劉 璞綜述，高 飛審校

腦卒中(Stroke)是全球第二大死亡原因和第三大致殘原因[1]，嚴(yán)重危害人類生命健康和生活質(zhì)量。其中，急性缺血性腦卒中(Acute ischemic stroke，AIS)亦稱急性腦梗死(Acute cerebral infarction，ACI)，是最常見的卒中類型，占我國腦卒中的69.6%～70.8%[2]。AIS是指局部腦組織由于急性血液循環(huán)障礙，出現(xiàn)缺血、缺氧、壞死，引發(fā)局灶性或彌漫性神經(jīng)功能缺損的疾病，其腦組織損傷的病理生理學(xué)過程較為復(fù)雜，包括能量衰竭、興奮性毒性、氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥等一系列細胞和分子事件，而神經(jīng)炎癥的特征又包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫細胞的浸潤、神經(jīng)膠質(zhì)細胞(如小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞)的激活以及多種神經(jīng)毒性分子(包括促炎細胞因子)的產(chǎn)生，所有這些都會進一步引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)皮功能障礙、血腦屏障破壞、神經(jīng)細胞凋亡，從而造成神經(jīng)功能缺損[3]。

1-磷酸鞘氨醇(Sphingosine 1-phosphase，S1P)是細胞膜鞘磷脂的代謝產(chǎn)物，在介導(dǎo)細胞遷移、增殖、存活和細胞分化等多種生物學(xué)效應(yīng)中起著重要的作用[4]。研究表明小鼠大腦中動脈阻塞(Middle cerebral artery occlussion，MCAO)后3 h，腦組織鞘脂組學(xué)分析提示S1P的表達水平積累，而且S1P是唯一在3 h增加的下游代謝物。鞘磷脂在神經(jīng)細胞中富集，其生物合成和代謝途徑是密切相關(guān)的，它們在缺血損傷后的變化可能導(dǎo)致鞘脂類化合物的一種新的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。因此對于缺血性損傷后鞘脂變化的系統(tǒng)研究有助于闡明其在缺血性腦卒中病理生理學(xué)中的作用[5]。本文將對S1P及其主要相關(guān)代謝酶與急性缺血性腦血管病的病理生理學(xué)機制的相關(guān)性進行歸納，為未來S1P代謝在急性缺血性腦血管病的預(yù)防、治療等方面提供理論支持。

1 S1P代謝

S1P是一種來源于細胞膜的生物活性鞘脂，在淋巴細胞轉(zhuǎn)運、膠質(zhì)細胞活化、血管收縮、內(nèi)皮屏障功能調(diào)節(jié)和神經(jīng)元死亡途徑中發(fā)揮關(guān)鍵作用[6]。鞘氨醇(Sphingosine，Sph)是合成S1P的前體底物，由神經(jīng)酰胺(Ceramide，Cer)在質(zhì)膜、糖磷脂和鞘磷脂的連續(xù)降解過程中水解得到[4]。而S1P的合成是由Sph在限速酶鞘氨醇激酶(Sphingosine Kinase，SphK)的作用下磷酸化而來，SphKs有兩種底物異構(gòu)體，鞘氨醇激酶1(Sphingosine Kinase1，SphK1)和鞘氨醇激酶2(Sphingosine Kinase2，SphK2)。SphK1主要定位于細胞質(zhì)并轉(zhuǎn)移到細胞膜進行激活，而SphK2主要定位于細胞核。在亞細胞結(jié)構(gòu)中，S1P的合成主要是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中啟動，而后續(xù)復(fù)雜的代謝步驟主要發(fā)生于高爾基體中，另外還有溶酶體、細胞核和線粒體的參與[7]。S1P的分解代謝有兩條途徑：①其中一種途徑是S1P被定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種特異性磷酸酶(S1P-specific phosphatases1 and S1P-specific phosphatases2，SPP1和SPP2)去磷酸化后，通過神經(jīng)酰胺合成并回收S1P的鞘氨苷部分；②另一種途徑是S1P被1-磷酸鞘氨醇裂解酶(Sphingosine-1-phosphate lyase，SPL)不可逆地降解為磷酸乙醇胺和順-11-十六碳醛，然后被結(jié)合到甘油酯中。另外，細胞內(nèi)的少量S1P被釋放到細胞外環(huán)境，這一過程在紅細胞、血小板和內(nèi)皮細胞中是高效的[4，7]。紅細胞中S1P的輸出可能依賴于ABC轉(zhuǎn)運蛋白(ATP-binding cassette transporter)；血小板以刺激依賴的方式釋放S1P，凝血酶、膠原蛋白、ADP、Ca2+等均可誘導(dǎo)S1P的釋放；而在血管內(nèi)皮細胞中，細胞內(nèi)的S1P通過其特異性轉(zhuǎn)運蛋白Spns2輸出(見圖1)[8]。

圖1 1-磷酸鞘氨醇代謝示意圖

2 S1P代謝與急性缺血性腦血管病

2.1 S1P與急性缺血性腦血管 血漿中的S1P濃度約為0.9μmol/L，大部分與高密度脂蛋白(約60%)和白蛋白(約35%)結(jié)合，少數(shù)與其他脂蛋白結(jié)合(主要包括低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白)[6]。腦組織中的S1P由星形膠質(zhì)細胞或小腦顆粒細胞分泌，因此S1P可能在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中以自分泌和/或旁分泌的方式發(fā)揮作用[9]。在缺血性腦損傷后，S1P的濃度隨時間動態(tài)變化。在小鼠MCAO后3 h，腦組織S1P顯著升高，在24 h水平略有下降，而S1P的前體鞘氨醇水平下降。因此，鞘氨醇可能被用于S1P的合成[5]。S1P通過減輕缺血應(yīng)激下神經(jīng)母細胞瘤細胞線粒體功能障礙和細胞死亡而增強細胞活力，有可能是通過S1P誘導(dǎo)PKC-ε的線粒體移位，減輕線粒體鈣超載、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放、線粒體內(nèi)膜電位去極化和腫脹，從而在腦缺血期間提供神經(jīng)保護[10]。在缺血再灌注(Ischemic-reperfusion，IR)條件下，S1P在腦毛細血管屏障完整性中起著至關(guān)重要的作用。IR增強S1P的產(chǎn)生，通過影響緊密連接(Tight junctions，TJs)蛋白的表達增加血管通透性，抑制S1P進入細胞外可改善IR引起的血腦屏障(Blood-brain barrier，BBB)功能障礙[11]。此外，S1P還能有效地調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞對損傷的反應(yīng)以及免疫功能。例如，S1P通過作用于S1PR1激活Gi-PI3K-Akt-eNOS通路維持內(nèi)皮細胞的完整性、抑制內(nèi)皮炎癥；相反，S1P作用于S1PR2激活核轉(zhuǎn)錄因子(Nuclear factor kappa-B，NF-κB)和應(yīng)激激活蛋白激酶p38途徑，誘導(dǎo)內(nèi)皮通透性和炎癥[12，13]。S1P通過其相應(yīng)的受體有效地調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮的通透性，而內(nèi)皮通透性改變是炎癥和內(nèi)皮損傷反應(yīng)中的關(guān)鍵事件。鑒于S1P在調(diào)節(jié)內(nèi)皮完整性和內(nèi)皮炎癥中的重要作用，微血管功能障礙是缺血性腦卒中后重要的一種病理生理狀態(tài)，以S1PR為靶點可能成為急性缺血性腦梗死血管保護的新療法[12]。我國已經(jīng)進行了兩項針對缺血性腦卒中患者的臨床試驗，結(jié)果表明單獨或聯(lián)合組織纖溶酶原激活物(Tissue plasminogen activator，tPA)使用FTY720(S1P受體激動劑)可降低微血管內(nèi)皮細胞通透性或保護血腦屏障的內(nèi)皮完整性，從而保護腦血管并改善缺血性腦卒中預(yù)后[14，15]。此外，F(xiàn)TY720還通過阻止淋巴細胞的增殖、激活星形膠質(zhì)細胞、調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞屏障、抑制自噬等多種機制改善腦損傷，是缺血性腦卒中治療的有力候選藥物[16]。研究證實，apoM作為高密度脂蛋白中S1P的載體，介導(dǎo)了HDL-S1P對內(nèi)皮細胞的保護作用。載脂蛋白apoM和高密度脂蛋白結(jié)合的S1P是高密度脂蛋白血管保護作用的主要因素，與apoM結(jié)合的S1P為S1PR1提供了一種強直刺激，這對于血管屏障功能至關(guān)重要的內(nèi)皮細胞粘附連接的形成很重要，從而起到血管保護作用[17]。綜上所述，S1P主要通過影響神經(jīng)細胞線粒體功能障礙減少細胞凋亡、調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞通透性保護血腦屏障、抑制內(nèi)皮炎癥，從而在急性缺血性腦血管病腦缺血期間提供神經(jīng)保護。

2.2 SphK與急性缺血性腦血管病

2.2.1 SphK 鞘氨醇激酶(Sphingosine Kinase，SphK)將鞘氨醇轉(zhuǎn)化為1-磷酸鞘氨醇(Sphingosine 1-phosphase，S1P)，是內(nèi)源性生成S1P過程中的限速酶。目前已經(jīng)克隆和鑒定了兩種SphK亞型(SphK1和SphK2)，這兩種酶的編碼基因分別定位于17號染色體和19號染色體上，以往的研究表明，這兩種激酶具有重疊的重要功能，單獨敲除SphK1或SphK2的小鼠模型發(fā)育正常，但這兩種亞型基因的同時缺失由于血管發(fā)生改變和嚴(yán)重出血將導(dǎo)致胎鼠死亡[6，18]。盡管這兩種亞型催化同一生化反應(yīng)，卻表現(xiàn)出不同的亞細胞定位、組織分布和生理功能，SphK1主要存在于細胞質(zhì)中，且在肺、脾、腎、心臟、腎近端小管和心肌細胞中含量豐富，具有促生存功能；而SphK2主要定位于細胞膜(包括線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細胞核的細胞膜)，且主要分布于大腦，具有抑制生長、促凋亡功能[6，16]。研究發(fā)現(xiàn)，以生長因子和存活因子為主的一些生物刺激可激活SphK，從而增加細胞內(nèi)的S1P濃度，這些刺激包括血小板源性生長因子、神經(jīng)生長因子、維生素D3、表皮生長因子、TNF-a交聯(lián)的免疫球蛋白受體、乙酰膽堿以及G蛋白偶聯(lián)受體的配體。然而，這些不同刺激的效果取決于表達各自受體的細胞類型，這可能不僅反映了主要的信號通路，還反映了每個細胞中存在的鞘氨激酶亞型[19]。S1P產(chǎn)生的細胞位置決定了SphK1和SphK2這兩種緊密相關(guān)的酶如何利用相同的底物產(chǎn)生相同的產(chǎn)物，從而對細胞生存產(chǎn)生相反的影響，并在調(diào)節(jié)神經(jīng)磷脂代謝水平方面發(fā)揮相反的作用[9]。

2.2.2 SphK1與急性缺血性腦血管病 激活小膠質(zhì)細胞中的SphK1對于腦缺血再灌注(Cerebral ischemia-reperfusion，CIR)損傷的神經(jīng)炎癥具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)在小鼠MCAO模型中，1 h后的CIR導(dǎo)致明顯的梗死損傷。與非缺血、對側(cè)皮質(zhì)或假手術(shù)小鼠皮質(zhì)的SphK1 mRNA相比，1 h后的MCAO再灌注半暗帶皮質(zhì)的SphK1 mRNA顯著增加，并在再灌注6 h開始增加，并持續(xù)至再灌注后96 h。有趣的是，1 h后MCAO再灌注皮質(zhì)半暗區(qū)SphK2的mRNA水平并沒有改變。免疫組化結(jié)果顯示，SphK1在小鼠MCAO再灌注24 h后的表達，主要與小膠質(zhì)細胞標(biāo)記物和皮質(zhì)半暗帶神經(jīng)元標(biāo)記物共定位，提示小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元是腦缺血后SphK1誘導(dǎo)的主要細胞來源[20]。Manhua等[21]研究發(fā)現(xiàn)SphK1在CIR損傷的小膠質(zhì)細胞中表達增高，并通過調(diào)節(jié)激活的小膠質(zhì)細胞中IL-17A的表達，誘導(dǎo)CIR過程中神經(jīng)元的凋亡。而抑制SphK1的表達和敲除SphK1基因可以抑制小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的缺血狀態(tài)下的神經(jīng)炎癥從而減輕CIR[20]。另一項研究表明過氧化氫誘導(dǎo)的CIR損傷后SphK1的轉(zhuǎn)錄和表達水平升高。增加的SphK1通過激活NF-κB信號通路，促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激并誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，而過度內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)進一步觸發(fā)神經(jīng)元死亡，從而加重CIR損傷。相反地，SphK1的缺乏減輕CIR損傷的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[22]。也有研究表明在MCAO后再灌注24 h，SphK1在梗死區(qū)皮質(zhì)的表達明顯減少，但在梗死區(qū)周圍皮質(zhì)保留，且部分神經(jīng)元共同表達[23]。一般認為，缺血損傷核心的大部分細胞在MCAO后再灌注24 h內(nèi)死亡，MCAO后再灌注24 h SphK1表達的降低可能反映了死亡細胞中細胞蛋白的普遍降解。因此SphK1在皮質(zhì)半暗區(qū)表達的誘導(dǎo)，可能是一個由潛在的可存活的和可逆損傷的組織組成的區(qū)域，被認為是中風(fēng)治療的一個目標(biāo)區(qū)域[20，24]。綜上所述，SphK1主要通過激活小膠質(zhì)細胞誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，從而在急性缺血性腦血管病腦缺血期間介導(dǎo)神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

2.2.3 SphK2與急性缺血性腦血管病 缺氧預(yù)處理(Hypoxic Preconditioning，HPC)可顯著而短暫地提高腦微血管SphK2蛋白的表達和活性，Wacker等研究發(fā)現(xiàn)SphK2調(diào)節(jié)血腦屏障中的連接蛋白，并參與缺氧預(yù)處理誘導(dǎo)的缺血耐受。在小鼠短暫MCAO后，SphK2基因的缺失增加了腦缺血梗死面積，并導(dǎo)致神經(jīng)功能惡化，這表明SphK2參與了腦缺血損傷后的神經(jīng)保護[25]。Pfeilschifter等[26]在小鼠瞬時大腦中動脈閉塞(Transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO)模型的研究中顯示，SphK2基因敲除的小鼠在再灌注24 h后出現(xiàn)的缺血性病變要比野生型小鼠大25%，且同時伴有更嚴(yán)重的神經(jīng)功能缺損。此外，tMCAO后鞘氨醇模擬物FTY720的神經(jīng)保護作用被SphK2基因的缺失所消除，認為SphK2特異性磷酸化的鞘氨醇模擬物FTY720在嚙齒類動物缺血性卒中模型中以依賴Sphk2的方式發(fā)揮保護作用[27]。在異氟醚預(yù)處理(Isoflurane preconditioning，IsoPC)的小鼠中，預(yù)處理小鼠皮質(zhì)SphK2 mRNA和SphK2蛋白水平迅速上調(diào)，且隨時間呈動態(tài)變化。在小鼠MCAO后再灌注24 h，上調(diào)的SphK2表達仍然是對照組的2.2倍，而腦SphK1 mRNA和蛋白水平在IsoPC后不同時間點的表達無變化。相反地，SphK2抑制劑ABC294640預(yù)處理阻斷了IsoPC的保護作用，即阻斷了IsoPC對小鼠腦梗死體積的減少和神經(jīng)功能評分的改善，這可能是由于SphK的抑制抑制了原代神經(jīng)元中異氟醚誘導(dǎo)的缺血耐受，神經(jīng)元SphK2的上調(diào)和激活在腦預(yù)處理中至關(guān)重要，通過減少神經(jīng)元細胞凋亡保護大腦免受缺血性損傷[28]。研究表明預(yù)處理刺激通過SphK2誘導(dǎo)小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元自噬，而自噬反過來又有助于IsoPC和HPC誘導(dǎo)的皮質(zhì)神經(jīng)元的神經(jīng)保護作用[29]，其機制認為是預(yù)處理相關(guān)的SphK2上調(diào)激活自噬，通過其BH3結(jié)構(gòu)域與Bcl-2相互作用，從而將其與Beclin-1解離，保護神經(jīng)元免受缺血性損傷[30]。此外，SphK2在巨噬細胞的自噬體和溶酶體的脂質(zhì)分解代謝中起關(guān)鍵作用，并在動脈粥樣硬化形成中起保護作用。SphK2通過促進自噬脂質(zhì)降解防止巨噬細胞膽固醇積聚和動脈粥樣硬化，而SphK2缺乏引起的鞘脂代謝紊亂會損害巨噬細胞的自噬體-溶酶體功能，導(dǎo)致巨噬細胞中脂質(zhì)的過度積累和動脈粥樣硬化的加重。因此，SphK2可能是治療動脈粥樣硬化的新靶點[31]。綜上所述，SphK2主要通過調(diào)節(jié)血腦屏障中的連接蛋白、減少神經(jīng)元細胞凋亡，從而在急性缺血性腦血管病腦缺血期間提供神經(jīng)保護。

3 結(jié) 語

綜上所述，S1P及SphK與急性缺血性腦血管病的神經(jīng)功能缺損程度密切相關(guān)，近年來，S1P及SphK在神經(jīng)系統(tǒng)疾病，尤其腦血管疾病的發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)正在全世界范圍內(nèi)深入開展，其在細胞學(xué)中的生物學(xué)效應(yīng)已經(jīng)得到了初步證實，主要涉及促進神經(jīng)元細胞增殖、誘導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡、調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞通透性、促進或抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)的作用。因此，通過對S1P代謝與急性缺血性腦血管病病理生理學(xué)機制相關(guān)性的研究，可以為未來急性缺血性腦血管病的治療提供新的方向。