PI3K與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系

宋麗 王玉玲 蘇琦 石鑫 程熠 鄭楊

(吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院心血管診治中心，吉林 長春 130021)

動(dòng)脈粥樣硬化是老年人常見病和多發(fā)病，涉及多種細(xì)胞、多種分子的參與。血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血小板等是動(dòng)脈粥樣硬化的細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)〔1，2〕。磷酯酰肌醇激酶(PI3K)家族在上述細(xì)胞中表達(dá)呈現(xiàn)出種類和亞型的差異，是細(xì)胞調(diào)節(jié)具第二信使特征脂類衍生物生成的重要催化酶，直接影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展〔3，4〕。深入闡釋PI3K的調(diào)控機(jī)制是預(yù)防和治療動(dòng)脈粥樣硬化的前提。本文就PI3K的結(jié)構(gòu)與功能、PI3K在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮的作用進(jìn)行綜述。

1 PI3K的結(jié)構(gòu)和功能

PI3K家族是調(diào)控磷脂代謝途徑以及磷脂源信使分子產(chǎn)生的重要催化酶系。它能特異性地向磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，PI)3位羥基，轉(zhuǎn)移ATP的磷酸基團(tuán)，使PI磷酸化成肌醇脂類物質(zhì)。PI3K根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能和底物的專一性的不同分為3類，其中對I型PI3K研究得較多，而Ⅱ型和Ⅲ型PI3K研究得較少。

1.1 I型PI3K I型PI3K調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-磷酸(Phosphatidylinositol 3-phosphate，(PI(3)P))、磷脂酰肌醇-4-磷酸(phosphatidylinositol-4-phosphate，PI4P)和磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸(phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2)的生成。它是由一個(gè)催化亞基和一個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成的異二聚體，它又可進(jìn)一步分為IA和IB亞型。IA型PI3K異二聚體由一個(gè)p110催化亞基和一個(gè)p85調(diào)節(jié)亞基組成;p110催化亞基又進(jìn)一步分為:p110α、p110β和 p110δ變異型，p85調(diào)節(jié)亞基又可分為 p85α、p55α、p50α、p85β、p55γ 變異型。IB型 PI3K 異二聚體由一個(gè)p101調(diào)節(jié)亞基和一個(gè)p110γ催化亞基構(gòu)成。研究發(fā)現(xiàn):p110α，p110β在所有細(xì)胞中都表達(dá)，p110δ主要在白細(xì)胞中表達(dá)。

PI3K與具有磷酸化酪氨酸殘基的生長因子受體或連接蛋白相互作用，以及PI3K的p110亞基與Ras直接結(jié)合，都可使其構(gòu)象改變而激活〔5〕。PI3K激活催化產(chǎn)生PIP3，PIP3與具有PH結(jié)構(gòu)域的磷脂酰肌醇依賴的激酶-1(phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1)和蛋白激酶 B(protein kinase B，Akt)結(jié)合，PDK1磷酸化Akt的Thr308，使Akt轉(zhuǎn)位于細(xì)胞膜，進(jìn)一步催化下游分子〔6，7〕。

1.2 Ⅱ型PI3K Ⅱ型PI3K的特點(diǎn)是沒有調(diào)節(jié)亞基，僅有催化亞基，其羧基末端的C2結(jié)構(gòu)域缺少關(guān)鍵的天冬氨酸殘基，Ca2+難以與PI3K結(jié)合，因此Ⅱ型PI3K以一種不依賴Ca2+的方式黏著結(jié)合胞膜脂類分子。Ⅱ型PI3K的催化亞基包括3個(gè)亞單位(C2α、C2β、C2γ)，它能催化 PI生成產(chǎn)物 PI-3-磷酸(Phosphatidylinositol-3-phosphate，PI(3)P) 和 PI-3，4-二磷酸(Phosphatidylinositol-3-phosphate，PI(3，4)P2)。C2α 和 C2β 在整個(gè)機(jī)體都表達(dá)，而C2γ只在肝臟細(xì)胞中表達(dá)。

1.3 Ⅲ型PI3K Ⅲ型PI3K結(jié)構(gòu)與I型相似，是由一個(gè)催化亞基(Vps34)和一個(gè)調(diào)節(jié)亞基(Vps15/p150)構(gòu)成的異二聚體。Ⅲ型PI3K只催化PI產(chǎn)生PI(3)P，參與蛋白質(zhì)和囊泡的投送。另有研究表明:Ⅲ型PI3K對免疫細(xì)胞行使功能起著重要作用〔8，9〕。

2 PI3K在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程中的作用環(huán)節(jié)

具有第二信使特征的脂類衍生物是血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、血小板等動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)細(xì)胞的重要調(diào)控分子，PI3K是催化第二信使特征脂類衍生物生成的重要調(diào)控酶。

2.1 PI3K通過影響血管內(nèi)皮細(xì)胞影響動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷是動(dòng)脈粥樣硬化形成的初始步驟。多種受體信號(hào)都可經(jīng)PI3K-Akt信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，PI3K-Akt信號(hào)通路的調(diào)控直接影響動(dòng)脈粥樣硬化病理進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn):激活PI3K/Akt信號(hào)途徑，可以抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞中組織因子的表達(dá);血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)/PI3K/Akt信號(hào)通路的激活，能夠降低血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡〔10，11〕。

PI3Kγ和PI3Kδ相互合作調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的功能。血管內(nèi)皮細(xì)胞PI3Kγ和PI3Kδ是調(diào)控E-選擇素(E-selectin)依賴的嗜中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮相互作用的重要因素，PI3Kγ和PI3Kδ并非影響E-選擇素蛋白表達(dá)，而是影響其分布和功能。內(nèi)皮細(xì)胞PI3Kγ激活或PI3Kδ缺陷，可以顯著削弱嗜中性粒細(xì)胞的黏附;與之相比，中性粒細(xì)胞對PI3Kγ和PI3Kδ同時(shí)缺陷的內(nèi)皮細(xì)胞的黏附程度則要低一些〔12，13〕。

2.2 PI3K通過調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖、遷移及細(xì)胞凋亡影響動(dòng)脈粥樣硬化 人類血管平滑肌細(xì)胞異常增殖和遷移導(dǎo)致動(dòng)脈內(nèi)膜的增厚，是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過程中的重要階段〔14〕。PI3K通過調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖、遷移及細(xì)胞凋亡影響動(dòng)脈粥樣硬化，抑制PI3K活性可抑制血管平滑肌細(xì)胞的遷移〔15，16〕。血 小 板 源 生 長 因 子 (platelet-derived growth factor，PDGF)在血管平滑肌細(xì)胞從收縮狀態(tài)到增殖狀態(tài)的表型切換上起主要作用;研究發(fā)現(xiàn):PDGF誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞增殖，與PI3K活性減弱相關(guān)〔17〕。可溶性N-黏鈣素(Soluble N-Cadherin，SNC)是一種細(xì)胞黏著分子，它通過減弱血管平滑肌細(xì)胞凋亡抑制斑塊不穩(wěn)定性，從而為動(dòng)脈粥樣硬化帶來有益的一面，而PI3K是 SNC作用途徑的重要一環(huán)〔18，19〕。

2.3 PI3K通過影響單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞來影響動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化的特征是單核細(xì)胞穿過內(nèi)皮的單層細(xì)胞進(jìn)入到了內(nèi)膜，并在內(nèi)膜增殖，轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞吞噬脂質(zhì)后形成泡沫細(xì)胞〔20〕。PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是單核細(xì)胞促動(dòng)脈粥樣硬化的分子基礎(chǔ)，PI3K抑制劑LY294002抑制了泡沫細(xì)胞的形成〔21，22〕。血管生成素Ⅰ(Angiopoietin-Ⅰ，Ang-Ⅰ) 誘導(dǎo)單核細(xì)胞的趨化作用，進(jìn)而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，PI3K在這一過程是不可或缺的環(huán)節(jié)〔23〕。缺乏PI3Kγ的巨噬細(xì)胞不能對趨化因子的刺激產(chǎn)生足夠的遷移〔24〕。

2.4 PI3K通過影響血小板來影響動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的破裂，引發(fā)血小板聚集，進(jìn)而導(dǎo)致心梗的發(fā)生〔25〕。I型 PI3K(PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ)在血小板中表達(dá)，PI3Kβ 對 GPⅡb/Ⅲa的形成和穩(wěn)定性至關(guān)重要，PI3K可以降低血小板的黏附〔25，26〕。半乳糖凝集素(galectins，Gals)是動(dòng)脈粥樣硬化的介質(zhì)之一，免疫蛋白印記和血細(xì)胞計(jì)數(shù)展示出血小板不僅包含Gal-8，還在凝血酶激活后暴露Gal-8，Gal-8將特異性的多聚糖結(jié)合在血小板膜上，并且引發(fā)擴(kuò)散、鈣轉(zhuǎn)移和纖維蛋白原黏連，而PI3K參與Gal-8信號(hào)途徑對血小板的激活引發(fā)的血栓形成、炎癥反應(yīng)〔27〕。

3 PI3K通過參與炎癥反應(yīng)影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展

3.1 PI3K與炎癥免疫 樹突細(xì)胞能夠?qū)⒚庖邞?yīng)答介入到細(xì)胞中，并且能夠啟動(dòng)炎癥免疫。阿托伐他汀能夠減弱樹突細(xì)胞啟動(dòng)的炎癥免疫，PI3K抑制劑則能夠加強(qiáng)上述的阿托伐他汀對樹突細(xì)胞啟動(dòng)的炎癥免疫的減弱作用〔28〕，從而使免疫炎癥反應(yīng)減弱，減輕動(dòng)脈粥樣硬化。PI3K抑制劑間接減弱免疫炎癥反應(yīng)說明了PI3K能夠加強(qiáng)免疫炎癥反應(yīng)，具有促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的作用。

3.2 PI3K與趨化因子 動(dòng)脈粥樣硬化是一個(gè)慢性炎癥過程。趨化因子通過細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)途徑激活炎癥細(xì)胞，進(jìn)而引起與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞中的PI3K被氧化低密度脂蛋白、炎癥趨化因子和血管緊張素Ⅱ所激活。Chang等研究發(fā)現(xiàn)在缺乏PI3K的p110γ巨噬細(xì)胞中，炎癥細(xì)胞的激活明顯減弱或者消失。Chang等進(jìn)一步證明，缺乏載脂蛋白 E(ApoE)，同時(shí)也缺乏p110γ的老鼠，盡管IA類型的PI3K存在，但是檢測不到PI3K的激活。此外，ApoE-/-p110γ－/-老鼠的斑塊比ApoE-/-p110γ+/+或ApoE-/-p110γ+/-老鼠的斑塊明顯是減小的，其中包括各個(gè)年齡段的老鼠〔29〕。因此，在趨化因子通過細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)途徑激活炎癥細(xì)胞過程中，PI3K的作用是不可或缺的。

3.3 PI3K 與 KLF2 Krüppel樣鋅指轉(zhuǎn)錄因子(Krüppel-like transcription factors，KLF2)是一個(gè)重要的抗血管內(nèi)皮炎癥和血栓形成的介質(zhì)。PI3K是KLF2作用環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。KLF2受剪應(yīng)力的影響，高剪應(yīng)力使KLF2增加，從而抑制血管內(nèi)皮炎癥的發(fā)生和血栓的形成，進(jìn)一步減輕動(dòng)脈粥樣硬化。PI3K抑制劑LY294002增加了KLF2mRNA穩(wěn)定性，從而使KLF2表達(dá)增加，KLF2增加后抑制血管內(nèi)皮炎癥的發(fā)生和血栓的形成，減輕動(dòng)脈粥樣硬化〔30〕。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，PI3K以及與其密切相關(guān)的PI3K/Akt信號(hào)通路在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。動(dòng)脈粥樣硬化是老年人常見病和多發(fā)病，進(jìn)一步深入研究PI3K和PI3K/Akt通路調(diào)節(jié)機(jī)制，將為老年患者動(dòng)脈粥樣硬化的預(yù)防和治療奠定基礎(chǔ)。

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