SphK1參與腫瘤發展相關分子機制

王玉迪，王 震，陳翰林，王雅寧，邴愛英，楊篤曉 (.山東第一醫科大學基礎醫學院，山東 濟南 507；.山東大學基礎醫學院，山東 濟南 500)

生物體內鞘氨醇激酶(SphK)能夠催化鞘氨醇(Sph)轉化為1-磷酸鞘氨醇(S1P)，S1P介導的多條信號通路參與了腫瘤的發生發展，包括腫瘤細胞抗凋亡，缺氧耐受，轉錄調控異常，血管生成以及侵襲與轉移等。鞘氨醇激酶1(SphK1)作為S1P合成的限速酶，它的高表達不僅能刺激腫瘤細胞的惡性增殖，而且還可以促進腫瘤細胞的惡性轉化，因此本文就SphK1通過介導S1P合成與腫瘤細胞惡性轉化的相關性及其中的分子機制做一綜述，為臨床腫瘤的靶向治療提供新方向。

鞘氨醇激酶(SphK)屬于神經酰胺激酶家族，目前已鑒定出SphK的兩種同工酶，SphK1(SphK1)與SphK2(SphK2)，SphK1基因位于17號染色體，而SphK2基因位于19號染色體[1]。SphK1在進化上高度保守，有五個保守結構域(C1-C5)，其中C1-C3包含甘油二酯(DAG)激酶催化結構域，而C4是SphK1特有結構[2]。SphK1在肝、腎、肺、心臟、脾臟、腦和骨骼肌中廣泛表達，主要存在于細胞質中[3]，但在細胞刺激下可以轉移到質膜上。

1-磷酸鞘氨醇(S1P)是質膜鞘磷脂在鞘氨醇激酶作用下產生，S1P既可以作為細胞內信號傳導的第二信使分子，也可以分泌至細胞外，胞內S1P水平的升高上調了細胞內鈣的濃度[4]，通過肌醇三磷酸非依賴性途徑發揮作用；在細胞核中，S1P通過與組蛋白脫乙酰基酶(HDAC1和HDAC2)結合并抑制調節包括細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21在內的幾種基因的轉錄[5-6]。在線粒體中，S1P與PHB2的相互作用對于細胞色素氧化酶的組裝和線粒體呼吸起著重要作用[7]，通過細胞表面的受體發揮生物學效應[8]。S1P受體為G蛋白耦聯受體命名為S1PR1-S1PR5，這些受體在不同的細胞類型中表現出不同的表達豐度[9]。細胞外S1P通過與受體結合而發揮作用[10]，S1PR的表達模式在組織之間有所不同，S1PR1-S1PR3表達較為廣泛，S1PR4和S1PR5表達僅限于特定的細胞類型[11]。S1PR1與Gi蛋白耦聯，可激活Ras，絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，磷酸肌醇3激酶(PI3K)，蛋白激酶B(AKT)和磷脂酶C(PLC)等信號途徑。S1PR2和S1PR3可分別與Gi，Gq和G12/13耦聯，激活Ras，MAPK，PI3K，AKT，PLC和Rho依賴性途徑[12]。S1PR4通過與Gi和G12/13耦聯，介導Rho依賴性途徑影響細胞形狀變化和運動[13]。而S1PR5似乎能夠激活G12/13蛋白和隨后的Rho/ROCK信號傳導途徑和通過與Gi耦聯可抑制腺苷酸環化酶(AC)[14]。這些研究強烈表明，S1P可以通過激活不同細胞類型以及同一細胞內的不同信號轉導途徑來介導多種功能。值得注意的是，有人提出只有SphK1生成的S1P才能激活S1PR 。

1 SphK1的癌基因特性與腫瘤的關系

細胞膜鞘磷脂衍生物在調節細胞增殖和凋亡的動態平衡中起著極為關鍵的作用。SphK1高表達不僅能刺激細胞生長，而且可以導致細胞惡性轉化，故SphK1本身也具有癌基因的特性。

1.1SphK1與胃癌:最近在對臨床病例資料的研究中發現，SphK1的表達水平與臨床分期和TNM腫瘤分期相關，SphK1過高表達者總體生存時間短，低表達者反之[15]，溶血磷脂酸(LPA)和內皮生長因子受體在胃癌細胞侵襲和遷移中參與介導SphK1表達的上調。在胃癌 MKN1 細胞中,LPA顯著提高 SphK1 的 mRNA水平和蛋白水平，下調 SphK1的表達可以減弱 LPA刺激 MKN1 細胞的遷移和侵襲[16]，因此SphK1有望成為胃癌的獨立預測因子和治療靶標。此外SphK1可以誘導腹膜間皮細胞自噬，增強胃癌的腹膜擴散[17]，細胞因子TGF-β1 誘導人腹膜間皮細胞(HPMC) 中的自噬并通過SphK1促進胃癌腹膜播散(GCPD)。SphK1 的過表達誘導HPMC纖維化，而自噬的抑制減弱了HPMC的纖維化。SphK1 介導的自噬可能是HPMC纖維化的調節劑。這為GCPD 的機制提供了新的數據，并將 SPHK1 確立為控制GCPD的新靶點。

1.2SphK1與結腸癌:在對24例人大腸腺癌樣本進行分析時，發現SphK1 mRNA，S1P及其受體的表達水平在正常大腸組織、大腸腺瘤組、無遠處轉移的大腸腺癌組、遠處轉移的大腸腺癌組呈依次遞增趨勢，表明由SphK1介導的S1P的合成通過受體S1PR偶聯的信號通路可以促進結腸癌的惡性發展及腫瘤細胞轉移。敲除小鼠SphK1 基因后，小鼠的結腸腺癌瘤體明顯減小，但是其發生率并未發生明顯變化[18]，說明SphK1對腺瘤的生長及其向腺癌的轉化是十分重要的因素。此外還有研究表明SphK1/p-ERK通路的激活促進結腸癌HT-29細胞的自噬，SphK1通過增加ERK磷酸化促進SphK1(+)-HT-29中自噬相關標志物LC3、ATG5和ULK1的表達水平增加[19]。這些為SphK1 抑制劑或其他細胞自噬抑制劑作為直腸癌或其他上皮腫瘤類型患者治療提供了理論依據。

1.3SphK1與血液系統疾病:在原發性急性髓細胞白血病(AML)患者的母細胞中發現SphK1表達增加和組成性激活，SphK1靶向作用誘導AML細胞系、原發性AML患者的母細胞和分離的AML患者白血病祖細胞/干細胞的caspase依賴性細胞死亡。此外，使用SphK1抑制劑治療原位AML患者來源的異種移植物可減少腫瘤負擔和延長總生存期。SphK1的抑制與S1PR2的存活信號減少有關，可導致促存活蛋白MCL1的選擇性下調，BH3模擬物與 SphK11抑制或S1PR2拮抗組合可觸發AML細胞協同死亡。這些結果支持了 SphK11是AML治療靶點的觀點[20]。SphK1抑制劑SKI-Ⅱ可以抑制AML細胞中SphK1的激活，同時增加了鞘氨醇-1磷酸前體神經酰胺的水平，SKI-Ⅱ抑制AML細胞的效率高于兩種已知的SphK1抑制劑SK1-I和FTY720，提示SKI-Ⅱ很有可能作為一種抗AML藥物進一步研究[21]。

在另一研究中，因Akt信號通路在急性髓系白血病(AML)的發生發展中起著關鍵作用，研究者評估了一種新型Akt激酶抑制劑a-674563的潛在抗AML活性，a-674563降低AML細胞鞘氨醇激酶1(SphK1)活性，以耗盡S1P并促進促凋亡神經酰胺的產生，但a-674563對SphK1信號的這種作用似乎并不依賴于Akt的阻斷。

1.4SphK1與膠質瘤:目前針對膠質瘤的治療策略通常只能延緩局部進展，而與治療耐藥性相關的復發在很大程度上導致了該病的高死亡率，惡性膠質瘤具有典型的浸潤性。Bim是Bcl-2家族的成員，是一種促凋亡蛋白，Bim的表達在膠質瘤細胞中似乎受SphK1的調控[22]，Bim蛋白的調控歸因于轉錄和翻譯后的機制[23]，目前研究確定FOXO3a是SphK1下調Bim的相關因素：在膠質瘤細胞中，過表達SphK1導致FOXO3a磷酸化，下調SphK1導致FOXO3a去磷酸化[24]；SphK1抑制劑抑制FOXO3a磷酸化，提高促凋亡蛋白Bim水平；膠質瘤細胞中FOXO3a的轉錄活性受SphK1蛋白水平調控。

使用特異性SphK1抑制劑(SK1-I)可以抑制膠質瘤細胞株U373、LN229和GBM6的生長、遷移和侵襲[25]。在LN229異種移植瘤中，SK1-I降低血管形成和腫瘤生長速率，提高LN229腫瘤小鼠的存活率。然而即使在沒有功能性S1P受體的細胞中，過表達SphK1也能促進細胞存活和生長[26-27]，這很可能是通過S1P直接介導的胞內效應，而不通過G蛋白偶聯受體進行信號傳播。腫瘤中存在的細胞因子和炎性細胞通過細胞內信號級聯調控轉錄網絡樞紐，這些轉錄網絡是惡性細胞生存和快速生長所必需的。因此，在幾個解除調控的信號通路的交叉點起作用的抑制轉錄因子應該有望產生抗癌藥物[28-30]。

1.5SphK1與乳腺癌:乳腺癌是發生在乳腺上皮組織的惡性腫瘤，是全球女性死亡的主要原因之一，通過生物信息學手段分析在三陰性乳腺癌(TNBC)患者中，篩選出SphK1作為TNBC最佳治療靶點[31]，SphK1通過轉錄促進轉移通過 NFκB[14]激活上調轉移促進基因 FSCN1 的表達，SphK1/NFκB/FSCN1 信號通路的激活與TNBC患者腫瘤遠處轉移和較差的臨床結果息息相關，使用靶向SphK1和 NFκB臨床適用的抑制劑(safingol和bortezomib)顯著抑制TNBC小鼠模型中侵襲性乳腺腫瘤生長和自發性肺轉移，這些發現突出了SphK1及其下游靶標 NFκB 作為TNBC 有希望的治療靶點[24]。乳腺癌的發生經歷了從乳腺導管上皮增生到不典型增生，再到原位癌，最后到浸潤癌的一系列惡性轉化過程[32]。在乳腺癌的轉移過程中存在上皮間質轉化(EMT) 過程，癌細胞逐漸失去正常上皮細胞的特性，細胞間黏附減弱，逐漸獲得間充質細胞有利于轉移的特性[33]，從而使癌細胞能夠離開上皮腫瘤的原發部位，在別處形成新的腫瘤病灶，EMT是乳腺癌轉移的關鍵[34]，SphK1增加會誘導EMT相關蛋白(E-鈣黏蛋白、N-鈣黏蛋白和波形蛋白)，并加速乳腺癌細胞的遷移和侵襲[35]，這為乳腺癌的靶向治療提供了新方向。本次研究經過本院醫學倫理委員會同意。

2 總結與展望

SphK1在多種腫瘤細胞的代謝中發揮著重要的生物學作用，隨著技術的發展和科技的進步，SphK1及其小分子抑制劑等的研究及應用將會更加廣泛[21,36]，這將直接推進針對具有生物活性鞘脂類化合物藥物在癌癥發病、進展和治療中的臨床應用前景。此外，這也將為癌癥鞘脂類標志物的臨床檢驗，提供更多的技術支持。