PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路和細(xì)胞自噬與腹膜透析相關(guān)腹膜纖維化的研究進(jìn)展*

馬雷雷， 武士鋒， 楊波， 姜晨， 楊洪濤

天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院腎病科(天津 300193)

我國(guó)大陸地區(qū)慢性腎臟病(CKD)患病率約為10.8%，因此保守估計(jì)我國(guó)CKD患病人數(shù)超過(guò)1億[1]，目前我國(guó)CKD患者發(fā)展至終末期腎衰竭(ESRD)的主要治療方式仍然是腎臟替代治療(血液透析或腹膜透析)，隨著近年來(lái)透析技術(shù)的發(fā)展，腹膜透析(peritoneal dialysis，PD)憑借其易操作、殘余腎功能保護(hù)、較高生活質(zhì)量、節(jié)省費(fèi)用等優(yōu)勢(shì)正逐漸在我國(guó)開展。有數(shù)據(jù)表明，我國(guó)PD患者總數(shù)從2012年的37 942例逐漸上升至2014年的55 373例，并且平均每年以18%左右的速度増長(zhǎng)[2]，說(shuō)明PD正在逐步成為我國(guó)ESRD患者的主要透析方式之一。雖然PD有其自身的優(yōu)勢(shì)，但是隨著PD時(shí)間延長(zhǎng)，PD效能逐漸下降，直至最后發(fā)生超濾衰竭(ultrafiltration failure,UFF)導(dǎo)致腹透患者掉隊(duì)從而轉(zhuǎn)為血透。UFF發(fā)生的根本原因是腹膜在長(zhǎng)期的含糖透析液或其他因素刺激下結(jié)構(gòu)重塑，發(fā)生腹膜纖維化(peritoneal fibrosis,PF)[3]。目前已知上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是發(fā)生PF的起始病理改變，因此干預(yù)EMT進(jìn)程有可能找到防治PF的治療靶點(diǎn)，新近研究發(fā)現(xiàn)磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol-3-kinase /protein kinase B/the mammalian target of rapamycin，PI3K/Akt/mTOR) 通路和細(xì)胞自噬參與了PF過(guò)程，因此本文主要對(duì)以上研究進(jìn)行綜述，以期為防治PF的臨床和基礎(chǔ)研究找到切入點(diǎn)。

1 PI3K/AKt/mTOR信號(hào)通路與自噬概述

自噬又稱Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡(type Ⅱprogrammed cell death)，作為哺乳動(dòng)物體內(nèi)高度保守的自我防御機(jī)制，可以利用細(xì)胞自身溶酶體降解細(xì)胞內(nèi)代謝廢物并重新利用其降解產(chǎn)物，從而維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[4]。目前認(rèn)為自噬主要分為巨自噬(macroautophagy)、微自噬(micro-autophagy)、以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy)，其中巨自噬最為普遍，也是我們通常所說(shuō)的自噬。自噬的形成以及降解過(guò)程主要分為五步：(1)外界信號(hào)傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，胞漿出現(xiàn)以雙層膜結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)的自噬泡；(2)雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬泡逐漸延伸擴(kuò)大；(3)雙層膜結(jié)構(gòu)逐漸閉合，形成成熟的自噬體；(4)成熟的自噬體與溶酶體結(jié)合，形成自噬溶酶體；(5)溶酶體酶降解細(xì)胞代謝廢物[5]。適度的自噬對(duì)于細(xì)胞的生存尤其重要，而自噬的過(guò)度激活與過(guò)度抑制均不利于細(xì)胞的生存，這可能與細(xì)胞所處的外部環(huán)境以及自身狀態(tài)有關(guān)[6]。

細(xì)胞自噬在生理?xiàng)l件下受到眾多信號(hào)通路的調(diào)控，從而維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。目前已知的調(diào)控自噬的信號(hào)通路有PI3K /Akt 通路、AMPK 通路、mTOR通路、NF-KB通路、ROS 通路、JNK 通路、Sirt1通路等[7-8]。其中PI3K/Akt/mTOR通路是最經(jīng)典的一條，該通路主要由PI3K、Akt和mTOR3個(gè)作用分子組成。

PI3K是一類廣泛存在于細(xì)胞質(zhì)且能催化磷脂酰肌醇D3位磷酸化的脂類激酶，同時(shí)也具有Ser/Thr激酶活性。PI3K主要由兩個(gè)亞基構(gòu)成，包括催化亞基p110，分子量110×103，調(diào)節(jié)亞基p85，分子量85×103。生理情況下，調(diào)節(jié)亞基使催化亞基維持在較低的活性狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞受到外界細(xì)胞因子信號(hào)的刺激后，調(diào)節(jié)亞基p85的SH2結(jié)構(gòu)域發(fā)生磷酸化，解除對(duì)催化亞基p110的限制，從而激活PI3K及其下游信號(hào)通路[9]。目前認(rèn)為PI3K主要分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類：Ⅰ類PI3K主要參與細(xì)胞增殖、胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫功能和炎癥反應(yīng)，同時(shí)可以激活下游信號(hào)分子Akt，進(jìn)而激活mTOR蛋白而抑制自噬；Ⅱ類PI3K具體功能不甚明確，可能與膜運(yùn)輸?shù)恼{(diào)控有關(guān)；Ⅲ類PI3K則與Vps34 復(fù)合體組成，參與啟動(dòng)細(xì)胞自噬，從而發(fā)揮正向調(diào)控自噬的作用，在自噬中起重要作用[10]。

Akt 又稱為蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，目前認(rèn)為Akt有Akt1-3三個(gè)亞型，在所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，上述三種亞型含量可能有所差異，Akt1廣泛表達(dá)于各種動(dòng)物細(xì)胞，骨骼肌、肝臟、脂肪組織則高表達(dá)Akt2，Akt3則在腦組織、神經(jīng)組織中表達(dá)較高。每個(gè)亞型均有調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域、催化結(jié)構(gòu)域、PH結(jié)構(gòu)域三部分構(gòu)成，其中PH結(jié)構(gòu)域?qū)τ诰S持Akt的生物活性至關(guān)重要，而且也參與了Akt通路的激活。當(dāng)上游PI3K被激活后，可藉由PDK-1和mTOR2介導(dǎo)分別磷酸化Akt的308位蘇氨酸和473位絲氨酸，Akt隨即從胞漿轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜，進(jìn)而活化成為p-Akt，活化后的p-Akt是PI3K/Akt 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的核心，在細(xì)胞自噬過(guò)程中牽涉到的信號(hào)傳遞、自噬體運(yùn)動(dòng)、囊泡融合都與PI3K/Akt 信號(hào)通路有關(guān)[11]。

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是由2 594個(gè)氨基酸組成的分子量為289kDa的大分子蛋白，是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和自噬的重要信號(hào)分子。mTOR蛋白有兩種復(fù)合物形式，分別為mTOR1和mTOR2，mTOR1由Raptor、RAS40、Deptor組成，mTOR2由Rictor、RAS40、Sin1、PRP5和Deptor組成。其中在自噬過(guò)程中其主要作用的是mTOR1，mTOR1可以被p-Akt激活，進(jìn)而產(chǎn)生調(diào)控自噬的生理效應(yīng)，mTOR1對(duì)雷帕霉素敏感，在雷帕霉素干預(yù)下或者細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，mTOR1活性被抑制，導(dǎo)致自噬效應(yīng)增強(qiáng)，而mTOR2對(duì)雷帕霉素不敏感，其功能與維持細(xì)胞存活以及構(gòu)建細(xì)胞骨架蛋白有關(guān)[12]。

生理情況下，胞內(nèi)或者胞外的各種細(xì)胞因子首先活化酪氨酸激酶受體進(jìn)而激活PI3K，之后PIP2被激活的PI3K催化為PIP3，PIP3 進(jìn)而與PDK-1共同激活A(yù)kt，p-Akt將信號(hào)傳導(dǎo)至mTOR[13]，活化后的mTOR 通過(guò)泛素蛋白酶途徑、調(diào)控自噬相關(guān)基因或者調(diào)控其他下游底物從而發(fā)揮抑制自噬的生理效應(yīng)。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路的平衡，對(duì)維持細(xì)胞自噬穩(wěn)態(tài)具有重要意義。

近年來(lái)越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt/mTOR通路調(diào)控的細(xì)胞自噬與糖尿病腎病和腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生和病理進(jìn)展密切相關(guān)[14-16]，但PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路調(diào)控的細(xì)胞自噬在PD患者PF的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中的具體病理機(jī)制需要我們進(jìn)一步去探索。

2 PI3K-AKt-mTOR信號(hào)通路與PF

早前研究認(rèn)為TGF-β可以通過(guò)Smad通路刺激腹膜間皮細(xì)胞發(fā)生EMT，隨后研究發(fā)現(xiàn)在給smad3蛋白缺失型的腹透小鼠予以TGF-β刺激以后，腹透小鼠腹膜組織仍然發(fā)生了PF，在腹膜組織可發(fā)現(xiàn)PI3K、Akt蛋白高表達(dá)，而且雷帕霉素可以逆轉(zhuǎn)smad3蛋白缺失導(dǎo)致的PF效應(yīng)[17]，隨后有學(xué)者認(rèn)為，PI3K-Akt信號(hào)通路可獨(dú)立于TGF-β-smad信號(hào)通路從而導(dǎo)致EMT[18]。目前研究已證實(shí)在高糖透析液刺激下腹膜間皮細(xì)胞發(fā)生EMT，同時(shí)伴隨PI3K、Akt、mTOR蛋白均高表達(dá)[19]，王乙安等[20]的研究發(fā)現(xiàn)在腹膜EMT組織中存在過(guò)度活化的Akt，提示PI3K/Akt信號(hào)通路參與了腹膜組織的EMT進(jìn)程。而在運(yùn)用PI3K/Akt 通路阻斷劑Wortmannin 作用后，腹膜間皮細(xì)胞的p-Akt、α-SMA 表達(dá)明顯抑制，提示對(duì)其通路的抑制可有效阻止TGF-β1 介導(dǎo)的PF[21]。然而以上研究?jī)H僅說(shuō)明了PF進(jìn)程中，有PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路的參與及活化，而其活化之后的下游機(jī)制尚缺乏進(jìn)一步研究。

3 自噬與PF

在高濃度葡萄糖腹膜透析液持續(xù)作用下，腹腔內(nèi)環(huán)境可能會(huì)出現(xiàn)氧化應(yīng)激、炎癥因子合成增加、糖基化終末產(chǎn)物，以及腹膜炎微生物感染等改變，而這些因素最終導(dǎo)致腹膜間皮細(xì)胞發(fā)生EMT[22]。細(xì)胞自噬作為哺乳動(dòng)物細(xì)胞對(duì)抗外界壓力或環(huán)境改變的自我調(diào)控方式，可以利用溶酶體降解細(xì)胞內(nèi)受損的細(xì)胞器和入侵的微生物來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)[23]，因此，理論上可以認(rèn)為細(xì)胞自噬可能參與到PF的病理機(jī)制中。然而目前有關(guān)自噬與PF的研究結(jié)果似乎有些矛盾之處。

Li等[24]在脂多糖誘導(dǎo)的腹膜透析腹膜炎模型中發(fā)現(xiàn)，自噬激活可以減輕細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞存活，在應(yīng)用自噬抑制劑氯喹之后，細(xì)胞凋亡增加，同時(shí)加重脂多糖誘導(dǎo)的腹膜損傷，而熱休克蛋白(heat shock protein 72,HSP72)能夠通過(guò)激活自噬從而發(fā)揮腹膜炎的保護(hù)作用。Yang等[25]研究顯示，在高糖條件下，腹膜間皮細(xì)胞自噬受到抑制， 而在予以1,25(OH)2D3干預(yù)后，激活自噬的Beclin-1和LC3Ⅱ相關(guān)基因表達(dá)增加， P62蛋白表達(dá)下調(diào)，從而能夠減輕高糖對(duì)腹膜自噬的抑制作用，而上述效應(yīng)是通過(guò)干預(yù)了mTOR信號(hào)通路而實(shí)現(xiàn)的。也有研究[17]發(fā)現(xiàn)雷帕霉素能夠顯著抑制高糖腹透液誘導(dǎo)的EMT，目前已知雷帕霉素是以mTOR為靶點(diǎn)的最經(jīng)典的自噬誘導(dǎo)劑，然而其抑制腹膜間皮細(xì)胞EMT的機(jī)制是否是通過(guò)自噬而產(chǎn)生的并未得到進(jìn)一步深入研究。同時(shí)李相友等[26]的研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期應(yīng)用高糖腹膜透析液能導(dǎo)致腹膜間皮細(xì)胞NLRP3-IL-1β的持續(xù)激活，而實(shí)時(shí)啟動(dòng)自噬可能抑制NLRP3-IL-1β的持續(xù)激活，從而延緩腹膜透析腹腔慢性炎癥及PF。而且高糖低鈣腹膜透析液可導(dǎo)致人腹膜間皮細(xì)胞線粒體氧自由基產(chǎn)生增多，自噬激活可以下調(diào)氧自由基產(chǎn)生，從而降低炎癥反應(yīng)[27]。以上結(jié)果提示高糖條件下，細(xì)胞自噬受到抑制，激活自噬可以減輕腹膜透析導(dǎo)致的PF損傷。然而Wu等[28]的研究顯示，長(zhǎng)期高糖腹膜透析刺激導(dǎo)致腹膜組織TGF-β1表達(dá)，而且可能通過(guò)TGF-β-smad信號(hào)通路誘導(dǎo)人腹膜間皮細(xì)胞的自噬、纖維化和凋亡，該研究者進(jìn)一步通過(guò)Beclin-1siRNA抑制自噬后能減少人腹膜間皮細(xì)胞的EMT，進(jìn)而延緩PF，該研究結(jié)論與王清華等[29]的研究結(jié)果相似，均認(rèn)為高糖誘導(dǎo)自噬從而產(chǎn)生了腹膜損傷以及PF效應(yīng)。以上相互矛盾的研究結(jié)果也提示我們，細(xì)胞自噬在PF的發(fā)病機(jī)制中可能具有雙向的作用，其過(guò)度激活或者過(guò)度抑制對(duì)于PF的具體病理作用仍需要更多的研究。

4 展望

在過(guò)去十年中，隨著生物相容性腹透液逐步推廣，腹透導(dǎo)管并發(fā)癥的減少以及對(duì)腹膜炎的預(yù)防，我們對(duì)于腹膜透析患者腹膜功能的保護(hù)越來(lái)越重視，但是PF仍是我們不可避免的臨床問(wèn)題，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)在針對(duì)防治PF的基礎(chǔ)和臨床領(lǐng)域內(nèi)也開展了較多的研究和探索，包括toll樣受體阻滯劑、巨噬細(xì)胞消耗、酪氨酸激酶受體抑制劑以及ACEI/ARB藥物的腹膜保護(hù)功能等，但想取得理想的結(jié)果仍需要我們更多的努力。因此，從中醫(yī)藥學(xué)角度找尋防治PF的方向可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度看肝、腎、心、肺、腹膜等器官纖維化的病理基礎(chǔ)和病理機(jī)制具有共同的病理特點(diǎn)：如上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化以及細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)度沉積。而自噬在通過(guò)調(diào)控上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化從而介導(dǎo)器官纖維化進(jìn)程中發(fā)揮了重要的作用，適度自噬可以抑制器官纖維化的發(fā)生，而過(guò)度自噬則可能會(huì)加重纖維化，因此，自噬效應(yīng)在纖維化疾病的發(fā)病中可能具有雙向調(diào)控的作用[30]。

對(duì)于腹膜透析患者而言，在高濃度葡萄糖腹膜透析液持續(xù)作用下，腹腔內(nèi)環(huán)境可能會(huì)出現(xiàn)氧化應(yīng)激、炎癥因子合成增加、糖基化終末產(chǎn)物，以及腹膜炎微生物感染等改變，而這些因素最終導(dǎo)致腹膜間皮細(xì)胞發(fā)生EMT。細(xì)胞自噬作為哺乳動(dòng)物細(xì)胞對(duì)抗外界壓力或環(huán)境改變的自我調(diào)控方式，可以利用溶酶體降解細(xì)胞內(nèi)受損的細(xì)胞器和入侵的微生物來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，因此，理論上可以認(rèn)為細(xì)胞自噬可能參與到PF的病理機(jī)制中，而目前細(xì)胞自噬雖參與了PF病程，但其具體作用目前仍缺乏深入的研究，PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路活化誘導(dǎo)腹膜間皮細(xì)胞上皮轉(zhuǎn)分化，從而導(dǎo)致PF，但PI3K/Akt/mTOR作為調(diào)控細(xì)胞自噬的經(jīng)典信號(hào)通路，其導(dǎo)致的PF效應(yīng)是否與自噬有關(guān)，目前仍然不明確，因此通過(guò)干預(yù)上述信號(hào)通路可能會(huì)成為防治PF的研究靶點(diǎn)。

中醫(yī)藥在近年也開展了較多的防治腹膜透析并發(fā)癥的臨床和基礎(chǔ)研究，現(xiàn)有結(jié)果表明中藥單味藥以及復(fù)方在腹膜功能保護(hù)，提高腹透患者生活質(zhì)量、延緩PF以及腹膜超濾衰竭方面有著良好的研究前景[31]，而且目前中醫(yī)藥學(xué)者開始通過(guò)以細(xì)胞自噬為研究切入點(diǎn)去探索中藥治療疾病的內(nèi)在分子機(jī)制和干預(yù)靶點(diǎn)，因此，PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路調(diào)控的細(xì)胞自噬可能會(huì)成為中醫(yī)藥干預(yù)PF的潛在研究靶點(diǎn)，這也需要我們?nèi)ネㄟ^(guò)更多的基礎(chǔ)和臨床研究來(lái)證實(shí)。