磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路调控炎症介质表达机制的研究进展*

贾圣男，史家欣 综述，李小民△ 审校

(徐州医学院附属连云港医院：1.急诊科；2.呼吸内科，江苏连云港 222000)



磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路调控炎症介质表达机制的研究进展*

贾圣男1，史家欣2#综述，李小民1△审校

(徐州医学院附属连云港医院：1.急诊科；2.呼吸内科，江苏连云港 222000)

[关键词]磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路；炎症介质；研究进展

炎症性疾病是临床多发常见疾病，如病原体感染引起的感染性疾病，非病原体感染引发的自身免疫性疾病，以及一些肿瘤的流行病学也与长期慢性炎症持续状态关系密切。抗炎与促炎是感染及非感染性炎症性疾病的两个对立面，两者调节的平衡与否推进着疾病的进展，最终影响疾病的结局。因此，研究疾病的促炎与抗炎平衡及其调节机制可为临床疾病的发病机制理清思路，指导疾病的诊断、治疗。

1磷脂酰肌醇-3-激酶简介

磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinases，PI3K)，在静息状态下，是一种位于细胞质的脂质激酶，当细胞表面G蛋白、小G蛋白偶联受体等被激活后，胞内酪氨酸基序磷酸化，从而募集胞质内PI3K至细胞膜，活化的PI3K使膜磷脂磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸(PI-4，5-P2)磷酸化生成磷脂酰肌醇-3，4，5-,三磷酸(PI-3，4，5-P3),磷脂酰-3-磷酸(PIP3)作为第二信使，与含有普列克同源结构域(pleckstrin homology domain，PH)特异蛋白结合并使其活化，将信号传递至下游蛋白[1]。哺乳动物PI3K依据脂质特性和结构不同分为3个亚型，Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，其中Ⅰ类又包含IA与IB，IA由p85调节亚单位(p85α、p55α、p50α、p85β、p55γ)与p110催化亚单位(p110α、p110β、110δ)构成，IB由p110γ组成，其中p85亚单位包含依赖src同源结构域(src homonology domain,SH)的能够结合磷酸化酪氨酸基序的结构域，在调节PI3K的活性中起着主要作用[2]。同时PI3K的活性是受脂质磷酸酶PTEN调节的，PTEN将PIP3去磷酸化，终止由PIP3活化的下游信号蛋白，调节PI3K活性[3]。

2PI3K信号通路家族

PI3K信号通路是一个主要由PI3K、下游磷脂酰肌醇激酶依赖的蛋白激酶1(Phosphoinositide dependent protein kinase1,PDPK1)、蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/AKT)、哺乳动物雷帕霉素靶向的复合物(mammalian target of rapamycin,mTOR)、下游p70S6K、p85S6K和4E-BP及糖原合成激酶-3 (glycogen synthase kinase,GSK-3)等信号转导分子组成的家族,下面就炎症刺激后PI3K信号通路各个信号分子调控相关炎症介质表达及机制进行阐述。

2.1PI3KToll样受体(Toll like receptors,TLRs)是一种主要分布于免疫细胞表面的可以与细菌成分脂多糖、肽聚糖等结合促进免疫细胞产生一系列促炎抗炎因子的受体，是脓毒症等炎性疾病的重要作用受体。有学者最初发现Toll样受体2(TLR2)的胞内区可以募集PI3K[4]，Futosi等[5]进一步发现TLR被激活后，受体胞内磷酸化的酪氨酸与PI3K调节亚单位src同源结构域(Src-homology-2,SH2)结合，活化PI3K催化亚单位，进而使底物PIP2磷酸化成为PIP3，PIP3结合并活化含PH结构域的下游蛋白。Guha等[6]证明脂多糖刺激单核细胞后可激活PI3K及下游蛋白AKT(蛋白激酶B)，伴炎症因子增多，抑制PI3K活性后不仅抑制了AKT活性，还可使促炎因子表达进一步增多伴转录因子核因子κB(NF-κB)p65增多。在大鼠模型中，敲除PI3K p85后，分离的树突细胞表现出增强的Th-1样的免疫反应，丝裂原激活蛋白激酶信号通路(MAPK)活性升高，可生成较多的白细胞介素12(IL-12)。进一步敲除PI3K生理性拮抗剂PTEN的大鼠则表现为促炎因子表达下降伴早期、晚期的MAPK活化减低[7]。

2.2PDPK1是一个含有PH的蛋白激酶，依赖其与PIP3结合并被激活，进而磷酸化自身抑制活化环激活丝氨酸/苏氨酸蛋白家族[8]。PDPK1激活的大部分底物不含PH区域且一般在细胞质中，而AKT却是目前发现的惟一含有PH区域并在细胞膜被活化的激酶，这一作用是由PI3K活化后生成的PIP3与AKT的PH区域结合促使其转移至细胞膜，而PDPK1则磷酸化AKT苏氨酸使AKT被激活。PDPK1催化的底物除了AKT外还包括p70核糖体s6激酶(p70s6k)、p90核糖体s6激酶(p90s6k)等[9]。

变态反应性疾病是指变应原在首次进入机体后使肥大细胞致敏，当其再次进入机体时致肥大细胞脱颗粒，释放一系列炎性介质，如前列腺素类、白三烯、组胺等，在临床上由这些炎性介质引起毛细血管舒张、充血、渗漏等临床表现，其中前列腺素类发挥了重要的作用。肥大细胞释放的前列腺素D2(PGD2)通过将嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、Th2淋巴细胞募集至过敏性炎症部位介导了炎症的促进，而前列腺素E2(PGE2)与E型前列腺素受体4(EP4)结合发挥拮抗上述过敏性炎症的作用。Eva等研究发现PGE2/EP4可以通过PI3K/PDPK1/AKT依赖的方式降低上述致敏炎症因子的释放，还可以减轻嗜酸性粒细胞变形性、趋化性、呼吸爆发，以及钙离子动员能力从而缓解变态反应性炎症[10]。

2.3PKB/AKTAKT也是一个富含普列克同源区域(PH)的激酶蛋白，普列克同源区域是一个由100～120个氨基酸组成的十分保守的四聚体，与PIP3结合，启动一系列的信号转导，包括细胞的生长、存活等。AKT PH区域与PIP3结合后由胞质转移到胞膜内侧面，继而PDPK1将AKT Thr308磷酸化[11]，而AKT Ser473被整合素链接蛋白、AKT自身或mTOR磷酸化激活，从而激活下游的多种靶蛋白，其中包括凋亡启动子插头蛋白转录因子(forkhead transcripton factors,FKHR)和AFX，抗凋亡因子Bcl-2家族成员Bad,环磷酸腺苷(cAMP)反应元件结合蛋白(CREB)，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR),p70S6k，GSK-3β[12]，调控相关转录因子的合成,从而调控细胞因子的表达水平。

Lutay等[13]发现激活原代上皮细胞TLR2、TLR4后，可经过PI3K/AKT依赖的方式增加抗炎因子白细胞介素-10(IL-10)的生成。缺血-再灌注是首先器官组织在移植术、冠状动脉搭桥术及脓毒症等过程中引起组织缺血缺氧，继而再灌注恢复组织血流并使损伤最小化，然而事实上再灌注却加剧了组织损伤和功能不全，二次炎症打击是目前认为的主要致病原因。Yang等[14]用大鼠肾脏缺血-再灌注的实验模型发现激活PI3K/AKT后降低了血清炎症因子TNF-α、IL-8、IL-6的水平，减少血肌酐、尿素氮水平，组织损伤评分减低。Gui等[15]在肝脏缺血-再灌注动物模型中发现石竹素可通过PI3K/AKT磷酸化灭活GSK-3β，从而降低肝脏组织学损伤变化，减少血清中转氨酶、白细胞介素-6(IL-6)水平。在心脏缺血-再灌注损伤中，Yin等[16]证明激活PI3K/AKT后可通过上调核因子相关因子2(Nrf2)增加血红素加氧酶1(HO-1)表达，从而缓解心功能参数、组织学变化、氧化性产物髓过氧化酶及促炎因子TNF-α、IL-1β的生成。

另外，PI3K/AKT还可以通过调控微小RNA(miRNA)表达调节肺部炎症。高度的炎症状态是肺囊性纤维化肺破坏与致病性的一个重要因子，研究发现肺泡巨噬细胞骨架蛋白“小窝蛋白(CAV1)”水平降低是一个重要的致病原因。miRNA是一类可以调控信使RNA(mRNA)转录的核糖核酸，在人类和大鼠囊性纤维化肺组织及肺泡巨噬细胞中miRNA-199a-5p水平升高，这一水平升高是PI3K/AKT依赖的。激活AKT信号通路活性可降低miRNA-199a-5p水平同时恢复CAV1表达，降低囊性纤维化肺组织的高度炎症状态[17]。

2.4mTOR哺乳动物雷帕霉素靶向的复合物,是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可以调节细胞生长和蛋白合成，这主要是通过激活p70S6K及抑制真核起始因子4E结合蛋白(4E-BP1)起作用的。目前已知有两种mTOR复合体mTORC1、mTORC2，而只有mTORC1是对雷帕霉素敏感的，且mTORC1是PI3K/AKT/TSC2(tuberous sclerosis complex2,结节性硬化症复合体2)/Rheb信号通路的下游分子，继而磷酸化下游的p70S6K 和4E-BP1[18]。

mTORC1被生长因子、TLRs激活后，可以通过上调白细胞介素-10(IL-10)的途径负性调节IL-12表达[19]。Wang等[20]应用雷帕霉素抑制mTORC1后，不仅可以减少mTORC1及下游p70S6K、p85S6K磷酸化，而且降低了脂多糖(LPS)刺激的单核细胞GSK3-β磷酸化，致使GSK3-β激酶活性升高，而抑制GSK3-β后对mTORC1、p70S6K、p85S6K活化没有可识别的影响。单核细胞用雷帕霉素抑制mTORC1后LPS刺激后可增加TNF、IL-12生成，同时减少经典抗炎因子IL-10产生，而加用GSK3-β抑制剂后可下调TNF、IL-12并增加IL-10产生，与mTORC1抑制剂雷帕霉素产生相反结果。为了进一步明确mTORC1依赖GSK3-β活性调节促抗炎细胞因子产生，研究者将GSK3-β的9区丝氨酸突变为精氨酸，形成构成性活化的GSK3-β激酶，发现在野生型单核细胞雷帕霉素预处理后LPS刺激可产生大量IL-12，而在突变型细胞中雷帕霉素预处理LPS刺激IL-12并不产生明显变化，IL-10也没有明显降低，可见mTORC1通过GSK3-β调节炎症因子的产生。应用免疫共沉淀技术进一步研究证实，mTORC1下游分子S6K1的其中之一亚单位p85S6K调节GSK3-β活化及下游炎症因子产生。

为进一步探究mTORC1在细胞核内的调控机制，Wang等[20]研究了转录因子 cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREP)与NF-κB p65，CREP需要与cAMP反应元件结合蛋白(CBP)结合调控相关因子的转录，而NF-κB p65与CREP竞争性结合CBP。研究发现应用雷帕霉素抑制mTORC1后LPS刺激细胞，CREB与CBP结合减少、NF-κB p65结合增多。而应用NF-κB p65抑制剂后，可以消除mTORC1抑制后LPS刺激细胞引起的IL-12升高、IL-10水平降低，可见mTORC1途径调控LPS诱导的炎症因子生成是通过调节CREB、NF-κB p65与CBP结合活性引起的。

2.5GSK-3GSK-3包括GSK-3α、β，参与调节一系列的细胞功能，包括细胞的代谢、增殖、分化和生存，因此GSK-3功能不全可导致与其功能相关的一些疾病，包括糖尿病[21]、癌症、炎症[22]、心境障碍[23]与神经退行性变[24]。GSK-3β在调控炎症性疾病中促炎因子与抗炎因子生成的平衡中发挥着至关重要的作用,可以促进促炎因子IL-12、抑制抗炎因子IL-10的表达[25]。GSK-3的抑制剂已经在脓毒症、关节炎、腹膜炎、炎症性肠病、自身免疫性脑炎中被证明发挥着有效的抗炎作用。

GSK-3经丝氨酸磷酸化而被灭活，研究PI3K、AKT发现，二者均可介导由TLRs激活引起的磷酸化并灭活GSK3-β[26]。应用小干扰RNA(siRNA)敲低GSK3-β表达或一系列不同的GSK3-β选择性抑制剂可抑制由TLR2、TLR4、TLR5、TLR9活化的单核细胞产生IL-1β、IL-6、TNF-α和IL-12[19]，Wang等[20]发现GSK3-β受mTORC1调控进而调节CREB、NF-κB p65与CBP结合能力，最终调控相关细胞因子的合成。

Tsoyi等[27]通过分别构建PTEN过表达、AKT激酶失活、GSK-3β构成性磷酸化的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)后，TNF-α刺激，发现PTEN过表达不仅降低了AKT磷酸化水平、减少GSK3-β的磷酸化，还抑制了血管细胞黏附分子(vascular cell adherion factor-1,VCAM-1)表达，进一步使AKT失活后GSK-3β磷酸化水平降低，伴VCAM-1水平降低。同时，研究者观察到在静息的细胞中GSK-3β与GATA-6形成复合体，在TNF-α刺激后二者分离，GATA-6与VCAM-1启动子结合，促进VCAM-1合成。可见TNF-α刺激HUVEC后可以通过PTEN/AKT/GSK-3β/GATA-6信号通路调控黏附分子VCAM-1表达。

3小结

总之,细胞表面的G蛋白、小G蛋白偶联受体如TLR被胞外脂多糖等刺激激活后，通过其受体胞内酪氨酸基序募集并激活PI3K至细胞膜，将膜磷脂PI-4,5-P2磷酸化生成PI-3，4，5-P3，PIP3作为第二信使，使 PDPK1/AKT/mTOR/GSK3-β等一系列信号分子活化，进而激活转录因子CREB、NF-κB p65、GATA-6等，从而最终调控相关炎症因子的合成，调节炎症反应的平衡及疾病的发展，影响疾病的结局。因此，深入研究PI3K信号通路在炎症性疾病中的作用及调节机制，不仅有助于了解相关炎症性疾病的发病机制，而且对寻找新的诊断及治疗方法至关重要。

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doi:·综述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.18.041

基金项目：国家自然科学基金(青年基金)资助项目(81300052)；中国博士后科学基金资助项目(2015M570420)；江苏省卫生计生委资助课题(H201558)。

作者简介：贾圣男(1989-)，住院医师，硕士研究生，主要从事脓毒症炎症反应的研究。#共同第一作者：史家欣(1979-)，主治医师，博士后，主要从事急性呼吸窘迫综合征炎症机制的研究。△通讯作者，E-mail:lyglxm1@163.com。

[中图分类号]R392.32

[文献标识码]A

[文章编号]1671-8348(2016)18-2567-04

(收稿日期：2016-01-08修回日期：2016-03-26)