PI3K/Akt信号通路在HIV感染中的研究进展

马 冲，陶 庄，王 健

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase,PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B, PKB，普遍写作Akt）在调控细胞的代谢、生长、增殖、存活、转录以及蛋白质合成等方面具有重要作用，其功能的失调与肿瘤、内分泌疾病、心血管疾病、神经系统疾病和AIDS等多种疾病的发生密切相关[1-2]，这使其成为人类疾病治疗的重要靶标。近年研究发现PI3K/Akt信号通路在HIV感染中具有重要作用，可通过下游多种效应分子对HIV感染、HIV复制、病毒储存库及T细胞发育的各个阶段等方面发挥重要的调节作用，因此，探索该信号通路在HIV/AIDS中的作用机制具有重要意义。本研究将对PI3K/Akt信号通路与HIV/AIDS的相关研究进行整合，旨在为AIDS的治疗提供新的思路与靶点。

1 PI3K/Akt结构与功能

1.1 PI3K PI3K是一个脂质激酶家族，通过特异性磷酸化肌醇磷脂中的3-羟基而产生第二信使[3]。PI3K分为Ⅰ～Ⅲ3类，Ⅰ类组成部分中，p110催化亚基可影响细胞增殖，参与免疫功能和炎症的调节[4]，P85亚基在受体结合、酶激活等过程中发挥作用[5]；Ⅱ类PI3K在葡萄糖转运、细胞迁移、细胞生长及细胞存活等方面具有重要作用[6]；Ⅲ类PI3K是一种重要的自噬和囊泡运输调节因子，在人体组织中广泛表达，对细胞增殖至关重要[7]。

1.2 Akt Akt是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，是PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）信号通路的中心介质，能够调节细胞生长，还可以实现对细胞存活的调节作用，其发挥作用的途径主要是通过直接抑制促凋亡蛋白或抑制转录因子产生的凋亡信号，这对于调控细胞的凋亡、增殖、迁移、转录以及糖代谢起到十分重要的作用，是B细胞及T细胞发育、激活和分化的关键分子[8]。同时，Akt能够抑制线粒体自噬，并促进细胞在线粒体应激条件下存活[9]。

1.3 mTOR mTOR是PI3K相关激酶家族的丝氨酸/苏氨酸激酶，是一种调节细胞生长、存活、代谢和免疫的蛋白激酶，参与了B细胞与T细胞的活化与分化[10]。mTOR由mTOR复合物（mTOR complex, mTORC）1和mTORC2组成，mTORC1主要调节细胞生长和能量代谢，mTORC2主要控制细胞骨架重塑、细胞增殖和存活[11]。

2 PI3K/Akt信号通路在HIV感染中具有重要作用

2.1 PI3K/Akt激活能够促进HIV感染 HIV进入靶细胞依赖于主要受体CD4与协同受体趋化性细胞因子受体5（chemotactic cytokine receptor 5, CCR5）/CXC趋化因子受体4（CXC chemokine receptor-4, CXCR4）的表达，HIV包膜糖蛋白与靶细胞表面CD4的相互作用能够使CD4磷酸化，通过与非共价相互作用的酪氨酸激酶解离而使受体内吞，HIV包膜糖蛋白120（glycoprotein 120, gp120）与CCR5/CXCR4的相互作用导致病毒与靶细胞膜融合，从而建立了病毒入口，介导病毒进入靶细胞。在此过程中，HIV gp120与CXCR4的相互作用能够诱导PI3K/Akt信号通路激活，通过LIM和SSH2条拮抗途径的激活而促进丝切蛋白活性增强，有助于增强T细胞对HIV的易感性，从而促进HIV进入、DNA合成和细胞内迁移等过程[12-13]。同时，PI3K亚基p110α在HIV进入靶细胞过程中发挥重要作用，该亚基可调控HIV包膜糖蛋白介导的细胞融合；相反，人类第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN）作为PI3K/Akt信号通路的下游蛋白，对HIV进入靶细胞过程具有负调控作用，该蛋白可使PI3K产物去磷酸化并降低Akt活性，从而抑制HIV通过Akt依赖性途径进入靶细胞，并抑制细胞生长及其他PI3K/Akt依赖性生物过程，但PI3K/Akt激活后可下调PTEN的表达，从而有利于HIV对靶细胞的感染[14]。见图1。

图1 PI3K/Akt信号通路在HIV感染中的作用机制Nef. 负调控因子；Treg. 调节性T细胞；Env.包膜； STAT4. 信号传导转录激活因子4；mTORC1. 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1；SOCS3.细胞因子信号转导抑制因子3；Foxp3.叉头盒蛋白p3基因；Th1.辅助性T细胞1；SRC-1. 类固醇受体共激活剂-1；STAT3. 信号传导转录激活因子3；p-TEFb. 正转录延伸因子bFigure 1 The mechanism of PI3K / Akt signaling pathway in HIV infection

2.2 PI3K/Akt参与维持病毒储存库并促使潜伏的HIV再激活 抗反转录病毒治疗（antiretro viral treatment, ART）无法清除记忆CD4+T细胞中的病毒储存库，宿主淋巴结、脾脏以及肠道等组织中的巨噬细胞也可作为机体的病毒储存库并持续复制HIV，而病毒储存库的持续存在也是HIV感染者停止ART后疾病进展的重要因素[15-16]。研究发现，巨噬细胞中的HIV能够诱发Akt膜定位并激活Akt，活化的Akt通过下调促炎反应并诱导抗炎反应的转变而激活巨噬细胞，使感染后的巨噬细胞寿命延长，提高受感染细胞的存活率，使其成为病毒储存库的重要组成部分，并能维持病毒储存库的存活以及HIV的持续复制[17-18]，这说明PI3K/Akt信号通路可能在维持病毒储存库中具有重要作用。见图1。

HIV从潜伏期中的再激活与正转录延伸因子b（positive transcription elongation factor b, P-TEFb）密切相关，而PI3K/Akt信号通路参与P-TEFb表达的调控[19]，该通路的激活可能通过促进P-TEFb亚基的翻译以促进P-TEFb的生成。研究发现，PI3Kp110α特异性小分子激动剂（57704）能够通过激活PI3K/Akt信号通路而重新激活潜伏的HIV[20]。PTEN作为Akt的负调控因子，可通过去磷酸化将PIP3转化为PIP2，减少Akt活化，从而抑制多个细胞过程，而抑制PTEN后Akt磷酸化增加，可激活潜伏的HIV[21]。树突状细胞（dendritic cell, DC）与CD4+T细胞相互作用后能够使潜伏的HIV得到激活，接受T细胞抗原受体（T cell receptor, TCR）与DC双重刺激能够更频繁地逆转潜伏期，研究表明这一过程与PI3K/Akt信号通路相关[22]。此外，Barclay等[23]的研究显示，未被HIV感染细胞的外泡囊（extracellular vesicles, EVs）含有大量非受体酪氨酸激酶（cell-sarcoma receptor coactivator, c-Src），c-Src能够促使表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）激活并激活PI3K/Akt信号通路，从而激活信号传导转录激活因子（signal transducer and activator of Transcription, STAT）3与可溶性补体受体1型（soluble complement receptor 1,SCR-1），最终逆转HIV的潜伏，抑制c-Src后可导致EGFR、PI3K、Akt-1、STAT3、SCR-1等的抑制，并降低细胞内HIV水平，证实上述蛋白在潜伏的HIV再激活中的重要性。以上研究表明，PI3K/Akt信号通路在促进潜伏的HIV再激活方面具有重要意义，因此，也有研究者基于上述理论提出应用潜伏期逆转剂激活潜伏的HIV，使免疫系统与ART能够清除病毒与受感染的细胞，为“休克和杀死”疗法的应用提供了一定的基础，目前Akt激活剂已作为潜伏期逆转剂进行了研究[24]。见图1。

2.3 PI3K/Akt信号通路对T细胞的调节 TCR与CD28可导致PI3K/Akt信号通路激活，其下游蛋白mTOR的磷酸化可促进Akt最大限度激活，磷酸化的Akt能够对T细胞多个阶段的功能发挥作用[25]。PI3K/Akt信号通路对调节性T细胞（regularory T cell, Treg）的发育具有积极作用，TCR信号转导在促使PI3K/Akt激活后，能够导致叉头盒蛋白p3基因（forkhead box p3, Foxp3）的过度表达，从而导致Treg细胞活化增加[26]。但是该过程在HIV感染中具有一定争议，一方面，Treg直接降低了活化的T细胞数量，减少了HIV在靶细胞中的复制；但另一方面，Treg激活可抑制CD4+T细胞的特异性免疫应答，有助于通过调节抗HIV的免疫反应来建立高水平的HIV复制，降低机体免疫应答能力，且Treg表面相关受体（CXCR4）还可增加其对HIV的易感性[27]。相反，也有研究显示PI3K/Akt信号通路对于Treg具有负调节作用，缺少PI3K p110δ的小鼠胸腺中的Treg数量增加[28]，mTOR负向调节Treg的发育与分化[29]。此外，CD4+T细胞是HIV攻击的靶细胞，导致辅助性T细胞（helper T cell, Th）破坏，降低细胞免疫功能[30]，mTORC1通过STAT4和SOCS3正向调节Th1的分化，但mTORC2对Th1的分化作用还有待进一步验证。见图1。

2.4 PI3K/Akt改变线粒体功能 线粒体是人类细胞中参与能量产生的主要细胞器，HIV感染以及ART可引起线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）损伤以及线粒体膜电位改变，导致活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生增加，膜电位下降，干扰机体氧化磷酸化过程中相关蛋白的产生，使线粒体功能损伤而促使CD4+T细胞死亡[31]，线粒体自噬能够特异性清除受损的线粒体，维持线粒体的功能以及细胞的稳态[32]。PI3K/Akt信号通路在调节自噬中具有不可或缺的作用，mTOR是调节自噬的关键信号分子[33]。最近的研究认为，mTORC1是线粒体自噬的负调节因子，雷帕霉素（mTOR抑制剂）能够增强线粒体自噬，并抑制细胞凋亡[34]。其他研究显示，磷酸化的Akt通过激活下游mTOR而调节线粒体介导的细胞凋亡，抑制Akt磷酸化后，可见线粒体膜电位增加，细胞内ROS水平下降[35]。因此，PI3K/Akt信号通路可能参与HIV感染导致线粒体功能受损的过程，并参与线粒体自噬的调控，抑制PI3K/Akt信号通路可能促使线粒体功能恢复，延缓AIDS进展。见图1。

3 PI3K/Akt作为HIV感染治疗靶点

由于PI3K/Akt信号通路在诱导HIV进入靶细胞、维持病毒储存库、促进潜伏HIV再激活、改变线粒体功能等方面具有重要作用，因此，靶向PI3K/Akt治疗可能会成为治疗HIV的重要疗法。

3.1 抑制HIV进入靶细胞 在HIV感染的治疗中，抑制HIV进入靶细胞的研究是HIV感染领域的重要研究方向，目前正在研发的抑制剂主要包括HIV吸附抑制剂、HIV受体拮抗剂及HIV与靶细胞融合抑制剂等。Hamada等[14]的研究表明，gp120与CD4的相互作用可导致PI3K亚基快速激活，PI3K p110α特异性抑制剂（PIK-75）能够抑制HIV进入T细胞，降低HIV诱导的Akt磷酸化；并且PIK-75能够抑制病毒与细胞的融合，使得HIV 包膜与靶细胞表面CD4的相互作用受到阻断，从而阻止HIV包膜介导的细胞融合过程，这提示PI3K抑制剂可用于抑制HIV进入靶细胞的过程。另有研究表明，PI3K抑制剂不仅能够阻断HIV对CD4+T细胞的感染，还可对已激活的CD4+T细胞生命周期发挥一定的抑制作用，抑制p85亚基（PI3K亚基）能够阻断Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）2对HIV感染的增强作用[36]。

3.2 抑制HIV在细胞间的复制及迁移 HIV负调控因子（negativefactor, Nef）是一种多功能病毒辅助蛋白，不具有酶活性，在HIV感染早期大量表达，在增强病毒感染与复制方面具有重要作用，而Nef的缺失可有效减缓AIDS的发展[37]。HIV Nef通过影响TCR的信号转导而防止受感染细胞过早激活诱导的死亡，并促进HIV在靶细胞中的复制[38]。HIV趋化因子能够将受感染细胞由黏膜运输至淋巴结而感染T细胞，随后受感染的T细胞在淋巴结内的活动可刺激B细胞以建立体液免疫反应，HIV Nef能够通过干扰趋化因子而防止受感染的T细胞迁移至淋巴结，从而破坏机体的免疫反应[39]。HIV Nef分别通过N末端和C末端与PI3K和Akt相互作用，从而激活PI3K/Akt信号通路，提高受感染细胞的存活率，蛋白酶抑制剂（protease inhibitors, PI）能够以时间和剂量依赖性方式抑制HIV Nef诱导的Akt过度活化和T细胞增殖，并可阻断病毒在T细胞间的复制[40-41]。因此，基于HIV Nef激活PI3K/Akt过程探索阻断HIV感染细胞的迁移及抑制HIV在T细胞中的复制，对于优化HIV治疗方案具有重要意义，可能成为潜在的治疗策略。

3.3 抑制病毒储存库 HIV对PI3K/Akt信号通路的激活能够对宿主细胞寿命的延长发挥重要作用，因此，以PI3K/Akt为靶点的抑制剂可能对病毒储存库具有抑制作用。有研究显示，5, 7-二羟基-6-甲氧基黄酮可通过抑制PI3K/Akt信号通路，而减弱其对病毒储存库的保护作用，并且能够促进已感染的巨噬细胞凋亡而发挥抑制病毒储存库的作用[42]。

3.4 免疫调节 HIV感染导致CD4+T细胞功能缺陷及凋亡，细胞凋亡诱导的淋巴细胞持续减少促使机体免疫失衡。红色诺卡氏菌细胞壁骨架（nocardia rubra cell-wall skeleton, Nr-CWS）作为免疫增强剂，可促进巨噬细胞、DC细胞、自然杀伤（natural killer, NK）细胞、CD4+T及CD8+T细胞活性的增强[43]。相关试验表明，Akt磷酸化可由Nr-CWS诱导，Nr-CWS激活PI3K/Akt信号通路后能够促进PAX8的表达，上调的PAX8可进一步促进Th1细胞的分化与成熟[44]。同时，I型干扰素（Type I interferons,IFN-I）是在急性病毒感染中由病毒刺激浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cells, pDC）产生，可导致HIV感染者的记忆CD4+T细胞凋亡，并直接参与免疫损伤[45]。泛素特异性肽酶（ubiquitin specific peptidase 18, USP18）是IFN-1的负调节蛋白，抑制USP18的表达可促使机体以Akt依赖性的方式抑制记忆CD4+T细胞凋亡[46]。但通过激活PI3K/Akt信号通路调节免疫可能与该通路介导的HIV进入、病毒储存库等过程具有一定矛盾性，因此该类治疗策略还需综合多种因素并进一步深入研究。

4 小结与展望

自HIV被发现以来，人类在预防HIV传播和HIV/AIDS的管理方面取得了较大进步，ART也使其发展为慢性可控性疾病，但是病毒储存库、免疫重建不良以及耐药等问题成为目前HIV/AIDS治疗的难题。PI3K/Akt信号通路在HIV/AIDS多方面发挥作用，不仅在HIV与靶细胞融合过程中发挥重要作用，还参与维持病毒储存库与HIV的潜伏。同时，PI3K/Akt信号通路在T细胞发育的各个阶段均可发挥作用，其作用根据T细胞的成熟阶段、谱系及环境的不同而发生改变，而以PI3K/Akt为靶点的研究也显示，相关抑制剂能够在抑制HIV进入靶细胞、清除病毒储存库等方面发挥作用。因此，基于PI3K/Akt信号通路探索抗HIV药物研发、清除病毒储存库及改善HIV/AIDS患者免疫功能等方面可能具有较大发展空间。