巨噬細胞PI3K/Akt通路與動脈粥樣硬化的研究進展①

孟中華 尚莎莎 王建茹 關懷敏 陳玉善 王 賀 司春嬰 李永林

（河南中醫藥大學，鄭州 450000）

近年冠心病發病率呈上升趨勢，在世界范圍內具有較高患病率和病死率，已成為近年影響全民健康的重要公共問題［1］。動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病的病理基礎，表現為冠狀動脈AS斑塊形成、管壁增厚變硬、失去彈性，當發生斑塊內出血、斑塊破裂等繼發性改變時，管腔嚴重狹窄或閉塞，可引發急性冠脈綜合征等心血管事件［2］。關于AS發生具有多種理論，其中血管免疫炎癥學說認為各種因素導致的動脈內膜炎癥性損傷是AS 的始動環節，AS發生、進展、消退過程都伴隨免疫炎癥反應，免疫細胞如單核巨噬細胞參與AS 發病過程，巨噬細胞增殖、遷移、表型變化及凋亡在AS 所有病變階段均發揮重要作用［2-4］。

巨噬細胞具有多種分化來源，血液中的單核細胞穿過血管壁進入組織是巨噬細胞主要來源［5-6］；AS早期，巨噬細胞主要來源于血管內皮細胞對單核細胞的招募及AS斑塊內巨噬細胞增殖，而AS進展期，斑塊局部巨噬細胞增殖成為主要來源［7-8］。血脂升高等因素導致內皮損傷，內皮細胞分泌炎癥因子和趨化因子，如單核細胞趨化因子（monocyte chemoattractant protein，MCP），單核細胞黏附、聚集并遷移至內皮下分化為巨噬細胞［5］。清道夫受體（scavenger receptor，SR）-A、CD36 等介導下，巨噬細胞攝取氧化低密度脂蛋白（oxygenized low density lipoprotein，ox-LDL）并蓄積于細胞內，隨著攝入脂質增加，細胞內膽固醇負荷增加引起脂質堆積，巨噬細胞轉變為泡沫細胞，并形成脂質條紋、粥樣硬化斑塊等病理改變［4，9-10］。

巨噬細胞是AS發展的“關鍵動力”，影響斑塊穩定和AS 結局［6］。巨噬細胞受多重信號通路調節，其中PI3K/Akt信號通路在巨噬細胞存活、增殖、遷移過程中發揮重要作用，參與調節巨噬細胞極化、自噬、脂質代謝等功能，是AS 研究熱點之一［11-12］。本文將對PI3K/Akt 信號通路調節巨噬細胞功能與AS 的作用進行綜述。

1 PI3K/Akt通路結構

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，可被Toll 樣受體（toll like receptor，TLR）-4 等病原識別受體、細胞因子、趨化因子和 Fc 受體激活［13］。PI3K激活后催化產生3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 3，4，5-triphosphate，PIP3），PIP3 與磷脂酰肌醇依賴激酶-1（phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）結合，使Akt 轉至細胞膜并活化，進一步催化mTOR等下游分子［14-15］。

根據結構、功能和底物專一性不同可將PI3K 分為3 型：Ⅰ型PI3K 由1 個催化亞基和1 個調節亞基組成，分為ⅠA 和ⅠB 2 種亞型，ⅠA 型 PI3K 由催化亞基 p110（包括 p110α、p110β、p110δ 變異型）和調節亞基p85（包括p85α、p55α、p50α、p85β、p55γ變異型）組成，ⅠB 型PI3K 由調節亞基p101 和催化亞基p110γ 構成；Ⅱ型 PI3K 僅有催化亞基，其羧基末端缺少天冬氨酸殘基導致Ca2+難以與其結合，因此Ⅱ型PI3K發揮作用不依賴細胞內Ca2+；Ⅲ型PI3K與Ⅰ型結構相似，由催化亞基和調節亞基構成，僅催化PI產生PIP3，參與蛋白和囊泡投送［13，16］。

PI3K 活化在 T308、S4732 個位點激活 Akt，Akt又稱磷酸激酶 B（proteinkinase B，PKB），被PIP3 及少量PIP2 活化，對內皮細胞增殖、巨噬細胞分化、遷移等起重要作用；Akt 有 Akt1、Akt2、Akt3 3 種亞型，具有顯著同源序列、相似結構，但生物學功能不同，Akt1缺失小鼠圍生期病死率提高、體質量下降，Akt2 缺失小鼠生長傾向于高血糖和胰島素抵抗，小鼠Akt3缺失影響其糖代謝和體質量，且腦細胞發育異常［11］。

PI3K/Akt 通路可通過影響炎癥因子、核受體表達調節巨噬細胞極化、自噬、脂質代謝功能變化，進而改變AS發展進程［17-18］。

2 PI3K/Akt通路調節巨噬細胞極化

2.1 巨噬細胞極化 巨噬細胞具有異質性與可塑性，在不同微環境或受不同環境因子刺激下，巨噬細胞可分化為具有不同功能和細胞表面標記的亞型［2］。巨噬細胞主要分化為經典活化（M1）型和選擇活化（M2）型，M1 型具有較強抗原提呈能力，對病原體和腫瘤細胞發揮較強免疫清除功能；M2型具有促進炎癥消退、傷口愈合、組織修復等作用［19］。AS早期斑塊中以M2 型巨噬細胞為主，進展期AS 斑塊中M1 型巨噬細胞主要分布于斑塊肩部，可能與斑塊不穩定性有關，M2型巨噬細胞主要分布于血管外膜處，可能與斑塊中新生血管形成有關［20］。

M1型巨噬細胞可由IFN-γ、LPS、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）誘導形成，表達高水平的CD80、CD86，并釋放IL-1、IL-3、IL-6、IL-12、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、誘導性一氧化氮合成酶（induced nitric oxide synthetase，iNOS）等炎癥因子［19-21］。M2型巨噬細胞由IL-4、IL-10、IL-13、免疫復合物（IC）或糖皮質激素（GC）誘導生成，表達高水平的CD163、CD209、甘露糖受體（CD206）、半乳糖受體，并分泌IL-10、TGF-β、精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、Fizz1、YM1 等抗炎因子［7，21］。M1 型與 M2 型是巨噬細胞極化的兩個極端，可相互轉化并處于動態平衡，不僅尚未分型的單核細胞可在環境因素作用下發生分型極化，已分型的巨噬細胞也可發生表型轉變，病理狀態下的巨噬細胞可位于M1/M2 任一中間階段［5，11］。抑制巨噬細胞向 M1 型極化、調節巨噬細胞向M2型極化有助于增強斑塊穩定性，延緩AS進展，降低急性心血管事件發生率［22-25］。

2.2 PI3K/Akt 通路與巨噬細胞極化 PI3K/Akt 通路調節巨噬細胞極化，最重要的效應分子是Akt及下游信號分子（mammalian target of rapamycin，mTOR）。mTOR 通過磷酸化激活，在細胞內以mTOR 復合體（mTOR complex，mTORC）形式存在，有 2 種亞型，mTORC1主要與能量代謝、氨基酸、生長因子及氧水平有關［11］；mTORC2 參與調控 Akt 活性和細胞周期依賴性肌動蛋白功能。mTORC2磷酸化并激活Akt，Akt 活化后磷酸化并使結節性硬化復合物（tuberous sclerosis complex，TSC）滅活，TSC 負調節 mTORC1，TSC 缺失或受抑制可導致mTORC1 活化，活化的mTORC1 反饋抑制 mTORC2 和 Akt 活性，形成反饋環路［13，26］。

Akt1 參與調節內皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthetase，eNOS）及 一 氧 化 氮（NO）生成，對AS 斑塊具有保護作用。巨噬細胞中Akt1 缺失上調 iNOS 和 IL-12β 水平，增強其病原體清除能力，抑制內毒素耐受從而誘導M1 型極化［27］。微小RNA（miRNA）也可通過Akt信號調節巨噬細胞表型變化。Akt1敲除（Akt1-/-）小鼠巨噬細胞可通過誘導miR-155、抑制C/EBPβ 調節免疫功能，并影響巨噬細胞極化［28-29］。miR-342-5p 通過抑制 Akt1、上調miR-155 升高iNOS 表達，增強巨噬細胞炎癥反應，促進其向 M1 型極化，并促進 AS 發展［30］。miR-125a-5p 可促進 Akt1 活性、抑制 miR-155 維持 M2 型巨噬細胞表型［31］。

Akt2敲除（Akt2-/-）的巨噬細胞炎癥因子水平下降、細胞遷移能力降低，膽固醇外流增加、泡沫細胞形成減少，并向 M2 型極化，延緩 AS 進展［32-33］。LPS誘導的AS 模型中，Akt2-/-巨噬細胞對LPS 反應性降低，miR-155 表達受抑制，下游信號 C/EBPβ 表達升高，C/EBPβ可通過促進Arg-1活性使巨噬細胞向M2型極化［34］。研究表明，Akt2-/-可通過 miR-146a 上調抑制 TLR4 信號通路，使巨噬細胞趨向 M2 表型［35］。提示Akt不同亞型對巨噬細胞極化方向具有相反促進作用，Akt1 激活促進巨噬細胞向M2 型極化，Akt2激活促進巨噬細胞向M1型極化。

2.3 PI3K/Akt 通路下游分子與巨噬細胞極化mTOR、TSC 對巨噬細胞極化也有一定調節作用。TSC1-/-巨噬細胞促進LPS 誘導的炎癥細胞因子產生，此過程中mTORC1 誘導Akt 信號分子下調及巨噬細胞向 M1 型極化［13］。TSC2 是 mTOR 的負性調節因子，小干擾RNA（siRNA）干擾TSC2 可促進mTOR活化并使STAT3、IL-10表達增加，巨噬細胞向M2型極化；雷帕霉素抑制mTOR 使巨噬細胞向M1 型極化。TSC1 通過抑制mTORC1 活性調節巨噬細胞存活、功能和極化，TSC1-/-巨噬細胞可向M2 型極化，采用雷帕霉素或LPS 預處理TSC1-/-巨噬細胞使其向M1 型極化，采用IL-4 處理則使其向M2 型極化［36］。研究顯示，IL-10 可快速激活巨噬細胞 PI3K及其下游 Akt，從而激活 mTORC1，但 mTORC1 激活可能抑制Akt1活化，導致M2型極化減弱［11，37］。

3 PI3K/Akt通路調節巨噬細胞自噬

自噬指在饑餓、缺氧、活性氧等因素誘導下，細胞內長壽蛋白和失去功能的細胞器被轉移至溶酶體進行消化，并為細胞重建、再生和修復提供原料，是維持細胞穩態的一種防御和保護機制［22，38］。研究表明，巨噬細胞自噬可降低AS斑塊局部細胞內膽固醇沉積，促進膽固醇流出，減少細胞內脂質蓄積，減少泡沫細胞積聚，并可抑制斑塊中炎癥反應，延緩AS進展；巨噬細胞自噬缺陷可導致嚴重的巨噬細胞膽固醇代謝障礙，影響溶酶體對膽固醇的處理，導致膽固醇在巨噬細胞及血管內皮下大量蓄積，促進AS發生發展［39-41］。

迄今已發現2 種主要自噬信號通路：營養充足情況下，生長因子、胰島素與相關膜受體相互作用，通過激活Ⅰ型PI3K/Akt通路活化mTORC1抑制細胞自噬；營養不足或活性氧（ROS）刺激下，觸發Ⅲ型PI3K-Beclin1 復合物促進 Atg12-Atg5-Atg16L 復合物和Atg8/LC3 合成，刺激自噬體形成并誘導細胞自噬［42］。

mTOR 是自噬啟動階段的關鍵調節因子，PI3K/Akt/mTOR 通路在調節巨噬細胞自噬進而改變AS斑塊進展過程中發揮重要作用［43］。 PI3K/Akt/mTORC1 通路活化可抑制巨噬細胞自噬，選擇性抑制PI3K/Akt/mTORC1 通路可誘導巨噬細胞自噬，減少斑塊巨噬細胞浸潤，抑制炎癥反應進而穩定AS易損斑塊［38，44］。選擇性抑制 PI3K/Akt/mTOR 通路可誘導自噬體增加，明顯上調微管相關蛋白LC3-Ⅱ和自噬相關蛋白Beclin1 表達，增強巨噬細胞自噬，減少斑塊巨噬細胞浸潤，抑制NF-κB 等因子及炎癥反應進而穩定AS斑塊發展［45］。

4 PI3K/Akt通路調節巨噬細胞脂質代謝

脂質代謝中，膽固醇流出與AS 呈負相關，巨噬細胞內膽固醇流出增加可延緩細胞泡沫化，高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）可促進逆向膽固醇轉運（reverse cholesterol transport，RCT）發揮抗AS 及心血管保護作用［46］。三磷酸腺苷結合盒轉運體（ATP binding cassette transporter，ABC）A1、ABCG1和清道夫受體-B1 參與介導RCT，其中ABCA1 介導細胞內游離膽固醇流出至胞外受體如載脂蛋白ApoA-Ⅰ，ABCG1 介導膽固醇流出至HDL，而SR-B1介導膽固醇雙向流動［46-47］。PI3K參與巨噬細胞向泡沫細胞轉化過程，抑制PI3K可減少修飾的LDL及脂質胞飲作用［48-50］。

1-磷酸鞘氨醇（1-sphingosine phosphate，S1P）是HDL重要組分，與其受體S1PR結合可激活PI3K/Akt通路及下游核因子肝X 受體（liver X receptor，LXR），上調脂質轉運蛋白ABCA1 活性，促進巨噬細胞膽固醇流出［51］；S1PR抑制劑可降低PI3K-Akt信號通路活性，ABCA1、ABCG1 表達降低，細胞內膽固醇外流減少［52］。且HDL 通過PI3K-Akt1通路介導巨噬細胞遷移的過程也有S1PR 參與，表明S1P可通過影響PI3K-Akt通路發揮抗AS作用［53］。

脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是水解三酰甘油（triglyceride，TG）限速酶，通過分解血漿中TG 而調節脂質代謝；LPL 通過促進血漿低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）、極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）進入巨噬細胞，大量蓄積脂質，導致 AS［46］。抑制 PI3K/Akt通路可顯著下調巨噬細胞LPL 表達，減少巨噬細胞對脂質的攝取，降低細胞內脂質蓄積水平并延緩細胞泡沫化，延緩AS進展［54］。

5 總結及展望

綜上，巨噬細胞是AS斑塊中重要的免疫炎癥細胞，在AS 各階段顯示重要作用，PI3K/Akt 通路及下游信號分子mTOR 等可影響AS 中巨噬細胞極化分型、自噬、脂質代謝等過程，一定程度影響AS病變進程，這一通路可能是防治AS 的有效靶點。現階段，PI3K/Akt通路調控巨噬細胞相關功能的研究還存在不足之處，如PI3K/Akt 通路在調節巨噬細胞脂質代謝方面是否存在種屬差異以及細胞類型不同導致的差異；PI3K/Akt 通路調節巨噬細胞M1 與M2 型極化在人體AS 斑塊局部是否影響臨床應用尚需進一步驗證；mTOR 調控巨噬細胞極化與自噬作用是否有聯系、如何達到平衡有待進一步研究。另外，PI3K 與Akt 亞型在調控巨噬細胞功能及調節AS 方面的影響等仍需進一步研究。現有PI3K 抑制劑主要用于科研實驗，尚未進入臨床應用；mTOR 抑制劑雷帕霉素可調節巨噬細胞自噬、抑制血管內皮增生及再內皮化，發揮抗AS及預防支架內新生動脈硬化作用，已用于藥物涂層支架，展示了較好應用前景。總之，深入研究PI3K/Akt通路調控巨噬細胞的功能，對進一步闡釋AS病理過程及探索更安全、高效的治療藥物和措施具有重要意義。