磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路與高血壓

黃明艷，陳可冀

高血壓是心腦血管疾病重要的危險(xiǎn)因素，可導(dǎo)致心、腦、腎等靶器官的功能衰竭。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidyli-nositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信號(hào)通路在促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡、維持細(xì)胞生存等機(jī)制中發(fā)揮重要作用[1]。近年來(lái)，大量研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號(hào)通路可通過(guò)影響下游一氧化氮(nitric oxide，NO)、mTOR、Bcl-2等多種效應(yīng)分子，介導(dǎo)炎癥免疫反應(yīng)、血管張力變化、胰島素抵抗、血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)表型轉(zhuǎn)換、內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells，ECs)及VSMCs凋亡，對(duì)高血壓的發(fā)生、發(fā)展及靶器官的損害有重要影響[2]。本研究基于PI3K/Akt信號(hào)通路對(duì)高血壓及其靶器官損害的機(jī)制及中醫(yī)藥治療研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為高血壓的臨床診療提供新的思路和治療靶點(diǎn)。

1 PI3K/Akt信號(hào)通路概述

PI3K是由調(diào)節(jié)亞基P85和催化亞基P110構(gòu)成的異源性二聚體，具有催化磷脂酰肌醇環(huán)3位羥基磷酸化的活性，其中PI3Kγ由心血管及免疫系統(tǒng)的特定細(xì)胞表達(dá)，與高血壓關(guān)系密切。Akt是一種Ser/Thr蛋白激酶，其結(jié)構(gòu)域包括氨基端的PH結(jié)構(gòu)域、中間催化域及羧基端的調(diào)節(jié)域，其中PH結(jié)構(gòu)域?yàn)橹|(zhì)與蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間相互作用的部位，催化域具有催化絲/蘇氨酸殘基磷酸化活性，調(diào)節(jié)域含有磷酸化位點(diǎn)Ser473，該位點(diǎn)的磷酸化是Akt完全活化所必需的。細(xì)胞外的配體與受體結(jié)合后，PI3K通過(guò)其P85調(diào)節(jié)亞基與活化的受體結(jié)合激活P85，解除P85對(duì)P110激酶的抑制，p110活化后催化生成磷脂酰肌醇-3，4，5三磷酸(PIP3)，產(chǎn)生的PIP3作為第二信使與Akt的PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合，將其從細(xì)胞質(zhì)錨定于細(xì)胞膜，改變Akt的構(gòu)象，暴露其磷酸化位點(diǎn)，活化的Akt脫離質(zhì)膜進(jìn)入胞質(zhì)和胞核，引起PI3K/Akt下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的級(jí)聯(lián)反應(yīng)而發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)。

2 PI3K/Akt信號(hào)通路與高血壓

2.1 PI3K/Akt信號(hào)通路與炎癥免疫反應(yīng) 近年來(lái)，高血壓的炎癥免疫機(jī)制被大量研究所證實(shí)，免疫反應(yīng)可引起氧化應(yīng)激和腎素血管緊張素系統(tǒng)的激活，炎癥反應(yīng)可引起血管松弛功能障礙、交感神經(jīng)亢進(jìn)等，這些機(jī)制共同作用導(dǎo)致高血壓[3]。PI3Kγ最早被發(fā)現(xiàn)表達(dá)于中性粒細(xì)胞中，其在免疫細(xì)胞的活化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，研究顯示缺乏PI3Kγ的小鼠表現(xiàn)出中性粒細(xì)胞趨化受損，胸腺細(xì)胞存活和T細(xì)胞活化減少[4]。此外，PI3Kγ介導(dǎo)了免疫細(xì)胞向炎癥部位募集的過(guò)程[5]，研究證實(shí)PI3Kγ是介導(dǎo)效應(yīng)CD8+T細(xì)胞向靶器官遷移的主要介質(zhì)[6]。神經(jīng)炎癥可引起交感神經(jīng)亢進(jìn)及神經(jīng)源性高血壓，向正常血壓大鼠下丘腦室旁核(paraventricular nucleus，PVN)微量注射促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)或白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)可以引起大鼠交感神經(jīng)亢進(jìn)和高血壓[7]。值得注意的是，有研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)了神經(jīng)炎癥，并與交感神經(jīng)亢進(jìn)及神經(jīng)源性高血壓相關(guān)，延髓頭端腹外側(cè)區(qū)(rostral ventrolateral medulla，RVLM)內(nèi)PI3K/Akt信號(hào)通路激活介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥可引起高血壓，RVLM內(nèi)干擾PI3K通路能抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥[8]。

2.2 PI3K/Akt信號(hào)通路與血管張力 血管張力持續(xù)升高表現(xiàn)為血管對(duì)縮血管物質(zhì)反應(yīng)增強(qiáng)，對(duì)舒血管物質(zhì)反應(yīng)性降低，導(dǎo)致血壓升高?，F(xiàn)代研究顯示，ECs和VSMCs中的PI3K在介導(dǎo)血管收縮中起相反的作用[9]。血管ECs可通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路激活下游效應(yīng)分子內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)產(chǎn)生NO，進(jìn)而降低血管張力。有實(shí)驗(yàn)研究顯示，內(nèi)皮PI3K可通過(guò)eNOS/NO拮抗G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)介導(dǎo)的血管收縮，這種作用在高血壓合并內(nèi)皮功能障礙時(shí)受到損害[9]。血管內(nèi)壓的升高導(dǎo)致阻力動(dòng)脈中的VSMCs收縮的行為被稱為肌源性張力，是維持血壓的關(guān)鍵因素。PI3Kγ是肌源性張力和血壓的主要調(diào)節(jié)因子，VSMCs中PI3Kγ可激活A(yù)kt以促進(jìn)血管收縮，其機(jī)制與激活L型電壓門控鈣通道(L-type voltage-gated calcium channel，LTCC)誘導(dǎo)鈣內(nèi)流相關(guān)。而選擇性阻斷PI3Kγ的抗體能有效地抑制血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)誘導(dǎo)的大鼠門靜脈心肌細(xì)胞PIP3的產(chǎn)生和鈣內(nèi)流，進(jìn)一步的研究表明，PI3Kγ誘導(dǎo)的鈣內(nèi)流是通過(guò)Akt共識(shí)位點(diǎn)上LTCC的Cavb2a亞單位的磷酸化以促進(jìn)質(zhì)膜的轉(zhuǎn)位形成的，陰性Akt突變體在血管中表達(dá)可顯著降低AngⅡ引起的血管收縮[10]。

2.3 PI3K/Akt信號(hào)通路與胰島素抵抗 PI3K/Akt/eNOS/NO信號(hào)通路介導(dǎo)的胰島素抵抗是高血壓的發(fā)病機(jī)制之一。胰島素通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路激活eNOS刺激NO合成，促進(jìn)血管舒張[11]。臨床和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，在胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下，PI3K/Akt信號(hào)通路功能紊亂，導(dǎo)致ECs由胰島素介導(dǎo)的NO合成減少[12]，以致血管收縮，血壓升高。有研究顯示，高血壓鹽敏感性大鼠胰島素介導(dǎo)的血管舒張和Akt/eNOS磷酸化受損，胰島素敏感性降低[13]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，胰島素受體與循環(huán)胰島素結(jié)合后經(jīng)歷快速酪氨酸磷酸化，激活受體激酶，并與胰島素受體底物1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)短暫的相互作用，酪氨酸磷酸化的IRS-1與PI3K結(jié)合，導(dǎo)致PI3K活化，進(jìn)而刺激Ser473位Akt和Ser1177位eNOS磷酸化，導(dǎo)致NO合成[14]。相反，IRS-1絲氨酸殘基的磷酸化則抑制了胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致PI3K失活。已有研究表明，促炎細(xì)胞因子、氧化應(yīng)激或游離脂肪酸誘導(dǎo)IRS-1絲氨酸磷酸化，隨后抑制胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[15-16]。AngⅡ抑制血管ECs和骨骼肌細(xì)胞[17-18]中胰島素介導(dǎo)的PI3K信號(hào)通路的激活，其潛在機(jī)制與AngⅡ增加活性氧和促炎分子的表達(dá)，如c-Jun氨基末端激酶(JNK)、TNF-α[19-20]有關(guān)。

3 PI3K/Akt信號(hào)通路與高血壓靶器官損害

3.1 PI3K/Akt信號(hào)通路與心肌細(xì)胞凋亡 心肌細(xì)胞凋亡與左心室重構(gòu)及收縮功能不全相關(guān)，心肌凋亡程度在心肌肥厚發(fā)展至心力衰竭的過(guò)程中更加顯著[21]。AngⅡ誘導(dǎo)產(chǎn)生的活性氧(ROS)會(huì)通過(guò)抑制PI3K/Akt信號(hào)通路導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡和壞死。ROS的靶標(biāo)之一是Akt，Akt調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活，是一種關(guān)鍵的抗凋亡分子[22-23]。激活A(yù)kt在體外和體內(nèi)都有保護(hù)心肌細(xì)胞的功能，而抑制Akt則大大加速缺氧所致的心肌細(xì)胞功能障礙[24]。此外，將Akt基因轉(zhuǎn)移到心臟可減少心肌細(xì)胞凋亡[25]。心臟AngⅡ的過(guò)表達(dá)降低了醋酸去氧皮質(zhì)酮(deoxycorticosterone acetate，DOCA)鹽處理的小鼠PI3K的表達(dá)，PI3K下游靶蛋白Akt的磷酸化也受到損害，并伴隨著心肌細(xì)胞內(nèi)TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞核數(shù)量的增加。纈沙坦可恢復(fù)PI3K表達(dá)和Akt磷酸化，減少細(xì)胞凋亡。有實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，AngⅡ與AngⅡ 1型受體(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)結(jié)合后通過(guò)下調(diào)PI3K和Akt加重小鼠心肌細(xì)胞凋亡[26]。

3.2 PI3K/Akt信號(hào)通路與ECs凋亡 ECs凋亡是心力衰竭的主要病理機(jī)制之一[27]。心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞(cardiac microvascular endothelial cells，CMECs)直接介導(dǎo)組織細(xì)胞和循環(huán)之間的物質(zhì)交換[28]，在維持正常心肌細(xì)胞功能方面起著至關(guān)重要的作用[29]。去除心臟ECs嚴(yán)重影響相鄰心肌細(xì)胞的收縮功能[30]。血管ECs生成和凋亡之間的不平衡是引起適應(yīng)性肥厚向心力衰竭轉(zhuǎn)變的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程[31]。有研究表明，AngⅡ通過(guò)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮功能障礙和內(nèi)皮損傷參與心力衰竭的發(fā)病機(jī)制[32]；進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)AngⅡ可上調(diào)蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)表達(dá)，抑制PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而誘導(dǎo)CMECs凋亡，加入PTP1B抑制劑可顯著減少AngⅡ誘導(dǎo)的CMECs凋亡數(shù)量，增加PI3K表達(dá)、Akt磷酸化和Bcl-2/Bax比值，降低caspase-3活性，此外，PTP1B抑制劑的抗凋亡作用可被PI3K抑制劑減弱[33]。

3.3 PI3K/Akt信號(hào)通路與VSMCs表型轉(zhuǎn)換 VSMCs表型轉(zhuǎn)換是高血壓引起血管重構(gòu)的主要病理機(jī)制。VSMCs不是終末分化細(xì)胞，其由收縮型去分化轉(zhuǎn)換為合成型的過(guò)程稱為VSMCs的表型轉(zhuǎn)換，在高血壓形成的病理過(guò)程中，VSMCs可由以收縮功能為主的收縮型轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽鲋?、遷移及合成為主的合成型，主要表現(xiàn)為VSMCs過(guò)度增殖、遷移至內(nèi)膜，合成及分泌膠原、彈性蛋白、蛋白多糖等細(xì)胞外基質(zhì)增多，引起血管壁增厚、變硬、纖維化，導(dǎo)致血管重構(gòu)，加速動(dòng)脈硬化和心力衰竭的發(fā)展[34]。PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與了VSMCs表型轉(zhuǎn)換的調(diào)控，一些研究表明，血小板衍生生長(zhǎng)因子(platelet-derived growth factor，PDGF)可激活PI3K/Akt信號(hào)通路誘導(dǎo)VSMCs增殖和遷移[35-36]，研究顯示血小板衍生生長(zhǎng)因子(PDGF-BB)可通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路下調(diào)VSMCs收縮表型標(biāo)志蛋白SM22α和α-SM actin的表達(dá)，PI3K抑制劑LY29400可阻斷這種變化[37]。研究顯示受損的過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR-γ)參與高血壓期間VSMCs表型轉(zhuǎn)換，PPAR-γ通過(guò)抑制PI3K/Akt信號(hào)通路抑制VSMCs表型轉(zhuǎn)換，PPAR-γ表達(dá)受損可引起高血壓VSMCs表型發(fā)生轉(zhuǎn)換[38]。

4 基于PI3K/Akt信號(hào)通路的高血壓中醫(yī)藥治療

4.1 中藥單體 實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)羅布麻葉提取物有明顯的降壓作用，并可顯著增加磷酸化eNOS(p-eNOS)、磷酸化PI3K(p-PI3K)以及磷酸化Akt(p-Akt)的表達(dá)量，與對(duì)照組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，結(jié)果顯示羅布麻葉提取物降壓機(jī)制可能與其激活PI3K/Akt信號(hào)通路，促進(jìn)eNOS磷酸化，進(jìn)而增加NO有關(guān)[39]。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與只接受AngⅡ微量泵注組相比，接受AngⅡ微量泵注+姜黃素腹腔注射的雙干預(yù)組血管膜膠原含量顯著降低(P<0.05)，p-PI3K、p-Akt和磷酸化mTOR(p-mTOR)水平顯著降低(P<0.05)，Bax和 Cleaved Caspase-3的含量顯著增加(P<0.05)，Bcl-2的含量顯著減少(P<0.05)，結(jié)果顯示姜黃素能夠抑制AngⅡ誘導(dǎo)高血壓血管膠原重構(gòu)，改善血管結(jié)構(gòu)，其作用機(jī)制可能與其下調(diào)自噬相關(guān)的PI3K/Akt信號(hào)通路的活性有關(guān)[40]。實(shí)驗(yàn)研究顯示川芎嗪可通過(guò)抑制PI3K/Akt信號(hào)通路，抑制基底動(dòng)脈VSMCs增殖，防止高血壓大鼠基底動(dòng)脈重構(gòu)，此外，PI3K/Akt的激活劑胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor，IGF-1)可抑制川芎嗪對(duì)PI3K/Akt通路的影響[41]。實(shí)驗(yàn)研究顯示，葛根素可通過(guò)PI3K/Akt途徑激活eNOS表達(dá)，提高局部組織中 NO水平，誘導(dǎo)自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rat，SHR)離體胸主動(dòng)脈環(huán)舒張[42]。

4.2 中藥復(fù)方 清達(dá)顆粒是陳可冀院士根據(jù)其從醫(yī)60 余年臨床經(jīng)驗(yàn)方清眩降壓湯進(jìn)一步加減化裁而來(lái),由天麻、鉤藤、黃芩、蓮子心四味藥物組成，具有清肝熱、平肝陽(yáng)、瀉心火等功效，實(shí)驗(yàn)研究顯示清達(dá)顆?？梢种芐HR收縮壓、舒張壓以及平均動(dòng)脈壓升高，對(duì)高鉀、去甲腎上腺素、AngⅡ預(yù)收縮后的血管環(huán)均具有顯著的舒張作用，且可顯著下調(diào)PI3K表達(dá)和p-Akt/Akt比值，結(jié)果表明清達(dá)顆?？赡芡ㄟ^(guò)抑制PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮其抗高血壓和促進(jìn)血管舒張的功能[43]。有實(shí)驗(yàn)研究松齡血脈康膠囊對(duì)SHR PI3K/Akt信號(hào)通路的調(diào)節(jié)機(jī)制，中藥組灌胃松齡血脈康 20 mg/(kg·d)，西藥組灌胃雷米普利1 mg /(kg·d)，空白組給予同體積的生理鹽水，4周后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)中藥組和西藥組肝臟 PI3K mRNA、Akt mRNA及Akt的蛋白含量均高于空白組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，結(jié)果顯示，松齡血脈康可能通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路，維持SHR心臟正常的收縮和舒張功能，抑制高血壓對(duì)心肌的不利影響[44]。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)活血潛陽(yáng)方可能通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路，提高循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量以保護(hù)血管內(nèi)皮[45]。

5 小結(jié)與展望

PI3K/Akt信號(hào)通路通過(guò)介導(dǎo)炎癥免疫反應(yīng)、血管張力變化、胰島素抵抗、VSMCs表型轉(zhuǎn)換、ECs及VSMCs凋亡參與高血壓發(fā)生、發(fā)展及靶器官損害的多個(gè)病理過(guò)程，其中PI3Kγ與高血壓的炎癥免疫機(jī)制、血管肌源性張力及VSMCs表型轉(zhuǎn)換密切相關(guān)，PI3K/Akt信號(hào)通路作用于下游eNOS/NO信號(hào)分子可調(diào)節(jié)血管張力與胰島素抵抗，作用于Bcl-2、mTOR效應(yīng)分子可介導(dǎo)ECs凋亡與血管重構(gòu)。然而PI3K/Akt信號(hào)通路對(duì)高血壓及其靶器官損害的具體調(diào)控機(jī)制尚不清楚，仍需進(jìn)一步的研究。中醫(yī)藥在治療高血壓方面取得了一定進(jìn)展，中藥單體姜黃素、葛根素、川芎嗪、羅布麻葉提取物及中藥復(fù)方清達(dá)顆粒、松齡血脈康膠囊、活血潛陽(yáng)方等均可通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮降壓作用，然而其具體調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。通過(guò)深入研究PI3K/Akt通路與高血壓的調(diào)節(jié)機(jī)制、相互作用的分子及靶分子，并以此作為高血壓治療的新靶點(diǎn)，研究針對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路新靶點(diǎn)的高血壓特異藥物，對(duì)防治高血壓及其靶器官損害有重要的臨床意義及廣闊的應(yīng)用前景。