SphK1/S1P信号轴调控视网膜色素上皮细胞形态与细胞间相互作用的新机制

本研究针对视网膜色素上皮（RPE）细胞屏障功能破坏导致多种视网膜病变的关键问题，探讨了SphK1/S1P轴在调控RPE细胞形态和细胞间相互作用中的作用。研究人员通过抑制SphK1活性发现细胞出现纺锤样形态改变、紧密连接蛋白ZO-1去定位及黏着斑成分paxillin/talin簇消失等现象，而外源性S1P通过激活S1P1/S1P2受体可逆转这些变化。该研究揭示了SphK1/S1P轴在维持RPE屏障完整性中的关键作用，为防治视网膜纤维化疾病提供了新靶点。

　　

在眼睛的精密构造中，视网膜色素上皮（RPE）细胞扮演着守护者的重要角色。这些细胞形成的单层结构不仅为视网膜提供物理和代谢屏障，还通过调节营养物、离子和废物的运输，以及提供神经营养因子来维持视网膜微环境的稳定。然而，当RPE细胞失去极性、细胞间相互作用遭到破坏时，就会导致糖尿病视网膜病变、增殖性玻璃体视网膜病变等多种视网膜疾病的发生。特别值得注意的是，RPE细胞发生上皮-间质转化（EMT），转变为迁移性纺锤形细胞，是视网膜纤维化过程中的关键早期事件。

尽管鞘脂代谢产物1-磷酸鞘氨醇（S1P）在调节细胞生长、死亡、迁移和炎症等基本细胞过程中发挥着重要作用，但它在RPE屏障功能调节中的具体角色仍不清楚。S1P既可作为细胞内第二信使，也可作为细胞外配体，通过与其五种G蛋白偶联受体（S1P₁-S1P₅）结合发挥作用。在视网膜中，S1P表现出"双刃剑"的特性——既能促进光感受器的存活和分化，又能在RPE细胞和Müller胶质细胞中诱导纤维化特征。

为了解决SphK1/S1P轴是否参与调节RPE形态和细胞间相互作用这一科学问题，来自阿根廷巴伊亚布兰卡生物化学研究所的研究团队在《Heliyon》上发表了他们的最新研究成果。他们使用两种人RPE细胞系（ARPE-19和D407），通过特异性抑制剂处理、外源性S1P补充、受体拮抗剂干预等方法，结合细胞迁移分析、免疫细胞化学和激光共聚焦显微镜等技术，系统地研究了SphK1/S1P轴在维持RPE细胞形态和细胞连接中的重要作用。

研究发现，抑制SphK1活性会显著改变RPE细胞形态，使本应呈铺路石样外观的上皮细胞变为纺锤样形态，长度/宽度比从1.55增加到5.24。更重要的是，这种形态学改变伴随着细胞间连接的破坏——紧密连接蛋白ZO-1从细胞膜上消失，黏着斑成分paxillin和talin的簇状结构在细胞周边几乎完全消失，细胞外基质蛋白纤连蛋白的表达也显著降低。

令人惊讶的是，外源性添加S1P能够有效逆转SphK1抑制引起的这些变化。S1P不仅保持了RPE细胞的正常形态，还恢复了ZO-1在细胞膜上的正确定位，维持了paxillin和talin簇在细胞片状伪足中的分布，并促进了纤连蛋白的表达和释放。进一步机制研究表明，S1P的这种保护作用是通过激活S1P₁和S1P₂受体实现的，而S1P₃受体并不参与这一过程。

特别有趣的是，研究发现内源性S1P并不通过"由内向外"的信号传导机制来维持RPE细胞形态。抑制S1P的主要转运蛋白Spinster-2（Spns2）并不影响细胞形态或ZO-1的定位，表明内源性S1P可能是作为细胞内信使发挥作用，而不是通过被释放到细胞外激活S1P受体来发挥作用。

在信号通路方面，研究发现PI3K/Akt和ERK/MAPK信号通路都不参与S1P对RPE细胞形态的维持作用。然而，PI3K/Akt通路却参与了SphK1抑制引起的形态学改变过程，抑制该通路能够显著减轻SphK1抑制导致的纺锤样细胞增多。

3.1. Blocking S1P synthesis disrupted RPE cell interactions and affected cell morphology

研究人员发现，抑制S1P合成会破坏RPE细胞的相互作用并影响细胞形态。使用SphK1特异性抑制剂PF543处理ARPE-19细胞后，细胞迁移明显减少，同时细胞形态发生显著变化，从典型的上皮细胞形态变为纺锤样形态，细胞长度/宽度比显著增加。这种形态学变化在两种人RPE细胞系（ARPE-19和D407）中均得到证实，且不是由细胞毒性引起。

3.2. Exogenous S1P preserved RPE cell morphology in spite of SphK1 inhibition

外源性S1P能够在SphK1抑制的情况下保持RPE细胞形态。研究发现，在PF543处理的细胞中添加S1P，可以显著减少纺锤样细胞的比例，维持细胞的正带上皮形态。进一步信号通路研究表明，PI3K/Akt和ERK/MAPK信号通路都不参与S1P对细胞形态的维持作用。

3.3. S1P regulated proper localization of tight junction protein ZO-1, preserving cell-cell interactions

S1P调节紧密连接蛋白ZO-1的正确定位，保持细胞间相互作用。免疫荧光结果显示，SphK1抑制导致ZO-1从细胞膜上消失，而S1P处理能够保持ZO-1在细胞膜上的正确定位。PI3K/Akt通路参与SphK1抑制引起的ZO-1去定位过程，而ERK/MAPK通路不参与这一过程。

3.4. S1P promoted the assembly of focal adhesions in RPE cells

S1P促进RPE细胞中黏着斑的组装。研究发现，SphK1抑制导致paxillin和talin簇从片状伪足中消失，纤连蛋白表达减少。而S1P处理能够保持这些黏着斑成分的正确定位，并促进纤连蛋白的表达和释放，表明S1P对黏着斑的组装具有重要作用。

3.5. Exogenous S1P activated S1P1 and S1P2 to preserve RPE cell morphology in cells lacking endogenous S1P

外源性S1P通过激活S1P₁和S1P₂受体来保持在缺乏内源性S1P的细胞中的RPE细胞形态。使用受体特异性拮抗剂的研究表明，S1P₁和S1P₂拮抗剂能够部分阻断S1P的保护作用，而S1P₃拮抗剂没有这种效果。

3.6. Endogenous S1P acted as an intracellular messenger to preserve RPE cell morphology

内源性S1P作为细胞内信使来保持RPE细胞形态。研究发现，S1P受体拮抗剂处理不影响RPE细胞形态，抑制S1P转运蛋白Spns2也不影响细胞形态或ZO-1定位，表明内源性S1P可能是通过细胞内信号机制发挥作用。

这项研究的重要意义在于首次全面揭示了SphK1/S1P轴在调控RPE细胞形态和细胞连接中的关键作用。研究表明，无论是内源性还是外源性S1P，都对维持RPE细胞的正常上皮形态、紧密连接和黏着斑的组装具有重要作用。外源性S1P通过激活S1P₁和S1P₂受体发挥保护作用，而内源性S1P则可能作为细胞内信使发挥作用。

这些发现不仅增进了我们对RPE细胞生物学特性的理解，也为防治由RPE屏障功能破坏引起的多种视网膜疾病提供了新的思路。靶向SphK1/S1P轴可能成为治疗糖尿病视网膜病变、增殖性玻璃体视网膜病变等视网膜纤维化疾病的新策略。特别是在疾病早期，通过调节S1P信号通路来维持RPE细胞的正常形态和屏障功能，可能有效阻止疾病进展，为临床治疗提供新的方向。

需要注意的是，S1P在视网膜中的作用具有浓度和上下文依赖性，其在生理状态下可能起到保护作用，而在病理状态下可能促进纤维化过程。因此，未来研究需要进一步阐明S1P在不同浓度、不同载体蛋白结合状态以及不同细胞分化阶段下的具体作用机制，为开发精准靶向治疗策略提供理论基础。