溶血磷脂酸受体1与器官纤维化关系的研究进展

陈荷丹 林晓庆 薛纪极 朱坚胜

溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid,LPA）是一种小分子甘油磷酸，分子量在430～480 D[1]。它广泛存在于人体内，可与多种已知的G蛋白偶联受体结合，从而发挥广泛生物学功能，如促进细胞生长、分化、迁移、存活以及细胞骨架形态改变等[2]。研究表明，LPA及其受体与诸多疾病有关，如纤维化、肿瘤、神经系统紊乱、骨代谢异常等[3]。LPA主要由自分泌运动因子水解溶血磷脂（主要为溶血磷脂酰胆碱）生成[4]。研究表明，LPA与器官纤维化密切相关，主要通过溶血磷脂酸受体（lysophosphatidic acid receptor,LPAR）1介导[5]，目前自分泌运动因子/LPA通路已成为纤维化的研究热点[6]。血清中自分泌运动因子活性和LPA水平与肝纤维化的严重程度有关，且有成为肝纤维化生物学标志物的潜质[7]。但LPA检测对组织样本的要求较高，检测全程需要严格控制温度，否则样本中LPA水平会在准备过程中迅速升高[7]。目前已发现6种LPAR，即LPAR1～LPAR6[8]，其中LPAR1的功能是近年来研究的热点。临床研究证实，LPAR拮抗剂对特发性肺纤维化具有治疗作用[8]；还发现LPAR1拮抗剂BMS-986020可有效改善特发性肺纤维化患者的肺功能[9]。因此，本文从LPAR1结构和生物学功能以及其与肾、肺、肝等器官纤维化关系的研究进展作一综述。

1 LPAR1结构和生物学功能

LPAR1是最早被发现的LPAR亚型[10]，广泛存在于人体各个组织，在脑、肺、小肠、肾、胎盘等组织中表达较高，而在其他器官相对较低[11]。在小鼠中，LPAR1基因编码5个外显子，内含子为LPAR1～LPAR3所共有，LPAR1与LPAR2、LPAR3中50%～60%的氨基酸序列具有同一性[12]。哺乳动物LPAR1基因编码约41 kD的蛋白质，由364个氨基酸组成，和其他LPAR（LPAR2～LPAR6）一样具有7个跨膜结构域，其中跨膜Ⅲ区、Ⅴ区和Ⅶ区是LPA结合的关键区域[2]。LPAR1在细胞膜两侧分别形成3个细胞内环（intracellular loop,ICL）和 3个细胞外环（extracellular loop,ECL），其中ICL2与细胞内信号的激活有关，而ICL1负责介导细胞器正确处理受体并确保其在细胞表面表达，ICL3是LPAR1信号转导和衰减的关键区域[13]。LPAR1可以偶联 Gαi/o、Gαq/11和 Gα12/13等 3 种不同 G 蛋白亚单位，通过Gα12/13激活Rho途径蛋白来调节细胞骨架重塑、细胞迁移和侵袭[14]，而Gαq/11蛋白主要激活磷酸肌醇信号通路来调节Ca2+稳态[15]。Gαi/o亚单位介导磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）的激活，通过下游mTOR通路可导致蛋白质翻译增加。PI3K也可以介导Rac的活性和JNK信号调节，前者负责细胞迁移，后者可上调促炎基因表达[16-17]。通过不同G蛋白，LPAR1可启动一系列细胞反应，包括细胞增殖、迁移以及细胞骨架变化[17-18]，参与器官纤维化、心肌缺血、动脉硬化、癌症、神经病变、肥胖等多种疾病的发生、发展[19-20]。

2 LPAR1与器官纤维化的关系

纤维化是机体常见的损伤-修复过程，当损伤持续存在时，慢性炎症和反复的损伤-修复过程会导致细胞外基质（胶原蛋白、蛋白聚糖、纤连蛋白、透明质酸等）过度累积，导致纤维化形成，最终导致器官衰竭[21]。然而，目前只有吡非尼酮和尼达尼布获批用于特发性肺纤维化治疗，尚无特异性治疗肾、肝纤维化的药物上市[22]。近年来研究表明，LPAR1在器官纤维化的发生、发展中起重要作用，LPA可通过LPAR1介导上皮细胞凋亡、内皮细胞屏障功能丧失以及成纤维细胞迁移等过程，从而促进多种器官纤维化，因此LPAR1具有成为治疗器官纤维化新靶点的潜力[23]。

2.1 LPAR1与肾纤维化 肾纤维化是慢性肾脏疾病发展为终末期肾脏病的主要过程，包括肾小球硬化、肾小管间质纤维化和肾血管系统的变化，其特征是肾小球和肾间质细胞外基质的过度累积[24-25]。LPA-LPAR1轴在肾纤维化的发病机制中起重要作用。在输尿管梗阻诱导的肾纤维化小鼠模型中，肾脏中LPAR1表达上调，LPAR3表达下调，而LPAR2、LPAR4表达无明显变化[26-27]。在肾毒性血清诱导的小鼠肾纤维化模型中，肾脏中LPAR1表达较正常组增加6倍[26]，而其他LPAR无明显变化。Chanda等[28]研究表明，LPAR1信号有助于近端肾小管上皮细胞分泌促纤维化细胞因子，在再生的肾小管上皮细胞中，LPAR1表达明显增加，且通过Gαi/o和EGFR-ERK1/2-AP1通路触发下游信号，增加血小板源性生长因子、结缔组织生长因子的表达。在慢性肾病患者中，尿LPA水平明显升高，而血浆LPA水平变化不明显或降低，这表明LPA与LPAR1的局部表达水平可能对慢性肾病的发生、发展具有重要作用[29-31]。

多项研究发现，下调LPAR1或使用LPAR1拮抗剂可减轻肾纤维化。基因敲除LPAR1的小鼠经输尿管梗阻诱导后，其肾纤维化程度明显减轻[27]。有学者提出，敲除LPAR1基因可以减少肾脏巨噬细胞浸润，从而减轻间质纤维化[26，32]。构建肾纤维化模型前使用非特异性LPAR拮抗剂Ki16425也可减轻小鼠肾纤维化[27]，而LPAR1选择性拮抗剂AM095也有类似的抗纤维化效果[33]。相关机制研究发现，LPAR1通过Gα12/13介导激活Rho/ROCK信号通路，从而诱导近端肾小管产生促纤维化细胞因子表达，包括结缔组织生长因子、转化生长因子-β等[32]。在糖尿病肾病小鼠模型中，LPA合成和LPAR1表达均明显增加，LPA/LPAR1信号通过激活糖原合酶激酶-3β和甾醇调节元件结合蛋白途径诱导转化生长因子-β生成增加，从而促进小鼠肾小球损伤；而使用LPAR1/3拮抗剂可减少转化生长因子-β的产生，从而改善肾纤维化和肾损害，提示LPAR1可能作为糖尿病肾病潜在的治疗靶点[34]。

2.2 LPAR1与肺纤维化 在肺纤维化过程中，成纤维细胞在趋化作用下迁移至富含纤维蛋白的渗出液中，而抑制成纤维细胞迁移可减轻肺纤维化进展[35]。研究表明，LPA是博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中成纤维细胞趋化活性的介质，LPA通过LPAR1介导肺成纤维细胞迁移[5]。此外，特发性肺纤维化患者的肺泡灌洗液LPA水平升高，且成纤维细胞趋化活性依赖于成纤维细胞表面的LPAR1，表明LPAR1是肺纤维化的重要环节[5]。

多项研究表明，下调LPAR1表达或使用LPAR1拮抗剂可减轻肺纤维化。使用博来霉素攻击LPAR1基因缺陷小鼠，肺组织中成纤维细胞募集和血管渗漏均明显减少，胶原蛋白水平呈下降趋势，这证实LPAR1基因缺陷小鼠对博来霉素诱导的肺纤维化明显减轻[5]。口服LPAR1受体拮抗剂AM966可减少小鼠博来霉素诱导的肺损伤、血管渗漏、炎症和纤维化[36]。Tang等[37]研究表明，LPAR1受体除了对局部成纤维细胞有刺激作用外，还可以诱导骨髓间充质干细胞分化以及介导骨髓间充质干细胞在肺组织中分泌细胞外基质，使用LPAR1拮抗剂Anta LPAR1可减弱博来霉素诱导的骨髓间充质干细胞转分化以及细胞外基质的分泌，从而减轻肺纤维化。

在临床上，肺纤维化是肺癌放疗的常见并发症。Gan等[38]研究表明，使用VPC12249抑制LPAR1/3信号通路，可以减弱辐射引起的肺纤维化发展；同时使用VPC12249的小鼠转化生长因子-β1、结缔组织生长因子表达均明显下调，有利于改善小鼠肺结构并延长生存期。Cao等[39]用LPAR1拮抗剂AM095饲养同种异体肺移植小鼠，发现给药小鼠的肺纤维化程度较对照组轻；Masson染色可见支气管及血管周围胶原蛋白表达减少，且随着AM095治疗时间的延长，抗纤维化效果越明显。在LPAR1拮抗剂BMS-986020的Ⅱ期随机双盲对照试验中，服用BMS-986020的特发性肺纤维化患者肺活量降低更缓慢，纤维化或炎症的生物标志物水平也较对照组低，提示靶向LPAR1抑制纤维化的应用潜力[9]。Natarajan小组最近一项研究表明，LPAR2缺乏也可保护小鼠免受博莱霉素诱导的肺损伤和纤维化[40]。该研究在培养的人肺成纤维细胞中敲低LPAR2而不是LPAR1，同样能降低转化生长因子-β1、α平滑肌肌动蛋白、细胞外基质蛋白表达，提示LPAR1、LPAR2可能通过不同的信号通路在肺纤维化发病机制中发挥协同作用。

2.3 LPAR1与肝纤维化 肝纤维化的病理机制包括肝细胞氧化应激和炎症反应、肝星状细胞活化与增殖、细胞外基质过度沉积等，目前普遍认为肝星状细胞活化是引起肝纤维化的关键环节[41]。LPAR1与肝纤维化密切相关。研究发现，在活化的肝星状细胞中LPAR1呈高表达[42]，且LPAR1拮抗作用被证明可减轻肝纤维化[43-44]。在四氯化碳诱导的小鼠肝纤维化或丙型肝炎病毒诱导的人类肝纤维化过程中，血浆LPA水平呈升高趋势[45-46]。在硫代乙酰胺诱导的肝纤维化大鼠中，肝脏LPAR1表达较对照组明显增加，同时发现LPAR1表达与血清ALT、AST、TBil水平呈正相关，与肝纤维化及炎症坏死程度也呈正相关，LPAR1 mRNA和蛋白表达水平与转化生长因子-β1、结缔组织生长因子、α平滑肌肌动蛋白mRNA表达水平均呈正相关[47]。

抑制LPAR1可有效减轻肝纤维化。有研究对肝纤维化/肝硬化患者肝组织的全基因转录组谱进行调控基因网络建模，结果发现LPAR1是肝细胞肝癌高度相关的上游调节基因之一，在二乙基亚硝胺诱导的肝纤维化和肝细胞肝癌大鼠模型中，使用LPAR1拮抗剂AM095可减轻肝纤维化，同时减少肝细胞肝癌的发生，提示LPAR1可能是肝纤维化和肝癌发生过程的关键物质[42]。Bollong等[43]通过单细胞RNA测序揭示了肝星状细胞在肝小叶中的空间和功能分区，肝纤维化小鼠肝组织肝星状细胞被分成门静脉相关肝星状细胞和中央静脉相关肝星状细胞两个区域，发现肝纤维组织的胶原主要来源于中央静脉相关肝星状细胞，而使用LPAR1阻断剂可以明显抑制静脉相关肝星状细胞产生胶原，因此将LPAR1确定为静脉相关肝星状细胞的治疗靶点。

3 小结

LPAR1在肾、肺、肝等器官纤维化过程中起重要作用，LPAR1表达与纤维化标志物呈正相关。将LPAR1基因敲除或使用LPAR1拮抗剂后，组织纤维化程度会相应减轻，提示LPAR1在器官纤维化的治疗中具有潜在的应用价值。目前，LPAR1拮抗剂BMS-986020已进入Ⅱ期临床试验，期待进一步靶向LPAR1的研究为器官纤维化治疗带来新的希望。