PI3K/AKT/mTOR信号通路调控Th17细胞的研究进展

张 倩 马 蕾 薛海波

1 滨州医学院附属医院内分泌科 山东 滨州 256603；2 滨州医学院附属医院皮肤性病科

磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又称AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路是与细胞相关的最完整的通路之一，可以调控细胞的新陈代谢、增殖、分化和生存等生命过程，在肿瘤、自身免疫性疾病、纤维增生性疾病等多种情况下都存在此通路的异常表达。有研究发现PI3K/AKT/mTOR在调控Th17细胞的分化中发挥着重要作用，为靶向治疗多种疾病，如恶性肿瘤、自身免疫病等带来希望。本文就PI3K/AKT/mTOR信号通路调控Th17细胞的研究进展作一综述。

1 Th17细胞

CD4+T细胞在调节自身免疫反应、哮喘、过敏反应以及肿瘤免疫等过程中发挥核心作用[1]。初始CD4+T细胞可以分化为功能不同的多个细胞亚群，包括辅助性T细胞1 (T helper cells 1，Th1)、Th2细胞、Th17细胞和调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)等[2]。其中Th17细胞为一种新型CD4+辅助性T细胞亚群，Harrington等[3]动物实验时发现此类细胞能够特异性分泌白细胞介素17(interleukin 17，IL-17)，因此而得名，并在中性粒细胞介导的免疫应答反应和机体防御反应中发挥关键作用[4]。Th17细胞表面可表达IL-23R、CCR6、IL1R等多种炎症相关受体，细胞核内可表达信号传导及转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)和特征性的转录因子视黄酸相关孤儿受体γt(retinoid acid-related orphan receptor gamma t，ROR-γt)，二者对Th17细胞的分化、相关细胞因子，如IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22的产生及介导免疫炎症反应有至关重要的作用[5]。Th17细胞分化的分子机制已被广泛研究，并有大量的细胞因子及细胞内信号级联反应被认同。Th17细胞及其细胞因子可诱导上皮细胞和成纤维细胞中大量趋化因子和抗菌肽的表达，并招募中性粒细胞促进炎症反应，被认为是多种自身免疫性疾病，如自身免疫性脑脊髓膜炎(EAE)、炎症性肠炎(IBD)、类风湿性关节炎(RA)和狼疮性肾炎(LN)等疾病的主要参与者[4,6]。对其分化机制的研究必将有助于对上述疾病发病机制的阐明及提供防治新策略的理论基础。

2 PI3K/AKT/mTOR信号通路

PI3K/AKT/mTOR信号通路是与细胞相关的最完整的通路之一，可以调控细胞的新陈代谢、增殖、分化和生存等生命过程，此通路在肿瘤、自身免疫性疾病、纤维增生性疾病等多种情况下都存在异常表达[7]。PI3K是一种细胞内磷脂酰肌醇激酶，可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型，目前研究以Ⅰ型为主，是由调节亚基(p85α，p55α，p50α，p85β，p55γ)和催化亚基(p110α，p110β，p110γ)组成的异源二聚体[8]。AKT是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，AKT家族主要包括AKT1、AKT2、AKT3三种亚型，为PI3K信号通路中极为重要的下游效应分子[9]。mTOR是磷脂酰肌醇-3激酶相关激酶家族(PIKK)成员之一，作为AKT的底物之一，是一种重要的细胞能量代谢信号，包括2个复合体，即mTOR复合体1(mTOR complex 1，mTORC1)和mTOR复合体2(mTOR complex 2，mTORC2)。其中mTORC1由Raptor、PRAS40、mLST8和Deptor等蛋白构成，mTORC2由Protor、Rictor、mLST8、mSin1等蛋白构成。mTORC1对雷帕霉素敏感，可激活蛋白质翻译，参与调节蛋白质合成和能量代谢[10]。

跨膜的受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)在生长因子、细胞因子的作用下被激活，从而招募PI3K的p85调节亚基，进而激活PI3K的p110催化亚基，活化的PI3K磷酸化3,4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)为3,4,5-三磷酸肌醇(PIP3)。PIP3作为重要的第二信使，可将具有PH结构域的AKT信号分子招募到细胞膜上，在磷脂酰肌醇依赖性激酶1(phosphatidylinositol-dependent kinase 1，PDK1)的作用下，AKT308位苏氨酸(Thr308)磷酸化，在磷脂酰肌醇依赖性激酶2(phosphatidylinositol-dependent kinase 2，PDK2)上的作用下，AKT473位丝氨酸(Ser473)磷酸化，这是AKT激活的必备条件。活化的AKT可直接磷酸化mTOR或磷酸化结节性硬化复合物1/2(tuberous sclerosis complex 1/2，TSC1/TSC2)，使其失活，并解除TSC1/2复合物对Ras蛋白脑组织同源类似物(ras homolog enriched in brain，Rheb)的抑制作用，进而使mTOR活化[11]。

3 PI3K/AKT/mTOR信号通路对Th17细胞的调控

研究表明，PI3K/AKT/mTOR信号通路对Th17细胞具有积极的调控作用。Kurebayashi等[12]研究发现，通过敲除p85a或PI3K/mTORC1抑制剂以及敲除raptor，抑制AKT活性，进而影响了体外和体内的Th17细胞的分化，使IL-17A、IL-17F产生减少。已有研究证实，AKT Ser473磷酸化和AKT Thr308磷酸化有不同的底物，AKT Ser473磷酸化的目标包括叉头状转录因子O1(forkhead box O1，FoxO1)和FoxO3a，AKT Thr308的磷酸化的目标为mTORC1。因此，在AKT有两条主要的通路：一条是PI3K-AKT(pThr308)-mTORC1信号，参与Th17细胞调控；另一条是mTORC2-AKT(pSer473)-FoxO1/3a信号，参与Treg细胞的分化[13]。本文主要介绍PI3K-AKT(pThr308)-mTORC1信号通路对Th17细胞的调控机制。

以往研究证实，激活PI3K、AKT(pThr308)、磷酸化TSC1/2复合体(一种Rheb的负调节剂)，导致了Rheb与mTORC1的结合，从而促进mTORC1的激活。为了证实mTORC1在Th17细胞分化中的重要性，Kurebayashi等[12]在将raptorfl/fl小鼠或lckcreraptorfl/fl小鼠的初始CD4+T细胞分化成Th17细胞的实验中发现，与raptorfl/fl CD4+T细胞相比，lckcreraptorfl/fl CD4+T细胞的Th17细胞分化明显受损，这与雷帕霉素治疗的结果相一致。到目前为止，有几个不同的机制被认为通过mTORC1的激活调节Th17细胞。

3.1 STAT3磷酸化 信号转导与转录激活因子(Signal transducer and activator of transcription factors ，STATs)是一个转录因子家族，能够调节细胞生长、生存、分化和运动。在哺乳动物的STAT家族中有7种蛋白质，分别为STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6，其中STAT3被认为与Th17细胞分化息息相关。STAT3可以与IL-17基因的启动子区域和它们的基因间的增强子区域相结合，在表达过程中进行组蛋白修饰，从而促进IL-17表达[14]。早期研究显示，依赖于mTORC1激活的睫状神经营养因子诱导STAT3Ser727的磷酸化，而雷帕霉素治疗会阻止这种神经元细胞STAT3磷酸化作用，提示mTORC1有助于激活STAT3。在人类乳腺、前列腺、肺和胰腺癌细胞株研究中同样发现，mTORC1在STAT3激活中发挥重要作用[15]。Kim等[16]报道，在乙型肝炎病毒感染的患者中，雷帕霉素治疗通过阻止mTORC1信号，抑制STAT3 Ser705的磷酸化和IL-17的表达。Kshirsagar等[17]研究发现，狼疮肾炎患者的效应T细胞比对照组具有更高的STAT3活性及Th17细胞百分比，并且雷帕霉素治疗可抑制STAT3活性及降低Th17细胞比例。上述研究均提示，mTORC1在激活STAT3中扮演着关键的角色，并可通过STAT3的磷酸化来促进Th17细胞分化及其效应细胞因子IL-17的表达。

3.2 核糖体蛋白S6激酶1(S6K1) S6K1是丝氨酸-苏氨酸激酶家族的成员，调节细胞的生长、存活和代谢等生命过程，研究最广泛的为p70S6K1。在p70S6K1基因敲除小鼠中，IL-17A、IL-17F和IL-23R等表达明显减少[18]。Carnevalli等[19]的研究已证实了S6K1在脂肪细胞中可促进早期生长因子反应蛋白2(early growth response protein 2，EGR-2)的表达。EGR-2通过直接绑定独立生长因子1(growth factor independent1，GFI1)的启动子基因，抑制其表达[20]。在产肠毒素大肠杆菌(ETEC)感染的小鼠中发现GFI1表达的减少，IL-17表达增加，提示这与mTORC2-EGR2-GFI1信号通路的激活有关[14]。Kurebayashi等[12]将EGR-2转染到初始CD4+T中后发现，GFI1mRNA表达减少，而IL-17A mRNA表达明显升高。与雷帕霉素治疗或加入PF-4708671(S6K1特异性抑制剂)后观察到的结果一致[13]。进一步证实PI3K/AKT/mTORC1轴下游的S6K1，在EGR-2表达的正调控下，通过下调GFI1表达，促进Th17细胞的分化。

3.3 S6K2 除了S6K1外，S6K2已被证实与IL-17表达有关。Rost等[21]使用预测蛋白，检测到RORγt中没有功能性的核定位信号(nuclear localization signal，NLS)。没有NLS的细胞质或核蛋白可以通过与其他具有功能性NLS的蛋白质结合在一起来传输到细胞核中[22]。Kurebayashi等[12]研究发现，Flag标记的RORγt和MYC标记的S6K2转染人胚肾293T(HEK293T)细胞时，免疫共沉淀可以观察到S6K2能够增强RORγt的核定位，从而证明了S6K2在RORγt核易位中的重要性。进一步通过免疫荧光技术发现Th17细胞分化18小时后RORγt核易位达到峰值，而在IC87114或雷帕霉素的存在下，S6K2的丰度降低，RORγt表达的峰值时间点受损[12,23]，提示PI3K-AKT-mTORC1通过激活S6K2和调节RORγt核易位促进IL-17表达。尽管雷帕霉素抑制了产肠毒素大肠杆菌感染的小鼠模型中IL-17的表达，但它对这些细胞的细胞核中S6K2、RORγt的丰度没有影响[14]，这一发现表明mTORC1-S6K2可能不是mTORC1促进IL-17表达的主要途径。

4 总结

Th17细胞的分化受多种细胞内信号传导途径和包括PI3K、AKT和mTOR在内的复杂转录因子网络的调控。PI3K-AKT-mTORC1信号正向调节Th17细胞的分化，通过促进HIF-1α表达、调节STAT3磷酸化、下调GFI1以及RORγt核易位等多种机制。随着其中相关机制的深入研究，必将为阐明Th17细胞参与自身免疫性疾病等发病机制及其防治新靶点的探索提供理论依据。