PTEN 基因调控信号通路与肺纤维化研究进展

刘 青综述，何振华，张秀峰审校（南华大学附属第二医院呼吸内科，湖南衡阳421000）

肺纤维化是一种慢性弥漫性肺间质的炎症性疾病，主要以成纤维细胞增生和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）沉积为主要病理特征，最终导致肺组织结构的异常重塑[1]，呼吸衰竭而死亡。其发病率、死亡率逐年升高，但其发病机制至今仍不明确，涉及多信号通路调控及多因子相互作用过程。近年来研究发现，第10号染色体同源丢失性磷酸酶-张力蛋白基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN）除了在肿瘤中有重要作用外，在肺纤维化中的作用也日益重要，其机制可能与负性调控一系列信号通路，调节细胞的增殖、分化及血管生成有关。

1 PTEN 基因概述

PTEN 基因是继p53 后一个新的重要抑癌基因，于1997 年被发现，位于人第10 号染色体q23.3 区，长度为200 kb，由9 个外显子和8 个内含子组成，其基因产物为具有蛋白和脂类双重作用的磷酸酯酶，也是目前发现的第1 个具有磷酸酶活性的抑癌基因。PTEN 基因在多器官（如肺、心脏、肝脏、肾脏、胃肠道及皮肤、中枢神经系统等）中均有表达[2]，说明其可能参与了体内多种生理和病理过程，能使三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）脱磷酸后转变成二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）而发挥重要作用。目前发现，PTEN 基因不仅参与了细胞分裂、肥大、增殖、侵袭、黏附、ECM 代谢及炎性反应等过程[3]；而且还参与了调控多条细胞信号通路，其中可通过调控磷脂酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B（phosphatidy linositol-3 kinase/protein kinase B，PI3K/Akt）途径、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）、黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）等途径调节细胞生长、增殖及转移，而PI3K/Akt信号通路是其中最重要的通路之一，其激活可负性调控细胞增殖和分化[4]。

2 信号通路与肺纤维化

前期研究发现，PTEN 基因的突变或表达缺失除了与肿瘤侵袭及转移相关外[5]，还在肺纤维化中有一定意义。目前，肺纤维化的发病机制不明确，涉及多信号传导通路，如PI3K/Akt、FAK、MAPK、金属基质蛋白酶类（matrix metalloprote inases，MMPs）以及血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）等因素的相互作用，导致肺成纤维细胞增殖、ECM 沉积、血管增生，促进肺纤维化形成。而PTEN 基因也可调控上述细胞信号传导途径，从而调节细胞生长、增殖、迁移及血管生成，发挥抗肺纤维化作用。

3 PTEN 基因通过调控以下信号通路参与肺纤维化的发病过程

3.1 PTEN 基因调控PI3K/Akt 信号通路参与肺纤维化 PI3K/Akt信号通路是参与肺纤维化信号传导的重要通路，可调节肺成纤维细胞增殖及ECM 沉积。在肺纤维化患者的肺组织中，用免疫组化方法发现，肺纤维化部位活性PI3K 和磷酸化蛋白激酶B（phosphatidy-protein kinase，p-Akt）表达增加[6-7]，而患者肺成纤维细胞的PTEN 基因酶活性下降，从而导致PI3K/Akt 信号通路激活，肺成纤维细胞增殖[8-9]。最近也有研究发现，脂多糖下调PTEN 基因表达后，激活PI3K/Akt 信号途径，促进肺成纤维细胞增殖[10]。相关研究发现，纯化的PTEN 基因能使PIP3 脱磷酸后转变成PIP2，从而抑制PI3K/Akt 信号通路，使Akt 活性下降，促进细胞凋亡[11-13]。有研究发现，PIP3 也是部分常见的生长因子，如表皮生长因子-1（epidermal growth factor 1，EGF-1）、TGF-β、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）等信号的第二信使，而这些生长因子也参与了肺纤维化的形成，因此，其激活的信号可促进肺成纤维细胞增殖、胶原蛋白合成及抑制细胞凋亡。由此可知，PTEN 基因可通过调控PI3K/Akt 信号通路参与肺纤维化的形成。

3.2 PTEN 基因的表达可抑制MAPK 中细胞外信号调节激酶（extraccellular signal regulated kinase，ERK）的活化而发挥抗纤维化作用 MAPK 信号通路也参与了肺纤维化的形成，是介导细胞反应的一条重要信号通路，其共有4 条信号传导通路：p38 丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinase，p38MAPK）、ERK 和ERK5/大丝裂素活化蛋白激酶1（big map kinase1，BMK1）、c-Jun 氨基末端激酶（c-jun amino-terminal kinase，JNK）/应激酶活化的蛋白激酶（stress-activated protein kinase，SAPK）。而ERK 是其中一条调控细胞增殖、凋亡极为重要的信号通路，有研究表明，ERK 信号通路也参与了肺纤维化的形成。在博莱霉素（bleomycin，BLM）诱导的大鼠肺纤维化模型中检测到大鼠肺组织各时间点ERK1、ERK2 的表达较对照组明显增多，且磷酸化ERK1/2 的表达也明显增高，由此可知，信号蛋白ERK1/2 不仅参与了肺纤维化早期的肺泡炎性阶段，还参与了纤维化终末阶段[14]。Fubini 等[15]研究发现，晶状体二氧化硅颗粒及其活化细胞产生的活性氧簇可导致细胞及肺损害，而该过程中涉及细胞活化的信号传导通路，包括MAPK/MEK 和ERK，该通路的活化可增加特定转录因子——核因子κB（NF-κB）和转录因子-1（activator protein 1，AP-1）的活化。由此可证明，ERK 信号通路在纤维化发病过程中具有一定作用。若阻断该通路，可抑制细胞增殖、促进细胞凋亡，从而发挥抗肺纤维化的作用。而PTEN 基因能有效抑制ERK 激活，从而抑制细胞的生长、增殖、分化[16]，其主要作用机制：（1）PTEN 基因可选择性抑制MAPK 中ERK1/2 活性，不受整合素及生长因子的影响[17]，而反义PTEN 基因可明显提高ERK 磷酸化水平；（2）PTEN 基因可使SH2 包含蛋白（SH2 containing protein，Shc）去磷酸化，减少Grb 相关结合蛋白（Gab）的招募，抑制Gab 与Shc 之间的相互结合，从而抑制ERK 信号通路[18]。因此，PTEN 基因可通过选择性抑制ERK信号途径，从而阻断MAPK 信号传导途径，抑制细胞增殖，这可能是治疗肺纤维化疾病的另一条重要途径。

3.3 PTEN 基因能抑制整合素连接激酶（integrin-linked k-inase，ILK）而抗肺纤维化 在肺纤维化形成过程中，肺成纤维细胞增殖、ECM 合成依赖于整合素介导的细胞黏附和信号传导通路。然而，ILK 可调节整合素介导的细胞黏附和信号通路，在肺纤维化过程中发挥重要作用。有研究发现，PTEN 基因高表达能抑制ILK，阻止肺纤维化进展[7]，而PTEN 基因低表达或功能缺失将影响肺成纤维细胞整合素信号传导途径，导致肺成纤维细胞增殖[19]。提示PTEN 基因可能通过抑制ILK 而发挥抗肺纤维化作用[20]，其具体作用机制目前仍不明确，有待进一步探讨。

3.4 PTEN 基因与促血管新生因子 近年来，血管生成在肺纤维化中的作用逐渐受到重视[21]。1963 年有学者首次在肺纤维化患者肺组织中发现纤维化区域肺微血管明显增加及血管重构明显，血管的生成还可导致炎性反应。在肺纤维化的肺组织中，因血管重构及血管重新分布导致间质增厚，气体交换明显减少[22]。由此证明，异常的血管重构在肺纤维化的发病过程中可能具有重要作用。血管生成过程受多种血管生成刺激因子的调节，其中VEGF 是主要的调节因子，当机体缺氧时缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）被激活，可促进VEGF 的表达，而VEGF 可特异性作用于血管内皮细胞，从而具有促进血管生成的作用，增加血管通透性；VEGF 表达增加，还可促进内皮细胞表达MMP-2 和MMP-9，促进细胞生长[23]。BLM 诱导的小鼠肺纤维化中成纤维细胞VEGF表达明显增加，且血清VEGF 水平与肺纤维化的发生率呈正相关。因此，血管新生是纤维化修复的推动因素，早期阻断异常血管生成有可能防止肺纤维化的发生或延缓肺纤维化的进展。

目前研究发现，PTEN 基因表达缺失或突变可使多种促血管新生因子表达增加，促进肿瘤血管新生，从而促进肿瘤侵袭和转移[24-26]。这些促血管新生因子主要包括VEGF、血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）、HIF-1、血管生成素（angiopoietins，Angs）及多种MMPs 等[23]。PTEN 基因表达增多可抑制肿瘤中促血管生成因子的生成，抑制血管新生过程。近来研究表明，在肝癌细胞中，促进PTEN 基因表达可阻断PI3K/Akt信号通路，从而抑制MMP-2、MMP-9 和VEGF，抑制肝癌细胞生长及转移[27]。而在肺纤维化血管新生过程中同样存在这些促血管生成因子，因此，PTEN 基因也可通过抑制促血管生成因子的生成，从而抑制肺纤维化进展，其作用机制可能存在如下几点：（1）VEGF与VEGFR 结合激活PI3K/Akt 信号通路后作用于下游靶蛋白，进而促进VEGF 的合成[23-26]。而PTEN 基因还可通过抑制PI3K/AKT信号传导通路，使VEGF 等促血管新生因子合成减少，从而抑制血管新生[23-28]。（2）活化的Akt 及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白可增加内皮细胞VEGFR 的表达，促进血管新生[28]。PTEN 基因可通过以上机制抑制血管新生，而血管新生除了在肿瘤中有重要地位外，也是肺纤维化形成过程中的一个关键环节， 因此推测，PTEN 基因可通过抑制血管新生为治疗肺纤维化带来新的希望。

4 PTEN 基因与肺纤维化的关系

肺纤维化发病机制复杂，是多信号传导途径、多细胞因子相互作用形成的过程，有研究表明，肺纤维化病理过程中涉及PTEN基因功能的缺失。White 等[29]从肺纤维化患者的活检肺组织中发现PTEN 蛋白表达减少，在PTEN-/-基因中α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达、成纤维细胞及ECM 胶原蛋白均增加，而将PTEN重组基因转染PTEN-/-基因后发现，α-SMA 表达、成纤维细胞增生及ECM 胶原蛋白明显减少，证实在体内抑制PTEN 基因表达可促进肺纤维化，而PTEN 基因表达增加可抑制肺成纤维细胞增生。White 等[30]研究发现，在肺纤维化患者肺组织中，肺成纤维细胞中PTEN mRNA 转录、蛋白表达及磷酸酶活性均低于正常肺成纤维细胞，表明PTEN 基因参与了肺纤维化的发病过程，其低表达可促进肺纤维化的发生，而PTEN 基因高表达可发挥抗纤维化作用，但具体调控机制及作用靶点并不明确，有待进一步研究。

5 结语与展望

肺纤维化发病机制复杂，目前尚缺乏有效治疗措施，如何遏制肺纤维化进展仍为世界难题。PTEN 基因具有广泛的作用，目前，其与肺纤维化疾病的相关研究不多，但已初步证实PTEN 基因参与了肺纤维化发病过程，但其机制不明确，可能通过调控PI3K/Akt、MAPK、ILK 等信号传导通路及促血管新生因子等阻止肺纤维化的进展，但其具体作用机制有待进一步深入研究。PTEN基因的生物治疗有望为肺纤维化治疗提供新的科学理论依据，用于临床治疗肺纤维化患者。因此，进一步研究PTEN 基因在肺纤维化中的作用靶点和具体作用机制，对肺纤维化治疗可能提供新的靶点。

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