磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路在变应性鼻炎中的研究进展▲

冯家茹 王明刚 彭林峰 桂雄斌

(1 广西中医药大学研究生院，南宁市 530001，电子邮箱：1320509574@qq.com；2 广西中医药大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈外科，南宁市 530023)

【提要】 变应性鼻炎(AR)是耳鼻咽喉科的常见病和多发病，辅助性T细胞17/调节性T细胞失衡可介导AR发病，磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶(Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的经典信号通路干预AR可能与调控辅助性T细胞17/调节性T细胞的分化和影响体内IgE、AR相关炎症因子及黏蛋白水平相关。近年来，PI3K/Akt/mTOR信号通路的结构与功能等方面的研究逐渐成熟，但其影响AR发生和发展的具体机制仍有待进一步探讨。本文就PI3K/Akt/mTOR信号通路在AR中的研究进展进行综述，以期为AR的防治提供新思路。

变应性鼻炎(allergic rhinitis,AR)的发病率逐年上升，已成为全球范围内不可忽视的疾病之一，而对于能减少AR炎症因子释放的上游通路成为近年来的研究热点。目前研究表明，辅助性T细胞(T helper cell，Th)1、Th2、Th17、调节性T细胞(T regulatory cell，Treg)等的平衡稳态与AR的发生和发展密切相关[1]。磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶(protein kinase B，Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路作为调控细胞增殖、分化、转移的重要通路，在AR中的作用机制也成为研究热点。研究发现，PI3K/Akt/mTOR信号通路存在调控Th17/Treg细胞平衡分化的分子途径，可能成为AR的治疗靶点[2]。因此，本文就PI3K/Akt/mTOR在AR中的研究进展进行综述。

1 PI3K/Akt/mTOR的激活与功能

PI3K可分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3种亚型，不同的亚型发挥不同的作用。PI3K有两种激活方式，一是通过PI3K与受体酪氨酸蛋白激酶相互作用导致二聚体构象发生改变而被激活，二是Ras、P110两者直接结合引起PI3K活化[3]。PI3K通过介导PI3K/Akt/mTOR信号传导通路可以发挥调节细胞增殖、分化及调亡等作用，在各种炎症细胞中起重要作用[4]。因此，深入了解PI3K的作用机制对防治过敏反应疾病具有重要意义。

Akt是PI3K的主要效应分子。机体受到细胞因子等刺激后激活PI3K，引起Akt蛋白的Thr308位点、Ser473位点磷酸化，最终促使Akt发挥效应作用。Akt的底物包括B细胞淋巴瘤-2相关性死亡蛋白、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白、mTOR等，这提示活化的Akt可以通过多种途径激活或抑制下游靶蛋白，从而对细胞的增殖、分化、凋亡以及迁移等发挥调节作用[5-6]。

mTOR信号通路下游有哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物(mammalian target of rapamycin complex，mTORC)1和mTORC2两个不同的复合物。目前已知Akt激活mTOR的途径是通过直接磷酸化和抑制mTOR的负调控因子结节性硬化症复合物2两种方式。激活后的mTOR通过促进转录因子核糖体蛋白S6激酶1和真核起始4E结合蛋白1磷酸化，进而改变机体信使RNA翻译、蛋白质合成及能量代谢等，最终在细胞生长、增殖中发挥关键调控作用。

2 PI3K/Akt/mTOR信号通路的调控作用

2.1 PI3K/Akt/mTORC1信号通路调控Th17细胞的分化 Th17细胞被鉴定为第三种CD4+亚群。Th17细胞表面可表达白细胞介素(interleukin,IL)-23受体、趋化因子受体6、IL-1受体、趋化因子受体5等炎症相关受体，另外细胞核内表达的信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)及视黄酸受体相关孤儿受体γt(retinoid-related orphan receptor γt，RORγt)可调控Th17细胞产生IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-10等炎症因子，从而对炎症相关疾病发挥作用。

研究表明，Th17细胞及其细胞因子是AR的主要参与者，推动AR病情的发展[7]。PI3K/Akt/mTOR通路对CD4+T淋巴细胞分化为Th17细胞有积极调控作用，该通路上的某一环出现异常均会影响Th17细胞的分化。Delgoffe等[8]研究发现缺乏mTORC1的重要调节因子(如Rheb、Raptor)的T淋巴细胞分化为Th17淋巴细胞亚群的能力受损。Shi等[9]研究表明，绿原酸改善AR相关症状和免疫反应的作用机制与其抑制CD4+T淋巴细胞分化为Th17细胞有关。上述研究均表明通过干预PI3K/Akt/mTOR信号通路负向调控Th17细胞的分化可缓解AR症状，这为研究治疗AR的新药提供了科学依据。

PI3K/Akt/mTORC1信号途径通过调节 STAT3 磷酸化、促进缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIF)1α表达、下调独立生长因子1 表达和抑制RORγt核易位等多种机制正向调节 Th17细胞的分化。Kurebayashi等[10]发现PI3K/Akt/mTORC1/核糖体蛋白S6激酶1/核糖体蛋白S6激酶2轴在Th17细胞分化中起关键作用，作用机制包括下调独立生长因子1(Th17分化的负调节剂)以及抑制RORγt核易位。Kurebayashi等[10]研究还发现，与Raptorfl/fl小鼠CD4+T淋巴细胞相比，LckCreRaptorfl/fl小鼠CD4+T淋巴细胞分化的Th17细胞明显减少，这与雷帕霉素抑制Th17细胞的分化作用相似，也证实了mTORC1在Th17细胞分化中的重要性。信号转导和转录激活因子属于细胞内的一组转录因子家族，其中STAT3对Th17细胞的发育有介导作用[11]。Zhang等[12]在微小RNA调节葡萄膜炎中致病性Th17反应的研究结果表明，调节 STAT3 磷酸化会影响Th17细胞分化。尽管上述研究尚未详细描述STAT3介导Th17细胞发育的具体机制，但证实了mTORC1通过激活STAT3调节Th17细胞分化的重要作用。

PI3K/Akt/mTORC1调节Th17细胞分化还与HIF1表达相关，HIF1是由HIF1α和HIF1β亚基构成的异二聚体。研究表明，AR患者鼻黏膜中HIF1α表达水平异常升高，抑制HIF1α表达或可成为治疗AR的有效方法；HIF1α参与AR发病的其中一种机制是通过上调鼻黏膜中血管内皮生长因子的表达来增强Th12介导的变态反应[13-14]。HIF1α被激活后转移到细胞核中形成具有转录活性的HIF1复合物，该复合物可以刺激糖酵解酶和血管内皮生长因子等相关靶基因的表达，血管内皮生长因子作为HIF1α下游分子，参与血管生成并能加剧AR气道炎症反应。Th17细胞和Treg细胞的分化受糖酵解途径的调节和控制，HIF1α是调节糖酵解酶表达的关键转录因子，HIF1α依赖性糖酵解途径是mTOR信号传导的下游途径，这提示了PI3K/Akt/mTORC1信号通路介导Th17/Treg细胞分化的作用，其中具体机制包括：HIF1α通过直接诱导RORγt转录及与RORγt协作激活IL-17A，刺激糖酵解基因表达来介导Th17细胞的分化；另外，HIF1α在增强Th17分化的同时，通过降解叉头转录因子p3(forkhead transcription factor p3，Foxp3)相关蛋白酶体途径来减弱Treg分化，从而调节Th17/Treg之间的平衡[15-16]。上述研究结果说明PI3K/Akt/mTORC1调控Th17细胞分化与HIF1α调节相关基因表达有关。

2.2 PI3K/Akt/mTOR信号通路参与Treg细胞的增殖与分化 Th17/Treg细胞免疫失衡是导致AR发病的一种重要机制[17]，基于Th17/Treg细胞轴来调控Th17的免疫应答与Treg的免疫抑制有利于AR疾病的转归。高亮[18]在研究母体孕期和哺乳期双酚A暴露致子代雄鼠Treg/Th17免疫失衡的调节机制时发现，雄性仔鼠脾细胞中的PI3K、磷酸化Akt(Ser473)、磷酸化Akt(T308)、mTOR 以及磷酸化mTOR 蛋白表达水平均明显上升，Foxp3 蛋白表达水平随双酚A剂量的增加而降低，而RORγt 蛋白表达水平随双酚A剂量的增加而升高。由此可知，激活PI3K/Akt/mTOR信号通路可抑制Treg细胞的分化，增强Th17细胞的分化[16]。

Treg细胞向正在发生炎症反应的组织进行迁移对机体免疫调节功能具有重要作用，其迁移过程依赖于葡萄糖激酶介导的糖酵解，并通过PI3K//Akt/mTORC2介导的途径启动，目的是增强葡萄糖激酶活性。PI3K激活mTORC2后，mTORC2通过完全激活Akt和调控c-Myc的表达来调节糖酵解通量，最终达到调节葡萄糖转运和糖酵解基因转录的目的[19]。

PI3K/Akt/mTOR信号通路调控Treg细胞分化的重要靶点是Foxp3，Foxp3是控制Treg细胞分化的特异性转录因子。有研究显示，抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路会增强Foxp3的表达，并且Foxp3的表达水平与该通路的激活程度呈负相关[20]。Foxp3作为维持Treg细胞发育和功能的重要转录因子，可通过直接调控多种基因表达发挥作用。Sauer等[21]研究发现，抑制Akt、PI3K和mTOR的表达可以诱导Foxp3的表达，第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源物(phosphate and tensin homologue deleted on chromsome ten，PTEN)的丢失可影响Akt活性，对PI3K/Akt/mTOR信号通路起负调控作用。Sauer等[21]通过对比Foxp3诱导剂转化生长因子β(transforming growth factor β,TGF-β)对T细胞抗原受体(T-cell antigen receptor,TCR)/CD28激活的PTEN缺陷型T细胞和对照组T细胞Foxp3的诱导率，发现PTEN缺陷型T细胞中TGF-β诱导的Foxp3细胞数明显低于对照组T细胞，另外还比较了PI3K抑制剂LY294002对TCR/CD28激活的PTEN缺陷型T细胞和对照组T细胞Foxp3的诱导率，发现LY294002能提高PTEN缺陷型T细胞中Foxp3的诱导率。上述结果证实了PI3K/Akt/mTOR信号通路可以控制T淋巴细胞中Foxp3的表达水平，改变Treg的功能，对AR治疗过程中免疫耐受的维持起到关键作用。

2.3 PI3K/Akt/mTOR信号通路与IgE、IL-10、肿瘤坏死因子α的关系 AR主要是由lgE介导的鼻黏膜非感染性慢性炎症性疾病，AR患者的血清总lgE水平及血清特异性lgE水平异常升高且与病情严重程度呈正相关[22]。Song等[23]的研究结果显示，原癌基因DEK靶向核酸适配体可通过减少杯状细胞增生及降低血清IgE和TGF-β1的表达水平等途径减轻卵清蛋白诱发的哮喘，其中涉及的作用机制包括抑制经典的PI3K/Akt/mTOR通路。IL-10主要由Ⅰ型Treg细胞分泌，可以抑制IgE的产生和抑制肥大细胞、嗜酸性粒细胞的致炎作用[24]。肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)能介导炎症细胞聚集到炎症部位，刺激这些细胞产生炎症因子，促使机体发生炎症反应[25-26]。由上可知，AR的免疫应答过程伴随着IgE、IL-10、TNF-α等表达水平的紊乱。研究表明，激活PI3K/Akt/mTOR通路能通过抑制炎症细胞因子的表达水平、逆转提高IL-10水平等方式来减轻心肌受损[27]。Li等[28]在研究重组人脑钠肽在缺血再灌注损伤中的保护作用机制时发现，重组人脑钠肽可以降低缺血再灌注损伤后TNF-α水平而增加IL-10水平，其中涉及的机制与重组人脑钠肽激活PI3K/Akt/mTOR信号通路有关。已有研究证实，在M1型腹膜巨噬细胞中，通过激活PI3K/Akt/mTOR信号途径可以抑制诱导型一氧化氮合酶、IL-12、TNF-α的表达[29]。以上通过调控PI3K/Akt/mTOR通路来平衡炎症因子和抗炎因子表达水平的研究对于进一步探讨PI3K/Akt/mTOR信号通路缓解AR炎性应激的分子机制有一定的启发作用。

2.4 PI3K/Akt/mTOR信号通路与黏蛋白的关系 鼻腔黏液高分泌是导致AR气道慢性炎症的重要原因之一。黏蛋白是鼻腔黏液最主要的成分，研究黏蛋白对认识AR患者的黏液异常分泌病理过程有着重要意义。AR患者的鼻黏膜主要表达黏蛋白1、黏蛋白2和黏蛋白5AC，AR患者的鼻腔黏液高分泌状态离不开黏蛋白基因、黏液分泌细胞的共同作用，其中涉及的具体机制包括基因过度表达、细胞增生肥大及黏蛋白过度分泌[30]。

气道黏蛋白的表达受多种信号传导通路影响，其中包括PI3K/Akt/mTOR信号通路。Li等[31]探讨补肺益肾方Ⅱ抑制慢性阻塞性肺疾病大鼠气道黏液分泌过多的机制，认为可能是补肺益肾方Ⅱ通过调节表皮生长因子受体/PI3K/Akt/mTOR途径减少黏蛋白表达水平和降低杯状细胞增生率。这提示调节PI3K/Akt/mTOR通路或许可以改善AR患者鼻腔黏液高分泌状态，有效缓解流涕症状。此外，还有研究表明，通过抑制核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)通路可以减少人鼻上皮细胞黏蛋白和炎性细胞因子的产生[32-33]，激活NF-κB通路可能通过相关炎症因子诱导AR大鼠过度分泌黏蛋白5AC[34]。NF-κB是PI3K/Akt/mTOR信号通路的下游因子，通过干预PI3K/Akt/mTOR信号通路而影响下游因子NF-κB的表达水平或许可以减少AR患者的鼻腔分泌物。上述研究结果均提示PI3K/Akt/mTOR信号通路在减少AR患者鼻腔黏液分泌中可能扮演着关键角色，研究PI3K/Akt/mTOR信号通路对AR的防治意义重大。

3 小 结

PI3K/Akt/mTOR信号通路在AR中具有重要作用，AR发作的炎性应激损伤机制目前尚未完全明确。近年来，AR发病机制已从既往认为的Th1/Th2免疫失衡转为Th17/Treg细胞失衡为主导。PI3K/Akt/mTOR信号通路在免疫应急状态下可调控Th17及Treg细胞的分化，通过调控PI3K/Akt/mTOR信号通路可以降低IgE水平、减少炎症因子的释放及黏液分泌。因此，采用靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路的药物治疗AR具有广阔的发展前景，可为治疗AR提供新的思路。