PI3K信号通路调控动脉粥样硬化发生发展的研究进展

刘珍竹，李 靖，何 丹，曲 鹏,2*

(大连医科大学附属第二医院 1.心内科; 2.心脏及血管疾病研究所，辽宁 大连 116000; 3.北京大学医学部 基础医学院 生理学与病生理学系 教育部分子心血管重点实验室，北京 100191)

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)信号通路参与调控细胞增殖、代谢、迁移、以及血糖稳态等细胞调节过程，在动脉粥样硬化、高血压、冠心病心肌梗死等心血管疾病中发挥了重要作用。本文总结了PI3K信号通路调节动脉粥样硬化的相关研究，系统介绍了PI3K调节动脉粥样硬化发生、发展的作用机制及研究进展。

1 PI3K家族及其亚型概述

1.1 PI3K家族

磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)是脂酶家族成员，能够磷酸化细胞质膜上磷脂酰肌醇(phosphatidylinos-itol, PI)的3′-OH基。哺乳动物细胞中PI3K分为3类亚型：Ⅰ类亚型，包括PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ、PI3Kδ)，Ⅱ类亚型，包括PI3KC2α、PI3KC2β、PI3KC2γ)和一个Ⅲ类亚型Vps34。

1.2 Ⅰ类PI3K

所有Ⅰ类PI3K均形成由催化p110亚基和调控亚基组成的异二聚体蛋白复合物。哺乳动物基因组编码4种不同的p110亚型(α、 β、 γ和δ)和几个调控亚基。AKT作为PI3K下游的主要效应靶点，其家族不同亚型分别通过调控炎性反应、 凋亡等机制在动脉粥样硬化中发挥作用[1-2]。抑癌基因PTEN(phosphatase and tensin homolog)是PI3K信号传导级联反应中的重要成员，可以有效的去磷酸化PIP3的3′基团，终止信号向AKT及其他靶点的传播，PTEN通过调控巨噬细胞极化、迁移、凋亡等机制参与动脉粥样硬化疾病[3-5]。目前，Ⅰ类PI3K在心血管疾病当中的作用得到广泛的关注并进行了深入的研究，也是本文主要阐述的内容。

1.3 Ⅱ类PI3K

在哺乳动物中包含3种Ⅱ类PI3K成员：广泛表达的PI3K-C2α和PI3K-C2β，以及肝脏特异性的PI3K-C2γ。目前研究较为深入的是PI3K-C2α，它主要参与细胞的细胞内吞、自噬以及纤毛形成等过程[6]。

1.4 Ⅲ类PI3K

Vps34是Ⅲ类PI3K中唯一的成员，它在细胞内特定位置磷酸化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)形成磷脂酰肌醇3-磷酸(phosphatidylinositol3-phoaphate, PI3P)。Vps34与Beclin-1形成Vps34-Beclin-1复合体，在自噬泡形成中发挥重要作用，促进了自噬的发生[7]。

2 PI3K信号通路调控动脉粥样硬化过程

动脉粥样硬化是心血管疾病病理基础，也是一种慢性炎性疾病[8]，脂蛋白氧化修饰、泡沫细胞形成、氧化应激等病理过程参与其中。

2.1 炎性反应

炎性反应在动脉粥样硬化形成的病理过程中扮演了关键角色，白细胞募集以及IL-1β、TNF-α等促炎因子的释放参与了动脉粥样硬化形成的早期阶段。氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein, Ox-LDL)诱导的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)中，PI3K和AKT的磷酸化水平增加，NF-κB入核增加，TNF-α、IL-1β的表达水平亦增加。而应用PI3K抑制剂(LY294002)、AKT抑制剂(MK2206)后IL-1β等炎性因子的释放被阻断，从而抑制内皮细胞炎性反应[9]。然而在Ox-LDL诱导小鼠单核巨噬细胞(RAW264.7)细胞中，应用胰岛素可以降低TLR4、NF-κB以及细胞因子TNF-α、IL-6表达，而PI3K抑制剂(Wartmannin)可以阻断胰岛素的作用从而促进小鼠RAW264.7细胞中的炎性反应[10]。Ox-LDL诱导的人主动脉内皮细胞(human aortic endothelial cells,HAECs)中,PTEN表达抑制，炎性因子IL-1β、IL-6表达增加，促进了动脉粥样硬化的发生[11]。综上所述，在动脉粥样硬化过程中，PI3K信号通路可以通过调控炎性反应发挥参与动脉粥样硬化的发生、发展的作用，但是，PI3K对动脉粥样硬化中炎性反应的调控机制仍需进一步研究。

2.2 氧化应激

当活性氧(reactive oxygen species, ROS)生成速率急剧增加或抗氧化防御失效或不足时，会出现氧化应激，可以引起炎性反应、DNA损伤、细胞毒性而促进动脉粥样硬化形成。硝普钠诱导的HUVEC模型中，PI3K/AKT/FoxO3a信号通路被抑制，细胞中ROS以及反映氧化应激的指标MDA生成均增加，SOD活性下降，杨梅素可以抑制上述氧化应激反应，而PI3K抑制剂(LY294002)阻断了杨梅素的抗氧化应激作用，提示PI3K可能通过FoxO3a调控内皮细胞氧化应激反应，为探索动脉粥样硬化新的治疗靶点提供了新的方向[12]。饲以高脂饮食的ApoE-/-小鼠主动脉组织中PI3K/AKT信号通路磷酸化增强，小鼠主动脉瓣DCFH-DA染色提示ROS生成亦增加，饲以高脂饮食的ApoE-/-小鼠腹腔注射露那辛后可以上调抗氧化因子Nrf2和HO-1的表达从而减轻氧化应激反应，而PI3K抑制剂(LY294002)却阻断了露那辛的上述作用[13-14]。研究结果提示抑制PI3K可以激活氧化应激反应，这可能与PI3K调控下游的HO-1、Nrf2的表达有关。

2.3 细胞凋亡

细胞凋亡在动脉粥样硬化斑块中大量存在，与细胞增殖一起构成动脉粥样硬化斑块的病理基础，促进动脉粥样硬化的发生与发展。通过构建造血细胞特异性AKT2和AKT3双敲除(仅表达AKT1亚型的(AKT1only)或者AKT1和AKT2双敲除(仅表达AKT3亚型的(AKT3only))的雄性LDLR-/-小鼠。小鼠动脉粥样硬化斑块明显减小，且AKT2/AKT3双敲除小鼠的动脉斑块中巨噬细胞凋亡明显增多，提示两种AKT亚型的缺失会损害巨噬细胞的活力，从而减少LDLR-/-小鼠的动脉粥样硬化形成[15]。Ox-LDL诱导的HUVEC模型中，AKT磷酸化水平降低，caspase-9、caspase-3、PARP等凋亡蛋白表达增加，应用皂苷后可以抑制细胞凋亡，而PI3K抑制剂(LY294002)可以阻断皂苷的作用[16]。饲以高糖饮食的ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化模型中，给小鼠腹腔注射羧甲基赖氨酸后，动脉粥样硬化斑块中CD68明显增多，而应用PI3K激动剂(740Y-P)可以明显抑制这一现象，并且发现应用PI3K激动剂可以减少Bax活化，增加Bcl-2的蛋白水平表达[17]。研究提示，抑制PI3K/AKT信号通路可以促进细胞凋亡，而活化该通路可以增加抗凋亡因子Bcl-2表达从而抑制细胞凋亡。Ox-LDL诱导HUVEC中，PTEN表达上调，而在细胞中敲减PTEN基因可以减轻内皮细胞损伤，Ox-LDL引起的内皮细胞损伤与PTEN的过度表达有关[3]。综上提示，PI3K信号通路可以通过调节细胞凋亡从而参与动脉粥样硬化的病理生理过程。

2.4 自噬

大量研究表明自噬与恶性肿瘤、神经退行性疾病、心血管疾病、免疫系统疾病等疾病有关。Ox-LDL诱导的泡沫细胞模型中，应用PI3K抑制剂(LY294002)后，Ⅲ类PI3K/Beclin1被抑制，LC3BII/LC3BI、ATG5表达明显降低，P62表达升高，而Bcl-2表达增加[18]。抑制PI3K/AKT可以抑制Ⅲ类PI3K/Beclin1阻断泡沫细胞自噬过程。给新西兰白兔应用AKT抑制剂、mTOR抑制剂或mTOR siRNA处理后，兔腹腔巨噬细胞自噬明显增强，兔动脉血管斑块破裂发生率减低，且易损斑块减少[19]。在小鼠脑缺血/再灌注疾病模型中，PI3K/AKT2信号通路通过抑制PC12细胞凋亡、自噬，从而发挥了保护脑神经作用[20]。综上所述，过度自噬可以导致细胞死亡加剧动脉粥样硬化的发展，抑制PI3K及其信号通路可以抑制自噬从而改善动脉粥样硬化。

2.5 脂质代谢

脂质代谢异常是动脉粥样硬化的主要危险因素，也加速了病变过程。高密度脂蛋白在心肌缺血疾病中发挥保护作用，需要AKT1、AKT2的磷酸化激活[21]。PI3K抑制剂(LY294002)、AKT抑制剂(MK2206)可以抑制P2Y12受体激活引起平滑肌细胞内脂质沉积、总胆固醇水平升高以及脂质外流减少[22]。Ox-LDL诱导的RAW264.7巨噬细胞模型中，应用抵抗素后巨噬细胞中脂蛋白脂酶(lipoprteinlipase, LPL)表达明显增加，且PI3K、AKT磷酸化增加，总胆固醇(totalcholesterol, TC)和三酰甘油(triglyceride, TG)水平均升高，而应用PI3K抑制剂(LY294002)后，LPL表达显著降低，而TC、TG水平均降低[23]。综上，提示PI3K信号通路可以通过增加细胞内脂质外流、减少脂质沉积、降低脂蛋白脂酶及胆固醇水平、上调LDLR表达等方面调控脂质代谢，从而参与动脉粥样硬化的发生发展。

3 PI3K抑制剂在心血管疾病中的应用

PI3K抑制剂主要包括：1)广谱性PI3K抑制剂，可作用于Ⅰ类PI3K的4种亚型；2)亚型特异性PI3K抑制剂；3)PI3K/mTOR双重抑制剂。PI3Kγ亚型特异性抑制剂在肿瘤免疫抑制治疗方面发挥重要作用，其抗肿瘤作用已经得到广泛认可[24]；而PI3Kγ亚型在人和小鼠动脉粥样硬化斑块中高表达，其特异性抑制剂(AS605240)可以减少ApoE-/-小鼠早期动脉粥样硬化病变[25]。目前PI3K抑制剂在心血管疾病中的研究较少，但动脉粥样硬化与肿瘤疾病发病机制不同，所以PI3K抑制剂在两种疾病中所发挥的作用、应用的剂量、给药方式都有诸多不同。期望随着PI3K信号通路在心脏疾病领域研究的不断深入，其抑制剂在心脏疾病中的应用亦会有新的突破。

4 问题与展望

PI3K与多种细胞表面受体结合，激活以AKT信号通路为主的下游信号通路，通过参与细胞凋亡、巨噬细胞表型转化[26]、参与抗血小板聚集、抗炎[27-28]、调控氧化应激、自噬等方面调节动脉粥样硬化[29]，但目前观察PI3K对动脉粥样硬化的调控多集中于细胞研究和部分动物研究中。希望随着研究的进展，可以进一步探究PI3K与动脉粥样硬化之间的关系，为今后的临床研究提供更多的依据，从而深入探索可能的相互作用靶点，为疾病的精准治疗打好基础。