論PI3K/AKT/NF-κB信號通路在骨關節炎中的作用機制

李妍，司譽豪，尹恒

(1.南京中醫藥大學針灸推拿學院 養生康復學院，江蘇 南京 210000；2.南京中醫藥大學第一臨床醫學院，江蘇 南京 210000；3.南京中醫藥大學無錫附院，江蘇 南京 210000)

0 引言

骨關節炎(OA)是一種與年齡性別、關節磨損和炎癥相關的慢性骨關節疾病，具有關節軟骨局灶性缺失、滑膜炎性病變和關節組織重建的病理特征[1]。該病主要包括軟骨細胞凋亡和細胞外基質(ECM)退行性改變兩方面，其中機械應力和滑膜炎癥共同促進軟骨ECM的降解，伴有軟骨修復和骨贅形成，致使關節軟骨結構耗損和功能缺失。OA的病理生理學機制尚未被我們完全了解，但炎癥及其相關的標志物似乎在OA的發生發展中發揮著關鍵性的作用。

諸多學者發現PI3K/AKT/NF-κB信號通路在調節導致OA發病的炎癥介質中占據重要角色[2]。PI3K是該信號通路最上游的細胞內信號轉導因子，能被炎癥因子和理化因素激活，活化后能與磷酸肌醇依賴的激酶-1協同作用，相繼觸發AKT磷酸化[3]。而NF-κB是與炎癥相關疾病中的關鍵環節[4]，PI3K/AKT途徑是NF-κB途徑級聯的上游激活劑，通過磷酸化的AKT激活NF-κB的關鍵亞基，調節NF-κB的異常激活。此外，該信號通路可能作為一種負反饋調節器發揮重要作用，限制促炎癥反應。

1 PI3K/AKT/NF-κB信號通路的成分

1.1 PI3K

酰肌醇3激酶(PI3K)是一種異源二聚體，由p110和p85組成，在細胞內起著催化和調節亞單位的作用[5]。PI3K作為肌醇與磷脂酰肌醇(PI)的重要激酶，在肌醇環的3-位催化一種或多種肌醇磷脂的磷酸化，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型3種類型。Ⅰ型選擇性磷酸化PI(4，5)P2，亞基絲氨酸/蘇氨酸激酶和PI3K的雙重活性為p110所具有；Ⅱ型磷酸化PI和PI4P；Ⅲ型特異于PI的磷酸化。

1.2 AKT

絲氨酸/蘇氨酸激酶(AKT)系PI3K信號轉導途徑中關鍵的下游靶激酶之一[6]。AKT有Akt1、2、3三種亞型，包括PH結構域、中間催化域和調節域3部分結構，而AKT的活化與PH結構域的聯系最為緊密。

1.3 NF-κB

Ranjan最早從B淋巴細胞核提取物中檢測到核因子-κB(NF-κB)，為免疫球蛋白κ輕鏈基因轉錄所必不可少的核內轉錄因子[7]。非活性形式的NF-κB在靜息狀態下存于細胞質中；受刺激后，NF-κB游離并移位到細胞核[8]，參與眾多OA相關事件，導致軟骨細胞分解代謝和滑膜炎癥，成為疾病的促因[9]。

2 炎癥因子誘導PI3K/AKT/NF-κB信號通路的激活

IL-1β、TNF-α等炎癥因子主要由滑膜和軟骨細胞等生成，可激活PI3K/AKT/NF-κB途徑，調節下游凋亡蛋白的表達和相關靶基因的轉錄，誘導基質金屬蛋白酶、其他細胞因子和前列腺素，抑制蛋白聚糖和Ⅱ型膠原的合成，從而啟動細胞凋亡路徑，遏抑細胞自噬，推進OA發病過程。

2.1 IL-1β

白細胞介素-1β(IL-1β)是一種促炎因子，它通過上調前列腺素E2(PGE2)、一氧化氮(NO)、基質金屬蛋白酶(MMPs)和血栓反應素等產生不良影響，導致ECM降解[10]，從而誘導軟骨細胞凋亡。

IL-1β被發現在OA患者的關節腔、關節滑液和血清中處于較高水平。Huang等[11]發現IL-1β不僅能促進PI3K和AKT的磷酸化，還能觸發NF-κB的核轉位。Hu等[12]進行了用IL-1β誘導大鼠軟骨退變細胞凋亡的實驗，pAKT含量在經IL-1β誘導后細胞中明顯降低。因此，說明IL-1β能夠激活PI3K/AKT/NF-κB途徑，上調PI3K和AKT的磷酸化水平，誘導分解代謝因子的表達，在OA發病機制中起重要作用[13]。

2.2 TNF-α

腫瘤壞死因子-α(TNF-α)主要是由巨噬細胞和淋巴細胞產生的一種炎癥因子[14]，并不直接招致軟骨ECM的降解，而是依賴PI3K/AKT/NF-κB通路的激活引起炎癥因子大量表達。

有研究顯示，OA患者循環TNF-α濃度遠高于正常人群，而關節手術后TNF-α濃度顯著降低[15]。LI等[16]發現通過抑制PI3K/AKT/NF-κB途徑的預處理，TNF-α可作為PI3K下游的效應器，濃度依賴性地激活NF-κB，凋亡更多經TNF-α誘導的軟骨細胞。因此，抑制TNF-α后，PI3K/AKT/NF-κB途徑的激活也隨之被抑制，從而緩解關節腫脹和促進軟骨修復，延緩或阻止疾病的進展。

3 PI3K/AKT/NF-κB信號通路對OA進程的影響

3.1 調控軟骨細胞凋亡

正常生理情況下，軟骨細胞能夠平衡ECM的合成和降解，因而確保軟骨結構和功能的完整性。細胞凋亡機制一旦失衡，各種病理狀態相繼出現，如退行性病變、惡性腫瘤和反常發育[17]。

Peng等[18]發現，骨痹合劑能抑制大鼠膝關節軟骨細胞凋亡，同時促進其增殖，從而通過調控PI3K/AKT通路中下游NF-κB的蛋白表達及相關基因的轉錄，實現OA癥狀的改善。因此，PI3K/AKT途徑在機體內調節下游轉錄因子NF-κB磷酸化，發揮抗凋亡的重要作用[19]。

3.2 調控軟骨細胞自噬

軟骨細胞的自噬作為平衡細胞生死的轉換器，通過除去機體受損或有害的細胞和蛋白質聚集體，使細胞處于正常生理狀態[20]。眾多炎性因子在NF-κB信號通路激活后被誘導，抑制軟骨細胞的自噬作用，最終導致軟骨細胞死亡和破壞。

Wang等[21]發現miR-140是調節軟骨形成的特異性miRNA，可通過阻斷NF-κB信號通路，加強軟骨細胞自噬和增殖，延緩疾病進展。NF-κB為促炎反應的有效核因子，作為細胞內的基礎信號通路，可在激活狀態下抑制自噬[19]。在維持軟骨細胞穩態，乃至軟骨基質的代謝平衡中發揮重要作用。

4 藥物通過PI3K/AKT/NF-κB信號通路對OA的調控

槐果堿、牛蒡子苷元、益母草和厚樸等藥物可以通過抑制PI3K和AKT磷酸化、NF-κB活化入核，使PI3K/AKT/NF-κB信號通路不被激活，下調炎性因子表達，發揮抗炎效應，延緩OA進程。Wang等[22]研究發現，槐果堿30mg/kg可下調大鼠炎癥部位組織p-PI3K、p-AKT及NF-κB mRNA和蛋白表達水平，提示其抑制了PI3K/AKT/NF-κB信號通路。Tang等[23]發現牛蒡子苷元(ATG)對IL-1β誘導的小鼠OA軟骨細胞模型進行預處理可以有效地下調促炎介質的表達，并對IL-1β刺激下ECM的降解有保護作用。由于ATG與PI3K之間有強大的結合力，其機制可能與PI3K/AKT/NF-κB信號通路失活有關[24]。益母草(LN)是是一種從益母草葉中提取的獨特生物堿。據報道，益母草(LN)能夠顯著降低促炎細胞因子(IL-1β和TNF-α)和MMP的分泌，從而阻斷破骨細胞中PI3K/AKT/NF-κB通路。Hu等[25]發現LN通過減弱PI3K/AKT/NF-κB活化來調控IL-1β誘導的炎癥和ECM代謝失衡，LN通過與某些氨基酸殘基相互作用，直接占據PI3K的抑制結合囊。厚樸酚作為中藥厚樸的主要活性物質，在機制上表現出與PI3K的強大結合能力[26]，可通過直接抑制PI3K的激活，在一定程度上阻斷PI3K/AKT/NF-κB通路的活化，從而抑制軟骨細胞凋亡，同時促進其自噬，最終延緩OA炎癥的進展。因此，抑制PI3K/AKT/NF-κB信號通路被認為是一種OA治療的有效措施[27]。

5 小結

OA是一種發生發展與軟骨細胞間信號調控異常相關的慢性骨關節常見病[28]，以關節代謝功能紊亂以及關節軟骨退縮性變化為特征。機體分泌的TNF-α、IL-1β已被證實是OA發生發展重要的因素，并且這些因子的產生都依賴于PI3K/AKT/NF-κB信號通路是否被活化。AKT繼PI3K/AKT途徑激活后被活化，NF-κB抑制蛋白IκB激酶的磷酸化和降解隨之增強，活化NF-κB。現階段一致認為PI3K/AKT/NF-κB信號通路是OA軟骨中諸多炎癥機理的常見通路，參與了軟骨細胞炎癥、ECM重塑、自噬和凋亡的過程，發揮保持軟骨細胞正常生理狀態的維穩作用。