PI3K/AKT信號通路在心房顫動中的研究進展

張續騰，劉芳，陳軍，劉曉萌，靳樂，高紅梅△

心房顫動（房顫）是臨床最常見的心律失常之一，極易導致心力衰竭、腦卒中等并發癥，嚴重影響患者的生活質量。近期，一項包括我國在內的20個國家的隊列研究，通過對153 152例中年人的心電圖進行分析發現，每10萬人中即有250人罹患房顫，其中我國的發病率位列第3位［1］，且隨著老齡化趨勢的加重，我國房顫發病形勢日益嚴峻。盡管如此，房顫的發生機制目前尚未完全闡明。通常認為房顫是由心臟結構或電生理異常引起的心房肌異常激動和心房內多子波折返促發。目前，房顫的治療目標主要為減輕癥狀及預防相關并發癥，針對房顫的上游治療手段匱乏，尋找預測房顫發生、延緩房顫發展的新靶標對房顫的治療尤為迫切。磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信號通路是一條重要的細胞內通路，生物信息學分析、差異基因共表達分析、權重基因共表達網絡分析均發現該通路可能參與房顫的發生和發展過程［2-4］。本文對近年來PI3K/AKT信號通路與房顫相關的一系列研究進行匯總，總結該信號通路在房顫發生發展中的可能機制。

1 PI3K/AKT通路

PI3K蛋白家族是一系列參與細胞生長、分化、增殖、細胞內運輸等功能的激酶，其激活和失活在機體免疫、代謝、心臟功能等方面起重要作用［5-6］。在已發現的3類PI3K中研究最廣泛的是Ⅰ類PI3K，它是一種異源二聚體結構，由一個調節亞基（通常稱為P85，具有空間調節功能）和一個催化亞基（目前已知4種，即p110α、β、δ、γ，具有催化活性）構成。Ⅰ類PI3K可使磷脂酰肌醇的肌醇環3′羥基磷酸化，形成磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3），PIP3作為重要的第二信使，能夠激活下游一系列蛋白激酶，如AKT。AKT是絲氨酸/蘇氨酸激酶，為PI3K的下游調節蛋白，它由不同基因轉錄的3種亞型組成，即AKT1、AKT2和AKT3，3種亞型各自功能分布不同，但也有重疊。PIP3可以招募AKT和磷酸肌醇依賴性激酶（PDK）至胞膜內側并激活PDK，AKT在PDK的作用下，經磷酸化作用后轉變為磷酸化AKT，即AKT通路激活，在細胞增殖、活化和代謝等一系列過程中發揮功能［7-8］。

2 PI3K/AKT參與心房顫動發生的機制

盡管房顫的發生機制目前尚未完全明確，但近年研究表明心房結構重構和電重構是房顫發生和維持的重要機制［9-11］。而心房纖維化、炎癥反應、氧化應激和神經內分泌調節可能是導致心房重構發生的主要因素，影響房顫的發生。

2.1 PI3K/AKT與心房纖維化 心房纖維化是造成心房重構的重要原因，是房顫發生的病理基礎，諸多病理因素通過激活AKT促進心房成纖維細胞的分化和增殖，促進心房纖維化的發生，增加房顫發生率［12］。同源磷酸酶-張力蛋白（PTEN）/PI3K/AKT、轉化生長因子β（TGF-β）/Smad通路已被證明在心房纖維化中起關鍵作用［13-14］。研究表明，上調免疫蛋白酶體亞單位β5i，小鼠發生心肌肥大等結構重塑，且PI3K/AKT上游調節因子PTEN的降解和AKT/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路的激活參與上述過程［15］。另一項研究發現，下調血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）誘導的免疫蛋白酶體亞單位（β2i和β5i）的表達后，PTEN降解減少，AKT1和下游信號介質失活，心房擴張和纖維化改善，炎癥反應和氧化應激減輕，心房結構重構改善，AngⅡ誘導的血壓升高和房顫發生率顯著降低；反之，當阻斷PTEN表達后，心房結構重構加重，AngⅡ誘導的血壓升高、房顫發生率顯著上調［16］。Li等［17］研究發現，AngⅡ可以促進PTEN的降解和AKT1的激活，而激活的AKT1可以進一步促進TGF-β/Smad信號通路表達，加劇心房纖維化。另外，有研究發現miR-324-3p可通過靶向TGF-β抑制PI3K/AKT信號通路來抑制心肌成纖維細胞增殖，從而改善心臟重塑，降低房顫發生率［18］。Wang等［19］發現，在房顫小鼠中，胰島素樣生長因子1（IGF1）通過激活PI3K/AKT通路，增加結締組織生長因子和AngⅡ受體1的表達，促進心房纖維化發生。而抑制IGF1功能，可以減輕心房纖維化，改善房顫的易感性。以上研究表明，上調PTEN或保持其表達以及下調IGF1，可以降低AKT磷酸化水平，使下游通道活性降低或失活來抑制心房纖維化的發生，降低房顫的發生率。然而，也有研究發現，糖尿病大鼠注射IGF1后，PI3K/AKT通路激活，繼而發揮抗炎及減輕氧化應激的作用，進而抑制房顫的發生。同時，通過對糖尿病大鼠進行心臟電生理檢查后發現，糖尿病大鼠的心房纖維化與PI3K/AKT/內皮型一氧化氮合酶（eNOS）通道受損有關［20］。另一項研究也發現糖尿病大鼠的心房纖維化與PI3K/AKT/eNOS通路蛋白表達明顯下調有關，提高該通路蛋白表達可減輕心房纖維化，減少房顫的發生［21］。此外，Wang等［22］發現，自發性高血壓大鼠（SHR）發生左心房增大，心房細胞肥大、間質纖維化和凋亡等心房重構后，可促使房顫的發生，其中PI3K/AKT/eNOS信號通路蛋白表達抑制，通過替米沙坦逆轉PI3K/AKT/eNOS通路的表達失衡，SHR的心房重構明顯減輕，房顫發生率降低。由此可見，PI3K/AKT激活后會作用于不同的下游靶標，參與房顫發生的調節。

2.2 PI3K/AKT與炎癥反應和氧化應激 目前研究認為，炎癥反應及氧化應激與房顫的發生及維持有關，其不僅可以通過調節鈣穩態和連接蛋白影響心房電傳導，還可以通過調節多種信號通路，改變心房電生理學基礎，增加房顫的易感性［23-25］。許多炎性介質和氧化應激產物，如Nod樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NLRP3）、白細胞介素（IL）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、活性氧（ROS）和黃嘌呤氧化酶（XO）均與PI3K/AKT信號通路有關。NLRP3炎性小體是由多種蛋白質組成的復合物，負責感知人體的潛在威脅（如病原體釋放的危險信號分子等），NLRP3炎性小體通過引起血清半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）剪切、活化，進而裂解Pro-IL-1β、Pro-IL-18，形成成熟的IL-1β、IL-18，進一步介導炎癥反應，近年來研究發現其與多種心血管疾病有關［26-27］。在一項NLRP3炎性小體與房顫相關性的研究中，正常小鼠的NLRP3炎性小體基因被敲除后，PI3K/AKT/mTOR信號通路表達受抑制，小鼠的房顫發生率有所下降［28］。在另一項研究中，無菌性心包炎大鼠模型使用秋水仙堿后，IL-1β誘導的IL-6表達受到抑制，使AKT磷酸化水平顯著降低，房顫發生率降低，證實減輕炎癥反應可以降低房顫的發生率；同時在該研究中發現，補充IL-6可以加劇炎癥反應，心房纖維化加重，抵消秋水仙堿拮抗房顫的作用［29］。在另一項小鼠實驗中，應用泛素羧基端酯酶L1（UCHL1）的抑制劑LDN57444干預小鼠后，AKT蛋白的表達受到抑制，炎性因子IL-1β、IL-6及氧化應激標志物NADPH氧化酶（NOX）2、NOX4水平降低，小鼠的房顫發生率下降［30］。這些研究表明抑制PI3K/AKT通路可以達到抑制炎癥和減輕氧化應激的目的，從而降低房顫的發生率。然而，Zhao等［31］以房顫犬為研究對象，其心房組織PI3K/AKT的mRNA水平非但未升高，反而降低，但在使用腎素-血管緊張素系統（RAS）阻斷劑阿利吉侖后，PI3K/AKT的mRNA水平升高，外周血中TNF-α、IL-6以及氧化應激標志物XO、ROS水平均顯著降低，犬的房顫發生率下降，并且應用PI3K/AKT通道抑制劑渥曼青霉素后阿利吉侖的抗炎、抗氧化應激以及抗心肌重構作用被逆轉。

2.3 PI3K/AKT與神經內分泌 神經內分泌調節是影響房顫發生發展的重要因素。RAS是機體重要的神經內分泌系統之一，在房顫動物模型和患者中均發現了RAS的激活。RAS通過多種機制影響心房結構和電生理基礎，參與房顫發生的調節。多個研究發現RAS激活后顯著增加了PI3K和AKT的磷酸化水平，通過促進心房纖維化、炎癥反應、氧化應激或其他作用增加房顫的發生率［32-34］。近年來人們逐漸認識到上述效應是通過RAS中經典的血管緊張素轉化酶（ACE）/AngⅡ/AngⅡ1型受體（AT1R）軸實現的，另一個經典通路ACE/AngⅡ/AngⅡ2型受體（AT2R）軸起著拮抗ACE/AngⅡ/AT1R軸的作用，且效應常被ACE/AngⅡ/AT1R軸掩蓋。此外，RAS非經典的ACE2/Ang/（1-7）/MAS軸，AngⅣ及其受體亮氨酸-胱氨酸氨肽酶（IRAP）起著平衡ACE/AngⅡ/AT1R軸的作用［35］，由于上述通路均對ACE/AngⅡ/AT1R軸有著拮抗或平衡作用，深入探究PI3K/AKT在這些通路中的作用對了解房顫的發生發展機制有重要意義。

甲狀腺激素軸對房顫的發生也有著重要作用。研究發現，不論甲狀腺功能亢進還是減退都對房顫的發生起促進作用［36］。一項有關甲狀腺素相關基因與房顫發生關系的薈萃分析中進一步說明了甲狀腺素紊亂與房顫相關［37］。PI3K/AKT通路極有可能參與甲狀腺素軸影響房顫發生的過程，已有研究發現甲狀腺素可以激活IGF-1/PI3K/AKT信號通路，對心肌梗死后的小鼠產生抗心肌細胞凋亡、抗心肌重構及抗炎作用［38］，也可以通過激活PI3K/AKT通路減輕氧化應激，從而起到保護小鼠心肌缺血再灌注損傷模型心肌的作用［39］。

3 未來研究趨勢

目前關于PI3K/AKT通路與房顫相關性的研究仍在進行中。房顫個體伴發基礎疾病不同，如合并糖尿病或甲狀腺功能障礙等疾病，PI3K/AKT通路的表達是否會有所差異，如何避免PI3K/AKT調控不同下游靶標可能產生的相反的作用結果，如何調控PI3K/AKT的磷酸化水平，或者調控該通路上哪一個環節才能降低房顫的發生率仍不明確。同時，應注意調控PI3K/AKT通路對個體帶來的潛在不良影響。一項有關新型口服抗凝藥依度沙班的研究發現其可通過作用于Wnt/β-連環蛋白途徑誘導激活PI3K/AKT通路，進而激活蛋白C系統，發揮抗凝作用，使血栓栓塞的房顫小鼠獲益，而PI3K/AKT水平變化對其他通路會產生怎樣的影響還需要大量的研究探索［40］。此外，自主神經調節紊亂促使心肌細胞內Ca2+超載及遺傳相關的某些位點基因的突變也被證實與房顫相關［41-42］，PI3K/AKT通路是否參與了上述過程也值得進一步探究。

4 小結

PI3K/AKT信號轉導通路通過影響心房纖維化、炎癥和氧化應激、神經內分泌調節等多種不同的機制參與房顫的發生。PI3K/AKT信號通路及其上游（PTEN、IGF1、NLRP3和RAS）和下游（mTOR、eNOS和TGF-β）蛋白可能是治療房顫的有價值靶點，見圖1。目前，如何調控PI3K/AKT通路降低房顫發生率尚未達成共識，期待更深入、更權威的研究提供證據，為房顫干預的靶標探索提供新思路。

Fig.1 PI3K/AKT signaling pathway and part of its upstream and downstream pathways圖1 PI3K/AKT信號通路及部分上下游途徑