PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路調(diào)控Th17細(xì)胞的研究進(jìn)展

張 倩 馬 蕾 薛海波

1 濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科 山東 濱州 256603；2 濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院皮膚性病科

磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又稱AKT)/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)通路是與細(xì)胞相關(guān)的最完整的通路之一，可以調(diào)控細(xì)胞的新陳代謝、增殖、分化和生存等生命過(guò)程，在腫瘤、自身免疫性疾病、纖維增生性疾病等多種情況下都存在此通路的異常表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT/mTOR在調(diào)控Th17細(xì)胞的分化中發(fā)揮著重要作用，為靶向治療多種疾病，如惡性腫瘤、自身免疫病等帶來(lái)希望。本文就PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路調(diào)控Th17細(xì)胞的研究進(jìn)展作一綜述。

1 Th17細(xì)胞

CD4+T細(xì)胞在調(diào)節(jié)自身免疫反應(yīng)、哮喘、過(guò)敏反應(yīng)以及腫瘤免疫等過(guò)程中發(fā)揮核心作用[1]。初始CD4+T細(xì)胞可以分化為功能不同的多個(gè)細(xì)胞亞群，包括輔助性T細(xì)胞1 (T helper cells 1，Th1)、Th2細(xì)胞、Th17細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells，Treg)等[2]。其中Th17細(xì)胞為一種新型CD4+輔助性T細(xì)胞亞群，Harrington等[3]動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)此類細(xì)胞能夠特異性分泌白細(xì)胞介素17(interleukin 17，IL-17)，因此而得名，并在中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答反應(yīng)和機(jī)體防御反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4]。Th17細(xì)胞表面可表達(dá)IL-23R、CCR6、IL1R等多種炎癥相關(guān)受體，細(xì)胞核內(nèi)可表達(dá)信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)和特征性的轉(zhuǎn)錄因子視黃酸相關(guān)孤兒受體γt(retinoid acid-related orphan receptor gamma t，ROR-γt)，二者對(duì)Th17細(xì)胞的分化、相關(guān)細(xì)胞因子，如IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22的產(chǎn)生及介導(dǎo)免疫炎癥反應(yīng)有至關(guān)重要的作用[5]。Th17細(xì)胞分化的分子機(jī)制已被廣泛研究，并有大量的細(xì)胞因子及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)被認(rèn)同。Th17細(xì)胞及其細(xì)胞因子可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中大量趨化因子和抗菌肽的表達(dá)，并招募中性粒細(xì)胞促進(jìn)炎癥反應(yīng)，被認(rèn)為是多種自身免疫性疾病，如自身免疫性腦脊髓膜炎(EAE)、炎癥性腸炎(IBD)、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)和狼瘡性腎炎(LN)等疾病的主要參與者[4,6]。對(duì)其分化機(jī)制的研究必將有助于對(duì)上述疾病發(fā)病機(jī)制的闡明及提供防治新策略的理論基礎(chǔ)。

2 PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路

PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路是與細(xì)胞相關(guān)的最完整的通路之一，可以調(diào)控細(xì)胞的新陳代謝、增殖、分化和生存等生命過(guò)程，此通路在腫瘤、自身免疫性疾病、纖維增生性疾病等多種情況下都存在異常表達(dá)[7]。PI3K是一種細(xì)胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型，目前研究以Ⅰ型為主，是由調(diào)節(jié)亞基(p85α，p55α，p50α，p85β，p55γ)和催化亞基(p110α，p110β，p110γ)組成的異源二聚體[8]。AKT是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，AKT家族主要包括AKT1、AKT2、AKT3三種亞型，為PI3K信號(hào)通路中極為重要的下游效應(yīng)分子[9]。mTOR是磷脂酰肌醇-3激酶相關(guān)激酶家族(PIKK)成員之一，作為AKT的底物之一，是一種重要的細(xì)胞能量代謝信號(hào)，包括2個(gè)復(fù)合體，即mTOR復(fù)合體1(mTOR complex 1，mTORC1)和mTOR復(fù)合體2(mTOR complex 2，mTORC2)。其中mTORC1由Raptor、PRAS40、mLST8和Deptor等蛋白構(gòu)成，mTORC2由Protor、Rictor、mLST8、mSin1等蛋白構(gòu)成。mTORC1對(duì)雷帕霉素敏感，可激活蛋白質(zhì)翻譯，參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和能量代謝[10]。

跨膜的受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)在生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子的作用下被激活，從而招募PI3K的p85調(diào)節(jié)亞基，進(jìn)而激活PI3K的p110催化亞基，活化的PI3K磷酸化3,4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)為3,4,5-三磷酸肌醇(PIP3)。PIP3作為重要的第二信使，可將具有PH結(jié)構(gòu)域的AKT信號(hào)分子招募到細(xì)胞膜上，在磷脂酰肌醇依賴性激酶1(phosphatidylinositol-dependent kinase 1，PDK1)的作用下，AKT308位蘇氨酸(Thr308)磷酸化，在磷脂酰肌醇依賴性激酶2(phosphatidylinositol-dependent kinase 2，PDK2)上的作用下，AKT473位絲氨酸(Ser473)磷酸化，這是AKT激活的必備條件?；罨腁KT可直接磷酸化mTOR或磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1/2(tuberous sclerosis complex 1/2，TSC1/TSC2)，使其失活，并解除TSC1/2復(fù)合物對(duì)Ras蛋白腦組織同源類似物(ras homolog enriched in brain，Rheb)的抑制作用，進(jìn)而使mTOR活化[11]。

3 PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路對(duì)Th17細(xì)胞的調(diào)控

研究表明，PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路對(duì)Th17細(xì)胞具有積極的調(diào)控作用。Kurebayashi等[12]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)敲除p85a或PI3K/mTORC1抑制劑以及敲除raptor，抑制AKT活性，進(jìn)而影響了體外和體內(nèi)的Th17細(xì)胞的分化，使IL-17A、IL-17F產(chǎn)生減少。已有研究證實(shí)，AKT Ser473磷酸化和AKT Thr308磷酸化有不同的底物，AKT Ser473磷酸化的目標(biāo)包括叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子O1(forkhead box O1，F(xiàn)oxO1)和FoxO3a，AKT Thr308的磷酸化的目標(biāo)為mTORC1。因此，在AKT有兩條主要的通路：一條是PI3K-AKT(pThr308)-mTORC1信號(hào)，參與Th17細(xì)胞調(diào)控；另一條是mTORC2-AKT(pSer473)-FoxO1/3a信號(hào)，參與Treg細(xì)胞的分化[13]。本文主要介紹PI3K-AKT(pThr308)-mTORC1信號(hào)通路對(duì)Th17細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制。

以往研究證實(shí)，激活PI3K、AKT(pThr308)、磷酸化TSC1/2復(fù)合體(一種Rheb的負(fù)調(diào)節(jié)劑)，導(dǎo)致了Rheb與mTORC1的結(jié)合，從而促進(jìn)mTORC1的激活。為了證實(shí)mTORC1在Th17細(xì)胞分化中的重要性，Kurebayashi等[12]在將raptorfl/fl小鼠或lckcreraptorfl/fl小鼠的初始CD4+T細(xì)胞分化成Th17細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與raptorfl/fl CD4+T細(xì)胞相比，lckcreraptorfl/fl CD4+T細(xì)胞的Th17細(xì)胞分化明顯受損，這與雷帕霉素治療的結(jié)果相一致。到目前為止，有幾個(gè)不同的機(jī)制被認(rèn)為通過(guò)mTORC1的激活調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞。

3.1 STAT3磷酸化 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子(Signal transducer and activator of transcription factors ，STATs)是一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、生存、分化和運(yùn)動(dòng)。在哺乳動(dòng)物的STAT家族中有7種蛋白質(zhì)，分別為STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，其中STAT3被認(rèn)為與Th17細(xì)胞分化息息相關(guān)。STAT3可以與IL-17基因的啟動(dòng)子區(qū)域和它們的基因間的增強(qiáng)子區(qū)域相結(jié)合，在表達(dá)過(guò)程中進(jìn)行組蛋白修飾，從而促進(jìn)IL-17表達(dá)[14]。早期研究顯示，依賴于mTORC1激活的睫狀神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子誘導(dǎo)STAT3Ser727的磷酸化，而雷帕霉素治療會(huì)阻止這種神經(jīng)元細(xì)胞STAT3磷酸化作用，提示mTORC1有助于激活STAT3。在人類乳腺、前列腺、肺和胰腺癌細(xì)胞株研究中同樣發(fā)現(xiàn)，mTORC1在STAT3激活中發(fā)揮重要作用[15]。Kim等[16]報(bào)道，在乙型肝炎病毒感染的患者中，雷帕霉素治療通過(guò)阻止mTORC1信號(hào)，抑制STAT3 Ser705的磷酸化和IL-17的表達(dá)。Kshirsagar等[17]研究發(fā)現(xiàn)，狼瘡腎炎患者的效應(yīng)T細(xì)胞比對(duì)照組具有更高的STAT3活性及Th17細(xì)胞百分比，并且雷帕霉素治療可抑制STAT3活性及降低Th17細(xì)胞比例。上述研究均提示，mTORC1在激活STAT3中扮演著關(guān)鍵的角色，并可通過(guò)STAT3的磷酸化來(lái)促進(jìn)Th17細(xì)胞分化及其效應(yīng)細(xì)胞因子IL-17的表達(dá)。

3.2 核糖體蛋白S6激酶1(S6K1) S6K1是絲氨酸-蘇氨酸激酶家族的成員，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、存活和代謝等生命過(guò)程，研究最廣泛的為p70S6K1。在p70S6K1基因敲除小鼠中，IL-17A、IL-17F和IL-23R等表達(dá)明顯減少[18]。Carnevalli等[19]的研究已證實(shí)了S6K1在脂肪細(xì)胞中可促進(jìn)早期生長(zhǎng)因子反應(yīng)蛋白2(early growth response protein 2，EGR-2)的表達(dá)。EGR-2通過(guò)直接綁定獨(dú)立生長(zhǎng)因子1(growth factor independent1，GFI1)的啟動(dòng)子基因，抑制其表達(dá)[20]。在產(chǎn)腸毒素大腸桿菌(ETEC)感染的小鼠中發(fā)現(xiàn)GFI1表達(dá)的減少，IL-17表達(dá)增加，提示這與mTORC2-EGR2-GFI1信號(hào)通路的激活有關(guān)[14]。Kurebayashi等[12]將EGR-2轉(zhuǎn)染到初始CD4+T中后發(fā)現(xiàn)，GFI1mRNA表達(dá)減少，而IL-17A mRNA表達(dá)明顯升高。與雷帕霉素治療或加入PF-4708671(S6K1特異性抑制劑)后觀察到的結(jié)果一致[13]。進(jìn)一步證實(shí)PI3K/AKT/mTORC1軸下游的S6K1，在EGR-2表達(dá)的正調(diào)控下，通過(guò)下調(diào)GFI1表達(dá)，促進(jìn)Th17細(xì)胞的分化。

3.3 S6K2 除了S6K1外，S6K2已被證實(shí)與IL-17表達(dá)有關(guān)。Rost等[21]使用預(yù)測(cè)蛋白，檢測(cè)到RORγt中沒(méi)有功能性的核定位信號(hào)(nuclear localization signal，NLS)。沒(méi)有NLS的細(xì)胞質(zhì)或核蛋白可以通過(guò)與其他具有功能性NLS的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起來(lái)傳輸?shù)郊?xì)胞核中[22]。Kurebayashi等[12]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)lag標(biāo)記的RORγt和MYC標(biāo)記的S6K2轉(zhuǎn)染人胚腎293T(HEK293T)細(xì)胞時(shí)，免疫共沉淀可以觀察到S6K2能夠增強(qiáng)RORγt的核定位，從而證明了S6K2在RORγt核易位中的重要性。進(jìn)一步通過(guò)免疫熒光技術(shù)發(fā)現(xiàn)Th17細(xì)胞分化18小時(shí)后RORγt核易位達(dá)到峰值，而在IC87114或雷帕霉素的存在下，S6K2的豐度降低，RORγt表達(dá)的峰值時(shí)間點(diǎn)受損[12,23]，提示PI3K-AKT-mTORC1通過(guò)激活S6K2和調(diào)節(jié)RORγt核易位促進(jìn)IL-17表達(dá)。盡管雷帕霉素抑制了產(chǎn)腸毒素大腸桿菌感染的小鼠模型中IL-17的表達(dá)，但它對(duì)這些細(xì)胞的細(xì)胞核中S6K2、RORγt的豐度沒(méi)有影響[14]，這一發(fā)現(xiàn)表明mTORC1-S6K2可能不是mTORC1促進(jìn)IL-17表達(dá)的主要途徑。

4 總結(jié)

Th17細(xì)胞的分化受多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑和包括PI3K、AKT和mTOR在內(nèi)的復(fù)雜轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控。PI3K-AKT-mTORC1信號(hào)正向調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞的分化，通過(guò)促進(jìn)HIF-1α表達(dá)、調(diào)節(jié)STAT3磷酸化、下調(diào)GFI1以及RORγt核易位等多種機(jī)制。隨著其中相關(guān)機(jī)制的深入研究，必將為闡明Th17細(xì)胞參與自身免疫性疾病等發(fā)病機(jī)制及其防治新靶點(diǎn)的探索提供理論依據(jù)。