磷脂酰肌醇3－激酶在血管新生相關(guān)性疾病中的作用*

權(quán) 偉， 張麗莙

(天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室，天津300070)

血管新生參與了人體多種生理與病理過程，前者如創(chuàng)傷愈合，后者包括腫瘤、動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)等多種疾病，血管新生與這些疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。磷脂酰肌醇3－激酶(phosphatidylinositol 3－kinase，PI3K)作為細(xì)胞內(nèi)重要的信號蛋白，可介導(dǎo)細(xì)胞遷移、增殖與血管新生等多種生物學(xué)行為的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。本文就PI3K在血管新生相關(guān)性疾病中所發(fā)揮的作用進行簡要綜述。

1 PI3K及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

PI3K是指能夠特異性地催化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，PI)及其衍生物肌醇環(huán)第3位羥基磷酸化、并產(chǎn)生具有第二信使作用的肌醇酯物質(zhì)的磷酸激酶。按哺乳動物PI3K結(jié)構(gòu)特點與作用底物特異性等方面的差異，將其家族劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3型[1]。Ⅰ型 PI3K是唯一能將二磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙攀谷姿崃字＜〈?phosphatidylinositol trisphosphate，PIP3)的類型，它是由分子量大約為85 kD的調(diào)節(jié)亞基p85與分子量為110 kD的催化亞基p110組成，兩者緊密相關(guān)，前者對后者的活性、定位具有調(diào)節(jié)作用[2]。同時，Ⅰ型PI3K也是其家族在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中作用最為突出者。其上游激活因子通過活化Ⅰ型PI3K，繼而催化PIP3產(chǎn)生。胞漿中的下游信號蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶(serine/threonine protein kinase，Akt)與PIP3的PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而獲得催化活性，驅(qū)動下一級信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[3]。Akt的底物較多，包括 CREB(cAMP response element－binding protein)、IκB 激酶、procaspase － 9、GSK － 3α/β (glycogen synthase kinase － 3α/β)、mTOR(the mammalian target of rapamycin)等[4]。其底物的特點多樣性說明了PI3K/Akt在細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖與細(xì)胞凋亡等多種細(xì)胞生命活動中的廣泛作用，PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路亦為PI3K介導(dǎo)上述過程的主要通路。

2 血管新生的過程及其與疾病的關(guān)系

血管新生過程主要包括:(1)原有血管基底膜降解以及毛細(xì)血管芽的形成和細(xì)胞遷移;(2)內(nèi)皮細(xì)胞向刺激方向遷移;(3)遷移的內(nèi)皮細(xì)胞增殖并發(fā)育成熟。而整個過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)則是內(nèi)皮細(xì)胞遷移。

血管新生是AS、RA等多種慢性疾病的發(fā)生、發(fā)展以及腫瘤生長、轉(zhuǎn)移過程中的共同病理特征，關(guān)系到這些疾病的治療效果與預(yù)后。AS斑塊內(nèi)出現(xiàn)的病理性新生血管可促其病變發(fā)展，甚至導(dǎo)致斑塊內(nèi)出血、斑塊破裂以及并發(fā)癥的發(fā)生，血管生成抑制劑endostatin或TNP－470作用于AS動物模型，能夠抑制斑塊形成和發(fā)展[5]。而關(guān)節(jié)滑膜增生并形成關(guān)節(jié)血管翳是RA的重要特征，血管新生在關(guān)節(jié)翳的形成和維持方面起著關(guān)鍵性作用[6]。腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為依賴于豐富的新生血管網(wǎng)絡(luò)的形成，Sengupta等[7]將納米直徑的抗血管新生藥物經(jīng)肺癌間微血管送達病灶后，可使腫瘤滋養(yǎng)血管閉塞，抑制腫瘤組織生長。

3 PI3K在血管新生相關(guān)性疾病中的作用

3.1 PI3K在動脈粥樣硬化血管新生中的作用 病理性血管新生在AS斑塊不穩(wěn)定、斑塊破裂及血管成形術(shù)后再狹窄等方面具有重要意義，內(nèi)皮細(xì)胞遷移是血管新生過程的中心與基礎(chǔ)，細(xì)胞遷移的同時伴隨細(xì)胞增殖，而遷移和增殖過程中的內(nèi)皮細(xì)胞始終受到血管生成因子的趨化作用。PI3K/Akt作為介導(dǎo)細(xì)胞遷移與增殖的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一，參與了血管新生中的內(nèi)皮細(xì)胞遷移與增殖過程[9]。Namkoong等[10]發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt信號通路可介導(dǎo)毛喉素引起的血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌及人血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移并形成新生血管。VEGF作為主要的血管生成因子，是血管新生的重要調(diào)控物質(zhì)，它對內(nèi)皮細(xì)胞具有強烈的促遷移、促微管腔形成作用，且VEGF可通過激活 PI3K 持續(xù)刺激血管新生[11，12]。

內(nèi)皮細(xì)胞遷移所形成的新生血管網(wǎng)越為復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)化程度越高其導(dǎo)致的斑塊穩(wěn)定性越差。而決定穩(wěn)定性的另外一個因素即新生血管密度，新生血管密度與動脈狹窄程度呈正相關(guān)[8]。增殖是血管新生過程中繼遷移之后第二個重要階段，增殖速度也是影響血管密度的主要因素。Fosbrink等[13]研究結(jié)果顯示，與AS發(fā)病密切相關(guān)的物質(zhì)C5b－9可啟動PI3K/Akt信號通路，引起主動脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖與血管生成因子釋放。PI3K活化后激活下游Akt，Akt可使叉頭轉(zhuǎn)錄因子FOXO1(Forkhead transcription factor O－1)失活，進而調(diào)節(jié)細(xì)胞生長周期，引起內(nèi)皮細(xì)胞增殖與血管新生，PI3K特異性抑制劑LY294002可阻斷該過程。

然而血管新生在AS引發(fā)的急性冠脈綜合癥中亦有其積極意義。在冠狀動脈嚴(yán)重狹窄或栓塞引起心肌梗死后，再生的新生血管形成側(cè)枝循環(huán)，可部分恢復(fù)梗死處心肌細(xì)胞的血液供給，PI3K/Akt信號通路參與介導(dǎo)該過程。Siragusa等[14]研究顯示，LY294002阻斷或RNA干擾PI3K表達均可抑制小鼠心肌梗死周圍區(qū)內(nèi)皮細(xì)胞增殖與微管腔樣結(jié)構(gòu)的形成，加速心肌細(xì)胞凋亡，增加心肌梗死區(qū)面積及心功能不全程度，此效應(yīng)主要是 PI3K激活 Akt后PI3K/Akt信號通路介導(dǎo)產(chǎn)生的，PI3K激活而Akt受到抑制則信號轉(zhuǎn)導(dǎo)不能繼續(xù)，上述效應(yīng)消失。

3.2 PI3K在腫瘤血管新生中的作用 作為重要的人類腫瘤相關(guān)蛋白之一的PI3K，其信號通路調(diào)節(jié)異常在多數(shù)瘤變中均有發(fā)生，并且與腫瘤血管形成、腫瘤生長速度和侵襲力的關(guān)系頗為密切。腫瘤細(xì)胞持續(xù)生長、增殖與惡性轉(zhuǎn)移等行為均依賴于不斷進行的血管新生。豐富的新生血管網(wǎng)可供給其上述活動所需的氧與營養(yǎng)物質(zhì)，并轉(zhuǎn)運其產(chǎn)生的代謝廢物。PI3K的表達變化可通過類似“開關(guān)作用”調(diào)節(jié)腫瘤血管新生，進而影響腫瘤細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移。如黑色素瘤與乳腺癌經(jīng)治療性抑制PI3K活性后，瘤周內(nèi)皮細(xì)胞增殖與管腔化程度顯著下降，新生血管明顯減少，瘤細(xì)胞延緩生長和轉(zhuǎn)移[15]。

腫瘤生長與血管新生是相輔相成、彼此促進的兩個過程，腫瘤細(xì)胞內(nèi)PI3K的變化對血管新生亦有影響。腫瘤促進其血管新生主要是通過刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移與增殖實現(xiàn)的，PI3K/Akt通路在其中發(fā)揮了重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。Tu等[16]將不同類型肺癌細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，在肺癌細(xì)胞分泌物質(zhì)的作用下，血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡被抑制，遷移能力顯著增強，向新生血管方向過渡的微管腔樣結(jié)構(gòu)逐漸形成，該過程中經(jīng)PI3K激活的Akt發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，沉默Akt表達，上述現(xiàn)象消失。同樣，沉默表達人卵巢癌細(xì)胞PI3K p110亞基可明顯抑制癌細(xì)胞增殖且誘發(fā)其凋亡，同時腫瘤新生血管也表現(xiàn)為密度降低[17]，其原因可能是腫瘤細(xì)胞分泌的促血管生成因子減少，延緩了腫瘤新生血管的形成。由此可知，腫瘤細(xì)胞內(nèi)PI3K的激活可促進其新生血管形成，而新生血管密度的增加與網(wǎng)絡(luò)化進一步加劇腫瘤生長與轉(zhuǎn)移。因此，抑制腫瘤新生血管與瘤細(xì)胞自身的PI3K可能對抑制腫瘤惡化具有協(xié)同作用。

腫瘤促進其血管新生是以瘤細(xì)胞分泌的促血管新生物質(zhì)為介質(zhì)的，主要分為兩類，一類是促血管生長因子，如VEGF、堿性成纖維生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)、促血管生成素(angioge-nin，Ang)等。該類物質(zhì)中VEGF的作用最強，除趨化血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、促進其增殖分裂外，VEGF還能增加新生血管壁通透性，使血管內(nèi)纖維蛋白原等物質(zhì)外滲，后者為內(nèi)皮細(xì)胞爬行生長并進一步形成新生血管提供基質(zhì)[18]。Sakai等[19]研究顯示，VEGF可經(jīng)由PI3K/Akt介導(dǎo)，激活前列腺癌細(xì)胞凋亡抑制因子Bcl－2(B－cell lymphoma－2)表達，進而促進其內(nèi)皮細(xì)胞形成新生血管。腫瘤細(xì)胞分泌的另一類促血管新生物質(zhì)即膠原酶、尿激酶等蛋白水解酶類。蛋白水解酶可使血管壁通透性升高并降解基底膜，便于血管內(nèi)皮細(xì)胞遷出形成新生血管，同時基底膜的酶解可以為腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移提供途徑。如阻斷PI3K/Akt通路的激活可下調(diào)尿激酶的分泌，進而降低輻射導(dǎo)致的腦膜瘤的血管新生程度，抑制瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[20]。同樣，喜樹堿可阻斷前列腺癌細(xì)胞PI3K/Akt通路，使其基質(zhì)金屬蛋白酶MMP－2、MMP－9生成量減少，血管新生程度均明顯降低，細(xì)胞侵襲力下降[21]。PI3K尚參與了凝血酶敏感蛋白 －1(thrombospondin－1，TSP－1)等抗血管生成因子對腫瘤血管新生的抑制作用。TSP－1作為腫瘤發(fā)生的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，與VEGF等正性調(diào)節(jié)因子作用相互平衡，抑制腫瘤的發(fā)生。如胰腺癌細(xì)胞生長激素抑制素與其受體sst－2結(jié)合后，可激活TSP－1并使之呈劑量依賴方式上調(diào)，TSP－1持續(xù)表達可抑制PI3K信號通路激活，進而拮抗腫瘤血管新生及腫瘤形成[22]。

3.3 PI3K在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎血管新生中的作用 RA是一種自身免疫性疾病，持續(xù)的RA炎癥反應(yīng)使關(guān)節(jié)滑膜結(jié)締組織中內(nèi)皮細(xì)胞被激活而遷移，大量血管新生形成血管翳，有研究報道，IL－18作為RA發(fā)病過程中的促炎因子可通過PI3K/Akt通路刺激血管生成因子 SDF－1α(stroma－derived factor－1)與MCP－1(monocyte chemotactic protein－1)的分泌，加速新生血管形成[23]。而不斷新生的毛細(xì)血管壁通透性較高，利于炎癥因子的釋放，從而形成惡性循環(huán)，血管翳逐漸充滿整個關(guān)節(jié)腔后鈣化導(dǎo)致關(guān)節(jié)強直。同時，PI3K可聯(lián)合轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)RA新生血管的形成。Shankar等[24]研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt信號通路與MEK/ERK信號通路可協(xié)同抑制叉頭轉(zhuǎn)錄因子FOXO的激活，后者失活可促進內(nèi)皮細(xì)胞遷移形成新生血管，進而影響RA的病理改變。其中PI3K/Akt通路中的Akt經(jīng)PI3K激活后，可將信號放大，進一步加強對FOXO轉(zhuǎn)錄的調(diào)控作用。當(dāng)Akt被阻斷后，F(xiàn)OXO磷酸化水平明顯增加，F(xiàn)OXO活性升高，血管新生減緩。PI3K活化還可通過抑制FOXO活性上調(diào)VEGF表達，進而促進RA中血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移與血管新生。VEGF中和抗體作用于內(nèi)皮細(xì)胞可導(dǎo)致PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被阻斷，進而延緩內(nèi)皮細(xì)胞遷移及血管新生，這與VEGF在腫瘤血管新生中的作用相似[25]。另外有類似的研究結(jié)果顯示，同為生長因子家族的成纖維細(xì)胞生長因子FGF－1(fibroblast growth factor－1)也可以通過PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進體內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移與血管新生，且該過程中轉(zhuǎn)錄因子Ets－1受PI3K/Akt激活，對FGF－1發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[26]，進而成為調(diào)控RA血管新生的重要物質(zhì)。由此推測，生長因子家族、PI3K/Akt通路、轉(zhuǎn)錄因子家族，很可能形成一條“信號高速公路”，傳遞分子信號的同時促進RA中的血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移與血管新生。

4 結(jié)語

血管新生是眾多疾病發(fā)展和維持的一個重要機制，其進展程度與相關(guān)疾病的治療和預(yù)后關(guān)系密切。除上述幾種主要疾病外，血管新生還與子宮內(nèi)膜增殖、糖尿病視網(wǎng)膜病變、銀屑病等多種生理和病理過程相關(guān)，是健康與疾病之間的一把“雙刃劍”。而PI3K及其PI3K/Akt信號通路作為細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要節(jié)點與途徑，其變化影響著血管新生的各個環(huán)節(jié)。從治療的角度出發(fā)，PI3K若能確定為AS、腫瘤及RA等各種血管新生相關(guān)性疾病的藥物治療靶點，將為研發(fā)針對上述疾病的理想藥物提供一條具有廣闊前景的新思路。

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