PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在心肌缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展

王萌，余再新，李唐志銘

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)院心內(nèi)科，長(zhǎng)沙 410000)

缺血性心臟病引起的心肌梗死是主要的致死原因之一，急性心肌缺血損傷后及時(shí)再灌注對(duì)降低致死率具有重要意義，冠狀動(dòng)脈再灌注治療是挽救缺血心肌、保護(hù)心功能、挽救患者生命的最有效方法[1]。但有時(shí)再灌注治療可能會(huì)導(dǎo)致心肌功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致“缺血再灌注損傷”。分子、細(xì)胞和組織的改變(如鈣離子超載、細(xì)胞凋亡、炎癥、氧化應(yīng)激和神經(jīng)體液激活)與心肌缺血再灌注損傷的發(fā)展有關(guān)[1-2]。缺血再灌注損傷的病理反應(yīng)會(huì)造成細(xì)胞和器官可逆性或不可逆性損傷。缺血過程中的組織損傷、再灌注過程中大量活性氧類(reactive oxygen species，ROS)進(jìn)一步加劇損傷以及炎癥反應(yīng)的迅速啟動(dòng)均是急性心肌缺血再灌注損傷的機(jī)制；另外，再灌注后幸存的心肌組織啟動(dòng)一個(gè)適應(yīng)性的過程以維持足夠的器官功能，使心肌細(xì)胞纖維化、心室肥大，導(dǎo)致心臟收縮舒張功能障礙和心臟衰竭[3]。研究發(fā)現(xiàn)，人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)參與動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死、心力衰竭以及心肌缺血再灌注損傷等多種心血管疾病的發(fā)病機(jī)制，尤其是缺血再灌注損傷[4-7]。而PTEN/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protien kinase B，PKB/Akt)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是PTEN經(jīng)典的下游通路，該通路對(duì)缺血再灌注損傷的發(fā)生、發(fā)展具有重要的調(diào)控作用。現(xiàn)就PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在心肌缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路概述

Steck等[8]于1997年首次發(fā)現(xiàn)PTEN是一種抑癌基因，其定位于染色體10q23.31。PTEN編碼403個(gè)氨基酸，由N端磷酸酶催化結(jié)構(gòu)域(殘基7-185)和C端結(jié)構(gòu)域(殘基186-351)這兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)域組成[9-10]。N端磷酸酶結(jié)構(gòu)域含有磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸結(jié)構(gòu)域，C端結(jié)構(gòu)域含有在體外對(duì)磷脂膜有親和力的脂質(zhì)結(jié)合C2膜結(jié)構(gòu)域，C2結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為是PTEN正確定位在質(zhì)膜上的必要條件，是PTEN脂質(zhì)底物的位點(diǎn)[11]。三磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol triphosphate，PIP3)是PTEN的主要底物，而PIP3是PI3K的產(chǎn)物。PI3K是一種源性二聚體結(jié)構(gòu)，由p110和p85組成，p110有催化活性，p85主要起調(diào)節(jié)空間結(jié)構(gòu)的作用，PI3K具有脂質(zhì)激酶和蛋白激酶的雙重生物學(xué)功能；Akt是PTEN/PI3K信號(hào)下游的絲氨酸、蘇氨酸激酶，Akt由不同基因轉(zhuǎn)錄的3種亞型組成，即Akt1、Akt2和 Akt3，Akt1主要分布于大腦、心臟和肺；Akt2主要分布于骨骼肌、心臟、肝臟、腎臟和胚胎；Akt3主要分布于大腦、心臟和腎臟[12]。

2 PTEN對(duì)PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控

PTEN在調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育以及細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡和遷移等方面具有重要作用[13]，其主要通過控制細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮生物學(xué)功能。PTEN具有磷酸酯酶活性，可以通過磷酸化和去磷酸化調(diào)控下游通路。PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是PTEN調(diào)控的主要通路，PTEN通過去磷酸化PIP3至二磷酸磷脂酰肌醇，維持細(xì)胞內(nèi)PIP3的低水平，從而負(fù)向調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[14]。PIP3是重要的第二信使，可招募Akt和磷酸肌醇依賴性激酶(phosphoinositide-dependent kinase，PDK)至胞膜內(nèi)側(cè)并激活PDK，Akt在PDK的作用下，經(jīng)磷酸化作用后轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峄疉kt，即Akt通路激活，然后通過多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡等在內(nèi)的多種細(xì)胞行為[15]。PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、存活和凋亡的重要信號(hào)通路，它能調(diào)節(jié)糖原合成和葡萄糖轉(zhuǎn)化，與細(xì)胞增殖和凋亡減少密切相關(guān)，對(duì)心肌損傷起重要保護(hù)作用[16]。

3 PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在心肌缺血再灌注損傷中的作用

3.1PTEN/PI3K/Akt與氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激在心肌缺血再灌注損傷中占據(jù)重要地位，細(xì)胞在缺血再灌注后可檢測(cè)到ROS的增加和細(xì)胞代謝的典型改變，減少ROS產(chǎn)生對(duì)缺血再灌注損傷起保護(hù)作用[17-18]。缺血時(shí)，組織受到損傷，ROS產(chǎn)生，再灌注期ROS和活性氮大量爆發(fā)，進(jìn)一步加劇了損傷[19]。過度ROS導(dǎo)致氧化應(yīng)激，促進(jìn)內(nèi)皮功能障礙、脂質(zhì)過氧化、DNA和蛋白質(zhì)損傷[20-21]。缺血再灌注損傷相關(guān)氧化劑由幾種不同的酶系統(tǒng)產(chǎn)生，包括黃嘌呤氧化酶、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、非偶聯(lián)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)和線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)鏈。再灌注時(shí)ROS激活炎癥細(xì)胞，釋放白細(xì)胞介素(interleukin，IL)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等炎癥因子，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，增加組織損傷[22]。

一氧化氮(nitric oxide,NO)是高細(xì)胞毒性活性氮，主要由誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)產(chǎn)生[23]。心肌缺血再灌注損傷時(shí)，長(zhǎng)期過量的NO會(huì)對(duì)心肌產(chǎn)生不利影響，加重心肌損傷，而抑制缺血再灌注誘導(dǎo)的iNOS可減輕心肌損傷[24]。Pei等[20]發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注時(shí)iNOS表達(dá)顯著增加，下調(diào)Notch1則PTEN的表達(dá)增加，降低Akt和eNOS的磷酸化，進(jìn)而增加iNOS和gp91phox的表達(dá)，最終導(dǎo)致NO和超氧陰離子及其細(xì)胞毒性反應(yīng)產(chǎn)物過氧亞硝酸根(ONOO-)產(chǎn)生增加，上調(diào)Notch1信號(hào)可負(fù)向調(diào)控PTEN/Akt通路，而抑制iNOS和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的表達(dá)可對(duì)心肌缺血再灌注損傷產(chǎn)生保護(hù)作用。在正常心臟中，eNOS定位于腔靜脈，控制心率、收縮壓和舒張壓，而iNOS在正常心臟中不存在；在缺血、高血糖和炎癥等病理?xiàng)l件下，iNOS活性較高，在缺血再灌注損傷心肌中，eNOS/iNOS表達(dá)失衡，表現(xiàn)為eNOS磷酸化降低，iNOS表達(dá)增加[4]。Yu等[4]發(fā)現(xiàn)，多達(dá)汀可保護(hù)心肌免受缺血再灌注損傷，其潛在的機(jī)制是抑制PTEN表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，逆轉(zhuǎn)eNOS/iNOS表達(dá)失衡，減少NO和超氧陰離子的產(chǎn)生。有研究表明，牛膝多肽可靶向抑制心肌細(xì)胞PTEN表達(dá)，進(jìn)而活化PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增加超氧化物歧化酶在心肌細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)及抗氧化活性，減輕氧化應(yīng)激，保護(hù)心肌免受缺血再灌注損傷[25]。另有研究顯示，淫羊藿黃素可抑制心肌細(xì)胞PTEN表達(dá)，活化PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而降低心肌超氧化物和丙二醛的生成，最終減輕心肌細(xì)胞缺血再灌注損傷[26]。上述研究表明，PTEN表達(dá)下調(diào)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可減少氧化應(yīng)激，保護(hù)心肌免受缺血再灌注損傷。

3.2PTEN/PI3K/Akt與炎癥 缺血再灌注損傷中炎癥反應(yīng)是另一重要因素，炎癥反應(yīng)在再灌注后迅速啟動(dòng)，進(jìn)一步加重缺血再灌注損傷。缺血再灌注時(shí)炎癥反應(yīng)顯著增強(qiáng)，促炎細(xì)胞因子IL-1、IL-6、TNF-α的水平升高，抗炎細(xì)胞因子IL-10水平降低[27-28]。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注后促炎細(xì)胞因子TNF-α的表達(dá)顯著升高，通過降低心臟PTEN的表達(dá)，增加Akt的磷酸化，可抑制促炎細(xì)胞因子TNF-α的表達(dá)，上調(diào)抗炎細(xì)胞因子IL-10水平，從而緩解心肌缺血再灌注損傷。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是介導(dǎo)炎癥因子釋放的關(guān)鍵細(xì)胞因子，主要分布在血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞中，參與動(dòng)脈粥樣硬化、急性心肌梗死、心力衰竭等多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展[13]。NF-κB通過磷酸化激活并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與特定的靶基因結(jié)合，調(diào)節(jié)免疫與炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子和炎癥遞質(zhì)之間的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，釋放相關(guān)的炎癥細(xì)胞因子(如IL-6、TNF-α)、趨化性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞[29-30]。Zhao等[13]研究表明，PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可調(diào)控NF-κB表達(dá)，而下調(diào)PTEN可抑制NF-κB蛋白表達(dá)，減少炎癥細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6以及IL-18的釋放，減輕心肌炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞是心肌細(xì)胞內(nèi)參與炎癥應(yīng)答的主要炎癥細(xì)胞之一，巨噬細(xì)胞活化后參與吞噬心肌組織內(nèi)壞死的細(xì)胞和組織碎片，并參與受損心肌組織的修復(fù)。巨噬細(xì)胞分為M1與M2兩種亞型，其中M1型是經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞，通常促進(jìn)初始炎癥反應(yīng)及殺菌、殺瘤活性，M2型是替代活化巨噬細(xì)胞，參與輔助性T細(xì)胞2型反應(yīng)及炎癥的解決，促進(jìn)組織修復(fù)與重構(gòu)[31-32]。研究發(fā)現(xiàn)，PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與巨噬細(xì)胞分化及表型轉(zhuǎn)化，在單核細(xì)胞極化后M1/M2的比值可反映炎癥性疾病的嚴(yán)重程度和進(jìn)展[33]。另有研究表明，在缺血再灌注損傷中，抑制PTEN表達(dá)調(diào)控下游通路，可促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2表型的表達(dá)，抑制炎癥因子表達(dá)，從而抑制炎癥[34-35]。

3.3PTEN/PI3K/Akt與細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡，通常表現(xiàn)為細(xì)胞萎縮、核碎裂和染色體DNA斷裂。有證據(jù)表明，缺血再灌注損傷引起的心肌細(xì)胞凋亡是在心肌缺血再灌注損傷中細(xì)胞死亡的主要方式之一[36]。PTEN作為PI3K/Akt通路的天然抑制劑，可抑制Akt的磷酸化，從而對(duì)腫瘤細(xì)胞凋亡起調(diào)控作用[37-38]。同時(shí)，PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)再灌注損傷中心肌細(xì)胞的凋亡也有重要的調(diào)控作用。胱天蛋白酶(caspase)家族是重要的細(xì)胞凋亡調(diào)控因子家族，caspase-3、caspase-7、caspase-8的激活被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的特異性標(biāo)志，caspase-3的活化可引起心肌細(xì)胞凋亡，而PI3K信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活可抑制caspase-3的激活[13]。Bad是一種促凋亡蛋白，主要通過影響凋亡抑制蛋白Bcl-2和Bcl-X的抗凋亡作用誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；另外，Bad還可誘導(dǎo)促凋亡蛋白Bax和Bak聚集，并誘導(dǎo)細(xì)胞色素C釋放，激活caspase介導(dǎo)的凋亡信號(hào)[36]。然而，Akt的激活可使Bad磷酸化，阻止Bad與Bcl-2、Bcl-X的相互作用，從而阻止細(xì)胞凋亡[36,39]。Wang等[36]發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注損傷時(shí)，通過抑制心肌細(xì)胞內(nèi)PTEN的表達(dá)，可激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，誘導(dǎo)Bad磷酸化，從而抑制caspase-3、caspase-7和caspase-8的活性以保護(hù)心肌細(xì)胞免于凋亡損傷。Sun等[40]發(fā)現(xiàn)，骨髓基質(zhì)細(xì)胞中的外泌體可減輕低氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡，保護(hù)心肌細(xì)胞以避免缺血再灌注損傷，其潛在機(jī)制是下調(diào)PTEN表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制Bax和caspase-3的表達(dá)，促進(jìn)Bcl-2的表達(dá)。Cheng等[41]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的他汀類藥物治療可以下調(diào)PTEN的表達(dá)，激活A(yù)kt/eNOS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制心肌細(xì)胞凋亡，在缺血再灌注中保護(hù)心肌細(xì)胞。Ke等[39]研究證明，Bcl-2/Bax比值在心肌缺血再灌注期間降低，而miR-93通過調(diào)控心肌細(xì)胞的PTEN/Akt信號(hào)軸，可顯著提高Bcl-2/Bax比值，并同時(shí)下調(diào)caspase-3的表達(dá)水平，減少心肌缺血再灌注損傷所致的心肌細(xì)胞凋亡。這些證據(jù)表明，抑制PTEN表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路后，可抑制心肌細(xì)胞凋亡，保護(hù)心肌細(xì)胞，減輕心肌缺血再灌注損傷的影響。

3.4PTEN/PI3K/Akt與纖維化 心肌組織纖維化是造成心室重構(gòu)、心功能不全的重要原因，也是心肌遭受再灌注損傷的晚期反應(yīng)之一。PTEN是心臟成纖維細(xì)胞的直接靶點(diǎn)，在心肌組織纖維化過程中起重要作用[42]。心肌成纖維細(xì)胞是引起心肌纖維化的重要細(xì)胞類型，心臟成纖維細(xì)胞的增殖、遷移和活化在心肌纖維化的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。PTEN可介導(dǎo)多種參與心肌纖維化病變過程的信號(hào)通路，如p53和c-Jun氨基端激酶等[43]。研究表明，抑制PTEN表達(dá)可促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞的增殖和遷移，進(jìn)而促進(jìn)心肌纖維化[42,44]。有研究表明，在缺血再灌注損傷中，PTEN活性受抑制可促進(jìn)PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子遷移、成纖維細(xì)胞增生[43]。基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2是一種蛋白水解酶，可降解膠原以及其他細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，在心臟中MMP-2可見于多種細(xì)胞類型，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞，抑制MMP-2可保護(hù)心臟免受心肌缺血再灌注損傷[45]。Roy等[42]發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注誘導(dǎo)的miR-21可抑制PTEN的表達(dá)，導(dǎo)致Akt通路激活，增加了梗死區(qū)心肌成纖維細(xì)胞中MMP-2的表達(dá)，導(dǎo)致心肌纖維化。這些研究表明，在心肌缺血再灌注晚期，抑制PTEN可促進(jìn)心肌纖維化進(jìn)程，由此推測(cè)，上調(diào)PTEN表達(dá)可抑制心肌纖維化。

3.5PTEN/PI3K/Akt與血管生成 有研究表明，缺血可誘導(dǎo)血管生成[46-47]。缺血/缺氧誘導(dǎo)的血管生成在缺血損傷修復(fù)中具有重要的臨床意義，因?yàn)樗軒椭苡绊懶募〗M織恢復(fù)正常的環(huán)境。Seok等[48]研究發(fā)現(xiàn)，PTEN可抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子介導(dǎo)的血管生成，而靶向抑制PTEN表達(dá)，可激活A(yù)kt/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)血管生成。研究表明，通過抑制PTEN表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可促進(jìn)心肌梗死后血管生成，發(fā)揮心肌保護(hù)作用[49]。上述研究表明，PTEN在血管生成中發(fā)揮重要作用，抑制PTEN表達(dá)可促進(jìn)血管生成，但在心肌缺血再灌注損傷中PTEN調(diào)控血管生成的機(jī)制尚不明確，還需進(jìn)一步研究。

4 小 結(jié)

PTEN/PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞凋亡、纖維化等多種不同的機(jī)制參與心肌缺血再灌注損傷。PTEN可能是他汀類、牛膝多肽及淫羊藿黃素等藥物的靶點(diǎn)，抑制PTEN表達(dá)可激活下游的PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，減輕氧化應(yīng)激，抑制心肌細(xì)胞凋亡，減輕再灌注損傷。在心肌再灌注早期階段，抑制PTEN表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可減少ROS的釋放，抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，但對(duì)于心肌再灌注晚期反應(yīng)(如纖維化)，抑制PTEN表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)通路，可促進(jìn)缺血再灌注后心肌組織器官纖維化進(jìn)程。因此，心肌缺血再灌注損傷早期階段抑制PTEN表達(dá)，晚期階段上調(diào)PTEN表達(dá)，可能成為心肌免受再灌注損傷的重要保護(hù)靶點(diǎn)。