PTEN 基因調(diào)控信號通路與肺纖維化研究進展

劉 青綜述，何振華，張秀峰審校（南華大學附屬第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖南衡陽421000）

肺纖維化是一種慢性彌漫性肺間質(zhì)的炎癥性疾病，主要以成纖維細胞增生和細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）沉積為主要病理特征，最終導致肺組織結(jié)構(gòu)的異常重塑[1]，呼吸衰竭而死亡。其發(fā)病率、死亡率逐年升高，但其發(fā)病機制至今仍不明確，涉及多信號通路調(diào)控及多因子相互作用過程。近年來研究發(fā)現(xiàn)，第10號染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN）除了在腫瘤中有重要作用外，在肺纖維化中的作用也日益重要，其機制可能與負性調(diào)控一系列信號通路，調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化及血管生成有關(guān)。

1 PTEN 基因概述

PTEN 基因是繼p53 后一個新的重要抑癌基因，于1997 年被發(fā)現(xiàn)，位于人第10 號染色體q23.3 區(qū)，長度為200 kb，由9 個外顯子和8 個內(nèi)含子組成，其基因產(chǎn)物為具有蛋白和脂類雙重作用的磷酸酯酶，也是目前發(fā)現(xiàn)的第1 個具有磷酸酶活性的抑癌基因。PTEN 基因在多器官（如肺、心臟、肝臟、腎臟、胃腸道及皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等）中均有表達[2]，說明其可能參與了體內(nèi)多種生理和病理過程，能使三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）脫磷酸后轉(zhuǎn)變成二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）而發(fā)揮重要作用。目前發(fā)現(xiàn)，PTEN 基因不僅參與了細胞分裂、肥大、增殖、侵襲、黏附、ECM 代謝及炎性反應等過程[3]；而且還參與了調(diào)控多條細胞信號通路，其中可通過調(diào)控磷脂酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B（phosphatidy linositol-3 kinase/protein kinase B，PI3K/Akt）途徑、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）、黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）等途徑調(diào)節(jié)細胞生長、增殖及轉(zhuǎn)移，而PI3K/Akt信號通路是其中最重要的通路之一，其激活可負性調(diào)控細胞增殖和分化[4]。

2 信號通路與肺纖維化

前期研究發(fā)現(xiàn)，PTEN 基因的突變或表達缺失除了與腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移相關(guān)外[5]，還在肺纖維化中有一定意義。目前，肺纖維化的發(fā)病機制不明確，涉及多信號傳導通路，如PI3K/Akt、FAK、MAPK、金屬基質(zhì)蛋白酶類（matrix metalloprote inases，MMPs）以及血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）等因素的相互作用，導致肺成纖維細胞增殖、ECM 沉積、血管增生，促進肺纖維化形成。而PTEN 基因也可調(diào)控上述細胞信號傳導途徑，從而調(diào)節(jié)細胞生長、增殖、遷移及血管生成，發(fā)揮抗肺纖維化作用。

3 PTEN 基因通過調(diào)控以下信號通路參與肺纖維化的發(fā)病過程

3.1 PTEN 基因調(diào)控PI3K/Akt 信號通路參與肺纖維化 PI3K/Akt信號通路是參與肺纖維化信號傳導的重要通路，可調(diào)節(jié)肺成纖維細胞增殖及ECM 沉積。在肺纖維化患者的肺組織中，用免疫組化方法發(fā)現(xiàn)，肺纖維化部位活性PI3K 和磷酸化蛋白激酶B（phosphatidy-protein kinase，p-Akt）表達增加[6-7]，而患者肺成纖維細胞的PTEN 基因酶活性下降，從而導致PI3K/Akt 信號通路激活，肺成纖維細胞增殖[8-9]。最近也有研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖下調(diào)PTEN 基因表達后，激活PI3K/Akt 信號途徑，促進肺成纖維細胞增殖[10]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，純化的PTEN 基因能使PIP3 脫磷酸后轉(zhuǎn)變成PIP2，從而抑制PI3K/Akt 信號通路，使Akt 活性下降，促進細胞凋亡[11-13]。有研究發(fā)現(xiàn)，PIP3 也是部分常見的生長因子，如表皮生長因子-1（epidermal growth factor 1，EGF-1）、TGF-β、結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）等信號的第二信使，而這些生長因子也參與了肺纖維化的形成，因此，其激活的信號可促進肺成纖維細胞增殖、膠原蛋白合成及抑制細胞凋亡。由此可知，PTEN 基因可通過調(diào)控PI3K/Akt 信號通路參與肺纖維化的形成。

3.2 PTEN 基因的表達可抑制MAPK 中細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extraccellular signal regulated kinase，ERK）的活化而發(fā)揮抗纖維化作用 MAPK 信號通路也參與了肺纖維化的形成，是介導細胞反應的一條重要信號通路，其共有4 條信號傳導通路：p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinase，p38MAPK）、ERK 和ERK5/大絲裂素活化蛋白激酶1（big map kinase1，BMK1）、c-Jun 氨基末端激酶（c-jun amino-terminal kinase，JNK）/應激酶活化的蛋白激酶（stress-activated protein kinase，SAPK）。而ERK 是其中一條調(diào)控細胞增殖、凋亡極為重要的信號通路，有研究表明，ERK 信號通路也參與了肺纖維化的形成。在博萊霉素（bleomycin，BLM）誘導的大鼠肺纖維化模型中檢測到大鼠肺組織各時間點ERK1、ERK2 的表達較對照組明顯增多，且磷酸化ERK1/2 的表達也明顯增高，由此可知，信號蛋白ERK1/2 不僅參與了肺纖維化早期的肺泡炎性階段，還參與了纖維化終末階段[14]。Fubini 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，晶狀體二氧化硅顆粒及其活化細胞產(chǎn)生的活性氧簇可導致細胞及肺損害，而該過程中涉及細胞活化的信號傳導通路，包括MAPK/MEK 和ERK，該通路的活化可增加特定轉(zhuǎn)錄因子——核因子κB（NF-κB）和轉(zhuǎn)錄因子-1（activator protein 1，AP-1）的活化。由此可證明，ERK 信號通路在纖維化發(fā)病過程中具有一定作用。若阻斷該通路，可抑制細胞增殖、促進細胞凋亡，從而發(fā)揮抗肺纖維化的作用。而PTEN 基因能有效抑制ERK 激活，從而抑制細胞的生長、增殖、分化[16]，其主要作用機制：（1）PTEN 基因可選擇性抑制MAPK 中ERK1/2 活性，不受整合素及生長因子的影響[17]，而反義PTEN 基因可明顯提高ERK 磷酸化水平；（2）PTEN 基因可使SH2 包含蛋白（SH2 containing protein，Shc）去磷酸化，減少Grb 相關(guān)結(jié)合蛋白（Gab）的招募，抑制Gab 與Shc 之間的相互結(jié)合，從而抑制ERK 信號通路[18]。因此，PTEN 基因可通過選擇性抑制ERK信號途徑，從而阻斷MAPK 信號傳導途徑，抑制細胞增殖，這可能是治療肺纖維化疾病的另一條重要途徑。

3.3 PTEN 基因能抑制整合素連接激酶（integrin-linked k-inase，ILK）而抗肺纖維化 在肺纖維化形成過程中，肺成纖維細胞增殖、ECM 合成依賴于整合素介導的細胞黏附和信號傳導通路。然而，ILK 可調(diào)節(jié)整合素介導的細胞黏附和信號通路，在肺纖維化過程中發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，PTEN 基因高表達能抑制ILK，阻止肺纖維化進展[7]，而PTEN 基因低表達或功能缺失將影響肺成纖維細胞整合素信號傳導途徑，導致肺成纖維細胞增殖[19]。提示PTEN 基因可能通過抑制ILK 而發(fā)揮抗肺纖維化作用[20]，其具體作用機制目前仍不明確，有待進一步探討。

3.4 PTEN 基因與促血管新生因子 近年來，血管生成在肺纖維化中的作用逐漸受到重視[21]。1963 年有學者首次在肺纖維化患者肺組織中發(fā)現(xiàn)纖維化區(qū)域肺微血管明顯增加及血管重構(gòu)明顯，血管的生成還可導致炎性反應。在肺纖維化的肺組織中，因血管重構(gòu)及血管重新分布導致間質(zhì)增厚，氣體交換明顯減少[22]。由此證明，異常的血管重構(gòu)在肺纖維化的發(fā)病過程中可能具有重要作用。血管生成過程受多種血管生成刺激因子的調(diào)節(jié)，其中VEGF 是主要的調(diào)節(jié)因子，當機體缺氧時缺氧誘導因子（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）被激活，可促進VEGF 的表達，而VEGF 可特異性作用于血管內(nèi)皮細胞，從而具有促進血管生成的作用，增加血管通透性；VEGF 表達增加，還可促進內(nèi)皮細胞表達MMP-2 和MMP-9，促進細胞生長[23]。BLM 誘導的小鼠肺纖維化中成纖維細胞VEGF表達明顯增加，且血清VEGF 水平與肺纖維化的發(fā)生率呈正相關(guān)。因此，血管新生是纖維化修復的推動因素，早期阻斷異常血管生成有可能防止肺纖維化的發(fā)生或延緩肺纖維化的進展。

目前研究發(fā)現(xiàn)，PTEN 基因表達缺失或突變可使多種促血管新生因子表達增加，促進腫瘤血管新生，從而促進腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移[24-26]。這些促血管新生因子主要包括VEGF、血管內(nèi)皮生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）、HIF-1、血管生成素（angiopoietins，Angs）及多種MMPs 等[23]。PTEN 基因表達增多可抑制腫瘤中促血管生成因子的生成，抑制血管新生過程。近來研究表明，在肝癌細胞中，促進PTEN 基因表達可阻斷PI3K/Akt信號通路，從而抑制MMP-2、MMP-9 和VEGF，抑制肝癌細胞生長及轉(zhuǎn)移[27]。而在肺纖維化血管新生過程中同樣存在這些促血管生成因子，因此，PTEN 基因也可通過抑制促血管生成因子的生成，從而抑制肺纖維化進展，其作用機制可能存在如下幾點：（1）VEGF與VEGFR 結(jié)合激活PI3K/Akt 信號通路后作用于下游靶蛋白，進而促進VEGF 的合成[23-26]。而PTEN 基因還可通過抑制PI3K/AKT信號傳導通路，使VEGF 等促血管新生因子合成減少，從而抑制血管新生[23-28]。（2）活化的Akt 及哺乳動物雷帕霉素靶蛋白可增加內(nèi)皮細胞VEGFR 的表達，促進血管新生[28]。PTEN 基因可通過以上機制抑制血管新生，而血管新生除了在腫瘤中有重要地位外，也是肺纖維化形成過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 因此推測，PTEN 基因可通過抑制血管新生為治療肺纖維化帶來新的希望。

4 PTEN 基因與肺纖維化的關(guān)系

肺纖維化發(fā)病機制復雜，是多信號傳導途徑、多細胞因子相互作用形成的過程，有研究表明，肺纖維化病理過程中涉及PTEN基因功能的缺失。White 等[29]從肺纖維化患者的活檢肺組織中發(fā)現(xiàn)PTEN 蛋白表達減少，在PTEN-/-基因中α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）表達、成纖維細胞及ECM 膠原蛋白均增加，而將PTEN重組基因轉(zhuǎn)染PTEN-/-基因后發(fā)現(xiàn)，α-SMA 表達、成纖維細胞增生及ECM 膠原蛋白明顯減少，證實在體內(nèi)抑制PTEN 基因表達可促進肺纖維化，而PTEN 基因表達增加可抑制肺成纖維細胞增生。White 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在肺纖維化患者肺組織中，肺成纖維細胞中PTEN mRNA 轉(zhuǎn)錄、蛋白表達及磷酸酶活性均低于正常肺成纖維細胞，表明PTEN 基因參與了肺纖維化的發(fā)病過程，其低表達可促進肺纖維化的發(fā)生，而PTEN 基因高表達可發(fā)揮抗纖維化作用，但具體調(diào)控機制及作用靶點并不明確，有待進一步研究。

5 結(jié)語與展望

肺纖維化發(fā)病機制復雜，目前尚缺乏有效治療措施，如何遏制肺纖維化進展仍為世界難題。PTEN 基因具有廣泛的作用，目前，其與肺纖維化疾病的相關(guān)研究不多，但已初步證實PTEN 基因參與了肺纖維化發(fā)病過程，但其機制不明確，可能通過調(diào)控PI3K/Akt、MAPK、ILK 等信號傳導通路及促血管新生因子等阻止肺纖維化的進展，但其具體作用機制有待進一步深入研究。PTEN基因的生物治療有望為肺纖維化治療提供新的科學理論依據(jù)，用于臨床治療肺纖維化患者。因此，進一步研究PTEN 基因在肺纖維化中的作用靶點和具體作用機制，對肺纖維化治療可能提供新的靶點。

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