PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)通路在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

張朋云，陳淼

(1遵義醫(yī)學(xué)院,貴州遵義563000;2遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

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·綜述·

PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)通路在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

張朋云，陳淼

(1遵義醫(yī)學(xué)院,貴州遵義563000;2遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院)

急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征在國(guó)內(nèi)外醫(yī)院中發(fā)病率高、病死率大，是重癥醫(yī)學(xué)科治療的難題。近年研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶信號(hào)傳導(dǎo)通路及其相關(guān)調(diào)節(jié)因子，如線(xiàn)粒體、促凋亡蛋白、糖原合成酶激酶3、caspase、NF-κB等參與了急性肺損傷整個(gè)病程，如早期的炎癥反應(yīng)、肺水腫以及后期的組織修復(fù)、氣道重塑和肺氣腫。

急性肺損傷；急性呼吸窘迫綜合征；磷脂酰肌醇-3激酶;絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶；肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞；肺保護(hù)

急性肺損傷是一種由諸多因素誘發(fā)引起的急性綜合征，破壞性極大，嚴(yán)重影響重癥醫(yī)學(xué)科住院患者生存質(zhì)量和預(yù)后。在美國(guó)，急性肺損傷的發(fā)病率為80/10 000，病死率高達(dá)40%[1]。北京兒童醫(yī)院開(kāi)展的一項(xiàng)前瞻性調(diào)查顯示，在重癥監(jiān)護(hù)室的兒童患者中，急性肺損傷的發(fā)病率達(dá)7.8%，病死率為18.2%[2]。急性肺損傷致病因素較多，發(fā)病機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，致病環(huán)節(jié)眾多，現(xiàn)已成為重癥醫(yī)學(xué)科的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/ 絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)信號(hào)傳導(dǎo)通路參與了急性肺損傷整個(gè)病程，包括病因和發(fā)病機(jī)制，如早期的炎癥反應(yīng)、肺水腫，以及后期的組織修復(fù)、氣道重塑和肺氣腫[3]。本文就目前PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)通路在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制

肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞(AEC-Ⅱ)是肺組織中較重要的細(xì)胞，其功能狀態(tài)決定著肺病理?yè)p傷程度及修復(fù)轉(zhuǎn)歸。急性肺損傷致 AEC-Ⅱ凋亡發(fā)生機(jī)制較多，目前研究主要有以下方面：①外源性凋亡途徑：這條途徑與細(xì)胞表面的死亡受體激活有關(guān)，也稱(chēng)為死亡受體。目前研究發(fā)現(xiàn)有6種死亡受體，這6種死亡受體均屬腫瘤壞死因子(TNF-α)受體家族，都包含有死亡結(jié)構(gòu)，死亡因子受體 /死亡因子配體系統(tǒng)在死亡受體途徑中最具有代表性，在細(xì)胞生理性凋亡及促炎癥反應(yīng)中起著重要作用[4]。急性肺損傷肺組織細(xì)胞中有多種炎性細(xì)胞因子表達(dá)，其中TNF-α是人體內(nèi)重要生物活性介質(zhì)，可活化轉(zhuǎn)錄因子(NF-α)、誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡、誘導(dǎo)IL-6表達(dá)及促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖。②內(nèi)源性凋亡途徑：亦稱(chēng)線(xiàn)粒體凋亡路徑，分為半胱氨酸蛋白酶(caspase)依賴(lài)性凋亡途徑和非caspase依賴(lài)性凋亡途徑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，線(xiàn)粒體可產(chǎn)生活性氧自由基(ROS)，并且是容易受到氧化損傷的主要靶細(xì)胞器。在急性肺損傷疾病中，肺組織AEC-Ⅱ凋亡的啟動(dòng)過(guò)程中線(xiàn)粒體起著重要的樞紐作用[5]。caspase依賴(lài)性細(xì)胞凋亡過(guò)程中，半胱氨酸蛋白酶3(caspase-3)的激活是這條凋亡途徑信號(hào)最終執(zhí)行者。有研究表明caspase-3參與了急性肺損傷發(fā)生發(fā)展，并啟動(dòng)了caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致線(xiàn)粒體途徑介導(dǎo)的AEC-Ⅱ凋亡[6]。 ROS介導(dǎo)可直接或間接引起線(xiàn)粒體外膜通透性增加，促進(jìn)凋亡誘導(dǎo)因子和核酸內(nèi)切酶G釋放，啟動(dòng)無(wú)caspase參與的凋亡途徑。③內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑：此凋亡途徑通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激來(lái)發(fā)揮作用，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的生物穩(wěn)態(tài)性受到破壞，其分子構(gòu)象、生化反應(yīng)發(fā)生改變。

2 PI3K/AKT信號(hào)通路

PI3K是一個(gè)異源性二聚體，作為聯(lián)系細(xì)胞外信號(hào)與細(xì)胞應(yīng)答效應(yīng)的中介分子，在磷脂激酶家族中，具有發(fā)揮重要的生物學(xué)特性的成員。由p110催化亞單位和 p85調(diào)節(jié)亞單位組成，同時(shí)具有脂類(lèi)激酶活性和蛋白激酶活性。它是細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激后，PI3K激活可使4，5-二磷酸磷脂酰肌醇的肌醇環(huán)上的3′位點(diǎn)磷酸化，生成3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，AKT的磷酸化還可進(jìn)一步激活或抑制其下游的靶蛋白，引起生物細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡。AKT亦被稱(chēng)為蛋白激酶B，具有重要的生物學(xué)特性。目前研究發(fā)現(xiàn)，至少有3種形式的AKT，包括Akt1、Akt2、Akt3，這些分子對(duì)調(diào)控細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡起著重要作用。磷酸化的AKT 主要通過(guò)對(duì)含有絲氨酸/蘇氨酸殘基的底物，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。許多細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、物理刺激等因素均可通過(guò)激活PI3K而使AKT磷酸化。通常情況下AKT磷酸化可作為衡量PI3K活性的指標(biāo)。

3 PI3K/AKT信號(hào)通路與急性肺損傷

鄧旺等[7]研究認(rèn)為，PI3K/AKT 信號(hào)通路激活后，可上調(diào)大鼠肺泡上皮鈉通道的表達(dá)，增強(qiáng)肺泡鈉通道和Na+-K+-ATP活性，清除急性肺損傷時(shí)肺泡內(nèi)多余的水腫液，減輕肺泡內(nèi)富含蛋白液的滲出，從而減輕肺組織損傷。在麻醉藥物異氟烷防止小鼠呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷模型中，研究者認(rèn)為，異氟烷可防止呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷，抑制小鼠肺部炎癥反應(yīng)，抑制機(jī)械通氣引起的肺泡壁增厚，這種保護(hù)通過(guò)激活A(yù)KT、PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)通路表達(dá)發(fā)揮作用[8]。在血紅素加氧酶-1與七氟烷聯(lián)合脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的急性肺損傷模型中，磷酸化的PI3K和磷酸化的AKT激活,發(fā)揮減輕急性肺損傷的重要作用[9]。有研究證實(shí)，LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷模型中，LPS可引起肺微血管內(nèi)皮損傷，但激活PI3K/AKT能提高肺泡細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷腺苷酸含量，使肺血管內(nèi)皮細(xì)胞得到保護(hù)，可維持肺內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、血管內(nèi)外的動(dòng)態(tài)平衡，改善凝血酶對(duì)LPS等多種因素誘發(fā)的急性肺損傷。Anjum等[10，11]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肺微血管內(nèi)皮損傷后，肺血管內(nèi)外平衡及肺泡毛細(xì)血管屏障受到破壞，肺泡通透性增加，使富含蛋白的液體流入肺泡，引起肺不張、肺泡萎陷、通氣/血流比例失調(diào)，從而導(dǎo)致呼吸衰竭。在探討依達(dá)拉奉對(duì)高氧誘導(dǎo)的肺組織氧化損傷的影響及其機(jī)制中，觀(guān)察不同濃度的依達(dá)拉奉對(duì)大鼠及人肺泡上皮細(xì)胞的影響，結(jié)果表明，依達(dá)拉奉能減輕肺組織生化改變程度，降低高氧誘導(dǎo)的大鼠病死率，減輕細(xì)胞和脂質(zhì)過(guò)氧化DNA的氧化損傷，并呈劑量依賴(lài)性，還能上調(diào)血紅素加氧酶-1的表達(dá)和活性，此結(jié)果通過(guò)PI3K/AKT通路發(fā)揮作用[3]。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌侵入人體肺泡上皮細(xì)胞和原代大鼠肺泡上皮細(xì)胞與活化PI3K/AKT信號(hào)通路有關(guān)。

4 PI3K/AKT信號(hào)通路相關(guān)調(diào)節(jié)因子與急性肺損傷

4.1 線(xiàn)粒體 線(xiàn)粒體釋放的細(xì)胞色素C有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，屬于促凋亡蛋白。肖艷等[6]研究發(fā)現(xiàn)，高氧暴露可致新生大鼠肺組織細(xì)胞色素C分布發(fā)生變化，此現(xiàn)象可能是由線(xiàn)粒體途徑介導(dǎo)，且激活促凋亡蛋白caspase-3進(jìn)而導(dǎo)致肺損傷。其研究結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組大鼠肺泡內(nèi)液體清除率增加，肺泡上皮細(xì)胞鈉離子通道的表達(dá)增加，這與激活PI3K/AKT信號(hào)通路有關(guān)。

4.2 促凋亡蛋白(Bad) Bad由204個(gè)氨基酸組成, 相對(duì)分子質(zhì)量為22 kD，有BH1、BH2兩個(gè)片段。在PI3K/AKT信號(hào)通路,下游因子Bad是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡及存活的靶基因，通過(guò)使Ser112 和Ser136 這兩個(gè)位點(diǎn)磷酸化可發(fā)揮Bad的作用。有學(xué)者在OA誘導(dǎo)的急性肺損傷實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)肺、支氣管灌洗液、血清中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、Bcl-2、Bad、PI3K/AKT的表達(dá)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Bcl-2蛋白的表達(dá)量增加與AKT的激活有關(guān)，活化后的AKT抑制Bad因子的表達(dá)，從而抑制肺細(xì)胞凋亡的執(zhí)行，此作用是通過(guò)PI3K/AKT通路實(shí)現(xiàn)的[13]。

4.3 糖原合成酶激酶3(GSK-3) GSK-3有兩種亞型：GSK-3α和GSK-3β，活化的AKT可通過(guò)磷酸化 Ser21和Ser9，使GSK-3失活。GSK-3β受上游通路PI3K/AKT的影響，GSK-3β的Ser9AKT失去活性，故通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/AKT信號(hào)通路可影響 GSK-3β的效應(yīng)。Ren等[14]對(duì)新型PI3K抑制劑誘導(dǎo)人類(lèi)肺癌細(xì)胞凋亡的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該抑制劑可降低AKT、GSK-3β的磷酸化,促進(jìn)髓細(xì)胞白血病基因1的泛素化降解，這一試驗(yàn)充分說(shuō)明在肺癌研究中通過(guò)PI3K/AKT通路可以改變GSK-3β的活性。

4.4 caspase caspase在細(xì)胞中都是以caspase酶原的形式被合成, 它包括3個(gè)結(jié)構(gòu)域：N端的前結(jié)構(gòu)域、大亞單位(大約20 kD)和小亞單位(大約10 kD)。在經(jīng)線(xiàn)粒體凋亡的途徑中，caspase-9是促進(jìn)細(xì)胞凋亡的起始者，與細(xì)胞色素C、凋亡蛋白酶活化因子1結(jié)合后形成復(fù)合物，活化的caspase-9進(jìn)一步裂解caspase-3和caspase-7，凋亡過(guò)程開(kāi)始。在氧化應(yīng)激小鼠模型中，促分裂原活化蛋白激酶和PI3K保護(hù)細(xì)胞免受高氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并通過(guò)評(píng)估細(xì)胞活力測(cè)定發(fā)現(xiàn)caspase-3和caspase-7均有表達(dá)[15]。當(dāng)在高氧性急性肺損傷時(shí)，肺細(xì)胞產(chǎn)生大量的ROS，可導(dǎo)致線(xiàn)粒體膜損傷和細(xì)胞色素C 的釋放，啟動(dòng) caspase介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

4.5 NF-κB NF-κB是一種多功能的核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，具有重要的生理病理作用，可調(diào)節(jié)各種與細(xì)胞存活和凋亡有關(guān)的基因產(chǎn)物，如Bcl-2、抗細(xì)胞凋亡基因等。AKT可使抑制性κB激酶的Thr23位點(diǎn)磷酸化，后者激活后參與NF-κB對(duì)凋亡、炎癥等的基因調(diào)控。研究表明，NF-κB可介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，其發(fā)生機(jī)制是炎癥因子參與及NF-κB活化。在探討鞘氨醇激酶-1(SPHK1)對(duì)化療藥物誘導(dǎo)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞凋亡的影響的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)上調(diào)SPHK1可激活PI3K/AKT、NF-κB通路，通過(guò)激活PI3K/AKT通路抑制NF-κB[16]。

以上所述，在較多的動(dòng)物模型及臨床試驗(yàn)研究中，PI3K/AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在A(yíng)LI中發(fā)揮著作用，更深入地研究其發(fā)生的具體機(jī)制及與其他通路之間的關(guān)系，將為急性肺損傷相關(guān)性疾病的治療提供新的思路，并對(duì)急性肺損傷疾病的病因和治療提供新靶點(diǎn)。隨著醫(yī)學(xué)及高新技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)PI3K/AKT作用底物的研究、以PI3K/AKT為靶點(diǎn)的藥物研發(fā)將越來(lái)越成熟，但是PI3K/AKT信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞相關(guān)因子的具體機(jī)制十分復(fù)雜，多種相關(guān)蛋白質(zhì)和生物小分子均可參與信號(hào)調(diào)節(jié)，這需要我們?cè)谇叭说幕A(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，為臨床診斷及藥物治療提供更多幫助。

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(8156010205)。

陳淼(E-mail:764590955@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.45.034

R996

A

1002-266X(2016)45-0099-03

2016-08-13)