PI3K/Akt信號通路在HIV感染中的研究進(jìn)展

馬 沖，陶 莊，王 健

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase,PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B, PKB，普遍寫作Akt）在調(diào)控細(xì)胞的代謝、生長、增殖、存活、轉(zhuǎn)錄以及蛋白質(zhì)合成等方面具有重要作用，其功能的失調(diào)與腫瘤、內(nèi)分泌疾病、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和AIDS等多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)[1-2]，這使其成為人類疾病治療的重要靶標(biāo)。近年研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號通路在HIV感染中具有重要作用，可通過下游多種效應(yīng)分子對HIV感染、HIV復(fù)制、病毒儲存庫及T細(xì)胞發(fā)育的各個階段等方面發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，因此，探索該信號通路在HIV/AIDS中的作用機制具有重要意義。本研究將對PI3K/Akt信號通路與HIV/AIDS的相關(guān)研究進(jìn)行整合，旨在為AIDS的治療提供新的思路與靶點。

1 PI3K/Akt結(jié)構(gòu)與功能

1.1 PI3K PI3K是一個脂質(zhì)激酶家族，通過特異性磷酸化肌醇磷脂中的3-羥基而產(chǎn)生第二信使[3]。PI3K分為Ⅰ～Ⅲ3類，Ⅰ類組成部分中，p110催化亞基可影響細(xì)胞增殖，參與免疫功能和炎癥的調(diào)節(jié)[4]，P85亞基在受體結(jié)合、酶激活等過程中發(fā)揮作用[5]；Ⅱ類PI3K在葡萄糖轉(zhuǎn)運、細(xì)胞遷移、細(xì)胞生長及細(xì)胞存活等方面具有重要作用[6]；Ⅲ類PI3K是一種重要的自噬和囊泡運輸調(diào)節(jié)因子，在人體組織中廣泛表達(dá)，對細(xì)胞增殖至關(guān)重要[7]。

1.2 Akt Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，是PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）信號通路的中心介質(zhì)，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞生長，還可以實現(xiàn)對細(xì)胞存活的調(diào)節(jié)作用，其發(fā)揮作用的途徑主要是通過直接抑制促凋亡蛋白或抑制轉(zhuǎn)錄因子產(chǎn)生的凋亡信號，這對于調(diào)控細(xì)胞的凋亡、增殖、遷移、轉(zhuǎn)錄以及糖代謝起到十分重要的作用，是B細(xì)胞及T細(xì)胞發(fā)育、激活和分化的關(guān)鍵分子[8]。同時，Akt能夠抑制線粒體自噬，并促進(jìn)細(xì)胞在線粒體應(yīng)激條件下存活[9]。

1.3 mTOR mTOR是PI3K相關(guān)激酶家族的絲氨酸/蘇氨酸激酶，是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、存活、代謝和免疫的蛋白激酶，參與了B細(xì)胞與T細(xì)胞的活化與分化[10]。mTOR由mTOR復(fù)合物（mTOR complex, mTORC）1和mTORC2組成，mTORC1主要調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和能量代謝，mTORC2主要控制細(xì)胞骨架重塑、細(xì)胞增殖和存活[11]。

2 PI3K/Akt信號通路在HIV感染中具有重要作用

2.1 PI3K/Akt激活能夠促進(jìn)HIV感染 HIV進(jìn)入靶細(xì)胞依賴于主要受體CD4與協(xié)同受體趨化性細(xì)胞因子受體5（chemotactic cytokine receptor 5, CCR5）/CXC趨化因子受體4（CXC chemokine receptor-4, CXCR4）的表達(dá)，HIV包膜糖蛋白與靶細(xì)胞表面CD4的相互作用能夠使CD4磷酸化，通過與非共價相互作用的酪氨酸激酶解離而使受體內(nèi)吞，HIV包膜糖蛋白120（glycoprotein 120, gp120）與CCR5/CXCR4的相互作用導(dǎo)致病毒與靶細(xì)胞膜融合，從而建立了病毒入口，介導(dǎo)病毒進(jìn)入靶細(xì)胞。在此過程中，HIV gp120與CXCR4的相互作用能夠誘導(dǎo)PI3K/Akt信號通路激活，通過LIM和SSH2條拮抗途徑的激活而促進(jìn)絲切蛋白活性增強，有助于增強T細(xì)胞對HIV的易感性，從而促進(jìn)HIV進(jìn)入、DNA合成和細(xì)胞內(nèi)遷移等過程[12-13]。同時，PI3K亞基p110α在HIV進(jìn)入靶細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用，該亞基可調(diào)控HIV包膜糖蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞融合；相反，人類第10號染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN）作為PI3K/Akt信號通路的下游蛋白，對HIV進(jìn)入靶細(xì)胞過程具有負(fù)調(diào)控作用，該蛋白可使PI3K產(chǎn)物去磷酸化并降低Akt活性，從而抑制HIV通過Akt依賴性途徑進(jìn)入靶細(xì)胞，并抑制細(xì)胞生長及其他PI3K/Akt依賴性生物過程，但PI3K/Akt激活后可下調(diào)PTEN的表達(dá)，從而有利于HIV對靶細(xì)胞的感染[14]。見圖1。

圖1 PI3K/Akt信號通路在HIV感染中的作用機制Nef. 負(fù)調(diào)控因子；Treg. 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞；Env.包膜； STAT4. 信號傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子4；mTORC1. 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1；SOCS3.細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子3；Foxp3.叉頭盒蛋白p3基因；Th1.輔助性T細(xì)胞1；SRC-1. 類固醇受體共激活劑-1；STAT3. 信號傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子3；p-TEFb. 正轉(zhuǎn)錄延伸因子bFigure 1 The mechanism of PI3K / Akt signaling pathway in HIV infection

2.2 PI3K/Akt參與維持病毒儲存庫并促使?jié)摲腍IV再激活 抗反轉(zhuǎn)錄病毒治療（antiretro viral treatment, ART）無法清除記憶CD4+T細(xì)胞中的病毒儲存庫，宿主淋巴結(jié)、脾臟以及腸道等組織中的巨噬細(xì)胞也可作為機體的病毒儲存庫并持續(xù)復(fù)制HIV，而病毒儲存庫的持續(xù)存在也是HIV感染者停止ART后疾病進(jìn)展的重要因素[15-16]。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞中的HIV能夠誘發(fā)Akt膜定位并激活A(yù)kt，活化的Akt通過下調(diào)促炎反應(yīng)并誘導(dǎo)抗炎反應(yīng)的轉(zhuǎn)變而激活巨噬細(xì)胞，使感染后的巨噬細(xì)胞壽命延長，提高受感染細(xì)胞的存活率，使其成為病毒儲存庫的重要組成部分，并能維持病毒儲存庫的存活以及HIV的持續(xù)復(fù)制[17-18]，這說明PI3K/Akt信號通路可能在維持病毒儲存庫中具有重要作用。見圖1。

HIV從潛伏期中的再激活與正轉(zhuǎn)錄延伸因子b（positive transcription elongation factor b, P-TEFb）密切相關(guān)，而PI3K/Akt信號通路參與P-TEFb表達(dá)的調(diào)控[19]，該通路的激活可能通過促進(jìn)P-TEFb亞基的翻譯以促進(jìn)P-TEFb的生成。研究發(fā)現(xiàn)，PI3Kp110α特異性小分子激動劑（57704）能夠通過激活PI3K/Akt信號通路而重新激活潛伏的HIV[20]。PTEN作為Akt的負(fù)調(diào)控因子，可通過去磷酸化將PIP3轉(zhuǎn)化為PIP2，減少Akt活化，從而抑制多個細(xì)胞過程，而抑制PTEN后Akt磷酸化增加，可激活潛伏的HIV[21]。樹突狀細(xì)胞（dendritic cell, DC）與CD4+T細(xì)胞相互作用后能夠使?jié)摲腍IV得到激活，接受T細(xì)胞抗原受體（T cell receptor, TCR）與DC雙重刺激能夠更頻繁地逆轉(zhuǎn)潛伏期，研究表明這一過程與PI3K/Akt信號通路相關(guān)[22]。此外，Barclay等[23]的研究顯示，未被HIV感染細(xì)胞的外泡囊（extracellular vesicles, EVs）含有大量非受體酪氨酸激酶（cell-sarcoma receptor coactivator, c-Src），c-Src能夠促使表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）激活并激活PI3K/Akt信號通路，從而激活信號傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of Transcription, STAT）3與可溶性補體受體1型（soluble complement receptor 1,SCR-1），最終逆轉(zhuǎn)HIV的潛伏，抑制c-Src后可導(dǎo)致EGFR、PI3K、Akt-1、STAT3、SCR-1等的抑制，并降低細(xì)胞內(nèi)HIV水平，證實上述蛋白在潛伏的HIV再激活中的重要性。以上研究表明，PI3K/Akt信號通路在促進(jìn)潛伏的HIV再激活方面具有重要意義，因此，也有研究者基于上述理論提出應(yīng)用潛伏期逆轉(zhuǎn)劑激活潛伏的HIV，使免疫系統(tǒng)與ART能夠清除病毒與受感染的細(xì)胞，為“休克和殺死”療法的應(yīng)用提供了一定的基礎(chǔ)，目前Akt激活劑已作為潛伏期逆轉(zhuǎn)劑進(jìn)行了研究[24]。見圖1。

2.3 PI3K/Akt信號通路對T細(xì)胞的調(diào)節(jié) TCR與CD28可導(dǎo)致PI3K/Akt信號通路激活，其下游蛋白mTOR的磷酸化可促進(jìn)Akt最大限度激活，磷酸化的Akt能夠?qū)細(xì)胞多個階段的功能發(fā)揮作用[25]。PI3K/Akt信號通路對調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regularory T cell, Treg）的發(fā)育具有積極作用，TCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在促使PI3K/Akt激活后，能夠?qū)е虏骖^盒蛋白p3基因（forkhead box p3, Foxp3）的過度表達(dá)，從而導(dǎo)致Treg細(xì)胞活化增加[26]。但是該過程在HIV感染中具有一定爭議，一方面，Treg直接降低了活化的T細(xì)胞數(shù)量，減少了HIV在靶細(xì)胞中的復(fù)制；但另一方面，Treg激活可抑制CD4+T細(xì)胞的特異性免疫應(yīng)答，有助于通過調(diào)節(jié)抗HIV的免疫反應(yīng)來建立高水平的HIV復(fù)制，降低機體免疫應(yīng)答能力，且Treg表面相關(guān)受體（CXCR4）還可增加其對HIV的易感性[27]。相反，也有研究顯示PI3K/Akt信號通路對于Treg具有負(fù)調(diào)節(jié)作用，缺少PI3K p110δ的小鼠胸腺中的Treg數(shù)量增加[28]，mTOR負(fù)向調(diào)節(jié)Treg的發(fā)育與分化[29]。此外，CD4+T細(xì)胞是HIV攻擊的靶細(xì)胞，導(dǎo)致輔助性T細(xì)胞（helper T cell, Th）破壞，降低細(xì)胞免疫功能[30]，mTORC1通過STAT4和SOCS3正向調(diào)節(jié)Th1的分化，但mTORC2對Th1的分化作用還有待進(jìn)一步驗證。見圖1。

2.4 PI3K/Akt改變線粒體功能 線粒體是人類細(xì)胞中參與能量產(chǎn)生的主要細(xì)胞器，HIV感染以及ART可引起線粒體DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）損傷以及線粒體膜電位改變，導(dǎo)致活性氧（reactive oxygen species, ROS）產(chǎn)生增加，膜電位下降，干擾機體氧化磷酸化過程中相關(guān)蛋白的產(chǎn)生，使線粒體功能損傷而促使CD4+T細(xì)胞死亡[31]，線粒體自噬能夠特異性清除受損的線粒體，維持線粒體的功能以及細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)[32]。PI3K/Akt信號通路在調(diào)節(jié)自噬中具有不可或缺的作用，mTOR是調(diào)節(jié)自噬的關(guān)鍵信號分子[33]。最近的研究認(rèn)為，mTORC1是線粒體自噬的負(fù)調(diào)節(jié)因子，雷帕霉素（mTOR抑制劑）能夠增強線粒體自噬，并抑制細(xì)胞凋亡[34]。其他研究顯示，磷酸化的Akt通過激活下游mTOR而調(diào)節(jié)線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，抑制Akt磷酸化后，可見線粒體膜電位增加，細(xì)胞內(nèi)ROS水平下降[35]。因此，PI3K/Akt信號通路可能參與HIV感染導(dǎo)致線粒體功能受損的過程，并參與線粒體自噬的調(diào)控，抑制PI3K/Akt信號通路可能促使線粒體功能恢復(fù)，延緩AIDS進(jìn)展。見圖1。

3 PI3K/Akt作為HIV感染治療靶點

由于PI3K/Akt信號通路在誘導(dǎo)HIV進(jìn)入靶細(xì)胞、維持病毒儲存庫、促進(jìn)潛伏HIV再激活、改變線粒體功能等方面具有重要作用，因此，靶向PI3K/Akt治療可能會成為治療HIV的重要療法。

3.1 抑制HIV進(jìn)入靶細(xì)胞 在HIV感染的治療中，抑制HIV進(jìn)入靶細(xì)胞的研究是HIV感染領(lǐng)域的重要研究方向，目前正在研發(fā)的抑制劑主要包括HIV吸附抑制劑、HIV受體拮抗劑及HIV與靶細(xì)胞融合抑制劑等。Hamada等[14]的研究表明，gp120與CD4的相互作用可導(dǎo)致PI3K亞基快速激活，PI3K p110α特異性抑制劑（PIK-75）能夠抑制HIV進(jìn)入T細(xì)胞，降低HIV誘導(dǎo)的Akt磷酸化；并且PIK-75能夠抑制病毒與細(xì)胞的融合，使得HIV 包膜與靶細(xì)胞表面CD4的相互作用受到阻斷，從而阻止HIV包膜介導(dǎo)的細(xì)胞融合過程，這提示PI3K抑制劑可用于抑制HIV進(jìn)入靶細(xì)胞的過程。另有研究表明，PI3K抑制劑不僅能夠阻斷HIV對CD4+T細(xì)胞的感染，還可對已激活的CD4+T細(xì)胞生命周期發(fā)揮一定的抑制作用，抑制p85亞基（PI3K亞基）能夠阻斷Toll樣受體（Toll-like receptor, TLR）2對HIV感染的增強作用[36]。

3.2 抑制HIV在細(xì)胞間的復(fù)制及遷移 HIV負(fù)調(diào)控因子（negativefactor, Nef）是一種多功能病毒輔助蛋白，不具有酶活性，在HIV感染早期大量表達(dá)，在增強病毒感染與復(fù)制方面具有重要作用，而Nef的缺失可有效減緩AIDS的發(fā)展[37]。HIV Nef通過影響TCR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而防止受感染細(xì)胞過早激活誘導(dǎo)的死亡，并促進(jìn)HIV在靶細(xì)胞中的復(fù)制[38]。HIV趨化因子能夠?qū)⑹芨腥炯?xì)胞由黏膜運輸至淋巴結(jié)而感染T細(xì)胞，隨后受感染的T細(xì)胞在淋巴結(jié)內(nèi)的活動可刺激B細(xì)胞以建立體液免疫反應(yīng)，HIV Nef能夠通過干擾趨化因子而防止受感染的T細(xì)胞遷移至淋巴結(jié)，從而破壞機體的免疫反應(yīng)[39]。HIV Nef分別通過N末端和C末端與PI3K和Akt相互作用，從而激活PI3K/Akt信號通路，提高受感染細(xì)胞的存活率，蛋白酶抑制劑（protease inhibitors, PI）能夠以時間和劑量依賴性方式抑制HIV Nef誘導(dǎo)的Akt過度活化和T細(xì)胞增殖，并可阻斷病毒在T細(xì)胞間的復(fù)制[40-41]。因此，基于HIV Nef激活PI3K/Akt過程探索阻斷HIV感染細(xì)胞的遷移及抑制HIV在T細(xì)胞中的復(fù)制，對于優(yōu)化HIV治療方案具有重要意義，可能成為潛在的治療策略。

3.3 抑制病毒儲存庫 HIV對PI3K/Akt信號通路的激活能夠?qū)λ拗骷?xì)胞壽命的延長發(fā)揮重要作用，因此，以PI3K/Akt為靶點的抑制劑可能對病毒儲存庫具有抑制作用。有研究顯示，5, 7-二羥基-6-甲氧基黃酮可通過抑制PI3K/Akt信號通路，而減弱其對病毒儲存庫的保護(hù)作用，并且能夠促進(jìn)已感染的巨噬細(xì)胞凋亡而發(fā)揮抑制病毒儲存庫的作用[42]。

3.4 免疫調(diào)節(jié) HIV感染導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞功能缺陷及凋亡，細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞持續(xù)減少促使機體免疫失衡。紅色諾卡氏菌細(xì)胞壁骨架（nocardia rubra cell-wall skeleton, Nr-CWS）作為免疫增強劑，可促進(jìn)巨噬細(xì)胞、DC細(xì)胞、自然殺傷（natural killer, NK）細(xì)胞、CD4+T及CD8+T細(xì)胞活性的增強[43]。相關(guān)試驗表明，Akt磷酸化可由Nr-CWS誘導(dǎo)，Nr-CWS激活PI3K/Akt信號通路后能夠促進(jìn)PAX8的表達(dá)，上調(diào)的PAX8可進(jìn)一步促進(jìn)Th1細(xì)胞的分化與成熟[44]。同時，I型干擾素（Type I interferons,IFN-I）是在急性病毒感染中由病毒刺激漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（plasmacytoid dendritic cells, pDC）產(chǎn)生，可導(dǎo)致HIV感染者的記憶CD4+T細(xì)胞凋亡，并直接參與免疫損傷[45]。泛素特異性肽酶（ubiquitin specific peptidase 18, USP18）是IFN-1的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白，抑制USP18的表達(dá)可促使機體以Akt依賴性的方式抑制記憶CD4+T細(xì)胞凋亡[46]。但通過激活PI3K/Akt信號通路調(diào)節(jié)免疫可能與該通路介導(dǎo)的HIV進(jìn)入、病毒儲存庫等過程具有一定矛盾性，因此該類治療策略還需綜合多種因素并進(jìn)一步深入研究。

4 小結(jié)與展望

自HIV被發(fā)現(xiàn)以來，人類在預(yù)防HIV傳播和HIV/AIDS的管理方面取得了較大進(jìn)步，ART也使其發(fā)展為慢性可控性疾病，但是病毒儲存庫、免疫重建不良以及耐藥等問題成為目前HIV/AIDS治療的難題。PI3K/Akt信號通路在HIV/AIDS多方面發(fā)揮作用，不僅在HIV與靶細(xì)胞融合過程中發(fā)揮重要作用，還參與維持病毒儲存庫與HIV的潛伏。同時，PI3K/Akt信號通路在T細(xì)胞發(fā)育的各個階段均可發(fā)揮作用，其作用根據(jù)T細(xì)胞的成熟階段、譜系及環(huán)境的不同而發(fā)生改變，而以PI3K/Akt為靶點的研究也顯示，相關(guān)抑制劑能夠在抑制HIV進(jìn)入靶細(xì)胞、清除病毒儲存庫等方面發(fā)揮作用。因此，基于PI3K/Akt信號通路探索抗HIV藥物研發(fā)、清除病毒儲存庫及改善HIV/AIDS患者免疫功能等方面可能具有較大發(fā)展空間。