巨噬細(xì)胞PI3K/Akt通路與動(dòng)脈粥樣硬化的研究進(jìn)展①

孟中華 尚莎莎 王建茹 關(guān)懷敏 陳玉善 王 賀 司春嬰 李永林

（河南中醫(yī)藥大學(xué)，鄭州 450000）

近年冠心病發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，在世界范圍內(nèi)具有較高患病率和病死率，已成為近年影響全民健康的重要公共問(wèn)題［1］。動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病的病理基礎(chǔ)，表現(xiàn)為冠狀動(dòng)脈AS斑塊形成、管壁增厚變硬、失去彈性，當(dāng)發(fā)生斑塊內(nèi)出血、斑塊破裂等繼發(fā)性改變時(shí)，管腔嚴(yán)重狹窄或閉塞，可引發(fā)急性冠脈綜合征等心血管事件［2］。關(guān)于AS發(fā)生具有多種理論，其中血管免疫炎癥學(xué)說(shuō)認(rèn)為各種因素導(dǎo)致的動(dòng)脈內(nèi)膜炎癥性損傷是AS 的始動(dòng)環(huán)節(jié)，AS發(fā)生、進(jìn)展、消退過(guò)程都伴隨免疫炎癥反應(yīng)，免疫細(xì)胞如單核巨噬細(xì)胞參與AS 發(fā)病過(guò)程，巨噬細(xì)胞增殖、遷移、表型變化及凋亡在AS 所有病變階段均發(fā)揮重要作用［2-4］。

巨噬細(xì)胞具有多種分化來(lái)源，血液中的單核細(xì)胞穿過(guò)血管壁進(jìn)入組織是巨噬細(xì)胞主要來(lái)源［5-6］；AS早期，巨噬細(xì)胞主要來(lái)源于血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)單核細(xì)胞的招募及AS斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞增殖，而AS進(jìn)展期，斑塊局部巨噬細(xì)胞增殖成為主要來(lái)源［7-8］。血脂升高等因素導(dǎo)致內(nèi)皮損傷，內(nèi)皮細(xì)胞分泌炎癥因子和趨化因子，如單核細(xì)胞趨化因子（monocyte chemoattractant protein，MCP），單核細(xì)胞黏附、聚集并遷移至內(nèi)皮下分化為巨噬細(xì)胞［5］。清道夫受體（scavenger receptor，SR）-A、CD36 等介導(dǎo)下，巨噬細(xì)胞攝取氧化低密度脂蛋白（oxygenized low density lipoprotein，ox-LDL）并蓄積于細(xì)胞內(nèi)，隨著攝入脂質(zhì)增加，細(xì)胞內(nèi)膽固醇負(fù)荷增加引起脂質(zhì)堆積，巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞，并形成脂質(zhì)條紋、粥樣硬化斑塊等病理改變［4，9-10］。

巨噬細(xì)胞是AS發(fā)展的“關(guān)鍵動(dòng)力”，影響斑塊穩(wěn)定和AS 結(jié)局［6］。巨噬細(xì)胞受多重信號(hào)通路調(diào)節(jié)，其中PI3K/Akt信號(hào)通路在巨噬細(xì)胞存活、增殖、遷移過(guò)程中發(fā)揮重要作用，參與調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化、自噬、脂質(zhì)代謝等功能，是AS 研究熱點(diǎn)之一［11-12］。本文將對(duì)PI3K/Akt 信號(hào)通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞功能與AS 的作用進(jìn)行綜述。

1 PI3K/Akt通路結(jié)構(gòu)

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，可被Toll 樣受體（toll like receptor，TLR）-4 等病原識(shí)別受體、細(xì)胞因子、趨化因子和 Fc 受體激活［13］。PI3K激活后催化產(chǎn)生3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 3，4，5-triphosphate，PIP3），PIP3 與磷脂酰肌醇依賴激酶-1（phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）結(jié)合，使Akt 轉(zhuǎn)至細(xì)胞膜并活化，進(jìn)一步催化mTOR等下游分子［14-15］。

根據(jù)結(jié)構(gòu)、功能和底物專一性不同可將PI3K 分為3 型：Ⅰ型PI3K 由1 個(gè)催化亞基和1 個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成，分為ⅠA 和ⅠB 2 種亞型，ⅠA 型 PI3K 由催化亞基 p110（包括 p110α、p110β、p110δ 變異型）和調(diào)節(jié)亞基p85（包括p85α、p55α、p50α、p85β、p55γ變異型）組成，ⅠB 型PI3K 由調(diào)節(jié)亞基p101 和催化亞基p110γ 構(gòu)成；Ⅱ型 PI3K 僅有催化亞基，其羧基末端缺少天冬氨酸殘基導(dǎo)致Ca2+難以與其結(jié)合，因此Ⅱ型PI3K發(fā)揮作用不依賴細(xì)胞內(nèi)Ca2+；Ⅲ型PI3K與Ⅰ型結(jié)構(gòu)相似，由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基構(gòu)成，僅催化PI產(chǎn)生PIP3，參與蛋白和囊泡投送［13，16］。

PI3K 活化在 T308、S4732 個(gè)位點(diǎn)激活 Akt，Akt又稱磷酸激酶 B（proteinkinase B，PKB），被PIP3 及少量PIP2 活化，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、巨噬細(xì)胞分化、遷移等起重要作用；Akt 有 Akt1、Akt2、Akt3 3 種亞型，具有顯著同源序列、相似結(jié)構(gòu)，但生物學(xué)功能不同，Akt1缺失小鼠圍生期病死率提高、體質(zhì)量下降，Akt2 缺失小鼠生長(zhǎng)傾向于高血糖和胰島素抵抗，小鼠Akt3缺失影響其糖代謝和體質(zhì)量，且腦細(xì)胞發(fā)育異常［11］。

PI3K/Akt 通路可通過(guò)影響炎癥因子、核受體表達(dá)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化、自噬、脂質(zhì)代謝功能變化，進(jìn)而改變AS發(fā)展進(jìn)程［17-18］。

2 PI3K/Akt通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化

2.1 巨噬細(xì)胞極化 巨噬細(xì)胞具有異質(zhì)性與可塑性，在不同微環(huán)境或受不同環(huán)境因子刺激下，巨噬細(xì)胞可分化為具有不同功能和細(xì)胞表面標(biāo)記的亞型［2］。巨噬細(xì)胞主要分化為經(jīng)典活化（M1）型和選擇活化（M2）型，M1 型具有較強(qiáng)抗原提呈能力，對(duì)病原體和腫瘤細(xì)胞發(fā)揮較強(qiáng)免疫清除功能；M2型具有促進(jìn)炎癥消退、傷口愈合、組織修復(fù)等作用［19］。AS早期斑塊中以M2 型巨噬細(xì)胞為主，進(jìn)展期AS 斑塊中M1 型巨噬細(xì)胞主要分布于斑塊肩部，可能與斑塊不穩(wěn)定性有關(guān)，M2型巨噬細(xì)胞主要分布于血管外膜處，可能與斑塊中新生血管形成有關(guān)［20］。

M1型巨噬細(xì)胞可由IFN-γ、LPS、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）誘導(dǎo)形成，表達(dá)高水平的CD80、CD86，并釋放IL-1、IL-3、IL-6、IL-12、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、誘導(dǎo)性一氧化氮合成酶（induced nitric oxide synthetase，iNOS）等炎癥因子［19-21］。M2型巨噬細(xì)胞由IL-4、IL-10、IL-13、免疫復(fù)合物（IC）或糖皮質(zhì)激素（GC）誘導(dǎo)生成，表達(dá)高水平的CD163、CD209、甘露糖受體（CD206）、半乳糖受體，并分泌IL-10、TGF-β、精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、Fizz1、YM1 等抗炎因子［7，21］。M1 型與 M2 型是巨噬細(xì)胞極化的兩個(gè)極端，可相互轉(zhuǎn)化并處于動(dòng)態(tài)平衡，不僅尚未分型的單核細(xì)胞可在環(huán)境因素作用下發(fā)生分型極化，已分型的巨噬細(xì)胞也可發(fā)生表型轉(zhuǎn)變，病理狀態(tài)下的巨噬細(xì)胞可位于M1/M2 任一中間階段［5，11］。抑制巨噬細(xì)胞向 M1 型極化、調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞向M2型極化有助于增強(qiáng)斑塊穩(wěn)定性，延緩AS進(jìn)展，降低急性心血管事件發(fā)生率［22-25］。

2.2 PI3K/Akt 通路與巨噬細(xì)胞極化 PI3K/Akt 通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，最重要的效應(yīng)分子是Akt及下游信號(hào)分子（mammalian target of rapamycin，mTOR）。mTOR 通過(guò)磷酸化激活，在細(xì)胞內(nèi)以mTOR 復(fù)合體（mTOR complex，mTORC）形式存在，有 2 種亞型，mTORC1主要與能量代謝、氨基酸、生長(zhǎng)因子及氧水平有關(guān)［11］；mTORC2 參與調(diào)控 Akt 活性和細(xì)胞周期依賴性肌動(dòng)蛋白功能。mTORC2磷酸化并激活A(yù)kt，Akt 活化后磷酸化并使結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物（tuberous sclerosis complex，TSC）滅活，TSC 負(fù)調(diào)節(jié) mTORC1，TSC 缺失或受抑制可導(dǎo)致mTORC1 活化，活化的mTORC1 反饋抑制 mTORC2 和 Akt 活性，形成反饋環(huán)路［13，26］。

Akt1 參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthetase，eNOS）及 一 氧 化 氮（NO）生成，對(duì)AS 斑塊具有保護(hù)作用。巨噬細(xì)胞中Akt1 缺失上調(diào) iNOS 和 IL-12β 水平，增強(qiáng)其病原體清除能力，抑制內(nèi)毒素耐受從而誘導(dǎo)M1 型極化［27］。微小RNA（miRNA）也可通過(guò)Akt信號(hào)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型變化。Akt1敲除（Akt1-/-）小鼠巨噬細(xì)胞可通過(guò)誘導(dǎo)miR-155、抑制C/EBPβ 調(diào)節(jié)免疫功能，并影響巨噬細(xì)胞極化［28-29］。miR-342-5p 通過(guò)抑制 Akt1、上調(diào)miR-155 升高iNOS 表達(dá)，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)，促進(jìn)其向 M1 型極化，并促進(jìn) AS 發(fā)展［30］。miR-125a-5p 可促進(jìn) Akt1 活性、抑制 miR-155 維持 M2 型巨噬細(xì)胞表型［31］。

Akt2敲除（Akt2-/-）的巨噬細(xì)胞炎癥因子水平下降、細(xì)胞遷移能力降低，膽固醇外流增加、泡沫細(xì)胞形成減少，并向 M2 型極化，延緩 AS 進(jìn)展［32-33］。LPS誘導(dǎo)的AS 模型中，Akt2-/-巨噬細(xì)胞對(duì)LPS 反應(yīng)性降低，miR-155 表達(dá)受抑制，下游信號(hào) C/EBPβ 表達(dá)升高，C/EBPβ可通過(guò)促進(jìn)Arg-1活性使巨噬細(xì)胞向M2型極化［34］。研究表明，Akt2-/-可通過(guò) miR-146a 上調(diào)抑制 TLR4 信號(hào)通路，使巨噬細(xì)胞趨向 M2 表型［35］。提示Akt不同亞型對(duì)巨噬細(xì)胞極化方向具有相反促進(jìn)作用，Akt1 激活促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2 型極化，Akt2激活促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1型極化。

2.3 PI3K/Akt 通路下游分子與巨噬細(xì)胞極化mTOR、TSC 對(duì)巨噬細(xì)胞極化也有一定調(diào)節(jié)作用。TSC1-/-巨噬細(xì)胞促進(jìn)LPS 誘導(dǎo)的炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生，此過(guò)程中mTORC1 誘導(dǎo)Akt 信號(hào)分子下調(diào)及巨噬細(xì)胞向 M1 型極化［13］。TSC2 是 mTOR 的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，小干擾RNA（siRNA）干擾TSC2 可促進(jìn)mTOR活化并使STAT3、IL-10表達(dá)增加，巨噬細(xì)胞向M2型極化；雷帕霉素抑制mTOR 使巨噬細(xì)胞向M1 型極化。TSC1 通過(guò)抑制mTORC1 活性調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞存活、功能和極化，TSC1-/-巨噬細(xì)胞可向M2 型極化，采用雷帕霉素或LPS 預(yù)處理TSC1-/-巨噬細(xì)胞使其向M1 型極化，采用IL-4 處理則使其向M2 型極化［36］。研究顯示，IL-10 可快速激活巨噬細(xì)胞 PI3K及其下游 Akt，從而激活 mTORC1，但 mTORC1 激活可能抑制Akt1活化，導(dǎo)致M2型極化減弱［11，37］。

3 PI3K/Akt通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞自噬

自噬指在饑餓、缺氧、活性氧等因素誘導(dǎo)下，細(xì)胞內(nèi)長(zhǎng)壽蛋白和失去功能的細(xì)胞器被轉(zhuǎn)移至溶酶體進(jìn)行消化，并為細(xì)胞重建、再生和修復(fù)提供原料，是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的一種防御和保護(hù)機(jī)制［22，38］。研究表明，巨噬細(xì)胞自噬可降低AS斑塊局部細(xì)胞內(nèi)膽固醇沉積，促進(jìn)膽固醇流出，減少細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積，減少泡沫細(xì)胞積聚，并可抑制斑塊中炎癥反應(yīng)，延緩AS進(jìn)展；巨噬細(xì)胞自噬缺陷可導(dǎo)致嚴(yán)重的巨噬細(xì)胞膽固醇代謝障礙，影響溶酶體對(duì)膽固醇的處理，導(dǎo)致膽固醇在巨噬細(xì)胞及血管內(nèi)皮下大量蓄積，促進(jìn)AS發(fā)生發(fā)展［39-41］。

迄今已發(fā)現(xiàn)2 種主要自噬信號(hào)通路：營(yíng)養(yǎng)充足情況下，生長(zhǎng)因子、胰島素與相關(guān)膜受體相互作用，通過(guò)激活Ⅰ型PI3K/Akt通路活化mTORC1抑制細(xì)胞自噬；營(yíng)養(yǎng)不足或活性氧（ROS）刺激下，觸發(fā)Ⅲ型PI3K-Beclin1 復(fù)合物促進(jìn) Atg12-Atg5-Atg16L 復(fù)合物和Atg8/LC3 合成，刺激自噬體形成并誘導(dǎo)細(xì)胞自噬［42］。

mTOR 是自噬啟動(dòng)階段的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，PI3K/Akt/mTOR 通路在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞自噬進(jìn)而改變AS斑塊進(jìn)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用［43］。 PI3K/Akt/mTORC1 通路活化可抑制巨噬細(xì)胞自噬，選擇性抑制PI3K/Akt/mTORC1 通路可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞自噬，減少斑塊巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，抑制炎癥反應(yīng)進(jìn)而穩(wěn)定AS易損斑塊［38，44］。選擇性抑制 PI3K/Akt/mTOR 通路可誘導(dǎo)自噬體增加，明顯上調(diào)微管相關(guān)蛋白LC3-Ⅱ和自噬相關(guān)蛋白Beclin1 表達(dá)，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞自噬，減少斑塊巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，抑制NF-κB 等因子及炎癥反應(yīng)進(jìn)而穩(wěn)定AS斑塊發(fā)展［45］。

4 PI3K/Akt通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞脂質(zhì)代謝

脂質(zhì)代謝中，膽固醇流出與AS 呈負(fù)相關(guān)，巨噬細(xì)胞內(nèi)膽固醇流出增加可延緩細(xì)胞泡沫化，高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）可促進(jìn)逆向膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)（reverse cholesterol transport，RCT）發(fā)揮抗AS 及心血管保護(hù)作用［46］。三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體（ATP binding cassette transporter，ABC）A1、ABCG1和清道夫受體-B1 參與介導(dǎo)RCT，其中ABCA1 介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇流出至胞外受體如載脂蛋白ApoA-Ⅰ，ABCG1 介導(dǎo)膽固醇流出至HDL，而SR-B1介導(dǎo)膽固醇雙向流動(dòng)［46-47］。PI3K參與巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程，抑制PI3K可減少修飾的LDL及脂質(zhì)胞飲作用［48-50］。

1-磷酸鞘氨醇（1-sphingosine phosphate，S1P）是HDL重要組分，與其受體S1PR結(jié)合可激活PI3K/Akt通路及下游核因子肝X 受體（liver X receptor，LXR），上調(diào)脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCA1 活性，促進(jìn)巨噬細(xì)胞膽固醇流出［51］；S1PR抑制劑可降低PI3K-Akt信號(hào)通路活性，ABCA1、ABCG1 表達(dá)降低，細(xì)胞內(nèi)膽固醇外流減少［52］。且HDL 通過(guò)PI3K-Akt1通路介導(dǎo)巨噬細(xì)胞遷移的過(guò)程也有S1PR 參與，表明S1P可通過(guò)影響PI3K-Akt通路發(fā)揮抗AS作用［53］。

脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是水解三酰甘油（triglyceride，TG）限速酶，通過(guò)分解血漿中TG 而調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝；LPL 通過(guò)促進(jìn)血漿低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）、極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）進(jìn)入巨噬細(xì)胞，大量蓄積脂質(zhì)，導(dǎo)致 AS［46］。抑制 PI3K/Akt通路可顯著下調(diào)巨噬細(xì)胞LPL 表達(dá)，減少巨噬細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)的攝取，降低細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積水平并延緩細(xì)胞泡沫化，延緩AS進(jìn)展［54］。

5 總結(jié)及展望

綜上，巨噬細(xì)胞是AS斑塊中重要的免疫炎癥細(xì)胞，在AS 各階段顯示重要作用，PI3K/Akt 通路及下游信號(hào)分子mTOR 等可影響AS 中巨噬細(xì)胞極化分型、自噬、脂質(zhì)代謝等過(guò)程，一定程度影響AS病變進(jìn)程，這一通路可能是防治AS 的有效靶點(diǎn)?，F(xiàn)階段，PI3K/Akt通路調(diào)控巨噬細(xì)胞相關(guān)功能的研究還存在不足之處，如PI3K/Akt 通路在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞脂質(zhì)代謝方面是否存在種屬差異以及細(xì)胞類型不同導(dǎo)致的差異；PI3K/Akt 通路調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞M1 與M2 型極化在人體AS 斑塊局部是否影響臨床應(yīng)用尚需進(jìn)一步驗(yàn)證；mTOR 調(diào)控巨噬細(xì)胞極化與自噬作用是否有聯(lián)系、如何達(dá)到平衡有待進(jìn)一步研究。另外，PI3K 與Akt 亞型在調(diào)控巨噬細(xì)胞功能及調(diào)節(jié)AS 方面的影響等仍需進(jìn)一步研究?，F(xiàn)有PI3K 抑制劑主要用于科研實(shí)驗(yàn)，尚未進(jìn)入臨床應(yīng)用；mTOR 抑制劑雷帕霉素可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞自噬、抑制血管內(nèi)皮增生及再內(nèi)皮化，發(fā)揮抗AS及預(yù)防支架內(nèi)新生動(dòng)脈硬化作用，已用于藥物涂層支架，展示了較好應(yīng)用前景?？傊?，深入研究PI3K/Akt通路調(diào)控巨噬細(xì)胞的功能，對(duì)進(jìn)一步闡釋AS病理過(guò)程及探索更安全、高效的治療藥物和措施具有重要意義。