我國當前約有 900 萬以上的癲癇患者，每年新發癲癇患者 65～70 萬，其中約 30% 為難治性癲癇。癲癇的發病機制復雜，其病理機制至今尚未完全了解，鞘氨醇激酶（Sphingosine kinase, SphK）/1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine-1-phosphate, S1P）通路在癲癇中可能發揮的作用及其機制目前尚不十分清楚。為進一步探索難治性癲癇在分子水平的發病機制，現就 SphK/S1P 信號通路通過調控炎癥反應及細胞凋亡參與癲癇發病機制和可能存在的理想治療靶點作一綜述。
引用本文： 董媛媛, 馮邦哲, 孫影, 孔慶霞. 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號通路在中樞神經系統疾病中的研究進展. 癲癇雜志, 2018, 4(2): 129-134. doi: 10.7507/2096-0247.20180027 復制
癲癇的發病機制復雜，其病理機制至今尚不十分清楚[1]。神經鞘脂類參與了很多病理生理過程，是人體重要的信號傳遞分子。神經鞘脂類的代謝產物，如神經酰胺（Ceramide，CER）和 1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine-1-phosphate，S1P），參與細胞的分化、凋亡、增殖等眾多生理反應，已經被認為是一類重要的生物活性分子。神經鞘磷脂（Sphingomyelin，SM）作為細胞膜上主要的神經鞘脂類，是生物活性分子的前體。SM 被神經磷脂酶水解生成神經酰胺，而神經酰胺與細胞的凋亡有關，它能被神經酰胺酶進一步催化水解，生成鞘氨醇。鞘氨醇可以被鞘氨醇激酶（Sphingosine kinase，SphK）催化磷酸化生成 S1P。S1P 可作為細胞外特異性受體配體和細胞內第二信使發揮作用，但其大部分作用是由其 5 個同源 G 蛋白偶聯受體 S1P1-S1P5 介導[2-4]。目前，對 SphK/S1P 信號途徑的調控機制了解尚不全面，由于其第二信使作用的確認使人們對 SphK/S1P 通路有了進一步的認識。對全面認識該通路，探索癲癇潛在的治療靶點提供了可能。
1 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇通路的構成
SphK 是一個進化保守的脂質激酶家族，其中包含 5 個保守結構域。SphK 最初是從大鼠腎臟均一純化出來的 49kDa 的蛋白質[5]。SphK 在人體中表達有兩種亞型，即 SphK1 和 SphK2，僅在 N-末端的幾個氨基酸不同，說明它們是通過選擇性剪接產生的。SphK1 沒有跨膜結構域，但是有 3 個鈣或鈣調素結合序列和潛在的蛋白激酶磷酸化位點[6]，具有廣泛的組織分布，在腦、心臟、肺和脾臟中具有較高的水平，能夠促進細胞存活及抑制細胞凋亡。SphK2 在心臟和肝臟高度表達，其作用與 SphK1 相反，具有促進細胞凋亡和抑制細胞存活的作用。已知的抑制劑可以同時阻斷 SphK1 和 SphK2，因此以上的結論應該謹慎應用。
SphK 是催化鞘氨醇為 S1P 的關鍵酶，S1P 是一種有效的多效性生物活性脂質介質，涉及免疫細胞運輸，細胞存活，細胞增殖，細胞遷移，血管發生和許多其他細胞過程[7]。現在對 S1P 發揮生物學功能的認識有兩個方面，一是作為細胞外第一信使，通過自分泌或者旁分泌釋放到細胞外，與細胞膜受體（S1Ps）相結合，進而激活下游信號[8, 9]；二是在細胞內直接作為第二信使發揮作用，可能是通過影響細胞內鈣離子穩態發揮作用[10- 12]，但是主要的作用機制尚不明確。
2 鞘氨醇激酶信號與炎癥反應
研究表明，SphK 信號與多種疾病的炎癥損傷有著密切的關系。現已從多個方面描述了 S1P 對單核吞噬細胞、 T 淋巴細胞和 B 淋巴細胞的分化、存活、遷移、組織歸巢和效應子功能深刻影響[13]。S1P 及其 S1P1 受體可控制移植的胸腺細胞進入血液，對 T 淋巴和 B 淋巴細胞的再循環及其組織分布發揮直接的趨化作用。相同的配體或受體系統控制初始淋巴細胞和 S1P 的再循環以及 S1P1 拮抗劑誘導 S1P1 的下調，可以改變效應淋巴細胞的組織分布[13]。通過各種免疫刺激激活 T 和 B 淋巴細胞抑制 S1P1 和 S1P4 的表達，隨后受體相關信號傳導顯著降低[14, 15]。S1P 對 T 淋巴細胞募集的選擇性作用與針對 T 細胞活化的免疫抑制劑組合使 S1P 成為可能的靶向介質。S1P 對淋巴細胞運輸控制的特異性和有效性是由 S1P 的局部濃度決定的。通常，S1P 在 3～30 nM 的濃度梯度范圍可誘導胸腺細胞、T 淋巴細胞和 B 淋巴細胞的趨化性，并且引導胸腺細胞遷移，淋巴細胞首先從淋巴結進入淋巴，然后再進入到血液中[16]。在胸腺發育中 S1P1 的表達上調已經被證明[17]。首先在 CD4+ CD8+ 胸腺細胞上觀察到 S1P1 的表達達到了離開胸腺的單陽性細胞表達的最高水平[17]。事實上，淋巴細胞特異性 S1P1 敲除小鼠顯示其他正常胸腺細胞髓質增生[18]。趨化因子信號轉導與 S1P 受體信號傳導之間的相互作用尚未確定，但脾細胞和淋巴結 T 細胞對趨化因子和 S1P 的反應有明確的關系[19]，可能對驅動 T 細胞進入外周淋巴結具有重要意義。
3 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇通路與細胞凋亡
SphK 和 S1P 磷酸酶（SPP）是 S1P 水平的重要細胞調節因子[20]。許多細胞研究已經證實：SphK1 的過表達和 S1P 產生的增加，可以促進細胞生長，增強 G1/S 轉換并增加 S 期細胞的數量[21]。例如，小鼠胚胎成纖維細胞系（NIH 3T3）成纖維細胞中的 SphK1 過表達促進小鼠軟瓊脂中腫瘤形成細胞的生長，這可能是由于其在 Ras 和 ERK1/2 信號傳導中的作用，表明其潛在的致癌功能[22-24]。與這些結果一致，SphK1 的顯性陰性形式抑制 MCF-7 細胞中由雌激素介導的促有絲分裂信號傳導，并降低其在裸鼠中形成腫瘤的能力[25]。此外，最近顯示 SphK1 的磷酸化和隨后的膜易位需要其促細胞生長的功能[26]。重要的是，SphK1 在多種實體瘤中經常過表達，這表明它在人類腫瘤發生中可能起重要作用[27, 28]。SphK1 還通過有利于 RAS-GTP 酶激活蛋白（Ras GTPase activating protein，Ras-GAP）的失活調節膀胱癌細胞中血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）誘導的 Ras 活化，從而促進致瘤過程[29]。研究證明，用 siRNA 降低 SphK1 表達顯著降低表皮細胞生長因子（Epidermal growth factor，EGF）依賴性人乳腺癌細胞系（Michigan cancer foundation-7，MCF-7）細胞生長，而下調降低了 S 和 G2/M 期細胞百分比，而 G0/G1 期細胞增多[30]。以上這些結果表明內源性 SphK1 通過細胞周期調節 MCF-7 細胞的進展。通過 RNA 干擾降低 SphK1 表達或抑制其活性也顯著降低膠質母細胞瘤細胞（U-1242 MG 和 U-87 MG）的增殖[31]。此外，這樣可以防止細胞脫離細胞周期的 G1 期，而且細胞凋亡也略有增加。并且，敲除 SphK2 表達比 SphK1 敲低更有效地抑制膠質母細胞瘤細胞增殖。因此，兩種 SphK 同種型可能是膠質母細胞瘤細胞增殖的重要調節劑。
與 SphK1 相反，SphK2 的過表達抑制生長并增強凋亡，首先是細胞色素 c 釋放和胱天蛋白酶-3 的激活[32, 33]。此外，SphK2 誘導的凋亡與 S1P 受體的活化無關[32]。有序列分析表明，SphK2 含有與 B 淋巴細胞瘤-2 （B-cell lymphoma-2，Bcl2）基因中僅存在的 9 個氨基酸基序的同源結構域 3（BH3），即 Bcl-2 家族的促凋亡亞組。與其他 BH3 蛋白一樣，SphK2 與抗凋亡成分 Bcl-xL 相互作用[32]。然而，所有 BH3 結構域中存在的保守亮氨酸的突變，對于誘導凋亡的能力至關重要[34]，僅部分降低了 SphK2 誘導的凋亡[10]，表明 SphK2 蛋白具有該功能重要的其他決定因子。最近發現 SphK2 其催化活性定位到內質網（Endoplasmic reticulum，ER），其功能是通過增加神經酰胺水平發揮其凋亡作用[35]。這個結果意味著 S1P 產生的細胞位置決定了 SphK1 和 SphK2 這兩個酶使用相同的底物并產生相同的產物，而對調節神經鞘脂代謝和神經酰胺水平具有相反的作用[35]。
細胞游離鈣的增加與存活和凋亡有關，而鈣離子是細胞生長和存活所必需的，其不適當的增加也可能導致細胞死亡與 ER 神經酰胺和僅有 B3 的純蛋白與 ER-鈣凋亡途徑相關[36-38]。ER 中的鈣濃度是細胞對應激反應的重要決定因素，它受到抗凋亡 Bcl-2 與 Bcl-2 相關 X 蛋白（Bcl-2 associated X protein，BAX）二者比值平衡的調節[39]。此外，神經酰胺本身會導致從 ER 釋放鈣從而增加細胞溶質和線粒體鈣離子的濃度。ER 鈣離子或細胞質緩沖鈣變化的減少可以預防線粒體損傷并保護細胞免受神經酰胺誘導的凋亡[37]。S1P 也可能有助于調節哺乳動物細胞中的鈣穩態，特別是對應激反應中的鈣離子穩態有重要作用。
4 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇通路與中樞神經系統
4.1 在中樞神經系統中的作用
體外細胞研究和基因敲除的試驗已經開始闡明神經元和神經膠質細胞中 S1P 的重要功能。在神經元培養中，S1P 通過兩個 S1PRs—S1P2 和 S1P5 起作用，以調節神經突觸的回縮和胞體的圓形形態[40]。在中樞神經系統（Central nervous system，CNS）中，S1P 受體的表達在整個發育過程中受到調節，腦內具有特定的分布特征[40]。由少突膠質細胞表達的 S1P5 可能在正常髓鞘形成和脫髓鞘疾病中起作用，因其表達僅限于從未成熟期到髓磷脂形成細胞的發育過程中的少突膠質細胞[41]。研究表明，神經營養因子-3（Neurotrophin-3，NT-3）是轉錄因子環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-Response element binding protein，CREB）的有效激活劑[42, 43]，最近，在少突膠質細胞祖細胞中，由 S1P 刺激 CREB 磷酸化，說明 NT-3 和 S1P 信號之間存在交流[44]。SphK1 和 SphK2 敲除小鼠都不具有任何明顯的 CNS 表型，這可能是由于它們作用互補導致的。由于 S1P 水平沒有受到嚴重的影響，而兩個 SphK 的敲除能夠導致嚴重的腦發育缺陷[45]。因此 S1P 在大腦中的重要性不能確定。SphK1/SphK2 雙重敲除導致胚胎致死，胚胎無 S1P 并且表現出嚴重紊亂的神經發生（神經導管閉合和血管生成），并且在神經系統發育中觀察到凋亡的顯著增加和有絲分裂的減少。 S1P1 受體無效小鼠也顯示神經發生嚴重的缺陷[45]。與 S1P1 敲除胚胎相比，雙重 SphK 敲除胚胎幾乎所有腦區域，特別是與腦神經上皮層變薄相關的腦區域的神經上皮細胞增殖的神經缺陷更加嚴重。此外，與 SphK1/SphK2 無效胚胎相反，在 S1P1 無效胚胎中未觀察到神經導管缺陷。這些結果表明，S1P 也可能具有細胞內功能來調節與 S1P1 無關的細胞存活。其原因可能是其他 S1P 受體可能更為重要，因為已知功能性 S1P 受體在有活性神經發生的區域在胚胎腦中表達[46]。值得注意的是，S1P 可以由星形膠質細胞[47]和來自小腦的細胞[48]分泌，因此可能在 CNS 內以自分泌和或旁分泌的方式起作用。
4.2 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑與癲癇
S1P 的多樣生理作用主要由其 5 個同源 G 蛋白偶聯受體 S1P1-S1P5 介導，其受到未來藥物靶點的廣泛關注。研究表明 S1P2 缺失型小鼠的頻繁自發性癲癇發作，在出生后 25～45 d，120 只 S1P2 缺失型小鼠共發作 420 次，伴有高壓同步放電和一系列的典型事件（強直痙攣性恐慌和部分死亡）。224 只 S1P 2 缺失型小鼠癲癇發作后小鼠死亡，其余 60%的小鼠存活至成年期;然而，來自 S1P2 缺失型懷孕小鼠生下的新生小鼠死亡。原位雜交顯示 S1P 在野生型小鼠的海馬錐體和顆粒細胞神經元中的表達，以及免疫組織化學和微陣列分析鑒定了在癲癇發作多發 S1P2 中的整個海馬及其鄰近的新皮層中增強的膠質增生。S1P2 缺失癲癇易發小鼠在水迷宮測試中顯示空間記憶下降，在高架迷宮測試中焦慮增加，而它們的被動學習記憶能力沒有明顯的變化。這些都說明 S1P2 信號傳導受阻導致癲癇發作和海馬損傷，并能夠損害某些具體的中樞神經系統功能[49]。
SphK1 和 S1P 能夠通過鈣離子依賴性機制調節神經遞質釋放。已經有人提出 S1P 通過操作鈣通道（Voltage operated calcium channels，VOCC）增強細胞中去極化誘導的鈣離子增加而起作用[50, 51]。在這之后，又證明 SphK 是通過去除其底物鞘氨醇（其通常抑制鈣離子流入）而不是通過其催化產物（S1P）來調節大鼠垂體 GH4C1 細胞中 VOCC 的功能[52]。此外作為細胞內第二信使的 S1P 可以通過增強人上皮細胞（Epithelial cell，EC）中所證明的大電導鈣離子激活的鉀離子（BKCa）通道活性來增加細胞中的鈣離子流入[53]。值得注意的是，鈣離子穩態廣泛參與幾種 CNS 疾病如癲癇[54]，而現在則認為 BKCa 通道可能是發展潛在抗癲癇藥物（AEDs）的合適靶標[55]。此外，Kajimoto 等 [56]已經報道 S1P 通路激活導致原發性海馬神經元的谷氨酸分泌，兩者均起到促進谷氨酸釋放的促分泌作用，并且通過增強高鉀離子去極化誘導的谷氨酸流出。根據 Kanno 和 Nishizaki[57]的報道，在受限制的海馬區域通過 S1P3 受體產生谷氨酸分泌。
在血腦屏障（Blood brain barrier，BBB）水平，P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）被廣泛表達，并通過排出有害的物質來保護大腦。這種泵在過度表達時，代表了中樞神經系統藥物輸送的障礙。因此，有人建議將其作為癲癇患者耐藥性的潛在原因[58]。最近報道，在癲癇大鼠腦中 P-gp 過表達可能受炎癥和 NF-κB 活化的調節[59]。此外，研究還表明，通過 S1PR 1 的 S1P 以及芬戈莫德能夠快速可逆地降低 P-gp 泵活性，從而也可以改善向 CNS 的藥物遞送。觀察到在施用 S1P 和芬戈莫德后，一些 P-gp 底物如維拉帕米的攝取增加，而阻斷 S1PR1 能夠消除這種作用。因此，芬戈莫德對 P-gp 泵活性的作用可用于改善臨床藥物無效的 AEDs 難治性癲癇患者的臨床癥狀[60]。
4.3 缺血性腦損傷與鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑
SphK/S1P 信號在介導中風后神經炎癥中起重要作用。然而，Sphk1 介導的炎癥反應的途徑和機制仍然是未知的。研究發現 SphK1 的抑制降低了白細胞介素-17（Interleukin-17，IL-17）的產生，并緩解了小腦膠質細胞在腦缺血再灌注（Ischemia repercussion，IR）或體外氧-葡萄糖剝奪再灌注（Oxygen-glucose deprivation reperfusion，OGDR）系統誘導的神經元損傷。用依賴于 IR 或 OGDR 的抑制劑或 siRNA 抑制 SphK1，在小膠質細胞中可以依次降低腫瘤壞死因子受體相關因子 2（Tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2）和 NF-κB 的影響。此外，我們還發現，通過 siRNA 在小膠質細胞中抑制 TRAF2 或 NF-κB 后，在 OGDR 反應中觀察到下游分子 NF-κB 和 IL-17 的降低以及神經元凋亡。總之，SphK1，TRAF2 和 NF-κB 形成導致增加的 IL-17 和神經元凋亡的信號軸。該軸可能是控制腦 IR 神經炎癥的潛在治療靶點[61]。
4.4 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑與多發性硬化癥
反應性星形膠質細胞參與脫髓鞘性疾病多發性硬化癥（Multiple sclerosis，MS）中神經炎癥的發展和維持。SphK1/S1P 受體信號通路參與許多細胞類型的炎癥反應調節，但 S1P 受體亞型 3（S1P3）信號傳導和 SphK1 在激活的大鼠星形膠質細胞中的作用沒有明確的描述[62]。MS 病變中巨噬細胞上 S1P3 和 SphK1 表達上調反應性星形膠質細胞和 SphK1 的表達。用促炎癥刺激脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）處理原代星形膠質細胞的培養物后，S1P 3 和 SphK1 的 mRNA 和蛋白質表達的增加。通過 SphK 活性測定證實了 LPS 誘導的 SphK 激活，并且可由 SphK 抑制劑 SKI 阻斷。當星形膠質細胞被 LPS 激活時，SphK1/S1P3 信號軸被上調。這種信號途徑可能在星形膠質細胞活化的建立和維持中起作用。MS 途徑可以通過增強星形膠質細胞或者通過趨化因子 1（CXCL1）增強髓鞘再生，因此其上調可能在 MS 中是有害的。
5 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑在疾病治療中的應用
芬戈莫德（FTY720）是鞘氨醇類似物，是一種新型的免疫抑制劑，其在 SphK2 體內磷酸化后通過與 S1P1 的相互作用來調節淋巴細胞的運輸[63, 64] ，其在各種模型的移植物抗宿主病和自身免疫中是有活性的，并且可能有益于治療 MS[63]。FTY720 通過激活不同的 S1P 受體亞型發揮作用，因此調節 SphK/S1P 信號途徑可能找到治療癲癇的合適靶點，這個途徑由 FTY720 所公認的抗炎作用所支持。FTY720 發揮其作用涉及有中樞神經系統固有細胞 S1P 受體的表達。在 Gao 等[65]的研究中證實了 FTY720 在顳葉癲癇大鼠模型中具有抗炎和抗癲癇的作用；此外，研究表明有其他非免疫調節作用參與控制這種藥物的神經元興奮性和突觸傳遞[66, 67]。有研究表明 SphK1 敲除后的小鼠，在給予 FYT720 治療后，其淋巴細胞增生，證實了 FTY720 對 SphK2 的作用更大[68, 69]。最近發現，FTY720 可能嚴重阻礙樹突狀細胞遷移到淋巴結，這表明了這種鞘氨醇類似物免疫抑制作用存在另外的機制[70]。
6 展望
S1P 信號傳導受阻及引起的離子通道異常可導致癲癇發作和海馬損傷，并能夠損害某些具體的中樞神經系統功能，SphK/S1P 信號通路和癲癇之間的進一步聯系可能與組蛋白去乙酰酶（Histone deacetylase，HDAC）有關。HDAC 是影響組蛋白和幾種基本細胞蛋白的乙酰化狀態的重要酶。HDAC 抑制劑似乎是治療幾種腦疾病如癲癇的有效治療方法。事實上，抗癲癇藥物丙戊酸也似乎通過其作為 HDAC 抑制劑的作用[71]。同樣，S1P 以及 FTY720 在鞘氨醇激酶（特別是 SphK2）磷酸化后可以抑制 HDACs 的酶活性，避免組蛋白尾部賴氨酸殘基上存在的乙酰基的消除[72]。總體而言，鞘脂或其衍生物可能是理想的靶點，既可以探索癲癇的病因學機制，也可以開發新的藥物治療疾病[73]。SphK/S1P 通路是機體的重要信號通路，它參與了機體多種生理病理過程，但其具體的作用機制目前尚不完全清楚，SphK/S1P 在癲癇中的作用仍待進一步研究。
癲癇的發病機制復雜，其病理機制至今尚不十分清楚[1]。神經鞘脂類參與了很多病理生理過程，是人體重要的信號傳遞分子。神經鞘脂類的代謝產物，如神經酰胺（Ceramide，CER）和 1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine-1-phosphate，S1P），參與細胞的分化、凋亡、增殖等眾多生理反應，已經被認為是一類重要的生物活性分子。神經鞘磷脂（Sphingomyelin，SM）作為細胞膜上主要的神經鞘脂類，是生物活性分子的前體。SM 被神經磷脂酶水解生成神經酰胺，而神經酰胺與細胞的凋亡有關，它能被神經酰胺酶進一步催化水解，生成鞘氨醇。鞘氨醇可以被鞘氨醇激酶（Sphingosine kinase，SphK）催化磷酸化生成 S1P。S1P 可作為細胞外特異性受體配體和細胞內第二信使發揮作用，但其大部分作用是由其 5 個同源 G 蛋白偶聯受體 S1P1-S1P5 介導[2-4]。目前，對 SphK/S1P 信號途徑的調控機制了解尚不全面，由于其第二信使作用的確認使人們對 SphK/S1P 通路有了進一步的認識。對全面認識該通路，探索癲癇潛在的治療靶點提供了可能。
1 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇通路的構成
SphK 是一個進化保守的脂質激酶家族，其中包含 5 個保守結構域。SphK 最初是從大鼠腎臟均一純化出來的 49kDa 的蛋白質[5]。SphK 在人體中表達有兩種亞型，即 SphK1 和 SphK2，僅在 N-末端的幾個氨基酸不同，說明它們是通過選擇性剪接產生的。SphK1 沒有跨膜結構域，但是有 3 個鈣或鈣調素結合序列和潛在的蛋白激酶磷酸化位點[6]，具有廣泛的組織分布，在腦、心臟、肺和脾臟中具有較高的水平，能夠促進細胞存活及抑制細胞凋亡。SphK2 在心臟和肝臟高度表達，其作用與 SphK1 相反，具有促進細胞凋亡和抑制細胞存活的作用。已知的抑制劑可以同時阻斷 SphK1 和 SphK2，因此以上的結論應該謹慎應用。
SphK 是催化鞘氨醇為 S1P 的關鍵酶，S1P 是一種有效的多效性生物活性脂質介質，涉及免疫細胞運輸，細胞存活，細胞增殖，細胞遷移，血管發生和許多其他細胞過程[7]。現在對 S1P 發揮生物學功能的認識有兩個方面，一是作為細胞外第一信使，通過自分泌或者旁分泌釋放到細胞外，與細胞膜受體（S1Ps）相結合，進而激活下游信號[8, 9]；二是在細胞內直接作為第二信使發揮作用，可能是通過影響細胞內鈣離子穩態發揮作用[10- 12]，但是主要的作用機制尚不明確。
2 鞘氨醇激酶信號與炎癥反應
研究表明，SphK 信號與多種疾病的炎癥損傷有著密切的關系。現已從多個方面描述了 S1P 對單核吞噬細胞、 T 淋巴細胞和 B 淋巴細胞的分化、存活、遷移、組織歸巢和效應子功能深刻影響[13]。S1P 及其 S1P1 受體可控制移植的胸腺細胞進入血液，對 T 淋巴和 B 淋巴細胞的再循環及其組織分布發揮直接的趨化作用。相同的配體或受體系統控制初始淋巴細胞和 S1P 的再循環以及 S1P1 拮抗劑誘導 S1P1 的下調，可以改變效應淋巴細胞的組織分布[13]。通過各種免疫刺激激活 T 和 B 淋巴細胞抑制 S1P1 和 S1P4 的表達，隨后受體相關信號傳導顯著降低[14, 15]。S1P 對 T 淋巴細胞募集的選擇性作用與針對 T 細胞活化的免疫抑制劑組合使 S1P 成為可能的靶向介質。S1P 對淋巴細胞運輸控制的特異性和有效性是由 S1P 的局部濃度決定的。通常，S1P 在 3～30 nM 的濃度梯度范圍可誘導胸腺細胞、T 淋巴細胞和 B 淋巴細胞的趨化性，并且引導胸腺細胞遷移，淋巴細胞首先從淋巴結進入淋巴，然后再進入到血液中[16]。在胸腺發育中 S1P1 的表達上調已經被證明[17]。首先在 CD4+ CD8+ 胸腺細胞上觀察到 S1P1 的表達達到了離開胸腺的單陽性細胞表達的最高水平[17]。事實上，淋巴細胞特異性 S1P1 敲除小鼠顯示其他正常胸腺細胞髓質增生[18]。趨化因子信號轉導與 S1P 受體信號傳導之間的相互作用尚未確定，但脾細胞和淋巴結 T 細胞對趨化因子和 S1P 的反應有明確的關系[19]，可能對驅動 T 細胞進入外周淋巴結具有重要意義。
3 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇通路與細胞凋亡
SphK 和 S1P 磷酸酶（SPP）是 S1P 水平的重要細胞調節因子[20]。許多細胞研究已經證實：SphK1 的過表達和 S1P 產生的增加，可以促進細胞生長，增強 G1/S 轉換并增加 S 期細胞的數量[21]。例如，小鼠胚胎成纖維細胞系（NIH 3T3）成纖維細胞中的 SphK1 過表達促進小鼠軟瓊脂中腫瘤形成細胞的生長，這可能是由于其在 Ras 和 ERK1/2 信號傳導中的作用，表明其潛在的致癌功能[22-24]。與這些結果一致，SphK1 的顯性陰性形式抑制 MCF-7 細胞中由雌激素介導的促有絲分裂信號傳導，并降低其在裸鼠中形成腫瘤的能力[25]。此外，最近顯示 SphK1 的磷酸化和隨后的膜易位需要其促細胞生長的功能[26]。重要的是，SphK1 在多種實體瘤中經常過表達，這表明它在人類腫瘤發生中可能起重要作用[27, 28]。SphK1 還通過有利于 RAS-GTP 酶激活蛋白（Ras GTPase activating protein，Ras-GAP）的失活調節膀胱癌細胞中血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）誘導的 Ras 活化，從而促進致瘤過程[29]。研究證明，用 siRNA 降低 SphK1 表達顯著降低表皮細胞生長因子（Epidermal growth factor，EGF）依賴性人乳腺癌細胞系（Michigan cancer foundation-7，MCF-7）細胞生長，而下調降低了 S 和 G2/M 期細胞百分比，而 G0/G1 期細胞增多[30]。以上這些結果表明內源性 SphK1 通過細胞周期調節 MCF-7 細胞的進展。通過 RNA 干擾降低 SphK1 表達或抑制其活性也顯著降低膠質母細胞瘤細胞（U-1242 MG 和 U-87 MG）的增殖[31]。此外，這樣可以防止細胞脫離細胞周期的 G1 期，而且細胞凋亡也略有增加。并且，敲除 SphK2 表達比 SphK1 敲低更有效地抑制膠質母細胞瘤細胞增殖。因此，兩種 SphK 同種型可能是膠質母細胞瘤細胞增殖的重要調節劑。
與 SphK1 相反，SphK2 的過表達抑制生長并增強凋亡，首先是細胞色素 c 釋放和胱天蛋白酶-3 的激活[32, 33]。此外，SphK2 誘導的凋亡與 S1P 受體的活化無關[32]。有序列分析表明，SphK2 含有與 B 淋巴細胞瘤-2 （B-cell lymphoma-2，Bcl2）基因中僅存在的 9 個氨基酸基序的同源結構域 3（BH3），即 Bcl-2 家族的促凋亡亞組。與其他 BH3 蛋白一樣，SphK2 與抗凋亡成分 Bcl-xL 相互作用[32]。然而，所有 BH3 結構域中存在的保守亮氨酸的突變，對于誘導凋亡的能力至關重要[34]，僅部分降低了 SphK2 誘導的凋亡[10]，表明 SphK2 蛋白具有該功能重要的其他決定因子。最近發現 SphK2 其催化活性定位到內質網（Endoplasmic reticulum，ER），其功能是通過增加神經酰胺水平發揮其凋亡作用[35]。這個結果意味著 S1P 產生的細胞位置決定了 SphK1 和 SphK2 這兩個酶使用相同的底物并產生相同的產物，而對調節神經鞘脂代謝和神經酰胺水平具有相反的作用[35]。
細胞游離鈣的增加與存活和凋亡有關，而鈣離子是細胞生長和存活所必需的，其不適當的增加也可能導致細胞死亡與 ER 神經酰胺和僅有 B3 的純蛋白與 ER-鈣凋亡途徑相關[36-38]。ER 中的鈣濃度是細胞對應激反應的重要決定因素，它受到抗凋亡 Bcl-2 與 Bcl-2 相關 X 蛋白（Bcl-2 associated X protein，BAX）二者比值平衡的調節[39]。此外，神經酰胺本身會導致從 ER 釋放鈣從而增加細胞溶質和線粒體鈣離子的濃度。ER 鈣離子或細胞質緩沖鈣變化的減少可以預防線粒體損傷并保護細胞免受神經酰胺誘導的凋亡[37]。S1P 也可能有助于調節哺乳動物細胞中的鈣穩態，特別是對應激反應中的鈣離子穩態有重要作用。
4 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇通路與中樞神經系統
4.1 在中樞神經系統中的作用
體外細胞研究和基因敲除的試驗已經開始闡明神經元和神經膠質細胞中 S1P 的重要功能。在神經元培養中，S1P 通過兩個 S1PRs—S1P2 和 S1P5 起作用，以調節神經突觸的回縮和胞體的圓形形態[40]。在中樞神經系統（Central nervous system，CNS）中，S1P 受體的表達在整個發育過程中受到調節，腦內具有特定的分布特征[40]。由少突膠質細胞表達的 S1P5 可能在正常髓鞘形成和脫髓鞘疾病中起作用，因其表達僅限于從未成熟期到髓磷脂形成細胞的發育過程中的少突膠質細胞[41]。研究表明，神經營養因子-3（Neurotrophin-3，NT-3）是轉錄因子環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-Response element binding protein，CREB）的有效激活劑[42, 43]，最近，在少突膠質細胞祖細胞中，由 S1P 刺激 CREB 磷酸化，說明 NT-3 和 S1P 信號之間存在交流[44]。SphK1 和 SphK2 敲除小鼠都不具有任何明顯的 CNS 表型，這可能是由于它們作用互補導致的。由于 S1P 水平沒有受到嚴重的影響，而兩個 SphK 的敲除能夠導致嚴重的腦發育缺陷[45]。因此 S1P 在大腦中的重要性不能確定。SphK1/SphK2 雙重敲除導致胚胎致死，胚胎無 S1P 并且表現出嚴重紊亂的神經發生（神經導管閉合和血管生成），并且在神經系統發育中觀察到凋亡的顯著增加和有絲分裂的減少。 S1P1 受體無效小鼠也顯示神經發生嚴重的缺陷[45]。與 S1P1 敲除胚胎相比，雙重 SphK 敲除胚胎幾乎所有腦區域，特別是與腦神經上皮層變薄相關的腦區域的神經上皮細胞增殖的神經缺陷更加嚴重。此外，與 SphK1/SphK2 無效胚胎相反，在 S1P1 無效胚胎中未觀察到神經導管缺陷。這些結果表明，S1P 也可能具有細胞內功能來調節與 S1P1 無關的細胞存活。其原因可能是其他 S1P 受體可能更為重要，因為已知功能性 S1P 受體在有活性神經發生的區域在胚胎腦中表達[46]。值得注意的是，S1P 可以由星形膠質細胞[47]和來自小腦的細胞[48]分泌，因此可能在 CNS 內以自分泌和或旁分泌的方式起作用。
4.2 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑與癲癇
S1P 的多樣生理作用主要由其 5 個同源 G 蛋白偶聯受體 S1P1-S1P5 介導，其受到未來藥物靶點的廣泛關注。研究表明 S1P2 缺失型小鼠的頻繁自發性癲癇發作，在出生后 25～45 d，120 只 S1P2 缺失型小鼠共發作 420 次，伴有高壓同步放電和一系列的典型事件（強直痙攣性恐慌和部分死亡）。224 只 S1P 2 缺失型小鼠癲癇發作后小鼠死亡，其余 60%的小鼠存活至成年期;然而，來自 S1P2 缺失型懷孕小鼠生下的新生小鼠死亡。原位雜交顯示 S1P 在野生型小鼠的海馬錐體和顆粒細胞神經元中的表達，以及免疫組織化學和微陣列分析鑒定了在癲癇發作多發 S1P2 中的整個海馬及其鄰近的新皮層中增強的膠質增生。S1P2 缺失癲癇易發小鼠在水迷宮測試中顯示空間記憶下降，在高架迷宮測試中焦慮增加，而它們的被動學習記憶能力沒有明顯的變化。這些都說明 S1P2 信號傳導受阻導致癲癇發作和海馬損傷，并能夠損害某些具體的中樞神經系統功能[49]。
SphK1 和 S1P 能夠通過鈣離子依賴性機制調節神經遞質釋放。已經有人提出 S1P 通過操作鈣通道（Voltage operated calcium channels，VOCC）增強細胞中去極化誘導的鈣離子增加而起作用[50, 51]。在這之后，又證明 SphK 是通過去除其底物鞘氨醇（其通常抑制鈣離子流入）而不是通過其催化產物（S1P）來調節大鼠垂體 GH4C1 細胞中 VOCC 的功能[52]。此外作為細胞內第二信使的 S1P 可以通過增強人上皮細胞（Epithelial cell，EC）中所證明的大電導鈣離子激活的鉀離子（BKCa）通道活性來增加細胞中的鈣離子流入[53]。值得注意的是，鈣離子穩態廣泛參與幾種 CNS 疾病如癲癇[54]，而現在則認為 BKCa 通道可能是發展潛在抗癲癇藥物（AEDs）的合適靶標[55]。此外，Kajimoto 等 [56]已經報道 S1P 通路激活導致原發性海馬神經元的谷氨酸分泌，兩者均起到促進谷氨酸釋放的促分泌作用，并且通過增強高鉀離子去極化誘導的谷氨酸流出。根據 Kanno 和 Nishizaki[57]的報道，在受限制的海馬區域通過 S1P3 受體產生谷氨酸分泌。
在血腦屏障（Blood brain barrier，BBB）水平，P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）被廣泛表達，并通過排出有害的物質來保護大腦。這種泵在過度表達時，代表了中樞神經系統藥物輸送的障礙。因此，有人建議將其作為癲癇患者耐藥性的潛在原因[58]。最近報道，在癲癇大鼠腦中 P-gp 過表達可能受炎癥和 NF-κB 活化的調節[59]。此外，研究還表明，通過 S1PR 1 的 S1P 以及芬戈莫德能夠快速可逆地降低 P-gp 泵活性，從而也可以改善向 CNS 的藥物遞送。觀察到在施用 S1P 和芬戈莫德后，一些 P-gp 底物如維拉帕米的攝取增加，而阻斷 S1PR1 能夠消除這種作用。因此，芬戈莫德對 P-gp 泵活性的作用可用于改善臨床藥物無效的 AEDs 難治性癲癇患者的臨床癥狀[60]。
4.3 缺血性腦損傷與鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑
SphK/S1P 信號在介導中風后神經炎癥中起重要作用。然而，Sphk1 介導的炎癥反應的途徑和機制仍然是未知的。研究發現 SphK1 的抑制降低了白細胞介素-17（Interleukin-17，IL-17）的產生，并緩解了小腦膠質細胞在腦缺血再灌注（Ischemia repercussion，IR）或體外氧-葡萄糖剝奪再灌注（Oxygen-glucose deprivation reperfusion，OGDR）系統誘導的神經元損傷。用依賴于 IR 或 OGDR 的抑制劑或 siRNA 抑制 SphK1，在小膠質細胞中可以依次降低腫瘤壞死因子受體相關因子 2（Tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2）和 NF-κB 的影響。此外，我們還發現，通過 siRNA 在小膠質細胞中抑制 TRAF2 或 NF-κB 后，在 OGDR 反應中觀察到下游分子 NF-κB 和 IL-17 的降低以及神經元凋亡。總之，SphK1，TRAF2 和 NF-κB 形成導致增加的 IL-17 和神經元凋亡的信號軸。該軸可能是控制腦 IR 神經炎癥的潛在治療靶點[61]。
4.4 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑與多發性硬化癥
反應性星形膠質細胞參與脫髓鞘性疾病多發性硬化癥（Multiple sclerosis，MS）中神經炎癥的發展和維持。SphK1/S1P 受體信號通路參與許多細胞類型的炎癥反應調節，但 S1P 受體亞型 3（S1P3）信號傳導和 SphK1 在激活的大鼠星形膠質細胞中的作用沒有明確的描述[62]。MS 病變中巨噬細胞上 S1P3 和 SphK1 表達上調反應性星形膠質細胞和 SphK1 的表達。用促炎癥刺激脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）處理原代星形膠質細胞的培養物后，S1P 3 和 SphK1 的 mRNA 和蛋白質表達的增加。通過 SphK 活性測定證實了 LPS 誘導的 SphK 激活，并且可由 SphK 抑制劑 SKI 阻斷。當星形膠質細胞被 LPS 激活時，SphK1/S1P3 信號軸被上調。這種信號途徑可能在星形膠質細胞活化的建立和維持中起作用。MS 途徑可以通過增強星形膠質細胞或者通過趨化因子 1（CXCL1）增強髓鞘再生，因此其上調可能在 MS 中是有害的。
5 鞘氨醇激酶/1-磷酸鞘氨醇信號途徑在疾病治療中的應用
芬戈莫德（FTY720）是鞘氨醇類似物，是一種新型的免疫抑制劑，其在 SphK2 體內磷酸化后通過與 S1P1 的相互作用來調節淋巴細胞的運輸[63, 64] ，其在各種模型的移植物抗宿主病和自身免疫中是有活性的，并且可能有益于治療 MS[63]。FTY720 通過激活不同的 S1P 受體亞型發揮作用，因此調節 SphK/S1P 信號途徑可能找到治療癲癇的合適靶點，這個途徑由 FTY720 所公認的抗炎作用所支持。FTY720 發揮其作用涉及有中樞神經系統固有細胞 S1P 受體的表達。在 Gao 等[65]的研究中證實了 FTY720 在顳葉癲癇大鼠模型中具有抗炎和抗癲癇的作用；此外，研究表明有其他非免疫調節作用參與控制這種藥物的神經元興奮性和突觸傳遞[66, 67]。有研究表明 SphK1 敲除后的小鼠，在給予 FYT720 治療后，其淋巴細胞增生，證實了 FTY720 對 SphK2 的作用更大[68, 69]。最近發現，FTY720 可能嚴重阻礙樹突狀細胞遷移到淋巴結，這表明了這種鞘氨醇類似物免疫抑制作用存在另外的機制[70]。
6 展望
S1P 信號傳導受阻及引起的離子通道異常可導致癲癇發作和海馬損傷，并能夠損害某些具體的中樞神經系統功能，SphK/S1P 信號通路和癲癇之間的進一步聯系可能與組蛋白去乙酰酶（Histone deacetylase，HDAC）有關。HDAC 是影響組蛋白和幾種基本細胞蛋白的乙酰化狀態的重要酶。HDAC 抑制劑似乎是治療幾種腦疾病如癲癇的有效治療方法。事實上，抗癲癇藥物丙戊酸也似乎通過其作為 HDAC 抑制劑的作用[71]。同樣，S1P 以及 FTY720 在鞘氨醇激酶（特別是 SphK2）磷酸化后可以抑制 HDACs 的酶活性，避免組蛋白尾部賴氨酸殘基上存在的乙酰基的消除[72]。總體而言，鞘脂或其衍生物可能是理想的靶點，既可以探索癲癇的病因學機制，也可以開發新的藥物治療疾病[73]。SphK/S1P 通路是機體的重要信號通路，它參與了機體多種生理病理過程，但其具體的作用機制目前尚不完全清楚，SphK/S1P 在癲癇中的作用仍待進一步研究。