PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路對(duì)膿毒癥中細(xì)胞自噬的調(diào)控研究進(jìn)展*

卓 犖,史家欣 綜述,李小民△ 審核

(徐州醫(yī)科大學(xué)附屬連云港醫(yī)院:1.急診科;2.呼吸內(nèi)科,江蘇連云港 222002)

膿毒癥從1991年被定義以來就是重癥醫(yī)學(xué)界最熱門的難題之一。有數(shù)據(jù)顯示，全球每年罹患膿毒癥約有3 150萬人，死亡人數(shù)更是高達(dá)530萬[1]。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們雖然在如新型抗生素、連續(xù)腎臟替代療法、呼吸機(jī)以及體外膜肺氧合等一系列抗感染及臟器支持治療技術(shù)上取得了很大的進(jìn)步，但是仍然有約25%～30%的膿毒癥患者死亡。在住院期間發(fā)生膿毒癥的患者病死率也超過了10%[2]。當(dāng)前，膿毒癥治療的側(cè)重點(diǎn)在于對(duì)膿毒癥后多器官功能障礙綜合征(MODS)的對(duì)癥支持。因此，尋找針對(duì)膿毒癥發(fā)病機(jī)制的病因的治療方案，探索膿毒癥防治的新途徑，是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

BOOMER等[3]在一項(xiàng)對(duì)膿毒癥患者尸檢的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，患者的脾、肺等臟器均存在免疫抑制以及功能障礙。而膿毒癥免疫抑制的關(guān)鍵原因被認(rèn)為是免疫細(xì)胞的自噬被抑制所導(dǎo)致的免疫細(xì)胞凋亡。自噬在膿毒癥狀態(tài)下是機(jī)體的一種順應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)重要臟器具有保護(hù)功能，細(xì)胞過快或者過慢死亡均不利于機(jī)體穩(wěn)態(tài)的維持，最終可導(dǎo)致不良預(yù)后。有研究證實(shí)，磷酸肌醇3激酶-蛋白質(zhì)絲氨酸蘇氨酸激酶(Phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B signaling pathway，PI3K/AKT)信號(hào)通路和單腺苷酸活化的蛋白激酶(Adenosine monophosphate activated protein kinase pathway，AMPK)通路以及沉默信息調(diào)節(jié)因子1(Sirtuins1，Sirt1)信號(hào)通路是自噬表達(dá)過程中的經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，且PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路是目前唯一已知的抑制性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在調(diào)控細(xì)胞自噬水平中可能具有重要意義[4]。

1 自噬的概況

自噬是一種細(xì)胞的自食現(xiàn)象，可根據(jù)底物被運(yùn)送至溶酶體的方式不同，分為巨自噬、微自噬和細(xì)胞伴侶介導(dǎo)的自噬3種，這里主要介紹的巨自噬也是通常所說的“自噬”，是細(xì)胞內(nèi)的溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、病原體相結(jié)合，使其降解的過程，出現(xiàn)以雙層膜包裹著細(xì)胞器、蛋白、病原體等為特征的自噬體可作為自噬發(fā)生的判斷指標(biāo)[5]。從進(jìn)化的角度看，自噬是一種細(xì)胞內(nèi)垃圾處理機(jī)制，錯(cuò)誤折疊的蛋白或衰老的長(zhǎng)壽命蛋白、多余或者受損的細(xì)胞器、入侵的病原體、甚至整個(gè)細(xì)胞都可以成為自噬的靶點(diǎn)。這一過程避免了細(xì)胞進(jìn)一步的不可逆的損傷，為饑餓的細(xì)胞提供生存所必需的物質(zhì)和能量以及對(duì)抗外源性病原微生物的感染[6]。自噬體的形成受自噬相關(guān)調(diào)節(jié)基因 (autophagy-related gene，Atg)產(chǎn)物及其他因子調(diào)控[5]。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1(mammalian target of rapamycin，mTORC 1)通過抑制Unc-51樣激酶1(Unc-51 like kinase 1，ULK 1/atg1) 復(fù)合物來抑制自噬；饑餓狀態(tài)及能量缺乏時(shí)，AMPK通過抑制mTORC 1而激活自噬。此外，Beclin-1(Bcl-1/atg6)復(fù)合物受PI3K-Akt通路負(fù)向調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以與抗凋亡Bcl-2家族蛋白結(jié)合而被抑制[7-8]。

由于自噬和細(xì)胞的凋亡往往相伴發(fā)生，自噬在最初也是以“PCD-2”的名義被人們所認(rèn)知。然而自噬與凋亡并不是同一個(gè)過程，可以說自噬是連接凋亡與壞死的交互機(jī)制。目前大量研究認(rèn)為，自噬具有雙重性，既可促使細(xì)胞存活，也可促使細(xì)胞死亡。這并不沖突，只是一個(gè)病程轉(zhuǎn)歸中的不同的階段，自噬本身是一種細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制，早期的自噬有助于修復(fù)細(xì)胞損傷，延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命，而當(dāng)自噬達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡。但是假如細(xì)胞自噬被抑制，細(xì)胞未能及時(shí)清除自身無用的蛋白、細(xì)胞器或是病原微生物細(xì)胞，就將造成細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外溢，也就是細(xì)胞的壞死，從而進(jìn)一步引起一系列的炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的水平，從根源中斷瀑布式的炎性反應(yīng)，將有望成為膿毒癥治療的新途徑[9-10]。

2 自噬與膿毒癥的關(guān)系

早期的研究者們?cè)谀摱景Y的動(dòng)物模型以及膿毒癥臨床患者的肝臟細(xì)胞中，分別觀察到了自噬體和自噬相關(guān)基因產(chǎn)物如LC3等的增加。于是，提出自噬與膿毒癥時(shí)的器官損傷可能密切相關(guān)[11]。隨后的研究也證實(shí)，在膿毒癥的動(dòng)物模型和臨床患者的肺、肝臟、脾臟、心臟以及腦組織中均觀測(cè)到了自噬的存在[3,12-13]。

后來的多例盲腸穿孔術(shù)(ecal ligation and puncture，CLP)致小鼠膿毒癥模型也證實(shí)，在CLP術(shù)后早期(3～6 h)，多臟器中的自噬體及自噬相關(guān)標(biāo)志物檢出比例明顯上升，而在晚期(8～12 h以后)開始逐漸下降[14-16]。目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為，自噬在膿毒癥的早期即被激活，并且呈現(xiàn)出短暫的活性升高趨勢(shì)，隨著早期高動(dòng)力狀態(tài)下誘導(dǎo)的自噬前體被大量損耗，在膿毒癥后期則出現(xiàn)了明顯的自噬障礙，尤其表現(xiàn)為溶酶體形成受阻，自噬的清除保護(hù)作用失效，導(dǎo)致了膿毒癥晚期出現(xiàn)免疫麻痹的現(xiàn)象[12]。膿毒癥動(dòng)物模型或是細(xì)胞層面上激活各種不同水平的自噬通路，對(duì)于部分細(xì)胞、組織和臟器具有一定的保護(hù)作用的相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，也從另一個(gè)角度證實(shí)了上述觀點(diǎn)。OAMI等[17]發(fā)現(xiàn)，阻斷肝臟自噬形成加速了CLP膿毒癥模型小鼠的死亡。趙恒光等[18]也證實(shí)，雷帕霉素可以逆轉(zhuǎn)脂多糖(LPS)預(yù)處理的小鼠的急性肺損傷。但目前相關(guān)研究仍然較少，其激活自噬的作用機(jī)制，以及激活自噬對(duì)其他臟器是否有保護(hù)作用仍有待進(jìn)一步探究。

3 膿毒癥中自噬的調(diào)控

PI3K/AKT信號(hào)通路是目前唯一已知的自噬抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，這一點(diǎn)在很多腫瘤和代謝性疾病的相關(guān)研究中已經(jīng)得到了證實(shí)[4,19-20]，而且現(xiàn)有研究也證實(shí)，該信號(hào)通路參與了膿毒癥中多種炎癥因子的表達(dá)調(diào)控[21-22]。PI3K是一種廣泛存在于多種哺乳動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)當(dāng)中的脂質(zhì)激酶，其在接受到來自酪氨酸激酶和細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體的信號(hào)后，將p85調(diào)節(jié)亞基募集到靠近質(zhì)膜的部位，p110亞基通過與p85亞基結(jié)合，把底物膜磷脂酰肌醇4，5-二磷酸(PIP2)轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(PIP3)，PIP3可以和AKT N端的普列克同源結(jié)構(gòu)域(Pleckstrin Homology domain，PH結(jié)構(gòu)域)相結(jié)合，使AKT從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，并在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDKI)和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶2(PDK2)的輔助下，使位于AKT上的蘇氨酸磷酸化位點(diǎn)(Thr308)和絲氨酸磷酸化位點(diǎn)(Ser473)磷酸化而使AKT激活。

mTOR是進(jìn)化保守的絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶，是活化后的AKT的底物，活化后的AKT可以使mTOR磷酸化，增強(qiáng)其活性，其至少有2種不同復(fù)合物的催化亞基，即mTORC1和mTORC2[23]。目前認(rèn)為活化后的mTOR通過2種途徑發(fā)揮自噬調(diào)節(jié)作用，其一是直接作用于Atg蛋白，mTOR能磷酸化多種自噬蛋白，阻斷ULK1的二聚反應(yīng)，阻礙誘導(dǎo)期自噬體的形成，達(dá)到抑制自噬的目的，其二是作為多條信號(hào)通路的交匯點(diǎn)，mTOR有整合營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)因子信號(hào)的能力，其通過促進(jìn)轉(zhuǎn)錄和翻譯從而調(diào)整細(xì)胞的生命周期[24-25]。

4 針對(duì)自噬可能的新治療方向

針對(duì)自噬通路中的不同要素進(jìn)行干預(yù)，改變病程中不同階段信號(hào)通路的活性，可能成為膿毒癥治療新的方法以及突破點(diǎn)。mTOR是目前在腫瘤及其他學(xué)科中發(fā)現(xiàn)的比較易調(diào)控的一個(gè)靶點(diǎn)，通過抑制mTOR可以有效地激活自噬，反之亦然。

4.1mTOR抑制劑雷帕霉素 雷帕霉素(rapamycin)是一種在復(fù)活節(jié)島1～3上被發(fā)現(xiàn)的一種由土壤細(xì)菌產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，最初是作為一種低毒性的抗真菌藥物，后被發(fā)現(xiàn)其有很強(qiáng)的免疫抑制能力作為用于減緩移植器官的排斥反應(yīng)的免疫抑制劑在多國(guó)上市。近年來由于其對(duì)與mTORC1的明顯抑制作用，也被用于諸如黑色素瘤等多種腫瘤患者的治療中[23]。雷帕霉素抑制mTORC1活性的主要機(jī)制是雷帕霉素與細(xì)胞內(nèi)受體FKBP12形成的復(fù)合物干擾了作為將mTORC1底物募集到mTORC1復(fù)合物的重要支架蛋白mTOR和Raptor之間的相互作用，從而激活細(xì)胞的自噬[26]。

4.2mTOR激動(dòng)劑MHY1485 4，6-二嗎啉代-N-(4-硝基苯基)-1，3，5-三嗪-2-胺[4,6dimorpholino-N-(4-nitrophenyl)-1,3,5-triazin-2-amine，MHY1485]是一種人工合成的化合物，其可以通過抑制自噬體和溶酶體的融合而抑制自噬，同時(shí)其還具有mTOR激活效應(yīng)[27]，YANG等[28]的研究也證實(shí)了MHY1485可以通過激活mTOR激酶改善紫外線誘導(dǎo)的皮膚細(xì)胞的死亡和凋亡，但MHY1485對(duì)于mTOR的作用機(jī)制目前還不為人們所詳知。

4.3其他調(diào)節(jié)自噬的藥物 由自蠅狀青霉中分解出來的抗真菌類抗生素，渥曼青霉素(wortmanin)可通過抑制Ⅲ型PI3K活性，達(dá)到阻斷自噬體的形成、抑制自噬的效果[29]；此外，白藜蘆醇、二甲雙胍和AICAR等均可以通過激活A(yù)MPK和Sirt1信號(hào)通路對(duì)自噬產(chǎn)生正性調(diào)控的作用[30]。AMPK信號(hào)通路還可以通過抑制mTOR1活性，達(dá)到激活自噬的目的。

5 總結(jié)與展望

PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路作為一條經(jīng)典的自噬抑制信號(hào)通路，其作用貫穿在膿毒癥發(fā)生發(fā)展的全過程，基礎(chǔ)研究已證實(shí)，自噬早期處于過度激活狀態(tài)，隨著病情的進(jìn)展會(huì)出現(xiàn)自噬障礙，抑制免疫，進(jìn)而影響多臟器功能，雷帕霉素作為自噬的激動(dòng)劑被在細(xì)胞層面和動(dòng)物模型中證實(shí)，對(duì)膿毒癥造成的多臟器功能損傷有一定的抑制和緩解作用。因此，充分認(rèn)識(shí)自噬的兩面性，有效的調(diào)控自噬，在膿毒癥早期抑制自噬，在膿毒癥晚期改善自噬障礙，促進(jìn)完整的自噬流，將有利于細(xì)胞的存活和臟器的保護(hù)，這可能將成為膿毒癥治療的新的思路。