PTEN與動脈粥樣硬化

蘇 琦 李昱瑛 李 巖 鄭 楊 潘洪濤 孫 磊 高 鵬

(吉林大學第四醫院，吉林 長春 130062)

動脈粥樣硬化(AS)是一種多基因遺傳的復雜疾病，具有遺傳易感性。一些與AS發生具有相關性的基因，從基因水平調控AS發生的關鍵環節。最新研究表明人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同系物(PTEN)不僅調控細胞的生長和存活，而且作為一種多功能蛋白，在很多細胞進程中發揮廣泛的作用。雖然PTEN基因在心血管疾病方面的研究較少，但是它在AS發生中的作用，已經逐漸成為近年來研究的熱點。

1 PTEN基因概況

1.1 PTEN基因的結構和功能 人類PTEN基因共編碼403個氨基酸，這些氨基酸形成的蛋白質具有兩個主要的功能區域:催化酶促作用的磷酸酶區域和C2區域。其中C2區域和短的N末端序列(又名PBD區域)對于PTEN結合到膜脂上起著決定性作用，而其C端尾部包含一個PDZ結合基序，這段基序通常被認為在PTEN和支架蛋白(如鳥苷酸激酶，MAGI)在一起相互作用時起到關鍵作用〔1～3〕。PTEN的催化功能區在結構上有些類似于酪氨酸磷酸酶蛋白，目前已知的蛋白質作用底物非常稀少，其中有局部粘著斑激酶(FAK)等〔4〕。

PTEN的生物學效應要歸于其自身的使脂質底物PI-3，4，5-P3去磷酸化的功能區域。而PI-3，4，5-P3是在PI3K被激活之后，進而生長因子結合到其受體上并與PI3K耦聯之后才形成。PI-3，4，5-P3是生長因子刺激信號通路中的一個主要的信號分子，而PTEN基因的脂質磷脂酶基序使PI-3，4，5-P3在其3'端去磷酸化，通過這一反應，PTEN抑制了下游的效應分子激活，這些效應分子包括絲氨酸-蘇氨酸激酶AKT和蛋白激酶C(PKC);或者，這些效應分子的激活有賴于PI-3，4，5-P3與其血小板-白細胞激酶底物同源性區域的結合〔5〕。

由于PTEN基因的生物學功能是作為一種脂質磷酸酶，因此其功能的效應位點應該位于細胞質和質膜，而其最有效力的功能就是反向調節原致癌效應蛋白AKT。AKT的激活可以引發一些細胞功能的改變，包括細胞生長、存活、細胞遷移、分化、細胞和組織大小調控、新陳代謝等〔6〕。

1.2 PTEN基因參與調控的信號通路 眾所周知，細胞是機體的組成部分，而信號通路就是細胞內代謝進程和細胞之間相互對話的樞紐。而PTEN基因的表達產物參與調控的信號通路與很多其他信號通路有一定的相互作用。

1.2.1 PTEN基因與WNT信號通路 AKT的兩個底物GSK3α/β在PTEN信號與WNT信號通路中起著重要的作用。AKT通過使GSK3α/β在絲氨酸21/9位點發生磷酸化，從而抑制了GSK3α/β的活性，而GSK3β正是WNT信號通路的關鍵調節者，GSK3β發生磷酸化并且由泛素介導發生降解，而活化的AKT可以穩定β-catnin，β-catnin又是WNT信號中的關鍵因子，從而與WNT信號的傳遞進行互補〔6〕。此外，PTEN信號與WNT信號之間的相互作用還涉及一些PTEN的其他效應，如PTEN可調節干細胞的自我更新，也可調控維持干細胞的G0-G1期〔7〕。而WNT信號在干細胞的自我更新、增殖方面的作用也是非常重要的。因此，PTEN信號與WNT信號在一定程度上是密切相關的，或者說細胞的生長代謝進程是由PTEN信號與WNT信號協同完成的。

另外，AKT的另一個底物——復合型結節性硬化因子2(TSC2)在參與調控新陳代謝、細胞大小、細胞生長及增殖方面起很關鍵的作用〔8〕。或許TSC2也是PTEN與WNT信號通路的介導因子，這還有待于進一步證明。

1.2.2 PTEN與PI3K/AKT信號通路存在拮抗作用 PTEN可以使PI3K/AKT去磷酸化，從而抑制PI3K/AKT的活性。而PTEN的去磷酸化作用不僅局限于胞質中，同樣存在于細胞核內。Planchon等〔9〕通過實驗證明，腫瘤細胞與對照組細胞中的PTEN在細胞核內的表達情況有差別，同時得出結論，核內的PTEN作用在抑制腫瘤形成上起很關鍵的作用。此外，PTEN對于蛋白質底物的去磷酸化作用的強度尚不清楚，PTEN對于PI3K/AKT的去磷酸化作用是存在的，但也有研究表明PTEN可以直接使其他蛋白質底物發生去磷酸化，而省去其他中間環節〔9〕。由于我們對于被作用的蛋白質底物的檢測手段尚不完善，所以這種說法的可靠性值得推敲。因此，PTEN與PI3K/AKT信號之間的相互作用或許并不是單純的胞質拮抗作用，也可能存在核內的聯系。

1.2.3 PTEN與凋亡信號通路的聯系 PTEN基因在維持細胞穩態、抑制腫瘤形成等方面的作用類似于傳統的p53基因，p53基因參與細胞凋亡信號通路，可以作用于BH3，也可協同作用于Bcl-2家族，引起線粒體膜MDM通透性改變，從而參與胞內凋亡信號途徑。PTEN直接作用于p53，可以促進p53更加穩定，保持其轉錄活性，而這一過程是不依賴于PTEN的作用使AKT的活化進而作用在MDM2來實現的〔10〕。而有研究表明，p53可以在某些缺失PTEN的情況下被誘導參與補償PTEN的作用〔11〕。這也進一步說明了PTEN與凋亡信號通路密不可分。

PTEN基因參與細胞內凋亡過程，而核內PTEN可以通過一系列作用于Rad51修復受損的DNA;同時，PTEN參與凋亡過程不直接引起caspases的激活，而細胞凋亡誘導因子(AIF)作用于細胞核，引起DNA的損傷片段化，同樣不依賴于Caspases的激活，那么兩者之間有沒有進一步的聯系?他們是否存在相互的拮抗作用?而這種拮抗作用的發生機制是什么?還有待于研究者進一步的闡釋。

2 PTEN基因的作用

PTEN基因位于人類第10號染色體長臂2區3帶上，通過序列比對分析表明，這種基因可編碼與張力蛋白和輔助蛋白同源性的磷酸酶〔1〕。研究表明，PTEN蛋白在大多數細胞的生長及存活涉及的磷脂酰肌醇-3激酶(P13K)/Akt信號通路中充當負調節蛋白的角色，其中PTEN抑制PI3K的功能是通過磷脂酰肌醇-3，4，5三磷酸的去磷酸化實現的，其去磷酸化的產物是PI3K的一個關鍵性產物，它激活了下游的靶標效應分子，即一種致癌蛋白-蛋白激酶B。同時，PTEN的缺失已經成為目前臨床上檢測P13K/Akt信號通路對于疾病化療敏感性的一個重要分子標記指標〔2〕。PTEN基因不僅在人體內不可或缺，在小鼠等嚙齒類動物的身上也發揮著重要的作用。

3 PTEN基因與AS

AS是一種多因素共同作用的疾病，每種因素的作用機制并不十分清楚。隨著對AS發生、發展研究的深入，免疫炎癥機制在AS的發生發展中所起的重要作用一再被證實，炎癥反應過程貫穿AS發生與發展的各個階段，炎癥因素參與了內皮細胞損傷、炎癥細胞浸潤、泡沫細胞形成、平滑肌細胞遷移增殖到脂質條紋、纖維斑塊乃至復合病變形成的過程。動脈內皮損傷是AS早期形成的始動環節〔12〕，可以導致內皮細胞表面黏附性發生改變，細胞間黏附分子(ICAM-l)及血管細胞黏附分子(VCAM-1)等黏附分子的表達增加并促進單核細胞黏附。已有研究表明VCAM-l和ICAM-1在AS斑塊中的表達明顯增高，并且參與了白細胞的黏附〔13，14〕。

PTEN作為1997年發現的第一個具有雙重磷酸酶活性的腫瘤抑制基因，同時具有脂質磷酸酶和蛋白磷酸酶雙重活性。近年人們對PTEN的研究逐漸從腫瘤領域延伸到非腫瘤性疾病領域中，許多學者發現PTEN在AS、心肌肥大等疾病中發揮著重要作用。PTEN具有抗炎活性，Subramanina等的研究表明PTEN能通過負性調控中性粒細胞的趨化作用來減輕受損部位的炎性反應〔15〕。Tsoyi等的研究發現，PTEN可以通過 PI3K/Akt/GSK-3/GATA-6信號通路選擇性抑制VCAM-1的表達〔16〕。此外，血管平滑肌細胞的遷移和增殖與AS、冠脈支架植入術后再狹窄等心血管系統疾病緊密相關。國外學者發現PTEN能夠抑制血管平滑肌細胞的增殖、遷移以及存活，研究發現PTEN能夠顯著抑制機體損傷后血管平滑肌細胞向傷口的遷移，從而延緩AS形成的進程〔17，18〕。進一步研究發現，PTEN主要作用于上游的一些重要增殖信號轉導通路，通路中的關鍵酶(如磷酸肌醇依賴性激酶)被激活后，可以通過調控信號通路誘導細胞凋亡和中層細胞增生來抑制平滑肌細胞內膜增生。綜上所述，大量證據表明PTEN不僅調控了細胞的生長和存活，而且它是一種多功能蛋白，在很多細胞進程中發揮廣泛的作用。

此外，有研究已經表明血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)可以誘導血管平滑肌細胞的增殖和遷移，從細胞和分子水平探討AngⅡ的作用，可以評價它是如何影響平滑肌細胞中抑癌基因PTEN的活性和表達，是否影響PTEN調控的下游信號通路，發揮促血管平滑肌細胞異常增生和遷移的作用。

4 小結與展望

目前基因治療是AS的嶄新領域，從基因入手，針對調控某一信號通路的特異性基因，靶向性的治療AS，有望成為AS新的治療方向，為AS患者帶來福音。綜上考慮，PTEN在AS的發生發展中起到顯著的作用，推測PTEN基因的多態性可能影響到AS的發生，通過進一步的實驗研究，希望找出影響血管平滑肌PTEN活性和表達的關鍵因素，進一步證實PTEN與血管平滑肌增殖、遷移的關系，從而為AS的發病機制以及臨床治療提高更新的理論依據和研究靶點。

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