PI3K/AKT信號傳導通路在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展

張朋云，陳淼

(1遵義醫(yī)學院,貴州遵義563000;2遵義醫(yī)學院附屬醫(yī)院)

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·綜述·

PI3K/AKT信號傳導通路在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展

張朋云，陳淼

(1遵義醫(yī)學院,貴州遵義563000;2遵義醫(yī)學院附屬醫(yī)院)

急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征在國內外醫(yī)院中發(fā)病率高、病死率大，是重癥醫(yī)學科治療的難題。近年研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶信號傳導通路及其相關調節(jié)因子，如線粒體、促凋亡蛋白、糖原合成酶激酶3、caspase、NF-κB等參與了急性肺損傷整個病程，如早期的炎癥反應、肺水腫以及后期的組織修復、氣道重塑和肺氣腫。

急性肺損傷；急性呼吸窘迫綜合征；磷脂酰肌醇-3激酶;絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶；肺泡Ⅱ型上皮細胞；肺保護

急性肺損傷是一種由諸多因素誘發(fā)引起的急性綜合征，破壞性極大，嚴重影響重癥醫(yī)學科住院患者生存質量和預后。在美國，急性肺損傷的發(fā)病率為80/10 000，病死率高達40%[1]。北京兒童醫(yī)院開展的一項前瞻性調查顯示，在重癥監(jiān)護室的兒童患者中，急性肺損傷的發(fā)病率達7.8%，病死率為18.2%[2]。急性肺損傷致病因素較多，發(fā)病機制錯綜復雜，致病環(huán)節(jié)眾多，現(xiàn)已成為重癥醫(yī)學科的難點和熱點。近年研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/ 絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)信號傳導通路參與了急性肺損傷整個病程，包括病因和發(fā)病機制，如早期的炎癥反應、肺水腫，以及后期的組織修復、氣道重塑和肺氣腫[3]。本文就目前PI3K/AKT信號傳導通路在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展進行綜述。

1 急性肺損傷的發(fā)病機制

肺泡Ⅱ型上皮細胞(AEC-Ⅱ)是肺組織中較重要的細胞，其功能狀態(tài)決定著肺病理損傷程度及修復轉歸。急性肺損傷致 AEC-Ⅱ凋亡發(fā)生機制較多，目前研究主要有以下方面：①外源性凋亡途徑：這條途徑與細胞表面的死亡受體激活有關，也稱為死亡受體。目前研究發(fā)現(xiàn)有6種死亡受體，這6種死亡受體均屬腫瘤壞死因子(TNF-α)受體家族，都包含有死亡結構，死亡因子受體 /死亡因子配體系統(tǒng)在死亡受體途徑中最具有代表性，在細胞生理性凋亡及促炎癥反應中起著重要作用[4]。急性肺損傷肺組織細胞中有多種炎性細胞因子表達，其中TNF-α是人體內重要生物活性介質，可活化轉錄因子(NF-α)、誘導細胞調亡、誘導IL-6表達及促進成纖維細胞增殖。②內源性凋亡途徑：亦稱線粒體凋亡路徑，分為半胱氨酸蛋白酶(caspase)依賴性凋亡途徑和非caspase依賴性凋亡途徑。根據(jù)實驗證明，線粒體可產(chǎn)生活性氧自由基(ROS)，并且是容易受到氧化損傷的主要靶細胞器。在急性肺損傷疾病中，肺組織AEC-Ⅱ凋亡的啟動過程中線粒體起著重要的樞紐作用[5]。caspase依賴性細胞凋亡過程中，半胱氨酸蛋白酶3(caspase-3)的激活是這條凋亡途徑信號最終執(zhí)行者。有研究表明caspase-3參與了急性肺損傷發(fā)生發(fā)展，并啟動了caspase級聯(lián)反應，進而導致線粒體途徑介導的AEC-Ⅱ凋亡[6]。 ROS介導可直接或間接引起線粒體外膜通透性增加，促進凋亡誘導因子和核酸內切酶G釋放，啟動無caspase參與的凋亡途徑。③內質網(wǎng)途徑：此凋亡途徑通過內質網(wǎng)應激來發(fā)揮作用，內質網(wǎng)應激是指內質網(wǎng)的生物穩(wěn)態(tài)性受到破壞，其分子構象、生化反應發(fā)生改變。

2 PI3K/AKT信號通路

PI3K是一個異源性二聚體，作為聯(lián)系細胞外信號與細胞應答效應的中介分子，在磷脂激酶家族中，具有發(fā)揮重要的生物學特性的成員。由p110催化亞單位和 p85調節(jié)亞單位組成，同時具有脂類激酶活性和蛋白激酶活性。它是細胞內重要的信號轉導分子，當細胞受到外界刺激后，PI3K激活可使4，5-二磷酸磷脂酰肌醇的肌醇環(huán)上的3′位點磷酸化，生成3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，AKT的磷酸化還可進一步激活或抑制其下游的靶蛋白，引起生物細胞增殖，抑制細胞凋亡。AKT亦被稱為蛋白激酶B，具有重要的生物學特性。目前研究發(fā)現(xiàn)，至少有3種形式的AKT，包括Akt1、Akt2、Akt3，這些分子對調控細胞增殖、細胞凋亡起著重要作用。磷酸化的AKT 主要通過對含有絲氨酸/蘇氨酸殘基的底物，發(fā)揮生物學效應。許多細胞因子、生長因子、物理刺激等因素均可通過激活PI3K而使AKT磷酸化。通常情況下AKT磷酸化可作為衡量PI3K活性的指標。

3 PI3K/AKT信號通路與急性肺損傷

鄧旺等[7]研究認為，PI3K/AKT 信號通路激活后，可上調大鼠肺泡上皮鈉通道的表達，增強肺泡鈉通道和Na+-K+-ATP活性，清除急性肺損傷時肺泡內多余的水腫液，減輕肺泡內富含蛋白液的滲出，從而減輕肺組織損傷。在麻醉藥物異氟烷防止小鼠呼吸機相關性肺損傷模型中，研究者認為，異氟烷可防止呼吸機相關性肺損傷，抑制小鼠肺部炎癥反應，抑制機械通氣引起的肺泡壁增厚，這種保護通過激活AKT、PI3K/AKT信號傳導通路表達發(fā)揮作用[8]。在血紅素加氧酶-1與七氟烷聯(lián)合脂多糖(LPS)誘導的急性肺損傷模型中，磷酸化的PI3K和磷酸化的AKT激活,發(fā)揮減輕急性肺損傷的重要作用[9]。有研究證實，LPS誘導的急性肺損傷模型中，LPS可引起肺微血管內皮損傷，但激活PI3K/AKT能提高肺泡細胞內環(huán)磷腺苷酸含量，使肺血管內皮細胞得到保護，可維持肺內環(huán)境穩(wěn)定、血管內外的動態(tài)平衡，改善凝血酶對LPS等多種因素誘發(fā)的急性肺損傷。Anjum等[10，11]發(fā)現(xiàn)，當肺微血管內皮損傷后，肺血管內外平衡及肺泡毛細血管屏障受到破壞，肺泡通透性增加，使富含蛋白的液體流入肺泡，引起肺不張、肺泡萎陷、通氣/血流比例失調，從而導致呼吸衰竭。在探討依達拉奉對高氧誘導的肺組織氧化損傷的影響及其機制中，觀察不同濃度的依達拉奉對大鼠及人肺泡上皮細胞的影響，結果表明，依達拉奉能減輕肺組織生化改變程度，降低高氧誘導的大鼠病死率，減輕細胞和脂質過氧化DNA的氧化損傷，并呈劑量依賴性，還能上調血紅素加氧酶-1的表達和活性，此結果通過PI3K/AKT通路發(fā)揮作用[3]。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌侵入人體肺泡上皮細胞和原代大鼠肺泡上皮細胞與活化PI3K/AKT信號通路有關。

4 PI3K/AKT信號通路相關調節(jié)因子與急性肺損傷

4.1 線粒體 線粒體釋放的細胞色素C有誘導細胞凋亡的作用，屬于促凋亡蛋白。肖艷等[6]研究發(fā)現(xiàn)，高氧暴露可致新生大鼠肺組織細胞色素C分布發(fā)生變化，此現(xiàn)象可能是由線粒體途徑介導，且激活促凋亡蛋白caspase-3進而導致肺損傷。其研究結果顯示，實驗組大鼠肺泡內液體清除率增加，肺泡上皮細胞鈉離子通道的表達增加，這與激活PI3K/AKT信號通路有關。

4.2 促凋亡蛋白(Bad) Bad由204個氨基酸組成, 相對分子質量為22 kD，有BH1、BH2兩個片段。在PI3K/AKT信號通路,下游因子Bad是調節(jié)細胞凋亡及存活的靶基因，通過使Ser112 和Ser136 這兩個位點磷酸化可發(fā)揮Bad的作用。有學者在OA誘導的急性肺損傷實驗中，檢測肺、支氣管灌洗液、血清中血管內皮生長因子(VEGF)、Bcl-2、Bad、PI3K/AKT的表達量，結果發(fā)現(xiàn)，Bcl-2蛋白的表達量增加與AKT的激活有關，活化后的AKT抑制Bad因子的表達，從而抑制肺細胞凋亡的執(zhí)行，此作用是通過PI3K/AKT通路實現(xiàn)的[13]。

4.3 糖原合成酶激酶3(GSK-3) GSK-3有兩種亞型：GSK-3α和GSK-3β，活化的AKT可通過磷酸化 Ser21和Ser9，使GSK-3失活。GSK-3β受上游通路PI3K/AKT的影響，GSK-3β的Ser9AKT失去活性，故通過調節(jié)PI3K/AKT信號通路可影響 GSK-3β的效應。Ren等[14]對新型PI3K抑制劑誘導人類肺癌細胞凋亡的試驗中發(fā)現(xiàn)，該抑制劑可降低AKT、GSK-3β的磷酸化,促進髓細胞白血病基因1的泛素化降解，這一試驗充分說明在肺癌研究中通過PI3K/AKT通路可以改變GSK-3β的活性。

4.4 caspase caspase在細胞中都是以caspase酶原的形式被合成, 它包括3個結構域：N端的前結構域、大亞單位(大約20 kD)和小亞單位(大約10 kD)。在經(jīng)線粒體凋亡的途徑中，caspase-9是促進細胞凋亡的起始者，與細胞色素C、凋亡蛋白酶活化因子1結合后形成復合物，活化的caspase-9進一步裂解caspase-3和caspase-7，凋亡過程開始。在氧化應激小鼠模型中，促分裂原活化蛋白激酶和PI3K保護細胞免受高氧誘導的細胞凋亡，并通過評估細胞活力測定發(fā)現(xiàn)caspase-3和caspase-7均有表達[15]。當在高氧性急性肺損傷時，肺細胞產(chǎn)生大量的ROS，可導致線粒體膜損傷和細胞色素C 的釋放，啟動 caspase介導的細胞凋亡。

4.5 NF-κB NF-κB是一種多功能的核轉錄調節(jié)因子，具有重要的生理病理作用，可調節(jié)各種與細胞存活和凋亡有關的基因產(chǎn)物，如Bcl-2、抗細胞凋亡基因等。AKT可使抑制性κB激酶的Thr23位點磷酸化，后者激活后參與NF-κB對凋亡、炎癥等的基因調控。研究表明，NF-κB可介導血管內皮細胞凋亡，其發(fā)生機制是炎癥因子參與及NF-κB活化。在探討鞘氨醇激酶-1(SPHK1)對化療藥物誘導非小細胞肺癌細胞凋亡的影響的試驗中，發(fā)現(xiàn)上調SPHK1可激活PI3K/AKT、NF-κB通路，通過激活PI3K/AKT通路抑制NF-κB[16]。

以上所述，在較多的動物模型及臨床試驗研究中，PI3K/AKT信號轉導通路在ALI中發(fā)揮著作用，更深入地研究其發(fā)生的具體機制及與其他通路之間的關系，將為急性肺損傷相關性疾病的治療提供新的思路，并對急性肺損傷疾病的病因和治療提供新靶點。隨著醫(yī)學及高新技術的發(fā)展，針對PI3K/AKT作用底物的研究、以PI3K/AKT為靶點的藥物研發(fā)將越來越成熟，但是PI3K/AKT信號通路調控細胞相關因子的具體機制十分復雜，多種相關蛋白質和生物小分子均可參與信號調節(jié)，這需要我們在前人的基礎上進一步深入研究，為臨床診斷及藥物治療提供更多幫助。

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國家自然科學基金資助項目(8156010205)。

陳淼(E-mail:764590955@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.45.034

R996

A

1002-266X(2016)45-0099-03

2016-08-13)