PI3K信號通路調控動脈粥樣硬化發生發展的研究進展

劉珍竹，李 靖，何 丹，曲 鵬,2*

(大連醫科大學附屬第二醫院 1.心內科; 2.心臟及血管疾病研究所，遼寧 大連 116000; 3.北京大學醫學部 基礎醫學院 生理學與病生理學系 教育部分子心血管重點實驗室，北京 100191)

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)信號通路參與調控細胞增殖、代謝、遷移、以及血糖穩態等細胞調節過程，在動脈粥樣硬化、高血壓、冠心病心肌梗死等心血管疾病中發揮了重要作用。本文總結了PI3K信號通路調節動脈粥樣硬化的相關研究，系統介紹了PI3K調節動脈粥樣硬化發生、發展的作用機制及研究進展。

1 PI3K家族及其亞型概述

1.1 PI3K家族

磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)是脂酶家族成員，能夠磷酸化細胞質膜上磷脂酰肌醇(phosphatidylinos-itol, PI)的3′-OH基。哺乳動物細胞中PI3K分為3類亞型：Ⅰ類亞型，包括PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ、PI3Kδ)，Ⅱ類亞型，包括PI3KC2α、PI3KC2β、PI3KC2γ)和一個Ⅲ類亞型Vps34。

1.2 Ⅰ類PI3K

所有Ⅰ類PI3K均形成由催化p110亞基和調控亞基組成的異二聚體蛋白復合物。哺乳動物基因組編碼4種不同的p110亞型(α、 β、 γ和δ)和幾個調控亞基。AKT作為PI3K下游的主要效應靶點，其家族不同亞型分別通過調控炎性反應、 凋亡等機制在動脈粥樣硬化中發揮作用[1-2]。抑癌基因PTEN(phosphatase and tensin homolog)是PI3K信號傳導級聯反應中的重要成員，可以有效的去磷酸化PIP3的3′基團，終止信號向AKT及其他靶點的傳播，PTEN通過調控巨噬細胞極化、遷移、凋亡等機制參與動脈粥樣硬化疾病[3-5]。目前，Ⅰ類PI3K在心血管疾病當中的作用得到廣泛的關注并進行了深入的研究，也是本文主要闡述的內容。

1.3 Ⅱ類PI3K

在哺乳動物中包含3種Ⅱ類PI3K成員：廣泛表達的PI3K-C2α和PI3K-C2β，以及肝臟特異性的PI3K-C2γ。目前研究較為深入的是PI3K-C2α，它主要參與細胞的細胞內吞、自噬以及纖毛形成等過程[6]。

1.4 Ⅲ類PI3K

Vps34是Ⅲ類PI3K中唯一的成員，它在細胞內特定位置磷酸化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)形成磷脂酰肌醇3-磷酸(phosphatidylinositol3-phoaphate, PI3P)。Vps34與Beclin-1形成Vps34-Beclin-1復合體，在自噬泡形成中發揮重要作用，促進了自噬的發生[7]。

2 PI3K信號通路調控動脈粥樣硬化過程

動脈粥樣硬化是心血管疾病病理基礎，也是一種慢性炎性疾病[8]，脂蛋白氧化修飾、泡沫細胞形成、氧化應激等病理過程參與其中。

2.1 炎性反應

炎性反應在動脈粥樣硬化形成的病理過程中扮演了關鍵角色，白細胞募集以及IL-1β、TNF-α等促炎因子的釋放參與了動脈粥樣硬化形成的早期階段。氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein, Ox-LDL)誘導的人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)中，PI3K和AKT的磷酸化水平增加，NF-κB入核增加，TNF-α、IL-1β的表達水平亦增加。而應用PI3K抑制劑(LY294002)、AKT抑制劑(MK2206)后IL-1β等炎性因子的釋放被阻斷，從而抑制內皮細胞炎性反應[9]。然而在Ox-LDL誘導小鼠單核巨噬細胞(RAW264.7)細胞中，應用胰島素可以降低TLR4、NF-κB以及細胞因子TNF-α、IL-6表達，而PI3K抑制劑(Wartmannin)可以阻斷胰島素的作用從而促進小鼠RAW264.7細胞中的炎性反應[10]。Ox-LDL誘導的人主動脈內皮細胞(human aortic endothelial cells,HAECs)中,PTEN表達抑制，炎性因子IL-1β、IL-6表達增加，促進了動脈粥樣硬化的發生[11]。綜上所述，在動脈粥樣硬化過程中，PI3K信號通路可以通過調控炎性反應發揮參與動脈粥樣硬化的發生、發展的作用，但是，PI3K對動脈粥樣硬化中炎性反應的調控機制仍需進一步研究。

2.2 氧化應激

當活性氧(reactive oxygen species, ROS)生成速率急劇增加或抗氧化防御失效或不足時，會出現氧化應激，可以引起炎性反應、DNA損傷、細胞毒性而促進動脈粥樣硬化形成。硝普鈉誘導的HUVEC模型中，PI3K/AKT/FoxO3a信號通路被抑制，細胞中ROS以及反映氧化應激的指標MDA生成均增加，SOD活性下降，楊梅素可以抑制上述氧化應激反應，而PI3K抑制劑(LY294002)阻斷了楊梅素的抗氧化應激作用，提示PI3K可能通過FoxO3a調控內皮細胞氧化應激反應，為探索動脈粥樣硬化新的治療靶點提供了新的方向[12]。飼以高脂飲食的ApoE-/-小鼠主動脈組織中PI3K/AKT信號通路磷酸化增強，小鼠主動脈瓣DCFH-DA染色提示ROS生成亦增加，飼以高脂飲食的ApoE-/-小鼠腹腔注射露那辛后可以上調抗氧化因子Nrf2和HO-1的表達從而減輕氧化應激反應，而PI3K抑制劑(LY294002)卻阻斷了露那辛的上述作用[13-14]。研究結果提示抑制PI3K可以激活氧化應激反應，這可能與PI3K調控下游的HO-1、Nrf2的表達有關。

2.3 細胞凋亡

細胞凋亡在動脈粥樣硬化斑塊中大量存在，與細胞增殖一起構成動脈粥樣硬化斑塊的病理基礎，促進動脈粥樣硬化的發生與發展。通過構建造血細胞特異性AKT2和AKT3雙敲除(僅表達AKT1亞型的(AKT1only)或者AKT1和AKT2雙敲除(僅表達AKT3亞型的(AKT3only))的雄性LDLR-/-小鼠。小鼠動脈粥樣硬化斑塊明顯減小，且AKT2/AKT3雙敲除小鼠的動脈斑塊中巨噬細胞凋亡明顯增多，提示兩種AKT亞型的缺失會損害巨噬細胞的活力，從而減少LDLR-/-小鼠的動脈粥樣硬化形成[15]。Ox-LDL誘導的HUVEC模型中，AKT磷酸化水平降低，caspase-9、caspase-3、PARP等凋亡蛋白表達增加，應用皂苷后可以抑制細胞凋亡，而PI3K抑制劑(LY294002)可以阻斷皂苷的作用[16]。飼以高糖飲食的ApoE-/-小鼠動脈粥樣硬化模型中，給小鼠腹腔注射羧甲基賴氨酸后，動脈粥樣硬化斑塊中CD68明顯增多，而應用PI3K激動劑(740Y-P)可以明顯抑制這一現象，并且發現應用PI3K激動劑可以減少Bax活化，增加Bcl-2的蛋白水平表達[17]。研究提示，抑制PI3K/AKT信號通路可以促進細胞凋亡，而活化該通路可以增加抗凋亡因子Bcl-2表達從而抑制細胞凋亡。Ox-LDL誘導HUVEC中，PTEN表達上調，而在細胞中敲減PTEN基因可以減輕內皮細胞損傷，Ox-LDL引起的內皮細胞損傷與PTEN的過度表達有關[3]。綜上提示，PI3K信號通路可以通過調節細胞凋亡從而參與動脈粥樣硬化的病理生理過程。

2.4 自噬

大量研究表明自噬與惡性腫瘤、神經退行性疾病、心血管疾病、免疫系統疾病等疾病有關。Ox-LDL誘導的泡沫細胞模型中，應用PI3K抑制劑(LY294002)后，Ⅲ類PI3K/Beclin1被抑制，LC3BII/LC3BI、ATG5表達明顯降低，P62表達升高，而Bcl-2表達增加[18]。抑制PI3K/AKT可以抑制Ⅲ類PI3K/Beclin1阻斷泡沫細胞自噬過程。給新西蘭白兔應用AKT抑制劑、mTOR抑制劑或mTOR siRNA處理后，兔腹腔巨噬細胞自噬明顯增強，兔動脈血管斑塊破裂發生率減低，且易損斑塊減少[19]。在小鼠腦缺血/再灌注疾病模型中，PI3K/AKT2信號通路通過抑制PC12細胞凋亡、自噬，從而發揮了保護腦神經作用[20]。綜上所述，過度自噬可以導致細胞死亡加劇動脈粥樣硬化的發展，抑制PI3K及其信號通路可以抑制自噬從而改善動脈粥樣硬化。

2.5 脂質代謝

脂質代謝異常是動脈粥樣硬化的主要危險因素，也加速了病變過程。高密度脂蛋白在心肌缺血疾病中發揮保護作用，需要AKT1、AKT2的磷酸化激活[21]。PI3K抑制劑(LY294002)、AKT抑制劑(MK2206)可以抑制P2Y12受體激活引起平滑肌細胞內脂質沉積、總膽固醇水平升高以及脂質外流減少[22]。Ox-LDL誘導的RAW264.7巨噬細胞模型中，應用抵抗素后巨噬細胞中脂蛋白脂酶(lipoprteinlipase, LPL)表達明顯增加，且PI3K、AKT磷酸化增加，總膽固醇(totalcholesterol, TC)和三酰甘油(triglyceride, TG)水平均升高，而應用PI3K抑制劑(LY294002)后，LPL表達顯著降低，而TC、TG水平均降低[23]。綜上，提示PI3K信號通路可以通過增加細胞內脂質外流、減少脂質沉積、降低脂蛋白脂酶及膽固醇水平、上調LDLR表達等方面調控脂質代謝，從而參與動脈粥樣硬化的發生發展。

3 PI3K抑制劑在心血管疾病中的應用

PI3K抑制劑主要包括：1)廣譜性PI3K抑制劑，可作用于Ⅰ類PI3K的4種亞型；2)亞型特異性PI3K抑制劑；3)PI3K/mTOR雙重抑制劑。PI3Kγ亞型特異性抑制劑在腫瘤免疫抑制治療方面發揮重要作用，其抗腫瘤作用已經得到廣泛認可[24]；而PI3Kγ亞型在人和小鼠動脈粥樣硬化斑塊中高表達，其特異性抑制劑(AS605240)可以減少ApoE-/-小鼠早期動脈粥樣硬化病變[25]。目前PI3K抑制劑在心血管疾病中的研究較少，但動脈粥樣硬化與腫瘤疾病發病機制不同，所以PI3K抑制劑在兩種疾病中所發揮的作用、應用的劑量、給藥方式都有諸多不同。期望隨著PI3K信號通路在心臟疾病領域研究的不斷深入，其抑制劑在心臟疾病中的應用亦會有新的突破。

4 問題與展望

PI3K與多種細胞表面受體結合，激活以AKT信號通路為主的下游信號通路，通過參與細胞凋亡、巨噬細胞表型轉化[26]、參與抗血小板聚集、抗炎[27-28]、調控氧化應激、自噬等方面調節動脈粥樣硬化[29]，但目前觀察PI3K對動脈粥樣硬化的調控多集中于細胞研究和部分動物研究中。希望隨著研究的進展，可以進一步探究PI3K與動脈粥樣硬化之間的關系，為今后的臨床研究提供更多的依據，從而深入探索可能的相互作用靶點，為疾病的精準治療打好基礎。