論PI3K/AKT/NF-κB信號通路在骨關(guān)節(jié)炎中的作用機制

李妍，司譽豪，尹恒

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院 養(yǎng)生康復(fù)學(xué)院，江蘇 南京 210000；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210000；3.南京中醫(yī)藥大學(xué)無錫附院，江蘇 南京 210000)

0 引言

骨關(guān)節(jié)炎(OA)是一種與年齡性別、關(guān)節(jié)磨損和炎癥相關(guān)的慢性骨關(guān)節(jié)疾病，具有關(guān)節(jié)軟骨局灶性缺失、滑膜炎性病變和關(guān)節(jié)組織重建的病理特征[1]。該病主要包括軟骨細胞凋亡和細胞外基質(zhì)(ECM)退行性改變兩方面，其中機械應(yīng)力和滑膜炎癥共同促進軟骨ECM的降解，伴有軟骨修復(fù)和骨贅形成，致使關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)耗損和功能缺失。OA的病理生理學(xué)機制尚未被我們完全了解，但炎癥及其相關(guān)的標志物似乎在OA的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。

諸多學(xué)者發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT/NF-κB信號通路在調(diào)節(jié)導(dǎo)致OA發(fā)病的炎癥介質(zhì)中占據(jù)重要角色[2]。PI3K是該信號通路最上游的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，能被炎癥因子和理化因素激活，活化后能與磷酸肌醇依賴的激酶-1協(xié)同作用，相繼觸發(fā)AKT磷酸化[3]。而NF-κB是與炎癥相關(guān)疾病中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]，PI3K/AKT途徑是NF-κB途徑級聯(lián)的上游激活劑，通過磷酸化的AKT激活NF-κB的關(guān)鍵亞基，調(diào)節(jié)NF-κB的異常激活。此外，該信號通路可能作為一種負反饋調(diào)節(jié)器發(fā)揮重要作用，限制促炎癥反應(yīng)。

1 PI3K/AKT/NF-κB信號通路的成分

1.1 PI3K

酰肌醇3激酶(PI3K)是一種異源二聚體，由p110和p85組成，在細胞內(nèi)起著催化和調(diào)節(jié)亞單位的作用[5]。PI3K作為肌醇與磷脂酰肌醇(PI)的重要激酶，在肌醇環(huán)的3-位催化一種或多種肌醇磷脂的磷酸化，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型3種類型。Ⅰ型選擇性磷酸化PI(4，5)P2，亞基絲氨酸/蘇氨酸激酶和PI3K的雙重活性為p110所具有；Ⅱ型磷酸化PI和PI4P；Ⅲ型特異于PI的磷酸化。

1.2 AKT

絲氨酸/蘇氨酸激酶(AKT)系PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中關(guān)鍵的下游靶激酶之一[6]。AKT有Akt1、2、3三種亞型，包括PH結(jié)構(gòu)域、中間催化域和調(diào)節(jié)域3部分結(jié)構(gòu)，而AKT的活化與PH結(jié)構(gòu)域的聯(lián)系最為緊密。

1.3 NF-κB

Ranjan最早從B淋巴細胞核提取物中檢測到核因子-κB(NF-κB)，為免疫球蛋白κ輕鏈基因轉(zhuǎn)錄所必不可少的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子[7]。非活性形式的NF-κB在靜息狀態(tài)下存于細胞質(zhì)中；受刺激后，NF-κB游離并移位到細胞核[8]，參與眾多OA相關(guān)事件，導(dǎo)致軟骨細胞分解代謝和滑膜炎癥，成為疾病的促因[9]。

2 炎癥因子誘導(dǎo)PI3K/AKT/NF-κB信號通路的激活

IL-1β、TNF-α等炎癥因子主要由滑膜和軟骨細胞等生成，可激活PI3K/AKT/NF-κB途徑，調(diào)節(jié)下游凋亡蛋白的表達和相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶、其他細胞因子和前列腺素，抑制蛋白聚糖和Ⅱ型膠原的合成，從而啟動細胞凋亡路徑，遏抑細胞自噬，推進OA發(fā)病過程。

2.1 IL-1β

白細胞介素-1β(IL-1β)是一種促炎因子，它通過上調(diào)前列腺素E2(PGE2)、一氧化氮(NO)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和血栓反應(yīng)素等產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致ECM降解[10]，從而誘導(dǎo)軟骨細胞凋亡。

IL-1β被發(fā)現(xiàn)在OA患者的關(guān)節(jié)腔、關(guān)節(jié)滑液和血清中處于較高水平。Huang等[11]發(fā)現(xiàn)IL-1β不僅能促進PI3K和AKT的磷酸化，還能觸發(fā)NF-κB的核轉(zhuǎn)位。Hu等[12]進行了用IL-1β誘導(dǎo)大鼠軟骨退變細胞凋亡的實驗，pAKT含量在經(jīng)IL-1β誘導(dǎo)后細胞中明顯降低。因此，說明IL-1β能夠激活PI3K/AKT/NF-κB途徑，上調(diào)PI3K和AKT的磷酸化水平，誘導(dǎo)分解代謝因子的表達，在OA發(fā)病機制中起重要作用[13]。

2.2 TNF-α

腫瘤壞死因子-α(TNF-α)主要是由巨噬細胞和淋巴細胞產(chǎn)生的一種炎癥因子[14]，并不直接招致軟骨ECM的降解，而是依賴PI3K/AKT/NF-κB通路的激活引起炎癥因子大量表達。

有研究顯示，OA患者循環(huán)TNF-α濃度遠高于正常人群，而關(guān)節(jié)手術(shù)后TNF-α濃度顯著降低[15]。LI等[16]發(fā)現(xiàn)通過抑制PI3K/AKT/NF-κB途徑的預(yù)處理，TNF-α可作為PI3K下游的效應(yīng)器，濃度依賴性地激活NF-κB，凋亡更多經(jīng)TNF-α誘導(dǎo)的軟骨細胞。因此，抑制TNF-α后，PI3K/AKT/NF-κB途徑的激活也隨之被抑制，從而緩解關(guān)節(jié)腫脹和促進軟骨修復(fù)，延緩或阻止疾病的進展。

3 PI3K/AKT/NF-κB信號通路對OA進程的影響

3.1 調(diào)控軟骨細胞凋亡

正常生理情況下，軟骨細胞能夠平衡ECM的合成和降解，因而確保軟骨結(jié)構(gòu)和功能的完整性。細胞凋亡機制一旦失衡，各種病理狀態(tài)相繼出現(xiàn)，如退行性病變、惡性腫瘤和反常發(fā)育[17]。

Peng等[18]發(fā)現(xiàn)，骨痹合劑能抑制大鼠膝關(guān)節(jié)軟骨細胞凋亡，同時促進其增殖，從而通過調(diào)控PI3K/AKT通路中下游NF-κB的蛋白表達及相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，實現(xiàn)OA癥狀的改善。因此，PI3K/AKT途徑在機體內(nèi)調(diào)節(jié)下游轉(zhuǎn)錄因子NF-κB磷酸化，發(fā)揮抗凋亡的重要作用[19]。

3.2 調(diào)控軟骨細胞自噬

軟骨細胞的自噬作為平衡細胞生死的轉(zhuǎn)換器，通過除去機體受損或有害的細胞和蛋白質(zhì)聚集體，使細胞處于正常生理狀態(tài)[20]。眾多炎性因子在NF-κB信號通路激活后被誘導(dǎo)，抑制軟骨細胞的自噬作用，最終導(dǎo)致軟骨細胞死亡和破壞。

Wang等[21]發(fā)現(xiàn)miR-140是調(diào)節(jié)軟骨形成的特異性miRNA，可通過阻斷NF-κB信號通路，加強軟骨細胞自噬和增殖，延緩疾病進展。NF-κB為促炎反應(yīng)的有效核因子，作為細胞內(nèi)的基礎(chǔ)信號通路，可在激活狀態(tài)下抑制自噬[19]。在維持軟骨細胞穩(wěn)態(tài)，乃至軟骨基質(zhì)的代謝平衡中發(fā)揮重要作用。

4 藥物通過PI3K/AKT/NF-κB信號通路對OA的調(diào)控

槐果堿、牛蒡子苷元、益母草和厚樸等藥物可以通過抑制PI3K和AKT磷酸化、NF-κB活化入核，使PI3K/AKT/NF-κB信號通路不被激活，下調(diào)炎性因子表達，發(fā)揮抗炎效應(yīng)，延緩OA進程。Wang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，槐果堿30mg/kg可下調(diào)大鼠炎癥部位組織p-PI3K、p-AKT及NF-κB mRNA和蛋白表達水平，提示其抑制了PI3K/AKT/NF-κB信號通路。Tang等[23]發(fā)現(xiàn)牛蒡子苷元(ATG)對IL-1β誘導(dǎo)的小鼠OA軟骨細胞模型進行預(yù)處理可以有效地下調(diào)促炎介質(zhì)的表達，并對IL-1β刺激下ECM的降解有保護作用。由于ATG與PI3K之間有強大的結(jié)合力，其機制可能與PI3K/AKT/NF-κB信號通路失活有關(guān)[24]。益母草(LN)是是一種從益母草葉中提取的獨特生物堿。據(jù)報道，益母草(LN)能夠顯著降低促炎細胞因子(IL-1β和TNF-α)和MMP的分泌，從而阻斷破骨細胞中PI3K/AKT/NF-κB通路。Hu等[25]發(fā)現(xiàn)LN通過減弱PI3K/AKT/NF-κB活化來調(diào)控IL-1β誘導(dǎo)的炎癥和ECM代謝失衡，LN通過與某些氨基酸殘基相互作用，直接占據(jù)PI3K的抑制結(jié)合囊。厚樸酚作為中藥厚樸的主要活性物質(zhì)，在機制上表現(xiàn)出與PI3K的強大結(jié)合能力[26]，可通過直接抑制PI3K的激活，在一定程度上阻斷PI3K/AKT/NF-κB通路的活化，從而抑制軟骨細胞凋亡，同時促進其自噬，最終延緩OA炎癥的進展。因此，抑制PI3K/AKT/NF-κB信號通路被認為是一種OA治療的有效措施[27]。

5 小結(jié)

OA是一種發(fā)生發(fā)展與軟骨細胞間信號調(diào)控異常相關(guān)的慢性骨關(guān)節(jié)常見病[28]，以關(guān)節(jié)代謝功能紊亂以及關(guān)節(jié)軟骨退縮性變化為特征。機體分泌的TNF-α、IL-1β已被證實是OA發(fā)生發(fā)展重要的因素，并且這些因子的產(chǎn)生都依賴于PI3K/AKT/NF-κB信號通路是否被活化。AKT繼PI3K/AKT途徑激活后被活化，NF-κB抑制蛋白IκB激酶的磷酸化和降解隨之增強，活化NF-κB?，F(xiàn)階段一致認為PI3K/AKT/NF-κB信號通路是OA軟骨中諸多炎癥機理的常見通路，參與了軟骨細胞炎癥、ECM重塑、自噬和凋亡的過程，發(fā)揮保持軟骨細胞正常生理狀態(tài)的維穩(wěn)作用。