鞘氨醇1‑磷酸肾脏保护作用的研究进展

新疆医科大学第一附属医院麻醉科，乌鲁木齐 830000

新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题项目（2022D04020）

【综述】

脂质是人体必不可少的物质。脂质作为信号分子调控信号转导，参与调控机体的生理反应。越来越多的临床研究表明鞘氨醇1‑磷酸（sphingosine 1 phosphate, S1P）相关信号通路或代谢异常参与了肾损伤、移植肾功能恢复延迟、糖尿病肾病、肾脏纤维化等疾病的发病过程。由于S1P在疾病治疗中的潜在作用，已成为热门靶点。本文对近几年来S1P及相关信号通路在肾脏疾病中的研究进展进行综述。

S1P和神经酰胺是研究最多的鞘脂代谢物，S1P受体信号转导已被广泛研究。其中S1P的正向作用可促进细胞存活、血管生成，神经酰胺的正向作用可导致细胞凋亡和衰老。神经酰胺可以通过神经酰胺酶转化为鞘氨醇，而鞘氨醇可通过鞘氨醇激酶（sphingosine kinase, SPHK）1和SPHK2转化为S1P。S1P是细胞膜鞘脂的关键脂质代谢物，既可作为细胞内第二信使，直接调节细胞的有关靶点，又可分泌到细胞外，结合并激活细胞膜表面5种S1P受体（S1P receptors, S1PR）发挥作用。细胞外S1P对细胞的效应最终取决于细胞膜上S1PR的类型，这些受体介导下游信号级联反应，导致细胞迁移和存活。

S1PR在不同的器官系统中有5种亚型（S1PR1~S1PR5）的差异性表达，S1PR1、S1PR2和S1PR3主要表达于心血管系统，S1PR4主要表达于淋巴和造血组织，S1PR5主要表达于脑和脾脏。而在肾脏中S1PR1~S1PR4均有表达，表达量的顺序为S1PR1>S1PR3>S1PR2>S1PR4，S1PR5未发现肾脏表达。细胞内S1P也具有独立于S1P受体的功能，并且可以具有与细胞外S1P信号转导相似或相反的下游效应。SPHK催化鞘氨醇磷酸化形成S1P会增加细胞内S1P水平，进而抑制神经酰胺诱导的细胞凋亡、细胞迁移、增殖、存活或分化。另一方面，细胞内S1P也可通过细胞特异性S1P转运蛋白从细胞中输出进而激活S1PR和细胞外S1P信号转导，或通过降解酶降解。S1P由于其疏水性需要与载体结合通过循环系统进行运输，如载脂蛋白M（apolipoprotein M, APOM）‑S1P与高密度脂蛋白（high‑density lipoprotein, HDL）结合运输或S1P与血清白蛋白结合运输。大约65%的血浆APOM‑S1P与HDL结合，其余与血清白蛋白结合。与HDL结合的APOM‑S1P相对稳定，而与血清白蛋白结合的S1P很容易降解，HDL结合的APOM‑S1P在维持内皮屏障的作用更持久。

（renal ischemia reperfusion injury, RIRI）

RIRI是引起急性肾损伤（acute kidney injury, AKI）的常见原因。在RIRI的情况下，S1P由多种细胞（包括血小板、内皮细胞和白细胞）释放，通过其S1PR信号通路调节内皮渗透性和免疫细胞浸润，在RIRI中发挥其多效性肾保护作用。从多种靶向SPHK和S1PR1的激动剂及拮抗剂的研究中已经发现，SPHK和S1PR1信号转导被抑制可加重AKI的进展。小鼠中诱导的内皮特异性S1PR1缺失可导致RIRI后肾小管坏死、细胞凋亡、炎症和血管通透性受损，而延迟缺失导致慢性炎症和进行性纤维化。

这些研究结果表明，S1P‑S1PR1对于RIRI的肾脏恢复和RIRI后纤维化的预防是必需的。S1P‑S1PR1信号通路的激动可能代表一种新的治疗方法，用于预防AKI以及进行性肾脏纤维化。有研究表明，非选择性S1PR调节剂芬戈莫德（fingolimod hydrochloride, FTY 720）和S1PR1特异性激动剂（如SEW‑2871、SAR247799）对RIRI有保护作用。观察到S1PR1激动剂显著降低肾组织损伤、抑制炎症细胞（如中性粒细胞、巨噬细胞、T细胞）的浸润程度，而S1PR1拮抗剂（如VPC‑44116）则加重肾损伤。拮抗S1PR2可减轻RIRI，而SPHK拮抗作用或S1PR2激动作用可加重RIRI。这些研究证明了S1PR1和S1PR2信号转导的相反作用。靶向S1PR3至S1PR5对RIRI的影响有待进一步研究。

（diabetic nephropathy, DN）

DN是糖尿病相关的一种微血管并发症，主要病理特点表现为肾小球基底膜增厚、结节性肾小球硬化、系膜基质扩张和小动脉透明质化，30%~40%的糖尿病患者可并发DN，严重影响患者的生存及预后。

糖尿病患者和非糖尿病患者肾皮质单核RNA测序发现，糖尿病患者足细胞中SPHK1表达增加；在链脲佐菌素诱导的短期糖尿病模型中，SPHK1活性增加导致肾小球S1P增加，进而使肾小球系膜细胞增殖增加，纤连蛋白表达增加，促进DN的发生和进展，相反，用小干扰RNA沉默SPHK1基因会抑制这种作用。在一研究中提出抑制SPHK1‑S1P信号通路可以抑制炎症和氧化应激，保护肾脏，抑制DN的进展。

APOM‑S1P对胰岛素抵抗的发生起着抑制作用。APOM是HDL上的一种多功能脂质调节剂，S1P的载体。小鼠APOM的缺失与胰岛素抵抗的进展恶化有关，APOM的过度表达与改善胰岛素抵抗有关。一项临床研究证实，较高水平APOM‑S1P与患有2型糖尿病的非洲裔美国人较低的病死率显著相关。在5年的观察期间，血清APOM水平越低的受试者疾病进展速度越快；在链球菌素诱导的糖尿病小鼠模型中，APOM的缺失使小鼠肾功能恶化（如尿白蛋白和血浆肌酐水平增加，肾脏增大，肾纤维化），这些结果提示APOM‑S1P对DN发展起着保护作用，APOM可能是预测DN进展的一个生物标记，干预APOM‑S1P‑S1PR1轴将会是预防DN发展与进展的新热点。

（chronic renal disease, CKD）

CKD的患病率在全球范围内不断增加，影响全球10%~16%的人口，而终末期肾病（end‑stage renal disease, ESRD）作为CKD的终末表现，已成为增加全球疾病负担的最大因素。

随着肾脏疾病的进展，贫血是主要的并发症之一，贫血的结果是组织缺氧，几乎影响所有晚期CKD患者。有研究认为发生这种并发症的原因是促红细胞生成素（erythropoietin, EPO）的产生不足，EPO是驱动红细胞生成的主要激素，调节血液的氧负荷。Hafizi等应用外源性S1P在常氧条件下（含21%O2）刺激肾细胞，EPO的mRNA和蛋白水平呈剂量依赖性增加，随后EPO释放到培养液。此外，FTY720对EPO表达的影响与S1P相似。这些表明，S1P1受体的激活在常氧条件下可上调EPO，这可能会对CKD有治疗意义。另一项研究也支持缺氧促进CKD进展的观点，认为慢性肾缺氧导致缺氧诱导因子的过度活跃，引起持续的炎症，刺激上皮向间质转化最终导致肾脏纤维化。红细胞是唯一输送O2的细胞，红细胞具有相对较高水平的S1P。有研究报道，正常人在高海拔下S1P可被诱导以增强O2输送。SPHK1催化鞘氨醇磷酸化产生的S1P是一种细胞内缺氧响应性生物脂质，促进红细胞糖酵解和O2输送，以对抗组织缺氧。研究发现，小鼠红细胞SPHK1基因的特异性消融导致严重的肾脏缺氧、蛋白尿并进展为肾脏纤维化。在血管紧张素Ⅱ诱导的CKD小鼠模型中，SPHK1介导的S1P产生在代谢和机制上重新编程葡萄糖代谢，并最终促进2，3‑二磷酸甘油酸的产生和O2输送。这些研究揭示了红细胞S1P在CKD中的代谢和分子基础，并为CKD的治疗提供了新的途径。

另外，晚期CKD患者的血浆APOM水平低于早期CKD患者和无肾脏疾病的患者。晚期CKD患者与HDL结合的S1P水平降低，除最晚期外，在所有CKD分期中，与HDL结合的S1P水平的降低程度往往大于与白蛋白结合的S1P。在一项小型研究中，ESRD患者血浆APOM水平无明显降低，但与HDL结合的S1P水平高于对照组。这些结果与其他临床研究相矛盾，需要进一步研究评估CKD患者的血浆S1P、HDL和APOM水平。

肾脏移植是ESRD的首选治疗方法，与透析相比，肾脏移植可显著改善患者的预后，包括生存率、心血管结局和生活质量。尽管移植肾长期存活率有明显的提高趋势，但移植后的慢性移植物功能丢失率仍然较高。研究表明，除了人类白细胞抗原错配和致敏、肾脏供体类型、长期免疫抑制，围手术期因素（如缺血再灌注损伤‑内皮损伤）也与长期同种异体移植失败风险增加有关。

5.1　S1P保护肾脏移植中肾血管内皮糖萼（endothelial glycocalyx, EG）

肾脏移植不可避免地与围手术期缺血再灌注损伤相关，而血管内皮功能障碍是肾移植围手术期RIRI中的关键和起始步骤，表现为内皮细胞肿胀、内皮细胞骨架降解、内皮层完整性丧失以及糖萼降解。它不仅与早期并发症（如移植物功能延迟）相关，还与急性排斥反应和长期同种异体移植物功能障碍相关。RIRI中，EG因其在维持内皮稳态中的基本作用已成为广泛研究的焦点。有证据表明，EG脱落与肝和肺移植中的移植物损伤相关。EG损伤时可被称为“脱落酶”的多种基质蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）从内皮细胞表面切割。有大量证据表明MMP在天然和移植肾的AKI和纤维化肾病模型中存在，且在小鼠RIRI实验模型中，MMP‑2和MMP‑9活性随着AKI严重程度的加重而增加。体外EG降解实验表明，外源性给予S1P可恢复EG结构以及内皮细胞之间的间隙连接。有研究提出，S1P对S1PR1的激活和磷酸化可能通过Rac‑1依赖性途径抑制MMP‑9和MMP‑13的活性从而起到保护EG的作用。此外，有研究证据表明，S1P通过磷脂酰肌醇‑3激酶依赖性信号通路诱导EG的合成，从而促进其在损伤后的恢复。

5.2　S1P与移植物存活率

局灶节段性肾小球硬化症（focal segmental glomerulosclerosis, FSGS）是移植肾快速发展为终末期肾的常见原因，可能在同种异体肾移植中复发，复发率可高达80%，导致移植物存活率降低。FSGS发生的分子机制中，足细胞被认为是关键参与者，脂质调节酶3B是足细胞损伤的关键决定因素，也是已知的抗CD20抗体利妥昔单抗的靶点。研究证实，肾脏移植后FSGS复发患者足细胞的脂质调节酶3B表达降低，脂质调节酶3B水平降低可导致 肾脏中细胞鞘氨醇或S1P含量随之降低，单克隆抗体利妥昔单抗保留了足细胞脂质调节酶3B的表达和功能。肾脏移植期间接受利妥昔单抗治疗的FSGS复发高危患者与未接受该药物治疗的患者相比，移植后蛋白尿的发生率较低，这表明鞘脂、S1P信号转导和肾脏移植存活率之间存在联系。犬肾移植模型的研究表明，FTY 720和环孢菌素联合治疗显著延长了肾移植物的存活时间。也有研究表明，移植前或移植后直接施用FTY 720，能显著延长肾移植物的存活时间。但最近的一项研究提出，在大鼠肾移植模型中，FTY 720可有效减少外周血中的T细胞和B细胞，但未提高移植物的存活率。这些研究强调了S1PR激动剂在延长肾同种异体移植物存活时间中的潜在作用。

以往的研究工作使人们更好地理解了细胞内和细胞外S1P信号在不同肾脏疾病中的作用，并阐明了它们对各种不同肾脏疾病的贡献或相关性。尽管S1PR1、S1PR2和S1PR3信号在肾细胞损伤中具有重要作用，但S1PR4和S1PR5信号的作用仍不太清楚，需要进一步研究。关于靶向疾病中S1PR信号转导的药物，FTY 720和选择性的S1PR靶向药物已在临床中进行了研究。FTY 720已被批准用于治疗多发性硬化症。FTY 720已在多种肾脏疾病的临床前模型中显示出益处，但迄今为止仅研究了其在预防移植后肾同种异体移植物排斥反应中的功效。针对S1P在细胞内外和血液循环中运输机制的研究仍然较少，需要更多的研究来探究S1P及相关信号通路在肾脏疾病中的作用，以支持更好的肾脏保护。

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国际麻醉学与复苏杂志

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