PI3K/AKT信號通路與艾滋病相關(guān)的研究進(jìn)展①

鄭文錦 馮 龍 李志慧（河南中醫(yī)藥大學(xué)，鄭州 450046）

3-磷酸肌醇激酶（phosphoinositide3-kinase，PI3K）/絲、蘇氨酸蛋白激酶（protein kinase B，PKB 或AKT）通路在廣泛的人類腫瘤譜中失調(diào)，在惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，參與抑制細(xì)胞凋亡、加快細(xì)胞周期運(yùn)行、促進(jìn)血管形成和腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等過程［1］。不同類型的腫瘤在該通路上均有大量研究，如：肝細(xì)胞癌、胃癌、胰腺癌、結(jié)腸癌等［2］。PI3K/AKT 信號通路被許多類型的細(xì)胞刺激或毒性損傷激活，并調(diào)節(jié)基本的細(xì)胞功能，如轉(zhuǎn)錄、翻譯、增殖、生長和存活［3］。PI3K/AKT信號通路圖如圖1。

圖1 PI3K/AKT信號通路圖（引自：KEGG生物信息數(shù)據(jù)庫，https：//www.genome.jp/pathway/map04151）Fig.1 PI3K/AKT signaling pathway（Quoted：Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，https：//www.genome.jp/path?way/map04151）

PI3K/AKT 通路不僅在腫瘤相關(guān)疾病中發(fā)揮重要作用，在獲得性免疫缺陷綜合征（acquired immuno?deficiency syndrome，AIDS），即艾滋病的相關(guān)研究中也極其重要。AIDS是一種危害性極大的傳染病，由人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency vi?rus，HIV）感染引起。自1983 年分離出HIV-1 以來，AIDS 在全世界范圍內(nèi)迅速蔓延，威脅人類生命健康［4］。國家衛(wèi)生健康委員會疾病預(yù)防控制局提供的數(shù)據(jù)顯示，我國AIDS 發(fā)病數(shù)及病死數(shù)逐年攀升，2019 年1 月至7 月中國AIDS 發(fā)病數(shù)為39 483 例，病死人數(shù)為11 454 例；2018 年中國AIDS 發(fā)病數(shù)為64 170例，病死人數(shù)為18 780例。

1 PI3K

PI3K是肌醇與磷脂酰肌醇（phosphatidyl inositol，PI）的重要激酶，由其活化產(chǎn)生的類脂產(chǎn)物3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇［PI（3，4，5）P3］作為細(xì)胞內(nèi)的第二信使，是AKT 轉(zhuǎn)位于胞膜并被活化所必需的。PI3K與AKT 組成的PI3K-AKT 信號通路在細(xì)胞的增殖和存活中發(fā)揮重要作用［5］。

2 AKT

AKT 是絲/蘇氨酸蛋白激酶，有AKT1、AKT2、AKT3 3 種亞型，均參與下游底物的活化，其中以AKT2的作用為主。PI3K激活的AKT可通過磷酸化作用激活或抑制其下游靶蛋白Bad、Caspase9、NF-κB、Forkhead、mTOR、Par-4、P21 等，從而介導(dǎo)胰島素、多種生長因子等誘發(fā)的細(xì)胞生長，經(jīng)多種途徑促進(jìn)細(xì)胞存活，是重要的抗凋亡調(diào)節(jié)因子［6］。

3 PI3K/AKT信號通路與HIV-1相關(guān)的研究

3.1 單核-巨噬細(xì)胞

3.1.1 巨噬細(xì)胞的自噬作用 自噬是細(xì)胞通過自噬體形成并可與溶酶體融合降解細(xì)胞器等胞內(nèi)物質(zhì)的精細(xì)過程，宿主以此途徑防御病原微生物的入侵，包括選擇性地將病原運(yùn)送至溶酶體及將微生物核酸和抗原運(yùn)送到溶酶體部位以激活宿主免疫反應(yīng)［7］。病毒感染過程中，巨噬細(xì)胞既可對病毒實(shí)體直接吞噬清除，也可通過吞噬病毒感染后誘導(dǎo)凋亡的宿主細(xì)胞來減輕病毒感染的病理損傷［8］。

針對巨噬細(xì)胞對HIV-1 的自噬作用，有研究表明：雙重磷脂酰肌醇3-激酶/雷帕霉素（PI3K/mTOR）抑制劑達(dá)科利西布（NVP-BEZ235）、PI3K/mTOR/含溴結(jié)構(gòu)域的蛋白4（BRD4）抑制劑SF2523 等都通過自噬降解細(xì)胞內(nèi)的HIV，以劑量依賴的方式降低了巨噬細(xì)胞中HIV 的復(fù)制。且PI3K/mTOR 和PI3K/mTOR/BRD4 抑制劑抑制HIV 的機(jī)制需要自噬體的形成，以及它們隨后成熟為自溶體［9］。

3.1.2 巨噬細(xì)胞的凋亡 HIV-1 感染后的巨噬細(xì)胞部分發(fā)生凋亡。AKT-1是巨噬細(xì)胞存活的關(guān)鍵蛋白，AKT-1 的過表達(dá)增加了轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a（AKT下游通路蛋白）的磷酸化。具有組成型活性的FOXO3a的過表達(dá)增加了MDM 中DNA 的片段化，同時降低了細(xì)胞活力［10］。AKT 的活化會導(dǎo)致巨噬細(xì)胞凋亡增加，免疫細(xì)胞凋亡的調(diào)控成為針對免疫學(xué)檢查點(diǎn)治療的新角度［11］。

3.1.3 巨噬細(xì)胞壽命的延長 感染了HIV-1 的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出壽命延長，這與其作為HIV-1 長壽命儲存庫的作用一致。HIV-1 的這種細(xì)胞保護(hù)作用有助于人類巨噬細(xì)胞貯藏庫的長期存活和持久性HIV-1 產(chǎn)生。HIV-1 通過PI3K 信號通路促進(jìn)細(xì)胞存活并防止細(xì)胞凋亡［12］。在對其機(jī)制的研究中，HILLEBRAND 等［13］認(rèn)為PI3K 信號通路影響了絲氨酸-精氨酸（SR）蛋白的磷酸化（SR 屬于平衡剪接位點(diǎn)選擇的剪接調(diào)節(jié)因子家族）。HIV-1 也可能通過調(diào)節(jié)剪接調(diào)節(jié)蛋白的磷酸化來促進(jìn)PI3K 轉(zhuǎn)錄物的加工，進(jìn)而通過影響PI3K信號通路達(dá)到促進(jìn)宿主細(xì)胞存活的目的。

PI3K/AKT 通路不僅對巨噬細(xì)胞的壽命延長有作用，以PI3K/AKT 為靶點(diǎn)的藥物能夠抑制HIV-1病毒的產(chǎn)生。有研究發(fā)現(xiàn)HIV-1感染激活了原代人巨噬細(xì)胞中的PI3K/AKT 途徑，如減少的PTEN 蛋白（AKT 負(fù)調(diào)控因子）表達(dá)和增加的AKT 激酶活性，其結(jié)果證明PI3K/AKT 抑制劑（包括臨床上可用的Miltefosine）可顯著減少長壽病毒感染的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的HIV-1［14］。5，7-二羥基-6-甲氧基黃酮可能通過抑制PI3K/AKT 信號通路來消除HIV-1 感染的細(xì)胞保護(hù)巨噬細(xì)胞，并通過縮短感染巨噬細(xì)胞壽命在體內(nèi)發(fā)揮抗HIV-1的作用，表明PI3K/AKT 磷酸化抑制劑可以作為有效的抗病毒藥物［15］。AKT 抑制劑（perifosine和edelfosine）特異性誘導(dǎo)了被HIV-1感染的原代人類巨噬細(xì)胞凋亡。此外，研究還表明periposine 可有效降低HIV-1 感染的原代人類巨噬細(xì)胞的病毒產(chǎn)生［16］。

中藥提取物在抑制巨噬細(xì)胞壽命延長上也有積極作用。人參皂苷Rb1 可通過抑制PI3K/AKT 信號通路消除感染HIV-1 的細(xì)胞保護(hù)性巨噬細(xì)胞［17］。遠(yuǎn)志科也通過PI3K/AKT 信號通路有效地消除了HIV-1 Tat 轉(zhuǎn)導(dǎo)的CHME5 巨噬細(xì)胞的細(xì)胞保護(hù)作用［18］。

3.2 星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)認(rèn)知障礙HAND 在感染了HIV-1 的患者中，與HIV 相關(guān)的HAND 患病率仍然很高。被暴露于病毒蛋白的星形膠質(zhì)細(xì)胞/小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子被認(rèn)為是導(dǎo)致HIV-1介導(dǎo)的神經(jīng)毒性的機(jī)制之一。通過使用不同的病毒蛋白誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥因子產(chǎn)生，使用不同的藥物均得出PI3K/AKT信號通路參與了HAND，見表1。PI3K/AKT 通路除了參與各種神經(jīng)炎癥因子的產(chǎn)生和介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，還參與了其他與HAND 相關(guān)靶標(biāo)的研究。HIV-1 Tat 引起星形膠質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜中興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（EAAT-2）的減少導(dǎo)致細(xì)胞外谷氨酸水平升高，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡，PI3K抑制劑或可通過該機(jī)制表現(xiàn)出治療HAND 的作用［23］。另外有研究表明，Tat會導(dǎo)致血小板衍生生長因子-CC（PDGF-CC）的內(nèi)在表達(dá)降低，而用PDGF-CC預(yù)處理SH-SY5Y 細(xì)胞可通過減輕細(xì)胞凋亡和神經(jīng)突及MAP-2 的喪失來消除Tat 介導(dǎo)的神經(jīng)毒性，PI3K/AKT 信號傳導(dǎo)在PDGF-CC 介導(dǎo)中起神經(jīng)保護(hù)中作用［24］。研究認(rèn)為HIV-1 Tat增強(qiáng)嘌呤能P2Y4受體信號傳導(dǎo)，通過PI3K/AKT 和ERK/MAPK 信號通路（MAPK 信號通路位于PI3K/AKT 通路下游）介導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生和神經(jīng)元損傷［25］。

表1 PI3K/AKT參與HAND的研究進(jìn)展Tab.1 Research progress of PI3K/AKT participating in HAND

3.3 CD4+T細(xì)胞

3.3.1 HIV-1 進(jìn)入CD4+T 細(xì)胞 以防止HIV-1 入侵靶細(xì)胞為靶點(diǎn)進(jìn)行的抗HIV-1研究一直都是熱點(diǎn)方向。進(jìn)入抑制劑包括HIV 吸附抑制劑、HIV 受體CCR5/CXCR4 拮抗劑、融合抑制劑等［26］。研究發(fā)現(xiàn)PI3K p110α 亞型特異性抑制劑PIK-75 抑制HIV-1進(jìn)入HIV-1 允許的T 細(xì)胞、PM1 細(xì)胞和TZM-bl 細(xì)胞（HeLa 細(xì)胞來源的指示細(xì)胞，共表達(dá)CD4、CCR5 和CXCR4），并降低了HIV-1 誘導(dǎo)的AKT 磷酸化。此外，PTEN（AKT 的負(fù)調(diào)節(jié)因子）是HIV-1 進(jìn)入的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。在PI3K p110α 特異性抑制劑的存在下，HIV-1 env-CD4 相互作用引起的細(xì)胞間融合受到抑制。這些數(shù)據(jù)表明，PI3K p110α/PTEN 信號通路對于HIV-1 進(jìn)入包括HIV-1 env 介導(dǎo)的細(xì)胞間融合是至關(guān)重要的［27］。在此研究之前，就有針對PI3K抑制劑對HIV 感染的抑制作用的研究，結(jié)果顯示，PI3K抑制劑阻斷了HIV 感染、核導(dǎo)入和T 細(xì)胞激活，對TLR2/IL-2 激活的CD4+T 細(xì)胞的細(xì)胞周期進(jìn)程有中度抑制作用［28］。

3.3.2 HIV-1 整合和建立潛伏病毒庫 研究顯示，在靜止的CD4+T 細(xì)胞中，趨化因子CCL19 誘導(dǎo)了AKT、NF-κB、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和p38 的磷酸化。抑制PI3K和Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶/ERK 激酶（MEK）/ERK 信號通路可抑制HIV 整合，但不會顯著減少HIV 核進(jìn)入。HIV 在CCL19 處理的靜息CD4+T 細(xì)胞中的整合取決于NF-κB 信號傳導(dǎo)，且增加了HIV 整合酶的穩(wěn)定性，從而可以進(jìn)行后續(xù)整合和建立潛伏期。因此SALEH 等［29］認(rèn)為HIV 整合和CCL19 處理的靜息CD4+T 細(xì)胞潛伏期的建立需要激活NF-κB。

KIM 等［30］認(rèn)為感染HIV-1的CD4+T細(xì)胞通過活化AKT［HIV-1 Tat蛋白可干擾PTEN（AKT 的負(fù)調(diào)節(jié)因子）為活化AKT 的機(jī)制之一］，然后通過Bcl-2 家族成員Bad的直接抑制性磷酸化或通過轉(zhuǎn)錄因子如FOXO1 的磷酸化間接干擾促凋亡分子（Bad 及FOXO1 均在PI3K/AKT 信號通路下游），所述轉(zhuǎn)錄因子隨后轉(zhuǎn)移出細(xì)胞核，從而阻止促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄。

3.3.3 病毒儲存庫的逆轉(zhuǎn)劑 聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法（cART）可有效抑制HIV-1 復(fù)制，但靜止記憶CD4+T 細(xì)胞中的潛在病毒庫不能被cART 清除，病毒儲存庫成為治愈HIV-1感染的主要障礙。研究發(fā)現(xiàn)PI3K 激動劑57704（對p110α 同工型具有特異性，但對p110β、δ 或γ 同工型沒有特異性）通過PI3K/AKT 信號通路重新激活潛在的HIV-1，強(qiáng)調(diào)了PI3K/AKT途徑參與維持HIV-1潛伏期［31］。

最近研究發(fā)現(xiàn)，外來體［一種未感染細(xì)胞的細(xì)胞外囊泡（EV）］激活了潛伏感染細(xì)胞中HIV-1 的轉(zhuǎn)錄，而與cART 無關(guān)。在這項(xiàng)研究中探討了潛在HIV-1 的EV 激活HIV-1 的具體機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)磷酸化的c-Src 存在于各種細(xì)胞系的EV 中，并具有激活下游蛋白（例如EGFR）的能力，從而啟動信號級聯(lián)。然后EGFR 能夠激活PI3K/AKT/mTOR 途徑，從而激活STAT3和SRC-1，最終逆轉(zhuǎn)HIV-1潛伏期［32］。

在治療濃度下，組蛋白去乙?；福℉DAC）和PI3K 的雙重抑制劑——抑瘤素（CUDC-907）是一種有效的HIV-1 潛伏期逆轉(zhuǎn)劑，且其不誘導(dǎo)T 細(xì)胞活化和增殖［33］。六亞甲基雙乙酰胺（HMBA）是慢性感染細(xì)胞中細(xì)胞分化和HIV產(chǎn)生的有效誘導(dǎo)劑。HMBA瞬時激活PI3K/AKT 途徑，從而導(dǎo)致HEXIM1 磷酸化，釋放出活性正轉(zhuǎn)錄延伸因子b（P-TEFb）。隨后，P-TEFb 被募集到HIV 啟動子以刺激轉(zhuǎn)錄延伸和病毒產(chǎn)生［34］。MAPK p38α（位于PI3K 信號通路下游）可通過激活TCR 相關(guān)通路，上調(diào)包括PI3K/AKT 在內(nèi)的多種信號通路蛋白的表達(dá)，抵抗HIV-1 潛伏感染中AZT 抑制的HIV-1 復(fù)制，并可用作潛伏逆轉(zhuǎn)劑［35］。

研究表明，受感染的CD4+T 細(xì)胞與樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）的相互作用進(jìn)一步激活了潛伏的HIV-1。VAN MONTFORT 等［36］認(rèn)為與單純TCR刺激相比，接受TCR+DC 刺激的AIDS患者的CD4+T細(xì)胞更頻繁地逆轉(zhuǎn)潛伏期。這種“組合拳”策略似乎是清除病毒儲存庫的理想策略，并且研究確定了DC 接觸激活CD4+T 細(xì)胞中的PI3K/AKT/mTOR通路。

3.4 DC

3.4.1 DC與IFN-α消除 DHAMANAGE 等［37］在最近感染的HIV 患者中觀察到IFN-α 消除現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)暴露于HIV-1 的漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（plasma?cytoid dendritic cell，pDC）沒有顯示IRF-7 易位到核中。此外，還觀察到HIV-1抑制pDC 中PI3K/AKT 信號通路的AKT 磷酸化，這是IRF-7 易位至細(xì)胞核的重要步驟。即使在存在Toll 樣受體7 激動劑刺激的情況下，HIV-1 誘導(dǎo)的AKT 磷酸化和IRF-7 易位抑制也很明顯。這些發(fā)現(xiàn)表明，HIV-1 可能抑制IRF-7向pDC 核的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而導(dǎo)致IFN-α 抑制，這些均與PI3K/AKT信號通路有關(guān)。

3.4.2 DC與免疫逃逸機(jī)制 生殖器和直腸黏膜中未成熟的樹突狀細(xì)胞（iDC）可能是在病毒性傳播期間最早與HIV-1 接觸的細(xì)胞之一。游離的HIV-1 導(dǎo)致感染增加和病毒的免疫逃逸機(jī)制可能有PI3K 通路的激活和病毒激活宿主補(bǔ)體系統(tǒng)，導(dǎo)致滅活的補(bǔ)體片段（如iC3b）參與病毒調(diào)理。實(shí)驗(yàn)研究了暴露于游離HIV-1（F-HIV）、補(bǔ)體調(diào)理的HIV-1（C-HIV）及補(bǔ)體和非調(diào)理化HIV-1（CI-HIV）后在人iDC 中誘導(dǎo)的抗病毒和炎癥反應(yīng)，F(xiàn)-HIV 誘導(dǎo)的應(yīng)答是TLR8依賴性的，隨后激活了IFN 調(diào)節(jié)因子1、p38、ERK、PI3K 和NF-κB 途徑，TLR8 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的這種調(diào)節(jié)是由補(bǔ)體受體3 介導(dǎo)的，并導(dǎo)致感染增加。補(bǔ)體系統(tǒng)的病毒劫持對iDC 功能的影響可能是HIV-1 在宿主中建立感染的重要免疫逃逸機(jī)制［38］。

4 總結(jié)及展望

PI3K/AKT 信號通路不僅在HIV-1 主要的靶細(xì)胞（單核-巨噬細(xì)胞細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞、CD4+T 細(xì)胞、DC）中發(fā)揮作用，還對受HIV 影響的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、腎小管細(xì)胞（HIV 相關(guān)腎病，HIVAN）、心肌細(xì)胞產(chǎn)生影響［39-41］。PI3K/AKT 信號通路通過在HIV-1幾種靶細(xì)胞中發(fā)揮重要作用而引起科研者的廣泛關(guān)注，該通路參與了HIV-1 感染引起的巨噬細(xì)胞凋亡、壽命延長；影響了巨噬細(xì)胞的自噬作用；介導(dǎo)了巨噬細(xì)胞、CD4+T 細(xì)胞的病毒儲存庫的產(chǎn)生；神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)等重要生理病理改變，并被廣泛研究，且該通路也作為治療HIV-1 的重要靶標(biāo)被深入研究。

雖然針對HIV-1 相關(guān)的PI3K/AKT 通路的研究已經(jīng)在如火如荼地進(jìn)行中，但針對PI3K/AKT 通路的抗HIV-1 藥物還有極大的研究空間，尤其在針對PI3K/AKT 信號通路的抗HIV-1 藥物的研究上，和抗腫瘤等藥物一樣在研發(fā)上需要投入更多精力。PI3K/AKT抑制劑在抗腫瘤方面取得了一定的成果，雖然在臨床應(yīng)用上因?yàn)樗幬锘钚詼p低、患者耐受力下降和出現(xiàn)皮疹和腹瀉等副作用而終止，但仍有抗腫瘤PI3K/AKT 抑制劑通過臨床試驗(yàn)后上市，如艾德拉斯司、阿培利司［42］。AIDS是一種復(fù)雜且極其難治愈的疾病，若想將靶向PI3K/AKT 通路的藥物應(yīng)用于抗AIDS上仍需要在其基礎(chǔ)機(jī)制、藥物篩選和臨床試驗(yàn)等方面做出巨大努力。

PI3K/AKT 通路在對HIV-1 感染的機(jī)制研究上有很深的研究前景，如HIV-1 感染巨噬細(xì)胞既能引起靶細(xì)胞的自噬、凋亡，又能引起巨噬細(xì)胞的壽命延長。區(qū)別于巨噬細(xì)胞的壽命延長，CD4+T 細(xì)胞在HIV-1 感染后迅速地耗竭是否也與該通路有關(guān)系？是否有可能篩選出針對該通路抗HIV-1感染引起的CD4+T 細(xì)胞損傷的藥物？諸如此類的該通路關(guān)于HIV-1感染的機(jī)制研究還有待進(jìn)一步探索。