心衰与PI3K-Akt-GSK3β通路的关系及中医药的研究进展*

2016-01-29薛一涛焦华琛陈炜刘鹏崔文竹山东中医药大学附属医院山东济南50000山东中医药大学山东济南50000

中国中医急症 2016年6期

薛一涛焦华琛陈　炜刘　鹏崔文竹（.山东中医药大学附属医院，山东济南 50000；.山东中医药大学，山东济南 50000）

薛一涛1焦华琛1陈炜2刘鹏2崔文竹2
（1.山东中医药大学附属医院，山东济南 250000；2.山东中医药大学，山东济南 250000）

近年来，慢性心衰的心肌重构受到了医学工作者的广泛认识。而心室重构发生的分子生物学机制尤其是信号转导途径中的磷脂酰肌醇-3激酶-丝氨酸苏氨酸蛋白激酶-糖原合成激酶3β（PI3K-Akt-GSK3β）通路一直是临床及科研的热点。并且成为近年来对在心力衰竭发病机制及治疗作用靶点的研究重点。随着中医药的现代化研究发展，中药干预心衰大鼠信号转导途径的研究也取得了一定的研究成果。

慢性心力衰竭PI3K-Akt-GSK3β通路GSK3β因子信号转导途径中医药研究

慢性心力衰竭（CHF）是一种复杂的临床综合征，是各种心脏病的严重阶段，其发病率在我国达到0.9%，发达国家达1%～2%，其4年死亡率达50%，与恶性肿瘤相仿，随着我国居民生活水平的提高，饮食习惯的变化，近期心衰的发病率将继续增长，尽管心力衰竭的治疗有了很大的进展，心衰患者的死亡数仍在不断的增加［1］。心室重构是导致慢性心衰不断进展的生理病理基础［2］。心室重构尽管是心力衰竭失代偿前的一种代偿性反应，但它同时也增加了死亡率，因此防止心室重构的发生具有重要的临床意义。心室重构是由于一系列复杂的分子和细胞机制造成心肌表型、结构及功能的变化［3］，目前研究表明有多种因素参与其中，包括细胞因子的活化、神经内分泌系统的激活、细胞信息传递通路的改变、基因表达的异常及多种基因之间的相互作用等途径。

PI3K-Akt通路与生长、增殖密切相关，在促进细胞生长、抑制细胞凋亡、维持细胞生存等机制中具有重要作用，是一种重要的内源性心肌肥大调节通路［4］。动物体内外的多种实验已经证实药物处理及缺血预适应，可通过激活此信号途径，改善心脏收缩舒张功能，并能抑制细胞凋亡［5］。内源性的GSK3β因子可以持久性防止肥厚的发生［6］。PI3K-Akt激活后可以使GSK3β磷酸化，从而使GSK3β灭活，抑制GSK3β，导致心肌重构的发生［7］。近年来随着研究的不断深入，人们对心衰与PI3K-Akt-GSK3β的关系以及中医药研究的发展的认识不断完善，现综述如下。

1　PI3　K-Akt-GSK3　β通路

PI3K-Akt的活性调节，PI3K是胞内磷脂酞肌醇激酶的一种，它是许多生命活动中关键的信息分子。当受到生长因子和信号传导复合物（成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子、血管位蛋白I、胰岛素等）激活。PI3K有3类，研究最广泛的是Ⅰ类，由1个调节亚基和1个催化亚基组成，一般被称为p85和p110，两个亚基结合后具有活性可磷酸化PI肌醇环的第3位碳原子（位点3对细胞功能有重要的影响），质膜上产生第2信使PIP3，同时PIP3使二磷酸肌醇转化为三磷酸肌醇，三磷酸肌醇促使PDK（磷酸肌醇依赖的蛋白激酶）活化，活化的PDK使细胞内信号蛋白Akt激活。Akt（丝氨酸苏氨酸蛋白激酶家族成员，也称为蛋白激酶B）是PI3K下游的信号分子，Akt结构有3部分组成：一个PH结构域，一个中央催化结构域，一个调节域，另外有两个保守化磷酸位点，可被磷酸激酶激活。Akt家族成员有Akt1、Akt2、Akt3 3种，均参与下游底物的活化，其中以Akt2的作用为主，是能够维持细胞正常功能和促进细胞生存的关键信息分子。静止的细胞中Akt位于细胞浆内，细胞受特异性刺激后，Akt由细胞浆转移至细胞膜内侧，Akt磷酸化为PAkt，离开胞膜移向细胞核，发挥其生物学功能，如减少凋亡、促进细胞生长［8］，在心脏中表现为保护性心肌细胞增殖及纤维化。周珊珊、魏岩等对CXLC16诱导平滑肌增殖实验显示，CXLC16可通过激活PI3K-Akt通路，从而诱导大鼠主动脉平滑肌细胞增殖［9］。

激活的Akt可以通过磷酸化作用激活或抑制其下游靶蛋白主要有：Caspase9、Bad、Forkhead、NF-κB、mTOR、P21Par-4、GSK3β等，从而调节多种生长因子、胰岛素等诱发的细胞生长或抑制凋亡，经多种途径干预细胞存活或凋亡，是重要的细胞生长调节因子［10］。另外还有证据表明PI3K-Akt通路能刺激葡萄糖摄取和GLUT4转位，且可以在3T3-L1细胞中诱导脂肪细胞的分化，通过磷酸化一个mRNA翻译的抑制因子4E-BP1，使后者失活［11］。

GSK3β是一种独一无二的丝氨酸/苏氨酸激酶，是公认的PI3K-Akt在体内的直接底物，可通过调控糖原合成酶（GS）使糖原合成活化。但是目前研究发现GSK-3β广泛参与各种细胞功能的调节，包括细胞周期、凋亡的调节和细胞骨架完整性的维持。关于细胞内GSK-3β的调节机制目前尚未明确，最新研究发现，GSK-3β可抑制线粒体通透性转运孔道（MPTP）的开放，从而使线粒体膜的通透性增大，引起结构的损害，使凋亡启动因子、诱导因子从线粒体内释放，细胞凋亡［12］。

心室重构的刺激因子（β肾上腺素、Fas、内皮素-1）都可通过抑制GSK3β，从而导致心室重构［13］。同时也有研究显示，GSK3β因子激活的转基因小鼠（通过心脏特异性的过表达实现），可以抑制心肌肥厚的刺激因子引起的心肌肥厚，也可部分防止能引起心肌肥厚的钙磷酸酶的激活［14］。GSK3β同时也是Wnt通路的一个靶点，可被被磷酸化后泛素化降解。Wnt通路可参与胚胎的发育、干细胞的更新分化，因此在组织器官的发生中有重要作用，其中就包括了在心脏形成、发育过程中的作用。

GSK3β通过多种机制发挥阻止心肌肥厚的作用，目前认为有以下几种形式。磷酸化转录因子：NFAT［15］、c-Jun［16］、c-myc［17］、cyclinD1［17］、GATA4［18］，其中GATA4因子可调控心肌肥厚时 ANP、BNP、β-MHC、cardiac troponin I、ATl等的基因表达，可广泛影响心衰时心室重构。磷酸化eIF2B从而抑制蛋白质转录，达到抑制蛋白质合成的效果。磷酸化糖原合成酶，从而抑制糖原的合成。综上，GSK3β因子可以达到抑制心衰心室重构的作用。

目前认为心衰的病理生理变化主要有以下几个方面［19］。1）代偿机制：通过增加心脏前负荷，从而使回心血量增多，代偿性的增加心脏排血量；神经体液系统，具体表现为交感神经兴奋、RAAS激活；心肌肥厚。2）心室重塑：心肌细胞、胞外基质、胶原纤维网等可发生相应的变化，表现为心肌细胞减少及纤维化。3）舒张功能不全。4）体液因子的改变。心肌肥厚作为心衰后主要的形态学改变，虽然能暂时使心肌收缩力增强，使心排血量维持正常，但使心肌顺应性降低，最终导致心脏的失代偿，因此抑制心衰过程中代偿性的心肌肥厚，在治疗心衰、改善预后方面有着重要的作用。但目前治疗心衰的药物在抑制心肌肥厚方面的作用较为有限，新型信号转导通路靶向药物成为治疗心衰的希望。在过去人们的研究重点主要集中在正性介导的心肌肥厚信号途径，此类药物主要包括：ACEI、β-AR等。所以研究负性调节心肌肥厚通路有着良好的前景。目前对心肌肥厚，心肌细胞信号转导通路并未达成共识，作为负性调节通路之一的PI3K-AKT-GSK3β通路成为近年来研究的热点。

众所周知，PI3K-Akt信号通路是参与细胞增殖调控的重要通路，是许多生命活动中的关键信号分子，PI3K-Akt介导的信号通路调节细胞的分裂、分化、凋亡等活动，在促进细胞生长，抑制细胞凋亡方面起到了重要的作用。在心衰的作用方面表现为：在受到一定阈值的压力负荷或因子刺激后，可激活心肌细胞，导致心肌细胞生长及心肌肥厚［20］。而GSK3因子，作为PI3KAkt信号通路比较明确的下游信号因子的重要的一种，可分为GSK3α、GSK3β，但GSK3α缺乏特异性检验试剂，研究较少，近年来的研究主要在GSK3β因子上。有研究表明在β肾上腺素因子调控的心室重构中，PI3K-Akt-GSK3β通路起到了主要的作用［5］。另外，张妍等［21］在高血压引起的心肌肥厚研究中发现Akt、GSK3β的表达与高血压引起的心肌肥厚具有相关性。GSK3β具有抑制心肌肥厚，改善心室重构的作用［22］。GSK3β因子的一个特性是在非刺激状态下的酶催化特性，在PI3K-AKT激活后，Akt可磷酸化GSK3β，从而使GSK3β因子灭活，导致心肌肥厚的发生。

2　中医药对心衰研究的进展及对PI3　K-AKT-GSK3　β通路研究的进展

心衰的主要临床表现为呼吸困难、体力活动受限、水肿。中医古文献中未对心衰有过专门记载，但与心悸、哮喘证、水饮、胸痹等疾病有许多相通之处。随着现代医学的发展，中医学对心衰的认识也逐步深入，形成了一套专门的辨证理论，且随着中医药的现代化研究，越来越多的中药应用到临床中，并取得了显著疗效。

目前认为心衰的病因［23］主要为心病迁延日久或气血阴阳亏损，进而导致脏腑功能失调、气血水运行不畅，最终致使水湿瘀结、气机不畅。气虚、血瘀、水停为心衰的主要病机。病位主要在心，与肺、脾、肾3脏密切相关，气血水相互为病。

心衰的治疗，不同流派、不同医家的治疗方法、辨证分型不尽相同，根据患者的症状、体征，辨证治疗。治疗原则为补虚泻实。目前主要的治疗方法有：益气温阳、泻肺平喘、利水消肿、逐瘀通脉。我国中医学者在心衰治疗的临床研究中取得了长足的进展。如：吴致安等应用西药基础治疗+益气温阳的芪红汤，治疗慢性心力衰竭35例，临床观察总有效率达85.71%，与单独应用西药的60.00%，有显著性差异（P＜0.05）［24］；邹烈寰应用泻肺平喘法治疗CHF 40例，与单独应用西药的对照组比较，可明显改善心衰症状，提高射血分数（P＜0.05）［25］；张丽花用五苓散加减治疗心力衰竭2周至1个月，通过临床疗效观察，并与西药对照组对比，证明五苓散治疗充血性心衰可显著改善心功能［26］；丁小溪用益气活血通脉的强心通脉汤对50例气虚血瘀型的慢性心衰患者进行4周的治疗，发现LVDD、LVEF、BNP等指标均比单独应用西药治疗的对照组改善程度明显（P＜0.05）［27］。以上临床试验都表明了中医药在心衰治疗中独特的优势，并且随着中医药疗效的证实，越来越多的中成药，如芪苈强心胶囊、芪参益气滴丸等，均应用到了心衰的临床治疗中，且疗效得到了广泛的认可。

随着西方医学的崛起、实验动物学的发展及现代检测手段的进步，中医药不再拘泥于基础的临床研究，积极引进现代实验动物学的研究手段，通过不同的方向对治疗心衰的中药进行研究，使中医药对心衰血流动力学、神经内分泌因子、基因蛋白表达、细胞信号转导通路有了进一步的认识。

祝光礼等对腹主动脉造成心衰模型的大鼠，采用颈动脉插管的方法采集参数，来观察参附强心合剂对大鼠血流动力学的影响，并与服用苯那普利、倍他乐克的西药组进行对比，实验发现各项指标（LVSP、+dp/dtmax、-dp/dtmax、Vmax，LVEDP）中药组与西药组比较并无明显差异（P>0.05）［28］。

汤琪等把80名心衰患者随机分为实验组、对照组，分别给予温阳方汤剂+西药、单纯西药治疗，治疗5个月后定量分析神经内分泌指标NE、IL-18的变化。结果显示治疗组明显优于对照组（P＜0.01），表明温阳方可降低心衰患者交感神经系统活性，减少肾上腺素释放，进而减低心肌耗氧量，改善心衰患者的预后［29］。

张晓华采用对大鼠腹腔注射阿霉素及剥夺睡眠的方法造成心衰模型，并分为空白组、模型组、芪苈强心低、中、高剂量组，干预4周以后观察各组大鼠血浆中AVP的浓度，应用免疫组化、Western-blot检测肾组织近髓部血管加压素V2受体、AQP2蛋白表达情况，用rt-PCR方法来检测肾组织近髓部血管加压素V2受体、水通道蛋白2 mRNA相对表达量的变化情况。最后结果显示高、中剂量组可明显减弱肾脏组织V2R、AQP2蛋白表达及mRNA相对表达量［30］。

林鑫用注射阿霉素的方法造成心衰模型，把60只大鼠随机分为对照组、模型组、卡托普利组、复心汤低剂量组和复心汤高剂量组，药物干预6周后取心肌应用：ELISA法检测血清TNF-α水平；HE染色法观察大鼠心肌组织形态学改变；SP法观察心肌Caspase-8、Bcl-2蛋白的表达情况［31］。实验结果显示，复心汤高剂量组对大鼠心功能改善明显，且与卡托普利组疗效相当；复心汤高剂量组血清TNF-α降低明显，且与卡托普利组相当（与其他组比较均P＜0.05）；模型组大鼠心肌组织受损较严重，且各药物治疗组心肌组织受损改善；复心汤高剂量组大鼠心肌组织Caspase-8、Bcl-2蛋白表达量降低明显，且与卡托普利组相当［与其他组比较均（P＜0.05）］。最终得出复心汤治疗心衰与血清TNF-α、心肌组织Caspase-8、Bcl-2蛋白表达有关的结论。

目前，中医药对PI3K-Akt-GSK3β通路的研究主要集中在肿瘤学、肝纤维化方向上，在心衰方面，中医药对PI3K-Akt-GSK3β通路的研究甚少。但现代西医学在心内科方面已经展开了对PI3K-Akt-GSK3β的通路的研究，特别是在心肌缺血再灌注诱导心肌细胞凋亡方面，如：张卫卫等通过以I/R I诱导心肌细胞凋亡，然后用PI3-K特异性的抑制剂LY294002进行干预［32］。并分为正常对照组、I/RI组、I/RI+DIDS组和I/RI+DIDS +LY294002组。通过MTT比色法、Hoechest-33258染色和半胱天冬蛋白酶-3试剂盒以及Western-blot方法分别检测：心肌细胞的存活率（%）、细胞核的形态变化和Caspase-3活性、Akt的磷酸化。根据实验结果可得出结论，DIDS可通过激活PI3-K/Akt信号通路减弱I/RI诱导的心肌细胞的凋亡。在心衰方面也有了较多的研究如：穆灵敏等［8］把大鼠随机分为实验组、对照组，实验组给予异丙肾上腺素诱导心衰心肌肥厚模型，对照组不予处理，1周后取大鼠心肌组织，切片，HE染色，显微镜观察变化，并用免疫组化的方法观察PI3K、Akt表达及分布。实验结果示，实验组大鼠心肌较对照组明显肥厚，实验组PI3K、Akt表达增加，差异均具有统计学意义（P<0.05）。PI3K-Akt可能是导致心肌肥厚的机制之一。

3　展　望

现代医学研究都表明，心衰心肌肥厚与PI3KAkt-GSK3β有着一定的联系并且此方面的研究在不断地增多、深入，但中医药在心衰方面此通路的研究较为欠缺。心衰心肌肥厚的机制尚不明确，所以研究中医药对PI3K-Akt-GSK3β通路的影响，有助于阐明中医药治疗心衰心肌肥厚的具体机制，从而研发出副作用更小的靶向性药物，为临床治疗心衰患者带来新方法。

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