S1P-STAT3 信號通路在炎癥性疾病中的作用及其機制研究進展*

方 翔 王 民 陳 濤 姚 靜

（濟寧醫學院 山東濟寧 272067）

炎癥是機體對抗損傷性因子而發生的一系列防御反應，是損傷和抗損傷的統一過程。近年來，炎癥性疾病發病率逐年提高，例如，自身免疫性甲狀腺炎、類風濕性關節炎等。某些炎癥還會發展為癌癥，例如，炎癥性腸病誘發結直腸癌、肥胖相關炎癥誘發乳腺癌等。在這些炎癥性疾病的發生、發展進程中，S1P-STAT3 信號通路發揮了重要作用。本文系統闡述了S1P-STAT3 通路在多種炎癥性疾病的發生、發展中的作用，并深入研究了S1P 與STAT3 的相互關系，為臨床抗炎新藥的研發和應用提供理論基礎與用藥指導。

1 S1P-STAT3 信號通路

1- 磷酸鞘氨醇（sphingosine -1-phosphate，S1P）是一種脂質信號，由鞘氨醇激酶1（sphingosine kinase 1，SphK1）和鞘氨醇激酶2（sphingosine kinase 2，SphK2）合成，2 種酶分別被17 號和19 號染色體編碼，在心血管生理學和病理學、炎癥和腫瘤等方面發揮作用。鞘氨醇可調節細胞生長、血管張力、內皮功能和完整性，以及淋巴細胞的遷移，其信號轉導的失衡與高血壓、內皮功能障礙、心血管疾病、炎癥及腫瘤的發生、發展密切相關[1]。S1P 在血液和淋巴液中的含量比較豐富，但在組織液中的含量很低，這就形成了組織液和血液、淋巴液之間的S1P 濃度梯度。這種濃度梯度導致了T 淋巴細胞、B 淋巴細胞和樹突狀細胞等的遷移[2]。S1P 受體（S1P receptor，S1PR）耦聯G 蛋白亞基，有5 個亞型，分別為S1PR1～S1PR5[3]。S1PR1～S1PR3 主要表達于心血管系統，S1PR4 表達于淋巴系統，S1PR5 在免疫和神經系統中廣泛表達。S1P 濃度還受SphK 和S1P 裂解酶的調控，通過增加或減弱相應酶的活性，調節血液中S1P的濃度，從而達到研究和治療疾病的目的[4]。有研究表明，S1P 還可通過與細胞表面的S1PR 結合，使受體內陷，誘導淋巴細胞的分化、募集和歸巢，從而達到免疫調控的目的[2]。S1P 信號通路還參與多種自身免疫病的發生、發展，例如，類風濕性關節炎和自身免疫性甲狀腺炎等。

許多鞘脂調節子（主要包括神經酰胺和S1P）的功能具有十分重要的意義，與癌癥的發生和發展都有密切的聯系[5]。S1P 主要是通過細胞表面的S1PR 參與腫瘤的發生和發展、細胞的生長分化和血管的生成。其中，S1PR1 通過下游分子STAT3 介導腫瘤的發生，尤其是炎癥相關腫瘤[6]。S1P 和SphK1 在結腸癌、黑色素瘤、膀胱癌、淋巴瘤、卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌等多種惡性腫瘤中轉錄和蛋白的表達均呈高水平狀態[7-12]。SphK1也被報道可促進腫瘤細胞的侵襲和轉移[13-15]。在一些腫瘤中還發現SphK1 的表達水平與腫瘤惡性程度、預后等臨床病理特征[16]及腫瘤分級有關。SphK1 的mRNA 在結腸癌中表達水平較癌旁結腸粘膜明顯升高，這些結果表明，SphK1 可能參與結腸癌發生，并可作為腫瘤惡性程度分級的指標[17]。

轉錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription ，STAT）是一種能與DNA 結合的獨特蛋白質家族。STAT 屬于核內轉錄因子，但在靜息細胞中，STAT 只存在于細胞質中。近年來受到研究者廣泛重視的STAT3，在細胞因子和受體的相互作用中充當載體，保持信號在細胞內的傳遞。它可被多種細胞因子和生長因子［包括干擾素、白介素（interleukin，IL）-5、IL-6、表皮生長因子和肝細胞生長因子等］刺激而介導多種基因的表達，在促進炎癥發生、細胞生長及腫瘤發生方面具有重要作用。編碼STAT3 的基因位于17 號染色體，其存在許多特殊序列——DNA 連接區、酪氨酸同源體（src homology2，SH2）結構區、羧基末端轉錄激活結構域等，這些序列均與其功能密切相關。細胞因子與細胞表面受體結合后，通過一系列反應導致STAT3 磷酸化，與SH2 結構區形成二聚體進入細胞核，誘導靶基因的轉錄，也可調控生長因子的活化。此外，STAT3 被激活后可產生負反饋作用，抑制STAT3 的過度表達，阻斷腫瘤細胞的過度增殖，增強機體對腫瘤細胞的免疫能力。

近年來，大量文獻報道S1P-STAT 信號通路在各種疾病中的作用。S1P-STAT1 通路可通過促進干擾素的產生，增強免疫反應并參與巨噬細胞的活化[18-19]。S1P-STAT5 參與白血病的發生、發展[20]，S1P-STAT6 參與巨噬細胞的抗凋亡作用[21]。其中，研究最系統全面地是S1P-STAT3 通路在各領域的作用，涉及到心血管疾病、各種類型的炎癥和癌癥。本文通過分析和研究S1P-STAT3 信號通路在炎癥中的相互作用，深入闡述炎癥發生的機制，為炎癥的治療帶來新的突破點，并為臨床用藥及抗炎新型藥物的開發奠定理論基礎，從而使藥物達到更好的抗炎作用。

2 S1P-STAT3 信號通路與炎癥

2.1 炎癥性腸病相關癌癥（colitis-associated cancer，CAC） 炎癥性腸病是結直腸癌的重要危險因素。CAC 患者的STAT3 水平高于普通的結直腸癌患者，可能是由于STAT3 的表達與炎癥密切相關[7]。S1P 通過一個自分泌信號環活化STAT3。SphK1 上調S1P，作用于突變的腸上皮細胞，誘導核因子kappa B（nuclear factor-kappa B，NF-κB）和STAT3 的信號級聯反應發生，促進腫瘤的發生和發展。最新文獻報道，S1P 與S1PR1 結合可上調腫瘤轉移靶部位細胞的STAT3 水平，在機體遠處組織造成易于接受轉移腫瘤的環境，從而促進腫瘤細胞的侵襲轉移[22]。S1P-S1PR1-STAT3 信號通路在腫瘤細胞和炎癥細胞之間處于一個相互作用的惡性循環，對于腫瘤細胞的侵襲轉移具有非常重要的作用。

此外，SphK1 和S1P 也參與腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α 激活NF-κB 的過程。NF-κB 增強趨化因子的表達，招募骨髓來源的免疫細胞，免疫細胞分泌IL-6、TNF-α 等炎癥因子，維持腫瘤細胞的炎癥環境，促進腫瘤的生長、侵襲和轉移[23]。 IL-6 激活炎癥腸上皮細胞STAT3，STAT3 調節與炎癥發生和細胞增殖有關的基因，上調S1PR1 的表達，促進S1P 通路的表達[24-27]。

目前研究發現，免疫抑制藥物芬戈莫德（FTY720）作為S1P 的抑制劑，可干擾SphK1-S1PS1PR1 信號軸以消除NF-κB /IL-6/STAT3 的級聯反應從而抑制結、直腸癌的發展[28]。因此，靶向S1P 信號和代謝可能是治療炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）的一種新策略，通過阻斷從炎癥到癌變的進展以降低結腸癌風險。另有研究表明，哺乳動物來源的食品，也可由正常人體細胞產生S1P 鞘脂代謝物，可能會導致IBD和CAC，而從食物中提取的膳食鞘脂類，例如，大豆和植物型鞘脂（sphingadienes）可預防這些疾病。即飲食中的鞘脂促進或抑制CAC 取決于其轉化為S1P 的能力，在炎癥性腸病的治療中引入新的靶點，有望成為抑制CAC 的新手段[29]。

2.2 自身免疫性甲狀腺炎（autoimmune thyroiditis，AIT） 研究表明，自身免疫性橋本甲狀腺炎患者和自發性自身免疫性甲狀腺炎（spontaneous autoimmune thyroiditis，SAT）小鼠模型中，SphK1/S1P/S1PR1 通路表達異常[30]。S1P 能通過S1PR1 及其下游信號通路激活小鼠CD4+T 細胞中的STAT3。FTY 720 阻斷S1PR1 可降低SAT 小鼠甲狀腺炎和甲狀腺腫瘤的發生率和嚴重程度，且呈時間依賴性。SAT 小鼠體內STAT3 相關和炎癥相關的細胞（Th1、Th17 和卵泡T 輔助細胞等）數量升高，FTY720 給藥后，相應細胞數量減少，STAT3 相應下調，STAT3 下游炎癥細胞因子也相應降低。綜上所述，阻斷SphK1-S1P-S1PR1 信號通路可減輕AIT 的嚴重程度，這也為AIT 的治療提供了新的治療靶點。

2.3 肥胖相關炎癥 肥胖患者的特點是胰島素分泌增加和促炎細胞因子的分泌增加。肥胖后期的脂肪巨噬細胞甚至可通過原位增殖，維持脂肪組織內的炎癥水平，并持續釋放多種炎癥因子。由此可見，肥胖是一種全身系統性的慢性代謝炎癥狀態。研究表明，肥胖乳腺癌患者血清S1P 水平明顯高于非肥胖患者。高脂飲食可上調SphK1 水平，從而提高血漿S1P 水平，還可提高原發腫瘤和腫瘤間質本身的S1P 水平，為腫瘤細胞向遠處轉移提供了生存環境[31]。這些發現證明鞘脂傳遞信號可能是預防肥胖相關乳腺癌轉移的有效靶點。SphK1/S1P/S1PR1 軸與肥胖、慢性炎癥、乳腺癌發生、發展密切相關。

2.4 自身免疫性腦脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE） 經外周轉染LV-S1PR1可改善實驗性EAE 的發生幾率和嚴重程度，其防治作用機制可能與上調外周S1PR1 的表達，降低外周S1P 水平，使T 細胞遷移受阻有關。另有文獻報道，磷酸化缺陷型S1PR1［S1PR1（S5A）］的小鼠最終發展為嚴重的、以Th17 細胞分化為主的自身免疫性腦脊髓炎。髓系細胞S1PR1 水平直接影響神經炎癥的嚴重程度，髓系-S1PR1 信號在中樞神經系統自身免疫過程中具有重要作用[32]。S1PR1 介導的Th17 極化不是T 細胞固有的效應，而是依賴于骨髓細胞中持續的S1PR1 信號。利用S1PR1（S5A）小鼠建立的EAE 模型中活化的S1PR1 可增強骨髓細胞的抗原遞呈功能。樹突狀細胞、單核細胞和巨噬細胞/小膠質細胞中STAT3相繼發生磷酸化。促炎單核細胞通過調節IL-6的表達促進Th17 細胞的分化和神經炎癥的發生、發展。髓系細胞S1PR1 和STAT3 水平在神經-免疫系統中共同作用，影響神經炎癥的嚴重程度，也為神經炎癥的治療提供了新的靶點。

2.5 腸肌層的局部炎癥反應 在大鼠腸道平滑肌（rat intestinal smooth muscle，RISM）細胞中，S1P促進腸肌層的局部炎癥反應，這也是術后腸梗阻形成的重要因素［33］。以往研究報道，S1P 在TNF-α和NF-κB 的激活中起關鍵作用，而外源性S1P 誘導早期生長反應-1（early growth response-1,Egr-1）的產生，而Egr-1 主要參與S1P 誘導的IL-1 和環氧化酶2 的表達，在術后腸梗阻中發揮促炎作用；S1P 也通過激活STAT3 介導IL-6 的表達[33]。綜上所述，Egr-1 和STAT 3 協同介導RISM 細胞中S1P誘導的炎癥反應，為術后腸梗阻的治療提供了新的靶點。

2.6 類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA） RA是一種自身免疫炎癥疾病，主要表現為免疫系統攻擊滑膜關節組織。在成骨細胞中，S1P 通過S1PR1 和JAK/STAT3 信號通路促進IL-1β 的表達[34]。IL-1β 是RA 發生、發展的關鍵炎癥因子。在成骨細胞中，高表達的S1P 促進IL-1β 的表達，這種促進作用可被小干擾RNA（miRNA）通過拮抗S1PR1 所降低。此外，S1P 也可增強JAK 和STAT3 的分子級聯反應，從而促進IL-1β 的表達。2.7 心臟炎癥、肥厚和心肌重構 S1P 介導心血管系統的多種病理生理反應。心臟SphK1/S1P/S1PR1 信號通路在心肌細胞促炎癥反應調控中起重要作用，而SphK2 是病理性S1P 信號的內源性抑制因子。通過抑制SphK1 活性或增強SphK2 活性靶向SphK1/S1P/S1PR1 軸可能是治療缺血性心力衰竭的潛在策略。心肌梗死模型小鼠體內，S1P 顯著升高，并伴有SphK1 和S1PR1 表達顯著上調，如果抑制S1P 的產生或使用S1PR1 功能性拮抗劑會改善慢性心臟炎癥，進而改善心肌梗死后的心臟重構和功能障礙，相反，干擾S1P 的降解，會加重疾病的進展[35]。SphK1/S1P/S1PR1 信號軸與持續的NF-κB/STAT3 激活、慢性心臟炎癥和心肌梗死后心力衰竭進展有關[36]。S1PR1 在心臟成纖維細胞中促進心臟重構，血管緊張素II、血管緊張素Ⅰ型受體和IL-6/STAT3 信號通路參與此過程：在過表達S1PR1 的轉基因小鼠12 周齡時出現雙心室肥大，24 周齡時出現彌漫性間質纖維化；轉基因小鼠中分離出的成纖維細胞顯示血管緊張素II 的生成增強，反之刺激了IL-6 的釋放，而使用IL-6 抗體后會抑制心臟中的STAT3 磷酸化，防止心肌肥厚的發生[37-38]。在心肌缺血再灌注損傷中STAT3 仍發揮一定作用，S1P 通過STAT3 通路減輕線粒體功能障礙，從而保護心肌細胞免受缺血再灌注損傷[39-40]。

3 總結與展望

本文以結腸炎、神經炎、自身免疫性甲狀腺炎、類風濕性關節炎等為例，闡述了S1P-STAT3通路對于炎癥發生、發展的重要性，它們相互促進與激活，共同作用于炎癥反應的各個方面，已成為治療各類炎癥的新靶點。S1P-STAT3 通路在不同的炎癥中有各自不同的機制（表1），但仍具有相似之處，如圖1 所示：SphK1-S1P-S1PR1 信號通路在炎癥反應中能引起TNF-α 和IL-6 的分泌增加，進而引起NF-κB 和STAT3 的水平增加，STAT3 作為重要的炎癥因子，促進了炎癥的發生。反之，STAT3 也可促進S1PR1 表達增加，NF-κB 又可促進炎癥因子分泌，從而加重炎癥的嚴重程度，形成環狀信號通路。盡管如此，對于S1PSTAT3 的研究探索還未止步，S1P 和STAT3 信號通路對于人體各類炎癥的作用還需要深入研究。其中，對于中樞神經系統自身免疫和神經炎癥研究較少，還需大量研究以強化證明S1P-STAT3 信號通路在中樞神經系統中的雙重作用。

圖1 S1P-STAT3 信號通路在炎癥與腫瘤中的作用

表1 S1P-STAT3 信號通路與炎癥

S1P-STAT3 信號通路在炎癥發生和發展、腫瘤侵襲轉移、心肌肥厚等方面的作用和機制已逐漸被發現。如何真正以該通路為靶點治療應用于臨床，使患者受益，是當今最重要的問題。在炎癥治療方面，期望開發出更多的靶向S1PSTAT3 信號通路的特異性抗炎藥物，減少S1P 的產生，減少因STAT3 造成的炎癥反應和腫瘤的遠處轉移，從而達到更準確更有效地治療病人的目的。此外，以該通路作為腫瘤治療的靶點，可阻止炎癥向癌癥的惡性轉化，減少并發癥的發生，從而治愈更多病人。