蔣悅庭，倪佳英，郭沈睿，李 菡，莊雨佳，王 鋒，2

1.上海交通大學基礎醫(yī)學院免疫與微生物學系，上海200025；2.上海交通大學醫(yī)學院上海市免疫學研究所，上海200025

硫酸膽固醇（cholesterol sulfate，CS）是人體血漿中一種主要的類固醇硫酸酯，是由膽固醇分子第3位上的氫原子被硫氧基取代后形成的［1］。其廣泛分布于人體，如皮膚、腎上腺、肝臟、肺、腦和子宮內(nèi)膜等［2-4］，可通過尿液、糞便和皮膚途徑排出體外［5］。膽固醇和3-磷酸酰苷-5-磷酸硫酸在胞漿磺基轉(zhuǎn)移酶（sulfotransferase，SULT） 2B1b 的催化下合成CS，而類固醇硫酸酯酶（steroid sulfatase，STS）催化CS 脫硫，以獲得游離態(tài)的類固醇，此循環(huán)可調(diào)節(jié)類固醇含量［6］。SULT 是一類酶的超家族，其中SULT2 主要參與中性類固醇和甾醇的硫酸化［7-8］。SULT2 可分為2 個亞家族SULT2A1 和SULT2B1，其 中SULT2B1 又 由2 個 亞 型SULT2B1a 和SULT2B1b 組成［9］，SULT2B1b選擇性催化膽固醇轉(zhuǎn)化為CS［2］。

CS 參與多種生理過程（如調(diào)控角質(zhì)細胞分化、參與皮膚屏障形成、調(diào)節(jié)T 細胞信號傳遞和腦代謝等），并在某些疾病甚至癌癥的發(fā)生發(fā)展中都發(fā)揮著重要的作用。本文就CS 的生理功能及其在相關(guān)疾病中的作用進行綜述。

1 CS的生理功能

1.1 調(diào)控角質(zhì)細胞分化和參與皮膚屏障形成

角質(zhì)細胞在表皮的基底層增生，經(jīng)歷棘層、顆粒層、透明層，經(jīng)過終末分化、程序性死亡而形成角質(zhì)層，作為第一道免疫保護屏障［10-11］。

1.1.1 促進角化套膜形成 角質(zhì)細胞在角化過程中可產(chǎn)生大量的脂質(zhì)，如膽固醇、CS、磷脂和葡萄糖神經(jīng)酰胺等［12］，這些脂質(zhì)都可以作為信號分子調(diào)節(jié)角質(zhì)層的形成。在角質(zhì)層中，大量的兜甲蛋白（loricrin）、內(nèi)披蛋白（involucrin）和其他結(jié)構(gòu)蛋白互相交聯(lián)形成角化套膜，襯于細胞膜下，使皮膚維持一定的機械強度，也為胞間的脂質(zhì)提供正確結(jié)合點［12］。Feingold等［12］發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)細胞中的脂肪酸和膽固醇可增加SULT2B1b的表達，從而進一步增加CS的含量，促進角化套膜的形成。

1.1.2 促進角質(zhì)細胞分化標志物表達 Feingold 等［12］發(fā)現(xiàn)，CS 能增加角質(zhì)細胞分化標志物如內(nèi)披蛋白、聚絲蛋白 （filaggrin）、 兜 甲 蛋 白 和 轉(zhuǎn) 谷 氨 酰 胺 酶 1（transglutaminase 1，TGM1）的表達，促進角質(zhì)細胞的分化。內(nèi)披蛋白是角質(zhì)細胞早期分化的一種標志［13］。Hanley 等［13］發(fā)現(xiàn)，在CS 存在的條件下，角質(zhì)細胞中內(nèi)披蛋白的mRNA 和蛋白水平增加了2～3 倍；進一步實驗發(fā)現(xiàn)，CS 可調(diào)節(jié)內(nèi)披蛋白的基因轉(zhuǎn)錄，這一過程需要內(nèi)披蛋白基因上完整的激活蛋白-1 （activator protein-1，AP-1）位點，而該位點基因突變會使CS 失去對內(nèi)披蛋白基因轉(zhuǎn)錄的誘導性。CS 可提高Fos 相關(guān)抗原-1（Fosrelated antigen 1，F(xiàn)ra-1）、Fra-2 和JunD 的mRNA 和蛋白水平，這三者屬于與AP-1位點結(jié)合的AP-1蛋白家族。因此，CS 可能通過增加AP-1 蛋白的水平，然后AP-1 蛋白與AP-1 位點結(jié)合來刺激內(nèi)披蛋白基因的表達，從而調(diào)控角質(zhì)細胞分化。

Denning 等［14］在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，基底層原始的角質(zhì)細胞經(jīng)CS 處理后，聚絲蛋白和兜甲蛋白的表達顯著增加，兩者都是與顆粒層相關(guān)的分化標志物，意味著角質(zhì)細胞逐漸進入顆粒層分化階段。這一實驗結(jié)果與CS 在顆粒層中含量最高的現(xiàn)象相一致。

TGM1是一種鈣離子依賴性的酶，在分化末期能催化角化套膜的形成。Kawabe 等［15］證明CS 在人體角質(zhì)細胞中起到了TGM1基因轉(zhuǎn)錄激活因子的作用。此外，Kuroki等［16］證明蛋白激酶Cη（protein kinase Cη，PKCη）也可誘導TGM1 的轉(zhuǎn)錄，提示CS 可通過激活PKC 的途徑進一步增加TGM1的轉(zhuǎn)錄，以促進角質(zhì)細胞的晚期分化。

1.1.3 維持皮膚屏障完整性 角質(zhì)細胞從表皮的顆粒層開始合成聚絲蛋白［17］。聚絲蛋白隨著角質(zhì)細胞遷移過程逐漸被降解為游離氨基酸，在保濕和維持皮膚屏障完整性方面發(fā)揮重要作用［18］。聚絲蛋白原啟動子受到維甲酸相關(guān)孤兒核受體α（retinoid acid-related orphan receptor α，RORα）的調(diào)控，CS 通過增加角質(zhì)細胞中RORα 的表達來促進聚絲蛋白的生成［17］。此外，在角質(zhì)層中，角質(zhì)細胞產(chǎn)生的大量脂質(zhì)（如CS）可以形成層狀膜結(jié)構(gòu)，防止水和電解質(zhì)的過度流失，這是維持皮膚正常滲透性的基礎［12］。

1.2 調(diào)節(jié)T細胞信號傳遞和胸腺選擇

適應性免疫反應需要通過抗原多肽結(jié)合T 細胞受體（T cell receptor，TCR），特異性地激活T 細胞來發(fā)揮作用。研究［19］表明，CS對T細胞的信號傳遞和胸腺選擇有重要生理影響。首先，CS 抑制TCR 的信號傳遞。CS 通過干擾膽固醇與TCRβ 亞基結(jié)合，干擾膽固醇介導的TCR 的多聚體形成，抑制CD3 的磷酸化信號，從而調(diào)節(jié)T 細胞的活化。其次，CS/膽固醇比例直接影響T 細胞的胸腺選擇。CS 含量增加會抑制雙陽性細胞被陽性選擇的能力，導致其凋亡。在Sult2b1基因敲除的雄性小鼠體內(nèi)，當CS 含量下降時，胸腺T 細胞表現(xiàn)為對自身抗原H-Y 的高敏感性，由此減少外周成熟H-Y 特異性T 細胞數(shù)量。因此，CS 可在胸腺選擇過程中通過調(diào)節(jié)TCR 信號，改變識別自身抗原的成熟T 細胞受體組庫。對此，我們推測在一些自身免疫性疾病中，CS可以通過調(diào)控T細胞信號，導致免疫受體組庫和免疫微環(huán)境發(fā)生變化，由此影響疾病的發(fā)生發(fā)展。

1.3 調(diào)節(jié)腦代謝和發(fā)揮神經(jīng)保護效應

CS也存在于腦組織中，其中小腦的CS含量最高［20］。氧化應激、線粒體功能障礙和能量代謝障礙均會破壞中樞神經(jīng)細胞的結(jié)構(gòu)和功能［4］。Prah 等［4］發(fā)現(xiàn)，在小鼠神經(jīng)細胞HT-22 中，CS 可減少谷氨酸（glutamic acid，Glu）誘導的活性氧的產(chǎn)生，并可破壞HT-22 的線粒體膜電位，從而抵抗HT-22的凋亡；此外，CS可增加Akt磷酸化和B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma 2，Bcl-2）表達，Akt 和Bcl-2均為重要的抗凋亡因子。此研究表明以CS為底物的硫 酸 脫 氫 表 雄 酮 （dehydroepiandrosterone sulfate，DHEAS）可通過Akt/Bcl-2 通路發(fā)揮抗凋亡作用，故推斷CS 的神經(jīng)保護作用可能與DHEAS 的生成有關(guān)。另外，Prah等［4］還發(fā)現(xiàn)CS可增加星形膠質(zhì)細胞的線粒體氧化磷酸化、ATP 和糖原儲備，有利于神經(jīng)細胞在低血糖等極端條件下維持基本功能。

2 CS在相關(guān)疾病中的作用

2.1 X連鎖魚鱗病

X 連鎖魚鱗?。╔-linked ichthyosis，XLI）是X 染色體連鎖隱性遺傳性魚鱗病的重要類型，有85%～90%的XLI患者存在大量基因缺失，其中STS基因缺失導致基因缺陷的比例最高［21］。由于STS 的基因缺陷，XLI 患者皮膚角質(zhì)層脂類中CS 的含量可達正常人群皮膚的10 倍以上；異常增多的CS 導致皮膚異常脫屑和表皮屏障功能障礙［22-23］。其具體機制是CS 一方面抑制了絲氨酸蛋白酶的活性，導致過度角質(zhì)化；另一方面，角質(zhì)層中CS 和膽固醇的比例失調(diào)，破壞了滲透性屏障，刺激了表皮增生［7］。同時CS 直接抑制膽固醇合成過程的關(guān)鍵酶羥甲基戊二酸單 酰 輔 酶 A 還 原 酶 （hydroxymethylglutaryl-CoA reductase，HMG-CoAR）的活性，使膽固醇合成受限，導致角質(zhì)層扁平細胞膜結(jié)構(gòu)破壞，最終引起屏障功能障礙［7，24］。在此過程中，鈣離子借助缺損的屏障進入角質(zhì)層的下層，在角質(zhì)細胞間形成鈣橋；鈣離子充足時可與CS 的硫酸基團結(jié)合，在鄰近的角質(zhì)層扁平細胞層間形成穩(wěn)固的連接，從而延緩脫屑［25］。

2.2 阿爾茨海默病

β 淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的聚集是阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）的發(fā)病機制之一［26］。它是由淀粉樣前體蛋白依次經(jīng)β 分泌酶（βsecretase）和γ 分泌酶（γ-secretase）分解得到，主要包括Aβ40和Aβ42［27］。以往研究［28］表明，膽固醇對Aβ 的形成有重要作用。膽固醇具有疏水性，可以與Aβ 上的疏水區(qū)域相結(jié)合來促進Aβ的聚集［29］。CS是膽固醇的衍生物，與其有相似的結(jié)構(gòu)，故同樣能與Aβ40結(jié)合。因此，有研究［29］表明，CS 和膽固醇在高濃度條件下都能形成囊泡結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)提供了與Aβ 作用的蛋白質(zhì)-囊泡界面：磷脂頭部基團電荷與Aβ 存在靜電作用，促進囊泡膜與Aβ 的結(jié)合，增加了Aβ 的局部濃度，有利于Aβ 聚集的“成核生長”；囊泡結(jié)構(gòu)可顯著促進Aβ40聚集速率，但CS比膽固醇的作用更強，且CS濃度越高，Aβ40聚集越快。

2.3 糖尿病

CS和SULT2B1b是控制葡萄糖代謝的重要調(diào)節(jié)因子。2型糖尿病的特點之一是空腹血糖高，主要是由于葡萄糖來源的增加，其中主要因素是肝糖異生增加［30］。肝細胞核因子4α（hepatocyte nuclear factor 4α，HNF4α）是糖異生通路中的關(guān)鍵因子之一。CS 和SULT2B1b 通過抑制乙酰輔酶A 合成酶（acetyl coenzyme A synthetase，AceCS）的表達來抑制HNF4α 的乙酰化和核轉(zhuǎn)位，導致其無法正常發(fā)揮作用［31］。同時，HNF4α 也可以促進SULT2B1b 的表達，對肝的糖異生有負反饋調(diào)節(jié)作用［30］。Bi 等［30］合成了抗水解的CS 衍生物巰基膽固醇，發(fā)現(xiàn)它可以顯著降低空腹血糖水平，有望成為治療2型糖尿病的藥物。

2.4 癌癥

2.4.1 參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程 CS 與SULT2B1b 在不同癌癥中的作用不同，具體機制有待進一步研究。如在人體子宮頸癌、鱗狀細胞癌、三陰性乳腺癌和前列腺癌組織中CS 的含量升高，在小鼠卵巢癌和乳腺脂肪墊腫瘤的肺轉(zhuǎn)移灶內(nèi)也同樣如此［32-34］，但CS 可能通過刺激PKCη 介導的分化途徑來抑制皮膚癌的發(fā)展［16］。研究［35］表明，SULT2B1b在晚期轉(zhuǎn)移性前列腺癌中含量最低，與前列腺癌的進程呈負相關(guān)。SULT2B1b能促進前列腺癌的發(fā)展，它既可以上調(diào)醛固酮類還原酶家族1 成員C3（aldo-keto reductase family 1 member C3，AKR1C3）的含量，從而誘導上皮細胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，導致晚期前列腺癌的侵襲性增加［36］，又可以增強癌細胞對腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）的抵抗性［37-38］。SULT2B1b還可以誘導肝癌細胞的轉(zhuǎn)移［39］，促進結(jié)直腸癌細胞的生長和侵襲［40］，但是也有研究［41］發(fā)現(xiàn)它能維持胃上皮功能從而抑制胃癌的發(fā)生，并減少轉(zhuǎn)移性非小細胞肺癌的遷移［42］。

2.4.2 誘導癌細胞聚集與轉(zhuǎn)移 基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是錨定在細胞膜外的鋅內(nèi)肽酶家族，可調(diào)節(jié)癌細胞表面蛋白并降解細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM），在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用［43］。其中，MMP-7在多種癌細胞中高表達，如前列腺癌、結(jié)腸癌、胃癌、肺癌和乳腺癌等［43］。由于CS 在細胞膜的脂筏上，可將結(jié)合的MMP-7 嵌入脂筏并固定于細胞膜表面［44-45］。MMP-7 發(fā)生構(gòu)象改變使其活性位點遠離脂雙層，有利于蛋白酶與底物的結(jié)合［46］。Ishikawa 等［47］發(fā)現(xiàn)，與CS 結(jié)合的MMP-7 可催化細胞膜表面的肝細胞生長因子激活因子1 型抑制因子（hepatocyte growth factor activator inhibitor type 1，HAI-1）為可溶形式，可溶性的HAI-1有誘導癌細胞聚集的作用。

此外，MMP-7 與CS 的相互作用也可改變MMP-7 對ECM 中選擇性底物的親和力［44］。研究［44］推測，細胞可能通過控制CS 在細胞表面的密度來調(diào)節(jié)MMP-7 降解ECM 的能力。在CS 存在的條件下，MMP-7 降解細胞周圍ECM 中的層黏連蛋白332（laminin 332，LN332）和纖維連接蛋白（fibronectin）的速率顯著增加，而降解酪蛋白（casein）的速率降低。CS 對LN332 和纖維連接蛋白也有親和力，可將這2 個選擇性底物交聯(lián)到MMP-7 來促進蛋白酶活性。當LN332 和纖維連接蛋白降解增加時其細胞黏附作用減弱，導致癌細胞呈游離狀態(tài)。游離的癌細胞會在MMP-7 誘導下相互聚集，進而發(fā)生癌細胞的轉(zhuǎn)移。

CS、MMP-7 和HAI-1 均有可能成為癌癥的潛在治療靶點。例如由于CS 與MMP-7 的選擇性底物也有親和力，可以考慮研究與CS 結(jié)合的MMP-7 抑制劑，從而更有效地抑制MMP-7與CS結(jié)合物的活性，達到治療目的。

3 結(jié)語

本文綜述了CS 的多種重要生理作用和在相關(guān)疾病中的作用，提示調(diào)控CS 含量和其代謝通路中關(guān)鍵酶的拮抗劑、激活劑可能在相關(guān)疾病的預防及治療上發(fā)揮重要作用。如：CS 對角質(zhì)細胞分化和皮膚屏障都有重要作用，而過量的CS 又會導致XLI；CS 可在胸腺選擇過程中通過調(diào)節(jié)TCR 信號改變識別自身抗原的成熟T 細胞受體組庫，故CS 對免疫的調(diào)節(jié)作用有治療自身免疫性疾病的可能性；CS 可通過調(diào)控HNF4α 而抑制糖異生，故CS 衍生物巰基膽固醇有望用于治療2 型糖尿病；CS 可誘導癌細胞聚集與轉(zhuǎn)移，故MMP-7 與CS 結(jié)合物的抑制劑有治療癌癥的前景等。因此，如何選擇性干預CS，及其對不同組織器官和系統(tǒng)的影響等值得進一步深入探討。