论PI3K/AKT/NF-κB信号通路在骨关节炎中的作用机制

李妍，司誉豪，尹恒

(1.南京中医药大学针灸推拿学院 养生康复学院，江苏 南京 210000；2.南京中医药大学第一临床医学院，江苏 南京 210000；3.南京中医药大学无锡附院，江苏 南京 210000)

0 引言

骨关节炎(OA)是一种与年龄性别、关节磨损和炎症相关的慢性骨关节疾病，具有关节软骨局灶性缺失、滑膜炎性病变和关节组织重建的病理特征[1]。该病主要包括软骨细胞凋亡和细胞外基质(ECM)退行性改变两方面，其中机械应力和滑膜炎症共同促进软骨ECM的降解，伴有软骨修复和骨赘形成，致使关节软骨结构耗损和功能缺失。OA的病理生理学机制尚未被我们完全了解，但炎症及其相关的标志物似乎在OA的发生发展中发挥着关键性的作用。

诸多学者发现PI3K/AKT/NF-κB信号通路在调节导致OA发病的炎症介质中占据重要角色[2]。PI3K是该信号通路最上游的细胞内信号转导因子，能被炎症因子和理化因素激活，活化后能与磷酸肌醇依赖的激酶-1协同作用，相继触发AKT磷酸化[3]。而NF-κB是与炎症相关疾病中的关键环节[4]，PI3K/AKT途径是NF-κB途径级联的上游激活剂，通过磷酸化的AKT激活NF-κB的关键亚基，调节NF-κB的异常激活。此外，该信号通路可能作为一种负反馈调节器发挥重要作用，限制促炎症反应。

1 PI3K/AKT/NF-κB信号通路的成分

1.1 PI3K

酰肌醇3激酶(PI3K)是一种异源二聚体，由p110和p85组成，在细胞内起着催化和调节亚单位的作用[5]。PI3K作为肌醇与磷脂酰肌醇(PI)的重要激酶，在肌醇环的3-位催化一种或多种肌醇磷脂的磷酸化，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型3种类型。Ⅰ型选择性磷酸化PI(4，5)P2，亚基丝氨酸/苏氨酸激酶和PI3K的双重活性为p110所具有；Ⅱ型磷酸化PI和PI4P；Ⅲ型特异于PI的磷酸化。

1.2 AKT

丝氨酸/苏氨酸激酶(AKT)系PI3K信号转导途径中关键的下游靶激酶之一[6]。AKT有Akt1、2、3三种亚型，包括PH结构域、中间催化域和调节域3部分结构，而AKT的活化与PH结构域的联系最为紧密。

1.3 NF-κB

Ranjan最早从B淋巴细胞核提取物中检测到核因子-κB(NF-κB)，为免疫球蛋白κ轻链基因转录所必不可少的核内转录因子[7]。非活性形式的NF-κB在静息状态下存于细胞质中；受刺激后，NF-κB游离并移位到细胞核[8]，参与众多OA相关事件，导致软骨细胞分解代谢和滑膜炎症，成为疾病的促因[9]。

2 炎症因子诱导PI3K/AKT/NF-κB信号通路的激活

IL-1β、TNF-α等炎症因子主要由滑膜和软骨细胞等生成，可激活PI3K/AKT/NF-κB途径，调节下游凋亡蛋白的表达和相关靶基因的转录，诱导基质金属蛋白酶、其他细胞因子和前列腺素，抑制蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的合成，从而启动细胞凋亡路径，遏抑细胞自噬，推进OA发病过程。

2.1 IL-1β

白细胞介素-1β(IL-1β)是一种促炎因子，它通过上调前列腺素E2(PGE2)、一氧化氮(NO)、基质金属蛋白酶(MMPs)和血栓反应素等产生不良影响，导致ECM降解[10]，从而诱导软骨细胞凋亡。

IL-1β被发现在OA患者的关节腔、关节滑液和血清中处于较高水平。Huang等[11]发现IL-1β不仅能促进PI3K和AKT的磷酸化，还能触发NF-κB的核转位。Hu等[12]进行了用IL-1β诱导大鼠软骨退变细胞凋亡的实验，pAKT含量在经IL-1β诱导后细胞中明显降低。因此，说明IL-1β能够激活PI3K/AKT/NF-κB途径，上调PI3K和AKT的磷酸化水平，诱导分解代谢因子的表达，在OA发病机制中起重要作用[13]。

2.2 TNF-α

肿瘤坏死因子-α(TNF-α)主要是由巨噬细胞和淋巴细胞产生的一种炎症因子[14]，并不直接招致软骨ECM的降解，而是依赖PI3K/AKT/NF-κB通路的激活引起炎症因子大量表达。

有研究显示，OA患者循环TNF-α浓度远高于正常人群，而关节手术后TNF-α浓度显著降低[15]。LI等[16]发现通过抑制PI3K/AKT/NF-κB途径的预处理，TNF-α可作为PI3K下游的效应器，浓度依赖性地激活NF-κB，凋亡更多经TNF-α诱导的软骨细胞。因此，抑制TNF-α后，PI3K/AKT/NF-κB途径的激活也随之被抑制，从而缓解关节肿胀和促进软骨修复，延缓或阻止疾病的进展。

3 PI3K/AKT/NF-κB信号通路对OA进程的影响

3.1 调控软骨细胞凋亡

正常生理情况下，软骨细胞能够平衡ECM的合成和降解，因而确保软骨结构和功能的完整性。细胞凋亡机制一旦失衡，各种病理状态相继出现，如退行性病变、恶性肿瘤和反常发育[17]。

Peng等[18]发现，骨痹合剂能抑制大鼠膝关节软骨细胞凋亡，同时促进其增殖，从而通过调控PI3K/AKT通路中下游NF-κB的蛋白表达及相关基因的转录，实现OA症状的改善。因此，PI3K/AKT途径在机体内调节下游转录因子NF-κB磷酸化，发挥抗凋亡的重要作用[19]。

3.2 调控软骨细胞自噬

软骨细胞的自噬作为平衡细胞生死的转换器，通过除去机体受损或有害的细胞和蛋白质聚集体，使细胞处于正常生理状态[20]。众多炎性因子在NF-κB信号通路激活后被诱导，抑制软骨细胞的自噬作用，最终导致软骨细胞死亡和破坏。

Wang等[21]发现miR-140是调节软骨形成的特异性miRNA，可通过阻断NF-κB信号通路，加强软骨细胞自噬和增殖，延缓疾病进展。NF-κB为促炎反应的有效核因子，作为细胞内的基础信号通路，可在激活状态下抑制自噬[19]。在维持软骨细胞稳态，乃至软骨基质的代谢平衡中发挥重要作用。

4 药物通过PI3K/AKT/NF-κB信号通路对OA的调控

槐果碱、牛蒡子苷元、益母草和厚朴等药物可以通过抑制PI3K和AKT磷酸化、NF-κB活化入核，使PI3K/AKT/NF-κB信号通路不被激活，下调炎性因子表达，发挥抗炎效应，延缓OA进程。Wang等[22]研究发现，槐果碱30mg/kg可下调大鼠炎症部位组织p-PI3K、p-AKT及NF-κB mRNA和蛋白表达水平，提示其抑制了PI3K/AKT/NF-κB信号通路。Tang等[23]发现牛蒡子苷元(ATG)对IL-1β诱导的小鼠OA软骨细胞模型进行预处理可以有效地下调促炎介质的表达，并对IL-1β刺激下ECM的降解有保护作用。由于ATG与PI3K之间有强大的结合力，其机制可能与PI3K/AKT/NF-κB信号通路失活有关[24]。益母草(LN)是是一种从益母草叶中提取的独特生物碱。据报道，益母草(LN)能够显著降低促炎细胞因子(IL-1β和TNF-α)和MMP的分泌，从而阻断破骨细胞中PI3K/AKT/NF-κB通路。Hu等[25]发现LN通过减弱PI3K/AKT/NF-κB活化来调控IL-1β诱导的炎症和ECM代谢失衡，LN通过与某些氨基酸残基相互作用，直接占据PI3K的抑制结合囊。厚朴酚作为中药厚朴的主要活性物质，在机制上表现出与PI3K的强大结合能力[26]，可通过直接抑制PI3K的激活，在一定程度上阻断PI3K/AKT/NF-κB通路的活化，从而抑制软骨细胞凋亡，同时促进其自噬，最终延缓OA炎症的进展。因此，抑制PI3K/AKT/NF-κB信号通路被认为是一种OA治疗的有效措施[27]。

5 小结

OA是一种发生发展与软骨细胞间信号调控异常相关的慢性骨关节常见病[28]，以关节代谢功能紊乱以及关节软骨退缩性变化为特征。机体分泌的TNF-α、IL-1β已被证实是OA发生发展重要的因素，并且这些因子的产生都依赖于PI3K/AKT/NF-κB信号通路是否被活化。AKT继PI3K/AKT途径激活后被活化，NF-κB抑制蛋白IκB激酶的磷酸化和降解随之增强，活化NF-κB。现阶段一致认为PI3K/AKT/NF-κB信号通路是OA软骨中诸多炎症机理的常见通路，参与了软骨细胞炎症、ECM重塑、自噬和凋亡的过程，发挥保持软骨细胞正常生理状态的维稳作用。