巨噬细胞PI3K/Akt通路与动脉粥样硬化的研究进展①

孟中华 尚莎莎 王建茹 关怀敏 陈玉善 王 贺 司春婴 李永林

（河南中医药大学，郑州 450000）

近年冠心病发病率呈上升趋势，在世界范围内具有较高患病率和病死率，已成为近年影响全民健康的重要公共问题［1］。动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是冠心病的病理基础，表现为冠状动脉AS斑块形成、管壁增厚变硬、失去弹性，当发生斑块内出血、斑块破裂等继发性改变时，管腔严重狭窄或闭塞，可引发急性冠脉综合征等心血管事件［2］。关于AS发生具有多种理论，其中血管免疫炎症学说认为各种因素导致的动脉内膜炎症性损伤是AS 的始动环节，AS发生、进展、消退过程都伴随免疫炎症反应，免疫细胞如单核巨噬细胞参与AS 发病过程，巨噬细胞增殖、迁移、表型变化及凋亡在AS 所有病变阶段均发挥重要作用［2-4］。

巨噬细胞具有多种分化来源，血液中的单核细胞穿过血管壁进入组织是巨噬细胞主要来源［5-6］；AS早期，巨噬细胞主要来源于血管内皮细胞对单核细胞的招募及AS斑块内巨噬细胞增殖，而AS进展期，斑块局部巨噬细胞增殖成为主要来源［7-8］。血脂升高等因素导致内皮损伤，内皮细胞分泌炎症因子和趋化因子，如单核细胞趋化因子（monocyte chemoattractant protein，MCP），单核细胞黏附、聚集并迁移至内皮下分化为巨噬细胞［5］。清道夫受体（scavenger receptor，SR）-A、CD36 等介导下，巨噬细胞摄取氧化低密度脂蛋白（oxygenized low density lipoprotein，ox-LDL）并蓄积于细胞内，随着摄入脂质增加，细胞内胆固醇负荷增加引起脂质堆积，巨噬细胞转变为泡沫细胞，并形成脂质条纹、粥样硬化斑块等病理改变［4，9-10］。

巨噬细胞是AS发展的“关键动力”，影响斑块稳定和AS 结局［6］。巨噬细胞受多重信号通路调节，其中PI3K/Akt信号通路在巨噬细胞存活、增殖、迁移过程中发挥重要作用，参与调节巨噬细胞极化、自噬、脂质代谢等功能，是AS 研究热点之一［11-12］。本文将对PI3K/Akt 信号通路调节巨噬细胞功能与AS 的作用进行综述。

1 PI3K/Akt通路结构

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，可被Toll 样受体（toll like receptor，TLR）-4 等病原识别受体、细胞因子、趋化因子和 Fc 受体激活［13］。PI3K激活后催化产生3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 3，4，5-triphosphate，PIP3），PIP3 与磷脂酰肌醇依赖激酶-1（phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）结合，使Akt 转至细胞膜并活化，进一步催化mTOR等下游分子［14-15］。

根据结构、功能和底物专一性不同可将PI3K 分为3 型：Ⅰ型PI3K 由1 个催化亚基和1 个调节亚基组成，分为ⅠA 和ⅠB 2 种亚型，ⅠA 型 PI3K 由催化亚基 p110（包括 p110α、p110β、p110δ 变异型）和调节亚基p85（包括p85α、p55α、p50α、p85β、p55γ变异型）组成，ⅠB 型PI3K 由调节亚基p101 和催化亚基p110γ 构成；Ⅱ型 PI3K 仅有催化亚基，其羧基末端缺少天冬氨酸残基导致Ca2+难以与其结合，因此Ⅱ型PI3K发挥作用不依赖细胞内Ca2+；Ⅲ型PI3K与Ⅰ型结构相似，由催化亚基和调节亚基构成，仅催化PI产生PIP3，参与蛋白和囊泡投送［13，16］。

PI3K 活化在 T308、S4732 个位点激活 Akt，Akt又称磷酸激酶 B（proteinkinase B，PKB），被PIP3 及少量PIP2 活化，对内皮细胞增殖、巨噬细胞分化、迁移等起重要作用；Akt 有 Akt1、Akt2、Akt3 3 种亚型，具有显著同源序列、相似结构，但生物学功能不同，Akt1缺失小鼠围生期病死率提高、体质量下降，Akt2 缺失小鼠生长倾向于高血糖和胰岛素抵抗，小鼠Akt3缺失影响其糖代谢和体质量，且脑细胞发育异常［11］。

PI3K/Akt 通路可通过影响炎症因子、核受体表达调节巨噬细胞极化、自噬、脂质代谢功能变化，进而改变AS发展进程［17-18］。

2 PI3K/Akt通路调节巨噬细胞极化

2.1 巨噬细胞极化 巨噬细胞具有异质性与可塑性，在不同微环境或受不同环境因子刺激下，巨噬细胞可分化为具有不同功能和细胞表面标记的亚型［2］。巨噬细胞主要分化为经典活化（M1）型和选择活化（M2）型，M1 型具有较强抗原提呈能力，对病原体和肿瘤细胞发挥较强免疫清除功能；M2型具有促进炎症消退、伤口愈合、组织修复等作用［19］。AS早期斑块中以M2 型巨噬细胞为主，进展期AS 斑块中M1 型巨噬细胞主要分布于斑块肩部，可能与斑块不稳定性有关，M2型巨噬细胞主要分布于血管外膜处，可能与斑块中新生血管形成有关［20］。

M1型巨噬细胞可由IFN-γ、LPS、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）诱导形成，表达高水平的CD80、CD86，并释放IL-1、IL-3、IL-6、IL-12、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、诱导性一氧化氮合成酶（induced nitric oxide synthetase，iNOS）等炎症因子［19-21］。M2型巨噬细胞由IL-4、IL-10、IL-13、免疫复合物（IC）或糖皮质激素（GC）诱导生成，表达高水平的CD163、CD209、甘露糖受体（CD206）、半乳糖受体，并分泌IL-10、TGF-β、精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、Fizz1、YM1 等抗炎因子［7，21］。M1 型与 M2 型是巨噬细胞极化的两个极端，可相互转化并处于动态平衡，不仅尚未分型的单核细胞可在环境因素作用下发生分型极化，已分型的巨噬细胞也可发生表型转变，病理状态下的巨噬细胞可位于M1/M2 任一中间阶段［5，11］。抑制巨噬细胞向 M1 型极化、调节巨噬细胞向M2型极化有助于增强斑块稳定性，延缓AS进展，降低急性心血管事件发生率［22-25］。

2.2 PI3K/Akt 通路与巨噬细胞极化 PI3K/Akt 通路调节巨噬细胞极化，最重要的效应分子是Akt及下游信号分子（mammalian target of rapamycin，mTOR）。mTOR 通过磷酸化激活，在细胞内以mTOR 复合体（mTOR complex，mTORC）形式存在，有 2 种亚型，mTORC1主要与能量代谢、氨基酸、生长因子及氧水平有关［11］；mTORC2 参与调控 Akt 活性和细胞周期依赖性肌动蛋白功能。mTORC2磷酸化并激活Akt，Akt 活化后磷酸化并使结节性硬化复合物（tuberous sclerosis complex，TSC）灭活，TSC 负调节 mTORC1，TSC 缺失或受抑制可导致mTORC1 活化，活化的mTORC1 反馈抑制 mTORC2 和 Akt 活性，形成反馈环路［13，26］。

Akt1 参与调节内皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthetase，eNOS）及 一 氧 化 氮（NO）生成，对AS 斑块具有保护作用。巨噬细胞中Akt1 缺失上调 iNOS 和 IL-12β 水平，增强其病原体清除能力，抑制内毒素耐受从而诱导M1 型极化［27］。微小RNA（miRNA）也可通过Akt信号调节巨噬细胞表型变化。Akt1敲除（Akt1-/-）小鼠巨噬细胞可通过诱导miR-155、抑制C/EBPβ 调节免疫功能，并影响巨噬细胞极化［28-29］。miR-342-5p 通过抑制 Akt1、上调miR-155 升高iNOS 表达，增强巨噬细胞炎症反应，促进其向 M1 型极化，并促进 AS 发展［30］。miR-125a-5p 可促进 Akt1 活性、抑制 miR-155 维持 M2 型巨噬细胞表型［31］。

Akt2敲除（Akt2-/-）的巨噬细胞炎症因子水平下降、细胞迁移能力降低，胆固醇外流增加、泡沫细胞形成减少，并向 M2 型极化，延缓 AS 进展［32-33］。LPS诱导的AS 模型中，Akt2-/-巨噬细胞对LPS 反应性降低，miR-155 表达受抑制，下游信号 C/EBPβ 表达升高，C/EBPβ可通过促进Arg-1活性使巨噬细胞向M2型极化［34］。研究表明，Akt2-/-可通过 miR-146a 上调抑制 TLR4 信号通路，使巨噬细胞趋向 M2 表型［35］。提示Akt不同亚型对巨噬细胞极化方向具有相反促进作用，Akt1 激活促进巨噬细胞向M2 型极化，Akt2激活促进巨噬细胞向M1型极化。

2.3 PI3K/Akt 通路下游分子与巨噬细胞极化mTOR、TSC 对巨噬细胞极化也有一定调节作用。TSC1-/-巨噬细胞促进LPS 诱导的炎症细胞因子产生，此过程中mTORC1 诱导Akt 信号分子下调及巨噬细胞向 M1 型极化［13］。TSC2 是 mTOR 的负性调节因子，小干扰RNA（siRNA）干扰TSC2 可促进mTOR活化并使STAT3、IL-10表达增加，巨噬细胞向M2型极化；雷帕霉素抑制mTOR 使巨噬细胞向M1 型极化。TSC1 通过抑制mTORC1 活性调节巨噬细胞存活、功能和极化，TSC1-/-巨噬细胞可向M2 型极化，采用雷帕霉素或LPS 预处理TSC1-/-巨噬细胞使其向M1 型极化，采用IL-4 处理则使其向M2 型极化［36］。研究显示，IL-10 可快速激活巨噬细胞 PI3K及其下游 Akt，从而激活 mTORC1，但 mTORC1 激活可能抑制Akt1活化，导致M2型极化减弱［11，37］。

3 PI3K/Akt通路调节巨噬细胞自噬

自噬指在饥饿、缺氧、活性氧等因素诱导下，细胞内长寿蛋白和失去功能的细胞器被转移至溶酶体进行消化，并为细胞重建、再生和修复提供原料，是维持细胞稳态的一种防御和保护机制［22，38］。研究表明，巨噬细胞自噬可降低AS斑块局部细胞内胆固醇沉积，促进胆固醇流出，减少细胞内脂质蓄积，减少泡沫细胞积聚，并可抑制斑块中炎症反应，延缓AS进展；巨噬细胞自噬缺陷可导致严重的巨噬细胞胆固醇代谢障碍，影响溶酶体对胆固醇的处理，导致胆固醇在巨噬细胞及血管内皮下大量蓄积，促进AS发生发展［39-41］。

迄今已发现2 种主要自噬信号通路：营养充足情况下，生长因子、胰岛素与相关膜受体相互作用，通过激活Ⅰ型PI3K/Akt通路活化mTORC1抑制细胞自噬；营养不足或活性氧（ROS）刺激下，触发Ⅲ型PI3K-Beclin1 复合物促进 Atg12-Atg5-Atg16L 复合物和Atg8/LC3 合成，刺激自噬体形成并诱导细胞自噬［42］。

mTOR 是自噬启动阶段的关键调节因子，PI3K/Akt/mTOR 通路在调节巨噬细胞自噬进而改变AS斑块进展过程中发挥重要作用［43］。 PI3K/Akt/mTORC1 通路活化可抑制巨噬细胞自噬，选择性抑制PI3K/Akt/mTORC1 通路可诱导巨噬细胞自噬，减少斑块巨噬细胞浸润，抑制炎症反应进而稳定AS易损斑块［38，44］。选择性抑制 PI3K/Akt/mTOR 通路可诱导自噬体增加，明显上调微管相关蛋白LC3-Ⅱ和自噬相关蛋白Beclin1 表达，增强巨噬细胞自噬，减少斑块巨噬细胞浸润，抑制NF-κB 等因子及炎症反应进而稳定AS斑块发展［45］。

4 PI3K/Akt通路调节巨噬细胞脂质代谢

脂质代谢中，胆固醇流出与AS 呈负相关，巨噬细胞内胆固醇流出增加可延缓细胞泡沫化，高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）可促进逆向胆固醇转运（reverse cholesterol transport，RCT）发挥抗AS 及心血管保护作用［46］。三磷酸腺苷结合盒转运体（ATP binding cassette transporter，ABC）A1、ABCG1和清道夫受体-B1 参与介导RCT，其中ABCA1 介导细胞内游离胆固醇流出至胞外受体如载脂蛋白ApoA-Ⅰ，ABCG1 介导胆固醇流出至HDL，而SR-B1介导胆固醇双向流动［46-47］。PI3K参与巨噬细胞向泡沫细胞转化过程，抑制PI3K可减少修饰的LDL及脂质胞饮作用［48-50］。

1-磷酸鞘氨醇（1-sphingosine phosphate，S1P）是HDL重要组分，与其受体S1PR结合可激活PI3K/Akt通路及下游核因子肝X 受体（liver X receptor，LXR），上调脂质转运蛋白ABCA1 活性，促进巨噬细胞胆固醇流出［51］；S1PR抑制剂可降低PI3K-Akt信号通路活性，ABCA1、ABCG1 表达降低，细胞内胆固醇外流减少［52］。且HDL 通过PI3K-Akt1通路介导巨噬细胞迁移的过程也有S1PR 参与，表明S1P可通过影响PI3K-Akt通路发挥抗AS作用［53］。

脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是水解三酰甘油（triglyceride，TG）限速酶，通过分解血浆中TG 而调节脂质代谢；LPL 通过促进血浆低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）、极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）进入巨噬细胞，大量蓄积脂质，导致 AS［46］。抑制 PI3K/Akt通路可显著下调巨噬细胞LPL 表达，减少巨噬细胞对脂质的摄取，降低细胞内脂质蓄积水平并延缓细胞泡沫化，延缓AS进展［54］。

5 总结及展望

综上，巨噬细胞是AS斑块中重要的免疫炎症细胞，在AS 各阶段显示重要作用，PI3K/Akt 通路及下游信号分子mTOR 等可影响AS 中巨噬细胞极化分型、自噬、脂质代谢等过程，一定程度影响AS病变进程，这一通路可能是防治AS 的有效靶点。现阶段，PI3K/Akt通路调控巨噬细胞相关功能的研究还存在不足之处，如PI3K/Akt 通路在调节巨噬细胞脂质代谢方面是否存在种属差异以及细胞类型不同导致的差异；PI3K/Akt 通路调节巨噬细胞M1 与M2 型极化在人体AS 斑块局部是否影响临床应用尚需进一步验证；mTOR 调控巨噬细胞极化与自噬作用是否有联系、如何达到平衡有待进一步研究。另外，PI3K 与Akt 亚型在调控巨噬细胞功能及调节AS 方面的影响等仍需进一步研究。现有PI3K 抑制剂主要用于科研实验，尚未进入临床应用；mTOR 抑制剂雷帕霉素可调节巨噬细胞自噬、抑制血管内皮增生及再内皮化，发挥抗AS及预防支架内新生动脉硬化作用，已用于药物涂层支架，展示了较好应用前景。总之，深入研究PI3K/Akt通路调控巨噬细胞的功能，对进一步阐释AS病理过程及探索更安全、高效的治疗药物和措施具有重要意义。