基于PI3K/Akt信號通路探討中醫藥治療支氣管哮喘研究進展

季雅楠,田春燕,郭丹丹,李竹英

(1.黑龍江中醫藥大學,黑龍江 哈爾濱 150040;2.黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院,黑龍江 哈爾濱 150040)

支氣管哮喘是一種由多種細胞和細胞組分參與的以氣道慢性炎癥為主要特征的變態反應性疾病,持續的氣道炎癥引發氣道高反應性,通常出現廣泛可變的氣流受限,臨床表現為喘促、胸悶、咳嗽等一系列呼吸道癥狀[1]。近年研究發現,哮喘患者體內存在多種效應細胞借助信號轉導途徑傳遞生物信息,調節機體內細胞因子、炎癥介質、免疫細胞等組成的復雜網絡系統參與哮喘的發病。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)作為經典信號通路參與氣道炎癥和氣道重塑等發病機制,調控多種下游信號分子,介導細胞增殖、遷移、凋亡等生物學過程誘發或加重哮喘[2]。調控PI3K/Akt信號通路治療哮喘,被認為是哮喘防治的潛在藥物靶點,成為臨床研究熱點及新的治療策略。近年來,中醫藥干預PI3K/Akt信號通路治療哮喘的療效逐步得到肯定。本文通過查閱大量相關文獻,將中醫藥治療哮喘的研究進展綜述如下。

1 PI3K/Akt信號通路

PI3K是一種脂類激酶,由Whitman團隊于1985年首次發現。根據底物分子差異、結構功能將PI3K家族分為3型,Ⅰ型研究最廣泛且最為復雜,已被證實與腫瘤密切相關[3]。Ⅰ型PI3K是由催化亞基和調節亞基緊密結合而成的異源二聚體,可區分為ⅠA和ⅠB兩亞型。ⅠA型PI3K由p110催化亞基和p85調節亞基構成。p85調節亞基作為PI3K全酶的典型角色,具有穩定p110催化亞基及整體構象的作用,其含有SH2/SH3同源結構域和p110結合區,SH2結構域特異性識別磷酸化酪氨酸殘基,從而引起p110膜轉位和活化[4]。ⅠB型PI3K由p110γ催化亞基和p101調節亞基構成。p101是一種接頭蛋白,介導G蛋白βγ亞基對p110活化,ⅠB型PI3K幾乎完全由G蛋白偶聯受體(GPCR)激活。Ⅱ型PI3K無調節亞基,存在C2α、C2β、C2γ三種亞型。Ⅲ型PI3K由VPS34催化亞基和VPS15調節亞基構成異源二聚體,與細胞囊泡轉運調節有關。

Akt是PI3K下游極為重要的效應激酶[5]。Akt作為一種原癌基因產物,底物較多,包括叉頭轉錄因子家族(FOXO)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等,其底物的多樣性說明了Akt在調控細胞周期進展,介導細胞增殖、分化、凋亡等發揮廣泛的生物學效應。PI3K/Akt信號通路調控廣泛的信號轉運和代謝過程,調節多種細胞功能,是癌癥、心血管疾病、糖尿病等疾病最頻繁突變的通路之一[6-7]。

2 PI3K/Akt信號通路與哮喘的關系

2.1 參與氣道炎癥 氣道炎癥是哮喘發病的本質。炎癥細胞浸潤,釋放多種炎性介質,引起黏膜充血腫脹、平滑肌痙攣、黏液細胞分泌增加,是誘發氣道高反應的主要原因。Huang等[8]研究發現,哮喘患者氣道中有大量的炎癥細胞黏附聚集,阻斷PI3K/Akt信號通路可降低炎性因子的表達。嗜酸性粒細胞(EOS)作為重要的效應細胞,在局部炎癥組織中募集活化、釋放顆粒蛋白及炎性介質[9],可直接反映炎癥程度。PI3K/Akt信號通路的激活誘導EOS脫顆粒、增殖、遷移等生物學過程,哮喘患者炎癥與EOS介導PI3K/Akt信號通路的活化程度具有相關性[10]。Th1/Th2分化失衡及Th2優勢應答分泌的特征性細胞因子在氣道炎癥免疫機制中產生重要作用。Stephen等[11]研究表明,使用PI3K抑制劑LY294002后,肺泡灌洗液(BALF)中IL-4、IL-5明顯減少,ⅠA型PI3Kp85調節亞基能夠影響Th1/Th2極化偏向。Liu等[12]研究發現,抑制PI3K和Notch信號通路及調節Th1/Th2/Th17細胞因子平衡,可以有效控制哮喘炎癥反應,降低氣道高反應。此外,PI3K/Akt信號通路還可通過調控Toll樣受體2(TLR2)抗原識別與遞呈、活性氧(ROS)活化NF-κB等多個環節,激活眾多細胞內信號級聯通路,參與炎癥細胞浸潤及免疫應答,調控炎癥反應[13]。

2.2 參與氣道重塑 氣道重塑是慢性炎癥和氣道組織反復損傷修復導致的結構改變,主要病理表現為平滑肌增生肥大、細胞外基質沉積和上皮下纖維化、黏液腺增生、杯狀細胞化生等,導致不可逆氣道阻塞、持續氣道高反應及肺功能受損[14]。氣道平滑肌細胞(ASMC)異常增殖是氣道重塑的顯著特征,PI3K/Akt信號通路在ASMC增殖中發揮重要作用。Akt可以抑制糖原合成酶激酶磷酸化,增加周期蛋白D1的表達,促進DNA復制,從而誘導ASMC增殖及表型轉換[15]。上皮-間質轉化(EMT)是哮喘氣道纖維化和結構重塑的重要機制。Wang等[16]研究發現,α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和Ⅰ型膠原(COL-Ⅰ)表達水平的變化與Akt的磷酸化水平一致。哮喘小鼠給予LY294002和Akt抑制劑Ⅳ可減輕氣道炎癥,明顯下調α-SMA、COL-Ⅰ和纖連蛋白-1表達,增加E-鈣黏蛋白表達,表明阻斷PI3K/Akt信號通路可以干預EMT過程,延緩氣道重塑。黏液高分泌是氣道重塑的重要特點,是影響哮喘病情和預后的獨立危險因素。氣道黏膜炎癥微環境引起黏膜腺體肥大、杯狀細胞化生促使黏蛋白MUC5AC分泌異常,形成黏液栓阻塞氣道,加重氣道敏感性,加劇氣道重塑,導致哮喘病死率增加。EOS、NEUT、IL-13等細胞因子直接或間接作用于杯狀細胞及黏膜下腺細胞,是黏蛋白高表達的誘導劑[17]。Huang等[18]研究表明,PI3K/Akt通路調控上述多種炎癥細胞干預黏液高分泌狀態,給予LY294002可明顯緩解氣道杯狀細胞增生和黏液分泌,改善氣道重塑。

2.3 參與細胞自噬 細胞自噬與氣道炎癥和氣道重塑密切相關,是當前哮喘研究的新切入點。自噬又稱Ⅱ型程序性細胞死亡,吞噬錯誤折疊蛋白、受損衰老的細胞器形成自噬小體由溶酶體降解,從而維持細胞穩態和循環[19]。研究表明,哮喘患者自噬水平明顯升高,與哮喘發病相關的Th2、EOS、EMT等均可觀察到過度自噬現象[20]。自噬通過參與細胞內外多種分子調控過程,影響免疫細胞抗原遞呈功能,調控炎癥細胞活化,促進ASMC增生肥大與EMT參與氣道重塑[21]。蔣鵬娜[22]研究表明,PI3K/Akt信號通路是人支氣管上皮細胞16HBE發生自噬的通路之一,與自噬及凋亡的嚴重程度正相關。目前對于自噬在哮喘病理過程中發揮保護或損害作用仍存在爭議,調控該通路合理干預自噬成為治療哮喘的新思路。

3 中醫藥干預PI3K/Akt信號通路治療哮喘

哮喘屬于中醫學“哮病”“喘證”的范疇。中醫理論認為哮喘的病因病機主要為風盛痰伏,正氣虛損,遇誘因引觸,壅塞氣道,肺失宣肅,而致喘嗽哮鳴輕重間作、遷延不愈。中醫學治療哮喘歷史悠久,療效佳。近年來,基于PI3K/Akt信號通路在哮喘發病中的重要作用,多項研究從中藥單體、中藥復方、外治法等方面切入深入探尋中醫藥干預PI3K/Akt信號通路治療哮喘的相關機制和作用靶點。

3.1 中藥單體 龍脷葉是嶺南地區特色草本植物,為大戟科守宮木屬,黃酮類化合物是龍脷葉的有效活性成分之一,具有消炎鎮痛、止咳平喘、抗過敏等功效,常用于肺炎、哮喘等疾病的治療。何顯科等[23]研究發現,龍脷葉總黃酮干預哮喘大鼠可減少EOS等炎性細胞數量、BALF中ROS水平、肺組織中PI3K/Akt的表達,升高SOD水平。提示龍脷葉總黃酮通過抑制PI3K/Akt信號通路的激活減輕哮喘大鼠炎癥,改善氧化應激水平。

和厚樸酚是厚樸的關鍵活性成分,具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、神經保護等廣泛藥理作用。劉楠等[24]研究結果表明,和厚樸酚組哮喘小鼠BALF中EOS、NEUT等炎性細胞計數減少,肺組織病變損傷得到明顯改善,肺組織中PI3K、Akt、p-Akt、TLR2、TLR4表達水平均下降。提示和厚樸酚對哮喘的炎癥反應具有抑制作用,其機制可能與作用于TLR2、TLR4受體進而抑制PI3K/Akt通路及蛋白表達有關。

青蒿琥酯是青蒿素的半合成衍生物。近年研究發現,青蒿琥酯具有抗腫瘤、抗炎、抗病毒、抗纖維化、抗細胞增殖促凋亡等多種潛在效應。Tan等[25]對體內外人氣道平滑肌細胞培養結果顯示,青蒿琥酯可以減慢細胞分裂,抑制細胞周期蛋白D1豐度,抑制磷酸化Akt和p70s6k蛋白豐度,減少ASMC數量、α-SMA陽性細胞的面積,推測青蒿琥酯可能通過PI3K/Akt/p70s6k途徑抑制ASMC增殖,進而改善氣道重塑。

歐前胡素又稱前胡內酯、白芷乙素,是一種線性呋喃香豆素類化合物,廣泛存在于白芷、羌活、前胡等傘形科植物。藥理研究表明,歐前胡素具有抗炎、抗菌、抗腫瘤、抗過敏、擴張血管等多種作用。咸哲民等[26]研究發現,歐前胡素組可明顯減少肺組織的膠原纖維沉積和炎癥細胞浸潤,顯著抑制IL-4、IL-5、IL-13、IgE、EOS、TGF-β1的生成,降低肺組織中α-SMA、TGF-β1、MMP-9、Smad3和Akt的蛋白表達,結果表明歐前胡素可能通過調控TGF-β1/Smad3和PI3K/Akt雙通路對哮喘小鼠氣道重塑起到明顯的抑制作用。

穿山龍總皂苷為薯蕷科植物穿山龍的主要活性成分,具有保肝、抗炎、抗腫瘤、免疫調節、降糖降脂等多種藥理作用。江立斌等[27]研究發現,穿山龍總皂苷組通過抑制卵清蛋白OVA致敏哮喘小鼠乳腺回歸蛋白BRP-39和PI3K/Akt信號通路的表達,有效抑制哮喘氣道重塑,且與醋酸潑尼松組效果相當。

3.2 中藥復方 蝎黃解痙治哮顆粒由麻黃、杏仁、全蝎、白果、甘草、苦參組成,共奏宣肺解痙、治哮平喘之功效,在臨床中治療兒童咳嗽變異性哮喘和亞急性咳嗽療效明顯。馮曉純等[28]研究結果顯示,蝎黃解痙治哮顆粒組的氣道上皮下纖維化程度減輕,炎癥細胞浸潤、上皮杯狀細胞和黏液分泌明顯減少,Akt、HIF-1α、α-SMA在肺組織的表達明顯降低,提示蝎黃解痙治哮顆粒可通過抑制PI3K/Akt信號通路的表達而改善哮喘小鼠的氣道炎癥和氣道重塑。

平喘寧是治療寒哮的經驗方,由射干麻黃湯、三子養親湯加減而成,組方為麻黃、太子參、苦杏仁、陳皮、蘇子等,具有溫肺散寒化痰、固本止咳平喘之功。李明明等[29-31]應用平喘寧干預寒哮大鼠模型,實驗結果表明,平喘寧能夠上調PI3K/Akt信號通路中FKHR、BAD、TSC1、GSK3β、PTEN蛋白表達,下調ASK1、PDK1、p110α、PIP3蛋白表達。提示平喘寧可能通過調節PI3K/Akt的相關信號分子減輕支氣管及周圍炎癥細胞浸潤,減少黏液栓形成,抑制ASMC增殖,修復支氣管管壁破損,緩解痙攣與管腔狹窄,從而對哮喘防治起到積極作用。

平喘顆粒由溫陽平喘湯化裁而來,有祛痰止咳平喘之效,方藥組成為淫羊藿、五味子、太子參、款冬花、黃芪、炙麻黃、地龍、知母、罌粟殼。李竹英等[32]研究發現,平喘顆粒可通過調節PI3K/Akt/mTOR通路的活性,影響哮喘Th細胞分化和細胞因子的產生,影響EOS、NEUT計數及ASMC增殖凋亡,并能夠抑制細胞自噬,從而減輕炎癥反應及抗氣道重塑,改善哮喘癥狀。蔣鵬娜等[33]研究表明平喘顆粒通過調控PI3K/Akt信號通路降低TGF-β1、COL-Ⅰ、COL-Ⅲ的表達水平,減少基底膜增厚和膠原沉積,發揮抗纖維化的作用,從而抑制甚至逆轉氣道高反應大鼠的氣道重塑。

芍藥甘草湯為張仲景《傷寒論》中的經典方劑,方由芍藥和甘草二味等劑量組成,具有調和肝脾、緩急止痛的功效,主治營陰虧虛、津液受損、筋脈失養所致諸證。汝觸會等[34]實驗研究表明芍藥甘草湯可通過調控PI3K/Akt信號通路,顯著降低哮喘大鼠p-Akt、PI3K的陽性染色面積,顯著增加Treg細胞含量,干預Treg/Th17分化失衡而緩解哮喘發作。

3.3 中醫外治法 楊金華等[35]采用平補平瀉手法針刺哮喘大鼠大椎穴、肺俞穴(雙)、風門穴(雙),結果顯示針刺組肺組織中PI3K的表達明顯降低且接近PI3K阻斷劑組,針刺組大鼠的肺功能接近正常組。由此推測針刺可以阻斷PI3K通路,抑制PI3K蛋白的表達,從而改善哮喘患者的肺功能,控制哮喘發作,緩解哮喘癥狀。趙桓藝[36]研究表明氣道內質網應激與自噬程度正相關,針刺抑制PI3K/Akt信號通路可阻斷內質網應激啟動自噬,并降低哮喘炎癥因子分泌,糾正T細胞分化平衡。喬赟等[37]采用肺“俞募配穴”艾炷灸干預哮喘小鼠,實驗結果顯示艾炷灸組小鼠血清和BALF中IgE及IL-4含量、肺組織中PI3K及RORγt mRNA和蛋白表達明顯降低,IFN-γ含量、肺組織中Foxp3 mRNA和蛋白表達明顯升高,表明肺“俞募配穴”艾炷灸能夠通過PI3K信號通路調節RORγt、Foxp3表達,減輕哮喘氣道炎癥,從而發揮治療效應。

綜上所述,中藥單體、中藥復方及中醫外治法通過調控PI3K/Akt信號通路的一系列靶物質而減輕氣道炎癥反應,改善氣道重塑,并能夠抑制自噬,發揮哮喘防治作用。

4 小 結

哮喘是一種以氣道慢性炎癥為特征的異質性疾病,易反復并遷延難愈,從其發病機制出發探索精準靶向治療是當前哮喘的研究方向。研究證實,PI3K/Akt信號通路通過參與氣道炎癥細胞浸潤、T細胞活化、ASMC增殖遷移、EMT、杯狀細胞增生、黏蛋白高表達、細胞自噬等多個調控環節而作用于氣道炎癥和氣道重塑,介導哮喘的發生發展進程。中醫藥治療哮喘效果顯著,目前對其機制研究主要體現在通過調控PI3K/Akt信號通路的活性,影響相關因子靶點或上下游產物的表達,從而減輕炎癥細胞浸潤,緩解或逆轉氣道重塑,發揮治療作用,但對于中醫藥干預該通路的具體機制尚未闡明。目前藥理機制研究仍然處于基礎階段,主要集中在中藥單體及活性成分的研究,對復方、中成藥以及外治法等研究較少。中醫藥作用機制復雜,深入挖掘中藥各成分的協同作用,將是今后研究的重要方向。