及其中的分子机制做一综述，为临床肿瘤的靶向治疗提供新方向。

鞘氨醇激酶(SphK)属于神经酰胺激酶家族，目前已鉴定出SphK的两种同工酶，SphK1(SphK1)与SphK2(SphK2)，SphK1基因位于17号染色体，而SphK2基因位于19号染色体[1]。SphK1在进化上高度保守，有五个保守结构域(C1-C5)，其中C1-C3包含甘油二酯(DAG)激酶催化结构域，而C4是SphK1特有结构[2]。SphK1在肝、肾、肺、心脏、脾脏、脑和骨骼肌中广泛表达，主要存在于细胞质中[3]，但在细胞刺激下可以转移到质膜上。

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是质膜鞘磷脂在鞘氨醇激酶作用下产生，S1P既可以作为细胞内信号传导的第二信使分子，也可以分泌至细胞外，胞内S1P水平的升高上调了细胞内钙的浓度[4]，通过肌醇三磷酸非依赖性途径发挥作用；在细胞核中，S1P通过与组蛋白脱乙酰基酶(HDAC1和HDAC2)结合并抑制调节包括细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21在内的几种基因的转录[5-6]。在线粒体中，S1P与PHB2的相互作用对于细胞色素氧化酶的组装和线粒体呼吸起着重要作用[7]，通过细胞表面的受体发挥生物学效应[8]。S1P受体为G蛋白耦联受体命名为S1PR1-S1PR5，这些受体在不同的细胞类型中表现出不同的表达丰度[9]。细胞外S1P通过与受体结合而发挥作用[10]，S1PR的表达模式在组织之间有所不同，S1PR1-S1PR3表达较为广泛，S1PR4和S1PR5表达仅限于特定的细胞类型[11]。S1PR1与Gi蛋白耦联，可激活Ras，丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，磷酸肌醇3激酶(PI3K)，蛋白激酶B(AKT)和磷脂酶C(PLC)等信号途径。S1PR2和S1PR3可分别与Gi，Gq和G12/13耦联，激活Ras，MAPK，PI3K，AKT，PLC和Rho依赖性途径[12]。S1PR4通过与Gi和G12/13耦联，介导Rho依赖性途径影响细胞形状变化和运动[13]。而S1PR5似乎能够激活G12/13蛋白和随后的Rho/ROCK信号传导途径和通过与Gi耦联可抑制腺苷酸环化酶(AC)[14]。这些研究强烈表明，S1P可以通过激活不同细胞类型以及同一细胞内的不同信号转导途径来介导多种功能。值得注意的是，有人提出只有SphK1生成的S1P才能激活S1PR 。

1 SphK1的癌基因特性与肿瘤的关系

细胞膜鞘磷脂衍生物在调节细胞增殖和凋亡的动态平衡中起着极为关键的作用。SphK1高表达不仅能刺激细胞生长，而且可以导致细胞恶性转化，故SphK1本身也具有癌基因的特性。

1.1SphK1与胃癌:最近在对临床病例资料的研究中发现，SphK1的表达水平与临床分期和TNM肿瘤分期相关，SphK1过高表达者总体生存时间短，低表达者反之[15]，溶血磷脂酸(LPA)和内皮生长因子受体在胃癌细胞侵袭和迁移中参与介导SphK1表达的上调。在胃癌 MKN1 细胞中,LPA显著提高 SphK1 的 mRNA水平和蛋白水平，下调 SphK1的表达可以减弱 LPA刺激 MKN1 细胞的迁移和侵袭[16]，因此SphK1有望成为胃癌的独立预测因子和治疗靶标。此外SphK1可以诱导腹膜间皮细胞自噬，增强胃癌的腹膜扩散[17]，细胞因子TGF-β1 诱导人腹膜间皮细胞(HPMC) 中的自噬并通过SphK1促进胃癌腹膜播散(GCPD)。SphK1 的过表达诱导HPMC纤维化，而自噬的抑制减弱了HPMC的纤维化。SphK1 介导的自噬可能是HPMC纤维化的调节剂。这为GCPD 的机制提供了新的数据，并将 SPHK1 确立为控制GCPD的新靶点。

1.2SphK1与结肠癌:在对24例人大肠腺癌样本进行分析时，发现SphK1 mRNA，S1P及其受体的表达水平在正常大肠组织、大肠腺瘤组、无远处转移的大肠腺癌组、远处转移的大肠腺癌组呈依次递增趋势，表明由SphK1介导的S1P的合成通过受体S1PR偶联的信号通路可以促进结肠癌的恶性发展及肿瘤细胞转移。敲除小鼠SphK1 基因后，小鼠的结肠腺癌瘤体明显减小，但是其发生率并未发生明显变化[18]，说明SphK1对腺瘤的生长及其向腺癌的转化是十分重要的因素。此外还有研究表明SphK1/p-ERK通路的激活促进结肠癌HT-29细胞的自噬，SphK1通过增加ERK磷酸化促进SphK1(+)-HT-29中自噬相关标志物LC3、ATG5和ULK1的表达水平增加[19]。这些为SphK1 抑制剂或其他细胞自噬抑制剂作为直肠癌或其他上皮肿瘤类型患者治疗提供了理论依据。

1.3SphK1与血液系统疾病:在原发性急性髓细胞白血病(AML)患者的母细胞中发现SphK1表达增加和组成性激活，SphK1靶向作用诱导AML细胞系、原发性AML患者的母细胞和分离的AML患者白血病祖细胞/干细胞的caspase依赖性细胞死亡。此外，使用SphK1抑制剂治疗原位AML患者来源的异种移植物可减少肿瘤负担和延长总生存期。SphK1的抑制与S1PR2的存活信号减少有关，可导致促存活蛋白MCL1的选择性下调，BH3模拟物与 SphK11抑制或S1PR2拮抗组合可触发AML细胞协同死亡。这些结果支持了 SphK11是AML治疗靶点的观点[20]。SphK1抑制剂SKI-Ⅱ可以抑制AML细胞中SphK1的激活，同时增加了鞘氨醇-1磷酸前体神经酰胺的水平，SKI-Ⅱ抑制AML细胞的效率高于两种已知的SphK1抑制剂SK1-I和FTY720，提示SKI-Ⅱ很有可能作为一种抗AML药物进一步研究[21]。

在另一研究中，因Akt信号通路在急性髓系白血病(AML)的发生发展中起着关键作用，研究者评估了一种新型Akt激酶抑制剂a-674563的潜在抗AML活性，a-674563降低AML细胞鞘氨醇激酶1(SphK1)活性，以耗尽S1P并促进促凋亡神经酰胺的产生，但a-674563对SphK1信号的这种作用似乎并不依赖于Akt的阻断。

1.4SphK1与胶质瘤:目前针对胶质瘤的治疗策略通常只能延缓局部进展，而与治疗耐药性相关的复发在很大程度上导致了该病的高死亡率，恶性胶质瘤具有典型的浸润性。Bim是Bcl-2家族的成员，是一种促凋亡蛋白，Bim的表达在胶质瘤细胞中似乎受SphK1的调控[22]，Bim蛋白的调控归因于转录和翻译后的机制[23]，目前研究确定FOXO3a是SphK1下调Bim的相关因素：在胶质瘤细胞中，过表达SphK1导致FOXO3a磷酸化，下调SphK1导致FOXO3a去磷酸化[24]；SphK1抑制剂抑制FOXO3a磷酸化，提高促凋亡蛋白Bim水平；胶质瘤细胞中FOXO3a的转录活性受SphK1蛋白水平调控。

使用特异性SphK1抑制剂(SK1-I)可以抑制胶质瘤细胞株U373、LN229和GBM6的生长、迁移和侵袭[25]。在LN229异种移植瘤中，SK1-I降低血管形成和肿瘤生长速率，提高LN229肿瘤小鼠的存活率。然而即使在没有功能性S1P受体的细胞中，过表达SphK1也能促进细胞存活和生长[26-27]，这很可能是通过S1P直接介导的胞内效应，而不通过G蛋白偶联受体进行信号传播。肿瘤中存在的细胞因子和炎性细胞通过细胞内信号级联调控转录网络枢纽，这些转录网络是恶性细胞生存和快速生长所必需的。因此，在几个解除调控的信号通路的交叉点起作用的抑制转录因子应该有望产生抗癌药物[28-30]。

1.5SphK1与乳腺癌:乳腺癌是发生在乳腺上皮组织的恶性肿瘤，是全球女性死亡的主要原因之一，通过生物信息学手段分析在三阴性乳腺癌(TNBC)患者中，筛选出SphK1作为TNBC最佳治疗靶点[31]，SphK1通过转录促进转移通过 NFκB[14]激活上调转移促进基因 FSCN1 的表达，SphK1/NFκB/FSCN1 信号通路的激活与TNBC患者肿瘤远处转移和较差的临床结果息息相关，使用靶向SphK1和 NFκB临床适用的抑制剂(safingol和bortezomib)显著抑制TNBC小鼠模型中侵袭性乳腺肿瘤生长和自发性肺转移，这些发现突出了SphK1及其下游靶标 NFκB 作为TNBC 有希望的治疗靶点[24]。乳腺癌的发生经历了从乳腺导管上皮增生到不典型增生，再到原位癌，最后到浸润癌的一系列恶性转化过程[32]。在乳腺癌的转移过程中存在上皮间质转化(EMT) 过程，癌细胞逐渐失去正常上皮细胞的特性，细胞间黏附减弱，逐渐获得间充质细胞有利于转移的特性[33]，从而使癌细胞能够离开上皮肿瘤的原发部位，在别处形成新的肿瘤病灶，EMT是乳腺癌转移的关键[34]，SphK1增加会诱导EMT相关蛋白(E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白和波形蛋白)，并加速乳腺癌细胞的迁移和侵袭[35]，这为乳腺癌的靶向治疗提供了新方向。本次研究经过本院医学伦理委员会同意。