ספינגוזין-1-פוספאט - Sphingosine-1-phosphate

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
ספינגוזין-1-פוספאט
sphingosine-1-phospate
שמות אחרים	S1P
משקל מולקולרי: 379.47 נוסחה כימית: C18H38NO5P
מעבדה	כימיה בדם
תחום	מולקולה המעורבת בהליכים פיזיולוגיים מרכזיים כסרטן, סוכרת, השמנה, טרשת עורקים ואוסטאופורוזיס
טווח ערכים תקין	0.735-0.805 מיקרומול'/ליטר
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

מולקולת S1P והסינתזה שלה

ספיגוזין-1-פוספאט (להלן S1P) הוא ליזו-ספינגוליפיד המשמש לאיתות בינתאי, וההתייחסות אליו היא גם כאל תווך ליפידי ביו-אקטיבי. ספינגוליפידים יוצרים קבוצה של ליפידים המאופיינים על ידי גרעין של אמינו-אלכוהול אליפאטי הידוע כ-sphingosine, שיכול להיווצר מ-ceramide בריאקציה מקוטלזת על ידי האנזים ceramidase. הזרחון של sphingosine מקוטלז בתאים על ידי שני איזואנזימים של sphingosine kinase, SphK1 ו-SphK2. אנזים זה נמצא הן בציטוזול של התאים וכן ברטיקולום האנדופזמטי של סוגי תאים שונים. S1P יכול לעבור דה-פוספורילציה על ידי על ידי sphingosine phosphatase ליצירת ספינגוזין, אך יכול גם לעבור פירוק בלתי-הפיך על ידי האנזים sphingosine phosphate lyase.

רמות S1P מווסתות באופן הדוק על ידי האנזימים המסנתזים ספינגוזין, על ידי ה-SphKs עצמם, וכן על ידי האנזימים המפרקים S1P, הכוללים S1P lyase, שתי פוספטאזות ספציפיות ל-S1P, וכן על ידי שלושה lipid phosphate phosphatases. מספר אגוניסטים משפעלים את SphK1, כולל גורמי גדילה, הורמונים, ציטוקינים מעודדי דלקת, ליפופוליסכריד, ליגציה בין הקולטנים של IgE ו-IgG, ליגנדים רבים הנקשרים לקולטנים הנמצאים בתאחיזה עם חלבון G, כאשר שפעול זה קריטי לפעילות מלאה של SphKs. רבים מאגוניסטים אלה, משרים פוספורילציה של serine 225 של SphK1 התלויה בקינאזה המופעלת על ידי איתותים חוץ-תאיים. פוספורילציה זו גורמת לטרנסלוקציה של SphK1 מהציטוזול לממברנה שם הוא פוגש את המצע שלו-ספינגוזין (Pitson ב-Trends Biochem Sci משנת 2010). הטרנסלוקציה של SphK1 לממברנה, יכולה להיות מתווכת גם על ידי אינטראקציה עם חלבונים נוספים. לדוגמה, נמצא שסידן ו-intgrin-binding protein 1 נקשרים ל-SphK1 בתלות בסידן, ומובילים את האחרון לממברנת התא על ידי calcium-myristoyl switch (Jarman וחב' ב-J Biol Chem משנת 2010).

בניגוד ל-SphK1 הממוקם ברובו בציטוזול, SphK2 נמצא במספר אברונים תוך-תאיים, בתלות בסוג התא. SphK2 הממוקם בגרעין התא, מווסת שעתוק (transcription) של גנים לפחות באופן חלקי, על ידי יצירת S1P הפועל כמעכב אנדוגני של האנזימים מסוג histone deacetylase (Hait וחב' ב-Science משנת 2009). נמצא ש-SphK2 מופיע גם במיטוכונדריה שם הוא נחוץ לצורך ארגון נכון של הקומפלקס ציטוכרום אוקסידאזה (Strub וחב' ב-FASEB J משנת 2010). קיימת השערה ש-SphK2 נקשר גם ל-phosphatidylinositol monophosphate, ומכוון אותו לממברנות תוך-תאיות (Don ו-Rosen ב-Biochim Biophys Res Commun משנת 2009).

בהשוואה ל-SphK1, הרבה פחות ידוע על השפעול של SphK2.‏ EGF ו-phorbol ester משפעלים את SphK2 על ידי זרחון התלוי ב-ERK1 (Hait וחב' ב-J Biol Chem משנת 2007), ואילו זרחון של SphK2 על ידי protein kinase D מסייע ליציאתו מגרעין התא (Ding באותו כתב-עת ובאותה שנה). גם היפּוקסיה משפעלת את SphK2 בתרבית בתאי סרטן ריאות מסוג A549 (Schnitzer וחב' ב-Mol Cancer Res משנת 2009), וכן בתאי microvasculature במוח (Wacker וחב' ב-Stroke משנת 2009), לייצור של S1P המגן מפני אפופטוזיס ומסייע לעמידות בפני איסכמיה.

S1P משמש כ-messenger תוך-תאי

מספר ראיות מצביעות על תפקידו התוך-תאיים של S1P. מולקולה מנוגדת לאפופטוזיס המתווך על ידי ceramide, ו-SphK1 הוא כנראה בעל תפקיד בתהליך המכונה "Sphingolpid rheostat" (Spiegel ו-Milstein ב-Nat Rev Mol Biol משנת 2003). יתרה מכך, מחקרים מוקדמים הדגימו ש-S1P יכול להשרות שחרור של סידן מהרטיקולום האנדופלזמטי (Gosh וחב' ב-Science משנת 1990, ו-Gosh וחב' ב-J Biol Chem משנת 1994, ו-Mattie וחב' באותו כתב-עת מאותה שנה). במשך כמעט 2 עשורים לא זוהו יעדים תוך-תאיים המושפעים מפעילות S1P, אך נתון זה השתנה.

S1P פועל מחוץ לתא על ידי התקשרות לקולטניו

ישנם 5 חלבונים ספציפיים בממברנה הקשורים לחלבון G המשמשים קולטנים ל-S1P, המסומנים כ-S1PR1 עד S1PR5. קולטנים אלה מעורבים במגוון של תהליכים התפתחותיים או תהליכים הקשורים לתחלואה. לדוגמה, שפעול של S1PR1 משחק תפקיד בהנעה של תאי חיסון (Schwab ו-Cyster ב-Nat Immunol משנת 2007). ה-FTY720 prodrug, שאושרה על ידי ה-FDA לטיפול במחלה האוטו-אימונית טרשת נפוצה, עוברת פוספורילציה in vivo על ידי SphK2 ומשרה פירוק של הקולטן S1PR1, אך אינה פוגעת בקולטני S1P האחרים על פני לימפוציטים (Brinkmann וחב' ב-Nat Rev Drug Discov משנת 2010). האובדן של S1PR1 מונע מלימפוציטים את יציאתם מהאיברים הלימפואידים לתוך הדם, וגורמים בכך ל-lymphopenia (Pham וחב' ב-Immunity משנת 2008). הקישור בין S1P לקולטנו חיוני גם להשתחררות של תאי B מבלוטות הלימפה (Cyster ב-Nat Immunol משנת 2010). קישור S1P לקולטן S1PR5 חיוני להשתחררות של תאי T killer מאיברים לימפואידים (Jenne וחב' ב-J Exp Med משנת 2009), ואילו הקולטן S1PR4 בהנעה של נויטרופילים (Allende וחב' ב-J Biol Chem משנת 2010). S1P עשוי להיות משמעותי גם בגיוס תאי גזע, התמיינותם ושמירתם.

Ozanimod הוא תכשיר אימונו-מודולטורי הנמצא בניסוים קדם-קליניים (phase III) לטיפול בטרשת נפוצה ובקוליטיס כיבית. הוא פועל כאגוניסט של שני קולטני S1P, S1PR1 ו-S1PR5 (Scott וחב' ב- Br J Phamacol משנת 2016). פעילות תכשיר זה גורמת להעברת לימפוציטים לאיברים לימפואידים היקפיים, מאזורים של דלקת כרונית.

SphK1 הוא אנזים ציטוזולי ואף-על-פי-כן S1P נקשר ל-S1PRs מחוץ לתא על פני הממברנה החיצונית. כיצד מופרש S1P אל מחוץ לתא? מספר טרנספורטרים מוזכרים למטרה זו, כמו ה-ABCA1 או ה-ATP binding cassette transporter (Sato וחב' ב-J Neurochem משנת 2007). טרנספורטרים נוספים שכנראה משתתפים בפעולה הנידונה הם ABCC1 ו-ABCG2 (Mitra וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2007, ו-Takabe וחב' ב-J Biol Chem משנת 2010). טרנספורטר נוסף המשתתף בתהליך הוא Spinster 2 (Kawahara וחב' ב-Science משנת 2009).

התפקיד של S1P

S1P הוא תווך ליפידי נישא בדם, בעיקר בקשר עם ליפופרוטאינים כגון HDL (Sattler ו-Levkau ב-Cadiovasc Res משנת 2009), אך S1P פחות שכיח בנוזלים רקמתיים ולכך מתייחסים כאל S1P gradiant, ולכך כנראה משמעות בתנועה של תאי חיסון בדם. במקור נחשב S1P כ-second messenger תוך-תאי, והתגלה בשנת 1988 כליגנד חוץ-תאי הנקשר לקולטן S1PR1 הקשור לחלבון G. ידוע שהקולטנים של S1P הם חברים במשפחת חמשת קולטני ליזו-ספינגוליפידים. רוב ההשפעות הביולוגיות של S1P מתווכות על ידי איתותים הנשלחים דרך קולטנים על פני תאים. למרות שפעילותו של S1P ניכרת בכל רקמות הגוף האנושי, הוא נחשב כווסת מרכזי של מערכות כלי הדם והחיסון, ובנוסף S1P עשוי להיות רלוונטי בעור.

במערכת הווסקולרית S1P מווסת תהליכים כמו אנגיוגניות, יציבות וחודרנות וסקולרית. במערכת החיסון, S1P מקובל כווסת עיקרי של תנועת תאי T ו-B. האינטראקציה של S1P עם הקולטן שלו S1PR1 נחוצה ליציאה של תאי-חיסון מהאיברים הלימפואידים כמו התימוס ובלוטות הלימפה אל תוך צינורות ההובלה הלימפתיים. עיכוב של קולטני S1P, נמצא קריטי לאימונו-מודולציה. כמו כן נמצא ש-S1P מדכא באופן ישיר תגובות חיסוניות של תאי-T המתווכות על ידי TLRs או toll-like receptors שהם קבוצת חלבונים בעלי תפקיד מרכזי במערכת החיסון הטבעי (innate) (Sharma וחב' ב-J Leukoc Biol משנת 2013). כמו כן התגלה שבגלל תפקידו של S1P בתהליך האנגיוגניות ויצירת כלי-דם חדשים, S1P חיוני לבריאות הגוף, ולחלופין יש לו תפקיד בתהליכים סרטניים.

S1P-כמולקולת איתות

בשנת 1993 התפרסם מאמרה הראשון של שרה שפיגל בנושא בו הדגימה את היות S1P מולקולת איתות המווסת את שגשוג התאים (Olivera ו-Spiegel ב-Nature משנת 1993), וכן ש-S1P מדכא אפופטוזיס המושרה על ידי ceramide (על פי Cuvillier וחב' ב-Nature משנת 1996), מה שרמז כבר בשלב מוקדם זה ש-S1P עשוי לשחק תפקיד בתהליך הסרטני. מאוחר יותר הודגם ש-S1P מבצע את פעילותו על ידי התקשרות לקולטנים בממברנה, ובהמשך נמצא ש-S1P עשוי לגרום לנדידה של תאי חיסון במרחבי הגוף (Spiegel ו-Milstein ב-Nat Rev Immunol משנת 2011). כלים חדשים, כגון אגוניסטים ואנטגוניסטים של פעילות S1P כמו גם יצירת עכברי knockout, הביאו לעניין רב ולמחקר נמרץ בנושא של מעורבות S1P במחלות שונות.

בדומה לגליצרו-פוספוליפידים, ספינגוליפידים הם מרכיבים נפוצים בממברנות יונקים העוברים מטבוליזם ליצירת מולקולות איתות. מכירים בכך שמטבוליטים של ספינגוליפידים משחקים תפקידים חשובים בוויסות של תהליכים תאיים רבים במצבי בריאות ומחלה. אחד החשובים בין מטבוליטים אלה הוא S1P, שפעילותיו מודגמות בתרשים למטה:

פעולות תוך-תאיות וחוץ תאיות של S1P: S1P המיוצר בתוך התא יכול לעכב תפקודים של הקודמן האפופטוטי שלו-סראמיד. סראמיד נכרך בעצירת גדילה, באפופטוזיס ובאוטופגיה (המאפשרת דגרדציה מסודרת ומחזור של מרכיבים תאיים) (החלק הוורוד). ל-S1P יש מספר יעדי פעולה תוך-תאיים (החלק הירוק), או שהוא מיוצא מהתא לפעול באופן אוטוקריני ו/או פאראקריני על ידי קישור לקולטניו (החלק הכחול).

משמעות קלינית

S1P נחשב כווסת קריטי של תהליכים פיזיולוגיים ופתו-פיזיולוגיים רבים, הכוללים סרטן, טרשת עורקים, סוכרת ואוסטאופורוזיס. ידוע ש-S1P הוא גם בעל מספר יעדי פעולה תוך - תאיים הכרוכים בתהליכי דלקת, סרטן, ומחלת אלצהיימר. כפי שכבר הוזכר, הציר SphKs/S1P/S1PRs משתתף ברגולציה של תהליכים פיזיולוגיים רבים, ונשאלת השאלה כיצד מתפקד ציר זה במצבים פתו-פיזיולוגיים. החשיבות והתחום המתפתח במהירות של דלקות וטרשת נפוצה, נסקר באופן נרחב (Chi ב-Trends in Pharmacol Sci משנת 2011). לכן, כדאי לבחון את מקומו של S1P בתחלואת סרטן, טרשת עורקים, סוכרת ואוסטאופורוזיס.

מעורבות של S1P בתחלואות שונות: S1P נכרך במספר תרחישים פתו-פיזיולוגיים ומחלות המשפיעים כמעט על כל איבר בגוף.

S1P וסרטן

מספר מחקרים הראו ש-SphK1 ויצירת S1P מעודדים שגשוג תאים סרטניים, עמידות תאים אלה לאפופטוזיס, מגבירה את האנגיוגניות ואת התהליך הגרורתי (Pyne ו-Pyne ב-Nat Rev Cancer משנת 2010). פעילות SphK1 מוגברת בדרך כלל ברקמות סרטניות, ופעילותו כרוכה עם עמידות תאי הסרטן לכימו- ורדיותרפיה ולפרוגנוזה גרועה. לכן, ביטוי-יתר של SphK1 מעודד, בעוד שעיכוב פעילותו מדכא את התהליך הסרטני. את האנגיוגניות ואת העמידות לכימותרפיה במספר מודלים של תאי גליומה (Guan וחב' ב-PLos One משנת 2011). S1P המופרש מתאים סרטניים יכול לפעול דרך קולטני S1PRs או באופן אוטוקריני לתמוך בשגשוג, הישרדות תנועתיות, וגרורתיות של תאים אלה (Salas וחב' ב-Blood משנת 2011, ו-Kim וחב' ב-J Cell Sci מאותה שנה), או באופן פאראקריני להשרות מולקולות ספיחה אנדותליאליות, אנגיוגניות, ולווסת תאי חיסון (Anelli וחב' ב-FASEB J משנת 2010).

מעורבות של S1P בתהליך הסרטני: S1P מווסת מספר גדול של תהליכים בתאים סרטניים, ובסביבה המידית של גידולים סרטניים החיוניים לממאירות, כולל שגשוג תאי סרטן, הישרדותם, נדידה של תאי סטרומה ואנגיוגניות. S1P קשור גם כן לגיוסם של תאי דלקת, ולהפרשה של ציטוקינים וכימוקינים החיוניים לתהליכי דלקת וטומורוגניות.

כפי שכבר הוזכר, S1P עשוי לעודד התפתחות סרטן דרך יעדים תוך-תאיים, כגון HDAC1/2, ו-NF-κB. כמו כן, S1P יכול לסייע עמידות תאי סרטן לתרפיה, על ידי פעילותו המנוגדת להשפעה המעודדת אפופטוזיס של ceramide. נמצא ש-S1PR1 כאלמנט מפתח הקשור בשפעול העקבי של STAT3 או signal transducer and activator of transcription-3 בתאי סרטן (Lee וחב' ב-Nat Med משנת 2010). STAT3 הוא גורם שעתוק של S1PR1, כאשר ביטוי מוגבר של קולטן זה משפעל את STAT3 ומעודד הביטוי של IL-6, שהוא ציטוקין מעודד דלקת החיוני לשפעול של STAT3 ולהתקדמות התהליך הסרטני בתווך דלקת.

בגלל החשיבות הפוטנציאלית של SphK1 בסרטן ובמחלות אחרות, דגש רב ניתן על יצירת מעכבים ספציפיים של מולקולה זו. מעכבי SphK1 מהדור הראשון היו חסרים ספציפיות איזופורמית, למרות שאחד ממעכבים אלה, safingol, נבחן בניסויים קדם-קליניים והראה פוטנציאל מבטיח בטיפול משולב עם ציספלטין ותכשירים אנטי-סרטניים אחרים (Dickson וחב' ב-Clin Cancer Res משנת 2011). מעכב ספציפי של SphK1, הידוע כ-SK1-I, מעכב את השגשוג של AML (על פי Paugh וחב' ב-Blood משנת 2008), וכן את ההתפתחות של גליובלסטומה (Kapitonov ווחב' ב-Cancer Res משנת 2009). מעכב נוסף, SK1-II, מגביר את הרגישות של תאי NSCLC לכימותרפיה in vivo ו-in vitro (על פי Song וחב' ב-Clin Cancer Res משנת 2011). באופן מפתיע, SK1-II משרה גם פירוק בפרוטאוזום של SphK1 בתאי אדם (על פי Loveridge וחב' ב-J Biol Chem משנת 2010), ונקשר באופן ישיר למקטע קושר הליגנד האנטגוניסטי של הקולטן של אסטרוגן, ועל ידי כך מעכב את הפעילות המעודדת שעתוק בתמיכת קולטן זה, בתאי סרטן השד (Antoon וחב' ב-J Mol Endocrinol משנת 2011).

ניכרת התקדמות בפיתוח של מעכבים ספציפיים של SphK1, המבוססת על תרכובות amidine. תרכובות אלו נמצאו מפחיתות משמעותית את הרמות האנדוגניות של SphK1 בתאי לויקמיה מסוג U937 (על פי Kennedy וחב' ב-J med Chem משנת 2011).

הקשר בין SphK2 לבין סרטן עדיין לא הוגדר באופן מושלם. הפחתת הפעילות של SphK2 יותר משמעותית מהפחתת הפעילות של SphK1 בעיכוב התפתחותם של תאי גליובלסטומה (Van Brocklyn וחב' ב-J Neuropathol Exp Neurol משנת 2006). הפחתת פעילות של SphK2 בתאי MCP7, גם כן הפחיתה את ה-G2-M arrest ועודדה באופן בולט את תהליך האפופטוזיס המושרה על ידי doxorubicine כנראה בשל ההשפעות על ביטוי p21 (על פי Sankala וחב' ב-Cancer Res משנת 2007). תאי סרטן שד החסרים Sphk2 הם בעלי שגשוג לקוי המודל סרטני בעכברים (Weeigert וחב' ב-Int J Cancer משנת 1999).

מעכב מוצע ספציפי של SphK2, הידוע כ-ABC294640, עיכב את השגשוג של מגוון של תאי סרטן בתרבית, והפחית את תכולת S1P ואת שגשוגם של סרטני שד בעכברי nude. הפירוש של תוצאות אלו מסתבך על ידי ההדגמה העדכנית שהמעכב האמור הוא גם בעל תכונות אנטי-אסטרוגניות ונקשר לקולטן של אסטרוגן (Antoon וחב' ב-Endocrinology משנת 2010). ההדגמה ש-S1P הנוצר על ידי SphK2 הוא מעכב אנדוגני של HDAC (על פי Hait וחב' ב-FASEB J משנת 2010), גם כן מרמזת לכך שתפקידו של SphK2 בהתפתחות סרטן יכול להיות תלוי בתכונות ספציפיות לרקמות מסוימות, וכן לסוגי סרטן מסוימים.

S1P וטרשת עורקים

העניין שמעוררת מעורבות S1P בפתוגנזה של טרשת עורקים, נובע מהתצפיות לפיהן ש-S1P מגיע לריכוזים גבוהים בצירקולציה בהיותו קשור ל-HDL ולאלבומין. S1P הוא בעל מגוון גדול של השפעות על סוגי תאים המשתתפים בתהליכי טרשת עורקית, כולל ספיחה ונדידה של מונוציטים, שגשוג של תאי שריר חלק, טונוס וסקולרי, ועידוד של מסלול NF-κB המוביל ליצירת ציטוקינים המעודדים דלקת (Daum וחב' ב-Arteriosclr Thromb Vasc Biol משנת 2009). הפעילויות של S1P מורכבות, ולא ברור עדיין אם מולקולה זו מעודדת או מנוגדת לתהליכי הטרשת. המסלול דרכו תומך S1P בטרשת נובע בעיקר מהשפעול של NF-κB וביטוי של מולקולות ספיחה הנובעות מקישור S1P לקולטן S1PR3. לעומת זאת, המסלול דרכו S1P מנוגד לתהליך הטרשת, מתווך בעיקר על ידי שפעול של האנזים האנדותליאלי ,nitric oxide synthase והרחבת כלי-דם מושרה על ידי NO על ידי קישור S1P לקולטן S1PR1 (על פי Sato ו-Okajima ב-World J Biol Chem משנת 2010).

למרות שאין הבדלים משמעותיים במשקעים האתרוסקלרוטיים ובנפח הליפידים באבי העורקים של עכברי knockout עם פגיעה כפולה ^-/-‏ApoE^-/-S1PR3, יש הפחתה משמעותית במספר המקרופאגים ובתכולת שריר חלק ברבדים הטרשתיים (Keul וחב' ב-Circ Res משנת 2011). תוצאות אלו מצביעות על כך ש-S1PR3 מעודד גיוס דלקתי של מונוציטים/מקרופאגים ומשנה את התנהגותם של תאי שריר חלק. כיוון שהשגשוג של תאי שריר חלק בתרבית לא הושפע מחסר של S1PR3, מחקרים מאוחרים יותר עם החסרה מכוונת של קולטן זה, נדרשים להבנת תפקידו. גישות פרמאקולוגיות וגנטיות להשקטה של S1PR2 בעכברי ^-/-{{כ}knockout Apoe, החלישו יצירת רבדים טרשתיים כפי שהדבר בא לביטוי בהקטנת שטח הרובד, בעיכוב של הצטברות מקרופאגים באבי העורקים, וביציאה מוגברת של כולסטרול מתוך מקרופאגים (Wang וחב' ב-Clin Invest J משנת 2010). השפעות אלו יוחסו להצטברות מופחתת של מקרופאגים באזור הטרשת, ולפעילות מופחתת של NF-κB ושל ROCK, מה שמפחית את הביטוי של ציטוקינים מעודדי דלקת, של מולקולות ספיחה ושל הכימוקין MCP-1.

אף-על-פי-כן, הפעולות נוגדות הטרשת של HDL, שאינן תלויות במטבוליזם של כולסטרול, כנראה מבוססות על הקומפלקס HDL-S1P. אכן, מחקר עדכני הראה שהקומפלקס HDL-S1P נקשר באופן בלעדי ל-apolipoprotein M הידוע כבעל תכונות נוגדות-טרשת (Christoffersen וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2011). לפיכך, בנוסף להגברת יציאת כולסטרול מתאי קצף מקרופאגיים, וליצירה של pre-β-HDL, עם השפעותיו נוגדות החמצון של האחרון, apoM מגן על כלי-דם על ידי העברת S1P ל-S1PR1 של תאי אנדותל, ולכן S1P-apoM יכולים להיות נוגדי טרשת.

FTY720 מפחית רבדים טרשתיים הן בעכברים טרנסגניים משוללי LDL כמו גם בעכברים טרנסגניים משוללי ApoE (Nofer וחב' ב-Circulation משנת 2007, ו- Keul וחב' ב-Arteriosclr Thromb Vasc Biol משנת 2007). השפעות אלו נובעות מהפחתת הפעילות של S1PR1 בלימפוציטים המושרית על ידי FYT720, מה שגורם ל-lymphopenia, כמו גם להסבה של מקרופאגים מסוג M1 הדלקתיים באופן קלאסי, למקרופאגים מסוג M2 האנטי-דלקתיים. FYT720 מעניק השפעות המגינות מפני טרשת למקרופאגים ראשוניים על ידי הפחתת הטרנספורט של liporprotein cholesterol לרטיקולום האנדופלזמטי, והגברת הפרשתם מהתאים (Blom וחב' ב-Circ Res משנת 2010). השפעות אלו אינן תלויות ב-S1PRs. לעומת זאת, FYT720 מעודד את יצירת 27-hydroxycholesterol מכולסטרול, מה שיכול לספק הסבר נוסף להשפעותיו הטרשתיות, ולזהות מנגנון חדש לפעילות FYT720.

מולקולות קטנות המכוונות כנגד S1P

• FTY720: פועלת כ-pro-drug, ועוברת זרחון על ידי SphK2, מאושרת על ידי ה-FDA לטיפול ב-MS (על פי Brinkmann וחב' ב-Nat Rev Drug Discov משנת 2010); וכן פועל כאגוניסט של S1PR1 ושל S1Pr3-5 משמשת לטיפול בדרמטיטיס (Reines וחב' ב-J Invest Dermatol משנת 2009); פועל גם ל-downregulation של S1P1 ונוסה לטיפול דלקת פרקים בעכברים (Tsunemi וחב' ב-Clin Immunol משנת 2010); וכן לטיפול באלרגיה (Kurashima וחב' ב-J Immunol משנת 2007)
• (SK1-I (BMI-258: פועל כמעכב של SphK1 משמש לטיפול בלויקמיה ובגליובלסטומה
• Safingol מעכב של כל סוגי SphK נוסה לטיפול בגידולים סולידיים
• Sk1: מעכב של SphK1 לטיפול בסרטן הלבלב העמיד ל-gemcitabine (על פי Guillermet-Guibert וחב' ב-Mol Cancer Ther משנת 2009); משרה פירוק של SphK1 בפראוטוזומים ובליזוזומים לטיפול בלויקמיה (Ricci וחב' ב-Br J Hematol משנת 2009), ובאסתמה (Nishiuma וחב' ב-Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol משנת 2008)
• ABC294640: פועל כמעכב של SphK2- נוסה כתכשיר אנטי-סרטני (French וחב' ב-J Pharmacol Exp Ther משנת 2010); פועל כאגוניסט של הקולטן של אסטרוגן: נוסה במכרסמים כתכשיר ב-rheumatoid arthritis על ידי Fitzpatrick וחב' ב-Inflammopharmacplogy משנת 2011, וכן נוסה לטיפול במחלת מעיים דלקתית בעכברים (Chumanevich וחב' ב-Carcinogenesis משנת 2010)
• ABC294735'טקסט מודגש': פועל כמעכב של SphK שונים-נוסה כתכשיר אנטי-סרטני (Beljanski וחב' ב-Invest New Drugs משנת 2011)
• SKI-II: פועל כמעכב של SphK1, נוסה כתכשיר באסתמה (Chiba וחב' ב-J Phamacol Sci משנת 2010)
• THI: פועל כמעכב של S1P lyase-נוסה בנזק ללב כתוצאה של איסכמיה/זילוח מחדש (Bandhuvula וחב' ב-Am J Physiol Heart Circ Physiol משנת 2011, וכן נוסה בעכברים למניעת נזק לריאות הנגרם מ-LPS (על פי Zhao וחב' ב-Am J Respir Cell Mol Biol משנת 2011)
• LX2931: פועל כמעכב של S1P lyase-נוסה על ידי Bagdanoff וחב' לטיפול ב-rheumatoid arthritis ב-J Med Chem משנת 2010)
• 5c: פועל כאגוניסט של SphK1-נוסה במקרים של ספסיס (Puneet וחב' ב-Science משנת 2010)
• SEW2871: פועל כאגוניסט של S1PR1- נוסה לטיפול ב-diabetic nephropathy (על פי Awad וחב' ב-Kidney Int משנת 2011; לטיפול להגנת הכליות (Bajwa וחב' ב-J Am Soc Nephrol משנת 2010); לטיפול באמפיזמה (Diab וחב' ב-Am J Respir Crit Care Med משנת 2010); לטיפול בהגנה נוירונית לאחר שבץ מוחי בחולדות (Hasegawa וחב' ב-Stroke משנת 2010); טיפול בפולינוירופתיה אוטואימונית (Kim וחב' ב-J Neuroimmunol משנת 2009)
• (AAL(R: משמש כ-prodrug מזורחן על ידי SphK2 וכן כאגוניסט של S1PR1/S1PR3. נוסה לטיפול בשפעת (Marsolais וחב' ב-Proic Natl Acad Sci USA משנת 2009)
• AUY954: משמש כאגוניסט של S1PR1. נוסה לטיפול בספסיס (Niessen וחב' ב-Blood משנת 2009), לטיפול במניעת דחיית שתל (Pan וחב' ב-Chem Biol משנת 2006), וכן לטיפול ב-experimental autoimmune neuritis (על פי Zhang וחב' ב-J Neuroimmunol משנת 2009)
• JTE013: משמש כאנטגוניסט של S1PR2. נוסה לטיפול באנאפילקסיס (Oskeritzian וחב' ב-J Exp Med משנת 2010); לטיפול בטרשת עורקים (Skoura וחב' ב-Arteriosclr Thromb Vasc Biol משנת 2011).

S1P ואוסטאופורוזיס

אוסטאופורוזיס היא בין מחלות העצם המטבוליות השכיחות ביותר (Raisz ב-J Clin Invest משנת 2005). נבדק קשר בין S1P לבין ההומאוסטאזיס הנורמלי של העצם, כמו גם לפתוגנזה של מפגעים ההורסים את מרקם העצם. ל-S1P יש מספר תפקידים באוסטאוקלסטים, כולל עידוד תנועתם, שמירה על ההומאוסטאזיס של צפיפות המינרלים בעצם וה-osteoclastogenesis (על פי Ryu וחב' ב-EMBO J משנת 2006, Pederson וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2008, ו-Ishii וחב' ב-Nature משנת 2009). בנוסף, S1P מעודד נדידה של אוסטאובלסטים ואת הישרדותם, ולכן הפרשת S1P בנקודות של ספיגת עצם עשויה להיות חיונית לאוסטאוגנזה. אוסטאוקלסטים יכולים להשתמש בציר S1P/S1PR1 וב-BMP6 וכן בשפעול מוגבר של מסלול Wnt/BMP לצורך בניית עצם.

רמות נמוכות של S1P הן כימוטקטיות עבור קודמנים של אוסטאוקלסטים, בעוד שרמות גבוהות של S1P מעכבות את התנועתיות של תאים אלה. עובדה זו מרמזת לכך שקודמנים אלה, המבטאים את S1PR1 ו-S1PR2, נשמרים באזורי פעילות מטבולית של העצם על ידי גרדיאנט של S1P:‏ S1PR2 מונע את התנועתיות המושרית על ידי S1PR1 של תאים סופגי עצם, עכברים טרנסגניים משוללי S1PR2, מפתחים אוסטאופורוזיס בגלל הירידה בספיגת עצם. בדומה, בעכברים בהם נכרתו השחלות, JTE013 שהוא אנטגוניסט של S1PR2, מנע איבוד עצם על ידי הפחתת ההתקשרות של אוסטאוקלסטים לעצם. והיפוכו של דבר, גְּדִיעָה מושרית על ידי אוסטאוקלסטים של אוסטאופורוזיס המושרית על ידי S1PR1, על ידי הגברת הקישור של אוסטאוקלסטים לעצם.

לפיכך, שיווי המשקל בין S1PRs לבין הריכוזים המקומיים של S1P, משחק תפקיד פיזיולוגי חשוב בהומאוסטאזיס של העצם, כמו גם באוסטאופורוזיס, למרות שהנחה זו מחייבת הדגמה ישירה יותר. בדומה, במודל לדלקת מפרקים דלקתית של עכברים טרנסגניים משוללי TNF, החסרים גם SphK1, נראו תסמינים מופחתים של arthritis, כמו גם הפחתה באֶרוֹזְיָה של העצם (Baker וחב' ב-J Immunol משנת 2010). יתרה מכך, המפרקים הסינוביאלים בעכברים אלה הכילו פחות אוסטאוקלסטים, מה שמציע ש-SphK1 משחק תפקיד ב-arthritis דלקתית המושרית על ידי TNF, תוך וויסות של דלקת בסינוביום, ושל מספר האוסטאוקלסטים.

P1S בסוכרת והשמנה

המטבוליזם של ספינגוליפידים עובר שינויים במצבי סוכרת, ניתן דגש ל-ceramide (Summers ב-Current Opinion in Lipidology משנת 2010), ורק מעט מחקרים בחנו את המעורבות של S1P. העידוד הנמשך על ידי חומצה פלמיטית לסינתזה de novo של ceramide נדרשת, אך אינה מספיקה, ליצירה עמידות לאינסולין, בחלקה כתוצאה מהעיכוב של Akt. יתרה מכך, עיכוב של סינתזת ספינגוליפיד הגבירה את הרגישות לאינסולין, מנעה כבד שומני והופעת סוכרת במכרסמים הלוקים בהשמנת-יתר. תגובות דלקתיות בהשמנת-יתר מחמירות את העמידות לאינסולין ומעלות את הסיכון לסוכרת. שפעול של TLR4 (או toll-like receptor 4) על ידי חומצות שומן רוויות, הוא אחד המסלולים של חסינות טבעית ((innate immunity, התורמת לדלקת מוגברת הכרוכה עם סוכרת (Deevska ו-Karakashian-Nikolova ב-Biochimie משנת 2010). מחקר מ-2011 הדגים ש-TLR4 מעודד IKKβו-NF-κB, מה שמגביר את השעתוק של גנים הקשורים לסינתזה של ceramide (Holland וחב' ב- Journal of Clinical Investigation משנת 2011). גנים אלה מגבירים את רמת ceramide, ומעכבים את AKt הנדרש לפעילות אינסולין. יצירה מוגברת של ceramide חיונית ליצירת ציטוקינים דלקתיים התלויה בTLR4-, אך נדרשת להופעת עמידות לאינסולין התלויה אף היא ב- TLR4 (Holland וחב' ב-Nat Med משנת 2011). המחקר האחרון מציע ש-ceramide מוך תווך מפתח הקושר מסלולים דלקתיים המושרים על ידי ליפידים להופעת עמידות לאינסולין ולגרימת סוכרת.

עמידות לאינסולין המושרית על ידי חומצות שומן רוויות, מתווכת על ידי הקולטן הפרו-דלקתי TLR4, המגרה את IKKβ ומוביל לשפעול של NF-κB. תהליך זה משדרג את הסינתזה של גנים המעורבים ביצירה de novo של ceramide, אשר מעכב את Akt להשריית אפופטוזיס ולדיכוי התפקוד של אינסולין. הקישור של adiponectin לקולטנים שלו, מגביר את הדה-אצילציה של ceramide ליצירת sphingosine, שיכול אז להיות מזורחן ליצירת S1P. איתות דרך S1PRs יכול לשפעל את AMPK, החיוני לביוגנזה מיטוכונדריאלית. S1P גם מעודד את Akt ומונע אפופטוזיס.

קשר נוסף, התגלה בין אדיפונקטין (הורמון המגרה אינסולין ופעילויות נוגדות דלקת ונוגדות אפופטוזיס) ובין ceramide והמטבוליטים שלו, עם הרגישות לאינסולין (Holland וחב' ב-Nat Med משנת 2001). הקשר של אדיפונקטין ל-2 הקולטנים שלו, adipoR1 ו-adipoR2, מעודד את פעילות האנזים ceramidase, ההופך על ידי דה-אציליציה את ceramide ל- sphingosine, המזורחן ל-S1P הנוגד אפופטוזיס. כאשר S1P נקשר לקולטנים שלו, הוא משפעל את AMPK, ופעילויות אלו של אדיפונקטין בסיוע S1P עשויות לעודד את ההישרדות של תאי בטא בלבלב, ולשגשוג מיטוכונדריאלי.

רמות S1P בפלזמה מוגברות בחיות מודל לסוכרת type 1. (סוכרת מושרית בחולדות על ידי streptozotocin, וכן עכברים סוכרתיים מזן Ins2 Akita) (Fox וחב' ב-J Lipid Res משנת 2011). אנטגוניסט של S1PR2 מנע התפתחות סוכרת במודל של עכברים מטופלים עם streptozotocin ועכברי ^-/- S1PR2 כאשר בעכברים אלה היו רמות גלוקוזה בדם נמוכות ביותר, וכן פחת בתאי β שלהם תהליך האפופטוזיס (Iwasawa וחב' ב-Biochim Biophys Res Commun משנת 2010). גלוקוזה משרה עליה מהירה ויציבה בפעילות האנזים sphigosine kinase בתאי האיים בלבלב. יתרה מכך, שגשוג תאי בטא המבוקר על ידי רמת גלוקוזה, תלוי גם חלקית העלייה בפעילות הקינאזה האמורה. למרות שמספר מחקרים מציעים ש--S1P מסייע להישרדות של תאי בטא בלבלב, לא ברור אם תמיכה זו מסתייעת על ידי פעילויות חוץ-תאיות, או תוך-תאיות של S1P, וכן לא ברורה המעורבות של הקולטנים S1PRs.

סוכרת והשמנה: עמידות לאינסולין המושרית על ידי חומצות שומן רוויות, מתווכת על ידי הקולטן הפרו-דלקתי TLR4, המגרה IKKβ ומוביל לשפעול של NF-κB. תהליך זה משדרג את הסינתזה של גנים מעורבים ביצירה de novo שלceramide, אשר מעכב את Akt להשריית אפופטוזיס ולדיכוי התפקוד של אינסולין. הקישור של adiponectin לקולטנים שלו, מגביר את הדה-אצילציה של ceramide ליצירת sphingosine, שיכול אז להיות מזורחן ליצירת S1P. איתות דרך S1PRs יכול לשפעל את AMPK, החיוני לביוגנזה מיטוכונדריאנית. S1P גם מעודד את Akt ומונע אפופטוזיס.

הוראות לביצוע הבדיקה

דגימות של דם שנלקח בצום של 8–12 שעות נבדקו מיד, או שדגימות הנסיוב לאחר סרכוז נשמרו בטמפרטורה של °C‏ 80-. רמת S1P נקבעו בשיטת LC-MS/MS על פי שיטה של Shimizu וחב' ב-Cir Res משנת 2007, ו-Soltau וחב' ב-PLos One משנת 2016). לאחר הוספה של 20 מיקרוליטר של internal standard (1 μmol/L [16,17,18-2H7]-S1P) ל-20 מיקרוליטר של נסיוב, הושקעו חלבוני הנסיוב על ידי הוספה של 350 מיקרוליטר של תמיסת אצטוניטריל/מים ביחס נפחים של 8 ל-2. לאחר סרכוז במהירות 10,000g למשך 15 דקות, כ-99% מסך S1P נמצאו בנוזל העליון של המבחנה, שהורץ בשיטת reverse-phase chromatography בעמודה מסוג Zorbax SB-C8 תוצרת Agilent Technologies, Santa Clara USA. ההרצה בוצעה בקצב של 0.35 מ"ל/דקה, כאשר האלוציה בוצעה על ידי גרדיאנט בינארי משך 6 דקות, עם תמיסות מתנול, אצטוניטריל ו-0.1% של חומצה פורמית ביחס נפחים של 2.5/2.5/95, כנגד תמיסות מתנול/אצטוניטריל/0.1% חומצה פורמית ביחס נפחים של 30/30/40. S1P נמדד על ידי tandem mass spectrometry במכשיר Varian L1200.

כרומטוגרמים אופייניים של LC-MS/MS עבור S1P (A) ועבור S1P-d7 (internal standard) (B).

הערות

לאישור השימוש בתמונות - ראו דף השיחה

ראו גם

• חזרה לדף מדריך בדיקות מעבדה
• בדיקות מעבדה - אבחון מחלות ומפגעים מטבוליים-גנטיים
• בדיקות מעבדה - מפגעי עצם
• בדיקות מעבדה - תחלואת לב וכלי-דם

המידע שבדף זה נכתב על ידי פרופ' בן-עמי סלע, המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-שומר;
החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב (יוצר הערך)