PI3K/AKT信號(hào)通路在心血管疾病中的研究進(jìn)展

趙嘉昊 商雪 祝慧 李昕璽 徐會(huì)圃

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，濱州 256600

我國(guó)每年死于心血管疾病的人數(shù)近400萬(wàn)人，在我國(guó)，因心臟性猝死而發(fā)生的心臟病患者占所有心臟病患者總數(shù)的25%～30%，占總死亡人數(shù)80%～90%，而其中冠心病、心肌梗死導(dǎo)致的心源性猝死所占比例高達(dá)50%左右［1］。近年來(lái)，由于心臟介入手術(shù)、電生理等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，心血管疾病的診治取得了巨大進(jìn)步，但仍存在例如支架血栓、藥物全身毒性等問(wèn)題，因此，尋求一種有效的治療方法非常重要［2］。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）通路是參與內(nèi)皮細(xì)胞損傷修復(fù)和血管重塑的重要通路之一，在冠心病、心房顫動(dòng)等心血管疾病中具有重要作用，能夠抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，改善內(nèi)皮功能紊亂，參與動(dòng)脈硬化進(jìn)程［3］。

PI3K/AKT通路概述

PI3K是磷脂酰肌醇肌醇環(huán)3′-OH磷酸化的酶家族。PI3K家族分為3類，Ⅰ～Ⅲ。其中研究最廣泛的是Ⅰ類PI3K。磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸（PIP3）是由PI3K產(chǎn)生的重要脂質(zhì)第二信使，能夠激活下游一系列蛋白激酶，如AKT、磷酸肌醇依賴性激酶（PDK）［4］。AKT有3種已知的亞型，即AKT1、AKT2、AKT3，它們?cè)谛难芟到y(tǒng)中起著關(guān)鍵和不同的作用。PIP3促進(jìn)AKT從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞膜移動(dòng)，并激活PDK1、PDK2，從而協(xié)助磷酸化AKT，磷酸化的AKT在細(xì)胞代謝、增殖、血管再生等一系列過(guò)程發(fā)揮重要作用［5］。

PI3K/AKT與糖尿病心肌?。―CM）

糖尿病是一種具有慢性高血糖狀態(tài)的代謝紊亂。DCM是最常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，最常見(jiàn)的死亡原因之一［6］。糖尿病患者心臟中的血管損傷可能會(huì)導(dǎo)致心肌組織中脂肪生成增加、脂質(zhì)過(guò)氧化增加、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成和心肌纖維化，從而影響心臟舒張功能，導(dǎo)致心衰。在慢性心衰患者中發(fā)現(xiàn)有高水平的心臟脂肪生成和脂質(zhì)過(guò)氧化，這種代謝變化與高胰島素血癥及高血糖水平有關(guān)。既往研究表明，通過(guò)對(duì)心肌組織中葡萄糖依賴性蛋白激酶2、胰島素調(diào)節(jié)基因1-3以及糖耐量受損基因表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)糖尿病性心肌病患者糖代謝紊亂和胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)可能是導(dǎo)致心肌組織中脂肪生成增加和脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)的原因之一［7］。

PI3K/AKT影響DCM細(xì)胞增殖、凋亡、自噬等方面，與DCM心血管疾病發(fā)生發(fā)展相關(guān)指標(biāo)如氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡途徑、自噬活性等有密切關(guān)系［8］。PI3K可通過(guò)磷酸化AKT使AKT活化，抑制AKT的磷酸化可抑制心肌細(xì)胞生長(zhǎng)和存活；同時(shí)，PI3K可通過(guò)調(diào)控心肌細(xì)胞骨架重排，抑制心肌細(xì)胞凋亡，該通路還能影響細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸（如糖原分解）和能量代謝。研究發(fā)現(xiàn)高糖可引起心臟結(jié)構(gòu)和功能改變，使心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)、電生理特性、心肌纖維結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞凋亡等方面發(fā)生變化［9］。Ramachandran和Saravanan［10］發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT通過(guò)激活葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體增加細(xì)胞攝取葡萄糖，降低血漿葡萄糖濃度。此外，在DCM模型中，心肌凋亡的早期階段有大量促凋亡蛋白Bax和Caspase-3（胱天蛋白酶3）表達(dá)增加，且其濃度高于對(duì)照組，這些因子可能促進(jìn)DCM心肌細(xì)胞凋亡［11］。在糖尿病模型中，抑制PI3K/AKT能增加血清葡萄糖水平和減輕心肌纖維化，同時(shí)也能減少糖尿病大鼠心臟中的線粒體數(shù)量，并降低DCM誘導(dǎo)的血清和心臟組織中抗氧化應(yīng)激酶-1、一氧化氮（NO）及超氧陰離子（O2-）水平；此外，還能促進(jìn)糖尿病大鼠的心肌組織中自噬相關(guān)蛋白Beclin-1的表達(dá)；激活PI3K/AKT信號(hào)通路可以降低體外培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中活性氧（ROS）及NO含量，減少凋亡基因Bcl-2和Bax的表達(dá)水平，并且可抑制DCM誘導(dǎo)的心臟組織中AKT、內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）及NO水平增加［12-13］。與非糖尿病人群相比，糖尿病患者的左心室舒張末期內(nèi)徑（LVEDD）更大，在LVEDD大鼠中發(fā)現(xiàn)PI3K抑制劑和AKT抑制劑均能降低LVEDD，此外，還有研究表明PI3K的過(guò)表達(dá)或失活均會(huì)導(dǎo)致心臟肥大［14］。

PI3K/AKT通路通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和增殖，影響心肌細(xì)胞的形態(tài)和功能，促進(jìn)DCM發(fā)生發(fā)展過(guò)程中氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)，導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變；同時(shí)參與自噬的調(diào)節(jié)過(guò)程及心肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控中，調(diào)節(jié)了心肌細(xì)胞凋亡途徑、凋亡因子等發(fā)揮心肌保護(hù)作用；并且PI3K/AKT通路可以調(diào)控自噬活性和相關(guān)分子表達(dá)水平，參與DCM心肌細(xì)胞的凋亡過(guò)程［15-16］。深入研究PI3K/AKT信號(hào)通路在DCM中的作用以及與相關(guān)指標(biāo)之間的關(guān)系，對(duì)于理解其病理生理過(guò)程，從而為DCM的治療提供新的思路是十分必要的。

PI3K/AKT與高血壓

高血壓成為我國(guó)因心血管疾病死亡的首要危險(xiǎn)因素。PI3K是一種具有多種生物學(xué)功能的蛋白，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡、分化、遷移和粘附等，還可以抑制炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，在高血壓和血管損傷過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

在高血壓狀態(tài)下，血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致血流灌注不足。PI3K/AKT信號(hào)通路可以通過(guò)抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)而減輕血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，從而保護(hù)血管內(nèi)皮功能，此外，內(nèi)皮細(xì)胞損傷會(huì)產(chǎn)生一系列與血管緊張素轉(zhuǎn)換酶相關(guān)的分子，如醛固酮（ALD）、NO、NOS和血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）等。研究發(fā)現(xiàn)，ALD和NO等通過(guò)PI3K/AKT通路調(diào)節(jié)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶1a型和1b型的表達(dá)，進(jìn)而影響血壓的變化，從而通過(guò)抑制內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，參與調(diào)節(jié)血管重構(gòu)［17］。在高血壓相關(guān)冠心病患者的血管組織中，PI3K/AKT表達(dá)顯著升高，與血管重構(gòu)呈正相關(guān)。近年來(lái)，有學(xué)者提出血管舒張可能是通過(guò)PI3K/AKT通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一理論認(rèn)為，在血管舒張過(guò)程中，與血管內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)的促血管生成因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）、血管生成素-1以及與動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞上表達(dá)的抗氧化因子，如超氧化物歧化酶1、OG2和P53都有一定的關(guān)系［18］。Li等［19］研究發(fā)現(xiàn)，在高血壓模型中，通過(guò)使用PI3K抑制劑可以明顯降低血壓，并能有效抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的自發(fā)性高血壓大鼠模型中血管收縮，通過(guò)給予高脂飲食誘導(dǎo)的高血壓模型大鼠中，發(fā)現(xiàn)給予PI3K抑制劑LY294002后小鼠24 h時(shí)平均動(dòng)脈壓顯著降低，說(shuō)明LY294002具有較好的降壓作用［20］。許多研究也證實(shí)PI3K抑制劑可以顯著降低血壓，從而說(shuō)明了PI3K/AKT信號(hào)通路在調(diào)節(jié)高血壓中的作用［19-20］。

PI3K/AKT與心肌缺血/再灌注損傷

心肌缺血是導(dǎo)致心肌梗死后嚴(yán)重預(yù)后不良的重要因素。心肌缺血是指在多種病因作用下導(dǎo)致心臟的血液供應(yīng)不足或因心臟的血液灌注不良而引起心肌細(xì)胞和周圍組織損害，最終導(dǎo)致心功能不全。介入治療及溶栓等技術(shù)的應(yīng)用降低了心梗病死率，但也可能引發(fā)嚴(yán)重的心肌缺血/再灌注損傷，如心肌細(xì)胞死亡和心臟功能惡化，導(dǎo)致慢性心力衰竭。PI3K/AKT在心肌缺血發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎性反應(yīng)、血管生成，參與心肌缺氧缺血損傷的病理生理進(jìn)程。

心肌缺血時(shí)，心臟結(jié)構(gòu)和功能受損，心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放，心肌細(xì)胞內(nèi)ROS增多，同時(shí)線粒體蛋白表達(dá)增加、氧化應(yīng)激增強(qiáng)和凋亡信號(hào)增強(qiáng)，最終導(dǎo)致心臟功能損傷。既往研究發(fā)現(xiàn)在小鼠心肌梗死后模型的不同時(shí)間點(diǎn)，其AKT和p-PI3K蛋白表達(dá)水平在不同時(shí)間點(diǎn)均呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化［21］。研究發(fā)現(xiàn)，激活PI3K/AKT通路可增加細(xì)胞增殖和遷移，降低凋亡和壞死，降低氧化應(yīng)激水平，促進(jìn)VEGF表達(dá)；而抑制PI3K/AKT后可降低VEGF、VEGF/VEGFR等血管生成因子表達(dá)［21-22］。此外，在小鼠心肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)PI3K能抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體的活性和血管舒張相關(guān)蛋白1的水平增加，而PI3K基因敲除則抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移［23］；在培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)PI3K能增強(qiáng)內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖和遷移能力。

缺血-再灌注過(guò)程中，氧化應(yīng)激是心肌缺血損傷的重要機(jī)制［24］。因此，改善心臟氧化狀態(tài)、抗氧化能力可以減少缺血性心臟病發(fā)生、發(fā)展。研究表明，抗氧化劑（如谷胱甘肽）可以通過(guò)PI3K/AKT通路增加線粒體功能進(jìn)而提高細(xì)胞的抗氧化酶活性，進(jìn)而改善心肌代謝和細(xì)胞存活。缺氧-復(fù)氧過(guò)程中PI3K/AKT通路表達(dá)增加，心肌組織內(nèi)的ATP水平升高、活性氧生成減少［25］；在心肌細(xì)胞缺血-再灌注損傷后，PI3K/AKT通路表達(dá)降低；抑制該通路可以減少缺血-再灌注損傷后心肌的凋亡。因此我們認(rèn)為，保護(hù)線粒體功能、抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)以及調(diào)節(jié)該信號(hào)通路可能是減輕心肌缺血損傷的重要途徑，由此出假設(shè)：PI3K/AKT信號(hào)通路可通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體功能及抗凋亡機(jī)制改善缺氧-再灌注損傷后的心肌細(xì)胞凋亡。

PI3K/AKT信號(hào)通路在缺血-再灌注損傷中起到重要作用，是心肌損傷的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制之一，其過(guò)度激活會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。同時(shí)也參與了缺氧-復(fù)氧過(guò)程中血管生成和氧化應(yīng)激反應(yīng)等過(guò)程，這些病理生理過(guò)程與心肌梗死等心血管疾病發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，通過(guò)干預(yù)PI3K/AKT信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)血管生成和炎性反應(yīng)從而達(dá)到治療作用是未來(lái)的研究方向。

PI3K/AKT與心房顫動(dòng)

心房顫動(dòng)是一種常見(jiàn)的心律失常，嚴(yán)重的房顫可以引起血栓栓塞、心衰等并發(fā)癥。心房顫動(dòng)患者左心室中膜的β-細(xì)胞功能失調(diào)、心臟組織病理學(xué)改變、心肌細(xì)胞肥大、纖維化和線粒體結(jié)構(gòu)和功能異常以及心房電生理特性的改變等。研究發(fā)現(xiàn)，該信號(hào)通路在心房顫動(dòng)發(fā)病中的機(jī)制主要包括：（1）抗氧化應(yīng)激，PI3K信號(hào)通路通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激保護(hù)細(xì)胞，抑制凋亡和損傷；（2）促進(jìn)炎性反應(yīng)和纖維化；（3）對(duì)心肌細(xì)胞的影響，通過(guò)誘導(dǎo)炎性反應(yīng)促進(jìn)心房顫動(dòng)的發(fā)生［25］。

AKT是體內(nèi)唯一能被轉(zhuǎn)化為p38α蛋白激酶的蛋白質(zhì)，也是最重要的核受體家族之一，可通過(guò)激活PI3K/AKT信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞蛋白合成。有研究發(fā)現(xiàn)，抑制AKT活性能抑制心房顫動(dòng)患者左心室肌纖維中膠原蛋白和肌蛋白纖維的降解以及心房顫動(dòng)發(fā)生發(fā)展過(guò)程中心臟電生理特性相關(guān)蛋白表達(dá)的改變；AKT活性能顯著增加心室肌細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)心肌肥大和纖維化發(fā)生；AKT活性能顯著抑制心房去極化后心肌細(xì)胞鈣超載并增強(qiáng)其凋亡；AKT活性能顯著降低心房去極化后心律失常的發(fā)生率及房顫心室率［25-26］。

PI3K/AKT信號(hào)通路在心臟組織中通過(guò)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子的穩(wěn)態(tài)來(lái)調(diào)控心室重構(gòu)。Ezeani和Prabhu［26］研究發(fā)現(xiàn)，PI3K激活后能通過(guò)直接抑制鈣離子通道蛋白Cav1.2的表達(dá)和Cav1.4來(lái)降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，抑制細(xì)胞外鈣負(fù)荷。而心房肌細(xì)胞和心室肌干細(xì)胞內(nèi)過(guò)多的鈣離子能夠激活A(yù)KT，導(dǎo)致線粒體鈣超載，誘發(fā)心肌損傷。AKT對(duì)心肌細(xì)胞的作用與PI3K類似，也是調(diào)節(jié)心臟細(xì)胞增殖、存活、分化以及功能的重要信號(hào)分子。與PI3K不同的是AKT可通過(guò)抑制心肌細(xì)胞凋亡來(lái)調(diào)節(jié)鈣離子代謝［27］。晚期鈉電流異常由心臟鈉通道突變引起已成為導(dǎo)致房顫的重塑因素。Ko等［28］研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)抑制晚期鈉電流可防止快速間隔誘導(dǎo)的心房肌細(xì)胞重塑，從而抑制心室重構(gòu)。而PI3K/AKT信號(hào)通路的過(guò)度激活能夠促進(jìn)心室重構(gòu)，在體外培養(yǎng)的人心臟成纖維細(xì)胞中過(guò)多激活PI3K/AKT信號(hào)通路能使成纖維細(xì)胞的纖維化水平顯著增加，促進(jìn)纖維化的發(fā)生、發(fā)展和心室重構(gòu)。

PI3K/AKT信號(hào)通路在心房顫動(dòng)中的作用還不十分清楚，對(duì)其作用機(jī)制也了解甚少。尚不清楚如何調(diào)節(jié)PI3K/AKT的磷酸化程度，以及如何防止PI3K/AKT在調(diào)節(jié)不同的下游目標(biāo)時(shí)出現(xiàn)相反的效果。因此，PI3K/AKT信號(hào)通路參與房顫的發(fā)病機(jī)制包括心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能障礙、細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)等，具體的分子機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

總結(jié)與展望

PI3K/AKT信號(hào)通路是一個(gè)多因子、多環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)的多通路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)心臟具有雙向調(diào)節(jié)作用（既對(duì)心血管系統(tǒng)有促進(jìn)作用，又對(duì)心血管系統(tǒng)有抑制作用）。通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路中多種受體亞型介導(dǎo)參與的心血管疾病發(fā)病機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。相信隨著科學(xué)的發(fā)展，未來(lái)我們將會(huì)對(duì)PI3K/AKT通路有更深入地認(rèn)識(shí)，為臨床治療提供新的理論依據(jù)。

作者貢獻(xiàn)聲明趙嘉昊：實(shí)施研究，起草文章，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱；商雪：采集數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱；?；?、李昕璽：分析/解釋數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱；徐會(huì)圃：分析/解釋數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，行政、技術(shù)或材料支持，指導(dǎo)，支持性貢獻(xiàn)