PI3K信號(hào)通路調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展

劉珍竹，李 靖，何 丹，曲 鵬,2*

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 1.心內(nèi)科; 2.心臟及血管疾病研究所，遼寧 大連 116000; 3.北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生理學(xué)與病生理學(xué)系 教育部分子心血管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191)

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)信號(hào)通路參與調(diào)控細(xì)胞增殖、代謝、遷移、以及血糖穩(wěn)態(tài)等細(xì)胞調(diào)節(jié)過(guò)程，在動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、冠心病心肌梗死等心血管疾病中發(fā)揮了重要作用。本文總結(jié)了PI3K信號(hào)通路調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化的相關(guān)研究，系統(tǒng)介紹了PI3K調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展的作用機(jī)制及研究進(jìn)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(xì)胞質(zhì)膜上磷脂酰肌醇(phosphatidylinos-itol, PI)的3′-OH基。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中PI3K分為3類(lèi)亞型：Ⅰ類(lèi)亞型，包括PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ、PI3Kδ)，Ⅱ類(lèi)亞型，包括PI3KC2α、PI3KC2β、PI3KC2γ)和一個(gè)Ⅲ類(lèi)亞型Vps34。

1.2 Ⅰ類(lèi)PI3K

所有Ⅰ類(lèi)PI3K均形成由催化p110亞基和調(diào)控亞基組成的異二聚體蛋白復(fù)合物。哺乳動(dòng)物基因組編碼4種不同的p110亞型(α、 β、 γ和δ)和幾個(gè)調(diào)控亞基。AKT作為PI3K下游的主要效應(yīng)靶點(diǎn)，其家族不同亞型分別通過(guò)調(diào)控炎性反應(yīng)、 凋亡等機(jī)制在動(dòng)脈粥樣硬化中發(fā)揮作用[1-2]。抑癌基因PTEN(phosphatase and tensin homolog)是PI3K信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的重要成員，可以有效的去磷酸化PIP3的3′基團(tuán)，終止信號(hào)向AKT及其他靶點(diǎn)的傳播，PTEN通過(guò)調(diào)控巨噬細(xì)胞極化、遷移、凋亡等機(jī)制參與動(dòng)脈粥樣硬化疾病[3-5]。目前，Ⅰ類(lèi)PI3K在心血管疾病當(dāng)中的作用得到廣泛的關(guān)注并進(jìn)行了深入的研究，也是本文主要闡述的內(nèi)容。

1.3 Ⅱ類(lèi)PI3K

在哺乳動(dòng)物中包含3種Ⅱ類(lèi)PI3K成員：廣泛表達(dá)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(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)吞、自噬以及纖毛形成等過(guò)程[6]。

1.4 Ⅲ類(lèi)PI3K

Vps34是Ⅲ類(lèi)PI3K中唯一的成員，它在細(xì)胞內(nèi)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(fù)合體，在自噬泡形成中發(fā)揮重要作用，促進(jìn)了自噬的發(fā)生[7]。

2 PI3K信號(hào)通路調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程

動(dòng)脈粥樣硬化是心血管疾病病理基礎(chǔ)，也是一種慢性炎性疾病[8]，脂蛋白氧化修飾、泡沫細(xì)胞形成、氧化應(yīng)激等病理過(guò)程參與其中。

2.1 炎性反應(yīng)

炎性反應(yīng)在動(dòng)脈粥樣硬化形成的病理過(guò)程中扮演了關(guān)鍵角色，白細(xì)胞募集以及IL-1β、TNF-α等促炎因子的釋放參與了動(dòng)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(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)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(dá)水平亦增加。而應(yīng)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(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)[9]。然而在Ox-LDL誘導(dǎo)小鼠單核巨噬細(xì)胞(RAW264.7)細(xì)胞中，應(yīng)用胰島素可以降低TLR4、NF-κB以及細(xì)胞因子TNF-α、IL-6表達(dá)，而PI3K抑制劑(Wartmannin)可以阻斷胰島素的作用從而促進(jìn)小鼠RAW264.7細(xì)胞中的炎性反應(yīng)[10]。Ox-LDL誘導(dǎo)的人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(human aortic endothelial cells,HAECs)中,PTEN表達(dá)抑制，炎性因子IL-1β、IL-6表達(dá)增加，促進(jìn)了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[11]。綜上所述，在動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程中，PI3K信號(hào)通路可以通過(guò)調(diào)控炎性反應(yīng)發(fā)揮參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展的作用，但是，PI3K對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化中炎性反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2.2 氧化應(yīng)激

當(dāng)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(shí)，會(huì)出現(xiàn)氧化應(yīng)激，可以引起炎性反應(yīng)、DNA損傷、細(xì)胞毒性而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成。硝普鈉誘導(dǎo)的HUVEC模型中，PI3K/AKT/FoxO3a信號(hào)通路被抑制，細(xì)胞中ROS以及反映氧化應(yīng)激的指標(biāo)MDA生成均增加，SOD活性下降，楊梅素可以抑制上述氧化應(yīng)激反應(yīng)，而PI3K抑制劑(LY294002)阻斷了楊梅素的抗氧化應(yīng)激作用，提示PI3K可能通過(guò)FoxO3a調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)，為探索動(dòng)脈粥樣硬化新的治療靶點(diǎn)提供了新的方向[12]。飼以高脂飲食的ApoE-/-小鼠主動(dòng)脈組織中PI3K/AKT信號(hào)通路磷酸化增強(qiáng)，小鼠主動(dòng)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(diào)抗氧化因子Nrf2和HO-1的表達(dá)從而減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，而PI3K抑制劑(LY294002)卻阻斷了露那辛的上述作用[13-14]。研究結(jié)果提示抑制PI3K可以激活氧化應(yīng)激反應(yīng)，這可能與PI3K調(diào)控下游的HO-1、Nrf2的表達(dá)有關(guān)。

2.3 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中大量存在，與細(xì)胞增殖一起構(gòu)成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的病理基礎(chǔ)，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展。通過(guò)構(gòu)建造血細(xì)胞特異性AKT2和AKT3雙敲除(僅表達(dá)AKT1亞型的(AKT1only)或者AKT1和AKT2雙敲除(僅表達(dá)AKT3亞型的(AKT3only))的雄性LDLR-/-小鼠。小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊明顯減小，且AKT2/AKT3雙敲除小鼠的動(dòng)脈斑塊中巨噬細(xì)胞凋亡明顯增多，提示兩種AKT亞型的缺失會(huì)損害巨噬細(xì)胞的活力，從而減少LDLR-/-小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化形成[15]。Ox-LDL誘導(dǎo)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(dá)增加，應(yīng)用皂苷后可以抑制細(xì)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(dòng)脈粥樣硬化模型中，給小鼠腹腔注射羧甲基賴氨酸后，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中CD68明顯增多，而應(yīng)用PI3K激動(dòng)劑(740Y-P)可以明顯抑制這一現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)應(yīng)用PI3K激動(dòng)劑可以減少Bax活化，增加Bcl-2的蛋白水平表達(dá)[17]。研究提示，抑制PI3K/AKT信號(hào)通路可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡，而活化該通路可以增加抗凋亡因子Bcl-2表達(dá)從而抑制細(xì)胞凋亡。Ox-LDL誘導(dǎo)HUVEC中，PTEN表達(dá)上調(diào)，而在細(xì)胞中敲減PTEN基因可以減輕內(nèi)皮細(xì)胞損傷，Ox-LDL引起的內(nèi)皮細(xì)胞損傷與PTEN的過(guò)度表達(dá)有關(guān)[3]。綜上提示，PI3K信號(hào)通路可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡從而參與動(dòng)脈粥樣硬化的病理生理過(guò)程。

2.4 自噬

大量研究表明自噬與惡性腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病、免疫系統(tǒng)疾病等疾病有關(guān)。Ox-LDL誘導(dǎo)的泡沫細(xì)胞模型中，應(yīng)用PI3K抑制劑(LY294002)后，Ⅲ類(lèi)PI3K/Beclin1被抑制，LC3BII/LC3BI、ATG5表達(dá)明顯降低，P62表達(dá)升高，而B(niǎo)cl-2表達(dá)增加[18]。抑制PI3K/AKT可以抑制Ⅲ類(lèi)PI3K/Beclin1阻斷泡沫細(xì)胞自噬過(guò)程。給新西蘭白兔應(yīng)用AKT抑制劑、mTOR抑制劑或mTOR siRNA處理后，兔腹腔巨噬細(xì)胞自噬明顯增強(qiáng)，兔動(dòng)脈血管斑塊破裂發(fā)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(hào)通路通過(guò)抑制PC12細(xì)胞凋亡、自噬，從而發(fā)揮了保護(hù)腦神經(jīng)作用[20]。綜上所述，過(guò)度自噬可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡加劇動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，抑制PI3K及其信號(hào)通路可以抑制自噬從而改善動(dòng)脈粥樣硬化。

2.5 脂質(zhì)代謝

脂質(zhì)代謝異常是動(dòng)脈粥樣硬化的主要危險(xiǎn)因素，也加速了病變過(guò)程。高密度脂蛋白在心肌缺血疾病中發(fā)揮保護(hù)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(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積、總膽固醇水平升高以及脂質(zhì)外流減少[22]。Ox-LDL誘導(dǎo)的RAW264.7巨噬細(xì)胞模型中，應(yīng)用抵抗素后巨噬細(xì)胞中脂蛋白脂酶(lipoprteinlipase, LPL)表達(dá)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(yīng)用PI3K抑制劑(LY294002)后，LPL表達(dá)顯著降低，而TC、TG水平均降低[23]。綜上，提示PI3K信號(hào)通路可以通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)外流、減少脂質(zhì)沉積、降低脂蛋白脂酶及膽固醇水平、上調(diào)LDLR表達(dá)等方面調(diào)控脂質(zhì)代謝，從而參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。

3 PI3K抑制劑在心血管疾病中的應(yīng)用

PI3K抑制劑主要包括：1)廣譜性PI3K抑制劑，可作用于Ⅰ類(lèi)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(fā)揮重要作用，其抗腫瘤作用已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可[24]；而PI3Kγ亞型在人和小鼠動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中高表達(dá)，其特異性抑制劑(AS605240)可以減少ApoE-/-小鼠早期動(dòng)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(dòng)脈粥樣硬化與腫瘤疾病發(fā)病機(jī)制不同，所以PI3K抑制劑在兩種疾病中所發(fā)揮的作用、應(yīng)用的劑量、給藥方式都有諸多不同。期望隨著PI3K信號(hào)通路在心臟疾病領(lǐng)域研究的不斷深入，其抑制劑在心臟疾病中的應(yīng)用亦會(huì)有新的突破。

4 問(wèn)題與展望

PI3K與多種細(xì)胞表面受體結(jié)合，激活以AKT信號(hào)通路為主的下游信號(hào)通路，通過(guò)參與細(xì)胞凋亡、巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化[26]、參與抗血小板聚集、抗炎[27-28]、調(diào)控氧化應(yīng)激、自噬等方面調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化[29]，但目前觀察PI3K對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的調(diào)控多集中于細(xì)胞研究和部分動(dòng)物研究中。希望隨著研究的進(jìn)展，可以進(jìn)一步探究PI3K與動(dòng)脈粥樣硬化之間的關(guān)系，為今后的臨床研究提供更多的依據(jù)，從而深入探索可能的相互作用靶點(diǎn)，為疾病的精準(zhǔn)治療打好基礎(chǔ)。