磷脂酰肌醇3－激酶在血管新生相关性疾病中的作用*

权 伟， 张丽莙

(天津医科大学基础医学院病理生理学教研室，天津300070)

血管新生参与了人体多种生理与病理过程，前者如创伤愈合，后者包括肿瘤、动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)、类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis，RA)等多种疾病，血管新生与这些疾病的发生发展密切相关。磷脂酰肌醇3－激酶(phosphatidylinositol 3－kinase，PI3K)作为细胞内重要的信号蛋白，可介导细胞迁移、增殖与血管新生等多种生物学行为的信号转导。本文就PI3K在血管新生相关性疾病中所发挥的作用进行简要综述。

1 PI3K及其信号转导通路

PI3K是指能够特异性地催化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，PI)及其衍生物肌醇环第3位羟基磷酸化、并产生具有第二信使作用的肌醇酯物质的磷酸激酶。按哺乳动物PI3K结构特点与作用底物特异性等方面的差异，将其家族划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3型[1]。Ⅰ型 PI3K是唯一能将二磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol bisphosphate，PIP2)转变为第二信使三磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol trisphosphate，PIP3)的类型，它是由分子量大约为85 kD的调节亚基p85与分子量为110 kD的催化亚基p110组成，两者紧密相关，前者对后者的活性、定位具有调节作用[2]。同时，Ⅰ型PI3K也是其家族在细胞信号转导中作用最为突出者。其上游激活因子通过活化Ⅰ型PI3K，继而催化PIP3产生。胞浆中的下游信号蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶(serine/threonine protein kinase，Akt)与PIP3的PH结构域结合，从而获得催化活性，驱动下一级信号转导[3]。Akt的底物较多，包括 CREB(cAMP response element－binding protein)、IκB 激酶、procaspase － 9、GSK － 3α/β (glycogen synthase kinase － 3α/β)、mTOR(the mammalian target of rapamycin)等[4]。其底物的特点多样性说明了PI3K/Akt在细胞迁移、细胞增殖与细胞凋亡等多种细胞生命活动中的广泛作用，PI3K/Akt信号转导通路亦为PI3K介导上述过程的主要通路。

2 血管新生的过程及其与疾病的关系

血管新生过程主要包括:(1)原有血管基底膜降解以及毛细血管芽的形成和细胞迁移;(2)内皮细胞向刺激方向迁移;(3)迁移的内皮细胞增殖并发育成熟。而整个过程的关键环节则是内皮细胞迁移。

血管新生是AS、RA等多种慢性疾病的发生、发展以及肿瘤生长、转移过程中的共同病理特征，关系到这些疾病的治疗效果与预后。AS斑块内出现的病理性新生血管可促其病变发展，甚至导致斑块内出血、斑块破裂以及并发症的发生，血管生成抑制剂endostatin或TNP－470作用于AS动物模型，能够抑制斑块形成和发展[5]。而关节滑膜增生并形成关节血管翳是RA的重要特征，血管新生在关节翳的形成和维持方面起着关键性作用[6]。肿瘤的生长、转移等生物学行为依赖于丰富的新生血管网络的形成，Sengupta等[7]将纳米直径的抗血管新生药物经肺癌间微血管送达病灶后，可使肿瘤滋养血管闭塞，抑制肿瘤组织生长。

3 PI3K在血管新生相关性疾病中的作用

3.1 PI3K在动脉粥样硬化血管新生中的作用 病理性血管新生在AS斑块不稳定、斑块破裂及血管成形术后再狭窄等方面具有重要意义，内皮细胞迁移是血管新生过程的中心与基础，细胞迁移的同时伴随细胞增殖，而迁移和增殖过程中的内皮细胞始终受到血管生成因子的趋化作用。PI3K/Akt作为介导细胞迁移与增殖的主要信号转导通路之一，参与了血管新生中的内皮细胞迁移与增殖过程[9]。Namkoong等[10]发现，PI3K/Akt信号通路可介导毛喉素引起的血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌及人血管内皮细胞迁移并形成新生血管。VEGF作为主要的血管生成因子，是血管新生的重要调控物质，它对内皮细胞具有强烈的促迁移、促微管腔形成作用，且VEGF可通过激活 PI3K 持续刺激血管新生[11，12]。

内皮细胞迁移所形成的新生血管网越为复杂，网络化程度越高其导致的斑块稳定性越差。而决定稳定性的另外一个因素即新生血管密度，新生血管密度与动脉狭窄程度呈正相关[8]。增殖是血管新生过程中继迁移之后第二个重要阶段，增殖速度也是影响血管密度的主要因素。Fosbrink等[13]研究结果显示，与AS发病密切相关的物质C5b－9可启动PI3K/Akt信号通路，引起主动脉内皮细胞增殖与血管生成因子释放。PI3K活化后激活下游Akt，Akt可使叉头转录因子FOXO1(Forkhead transcription factor O－1)失活，进而调节细胞生长周期，引起内皮细胞增殖与血管新生，PI3K特异性抑制剂LY294002可阻断该过程。

然而血管新生在AS引发的急性冠脉综合症中亦有其积极意义。在冠状动脉严重狭窄或栓塞引起心肌梗死后，再生的新生血管形成侧枝循环，可部分恢复梗死处心肌细胞的血液供给，PI3K/Akt信号通路参与介导该过程。Siragusa等[14]研究显示，LY294002阻断或RNA干扰PI3K表达均可抑制小鼠心肌梗死周围区内皮细胞增殖与微管腔样结构的形成，加速心肌细胞凋亡，增加心肌梗死区面积及心功能不全程度，此效应主要是 PI3K激活 Akt后PI3K/Akt信号通路介导产生的，PI3K激活而Akt受到抑制则信号转导不能继续，上述效应消失。

3.2 PI3K在肿瘤血管新生中的作用 作为重要的人类肿瘤相关蛋白之一的PI3K，其信号通路调节异常在多数瘤变中均有发生，并且与肿瘤血管形成、肿瘤生长速度和侵袭力的关系颇为密切。肿瘤细胞持续生长、增殖与恶性转移等行为均依赖于不断进行的血管新生。丰富的新生血管网可供给其上述活动所需的氧与营养物质，并转运其产生的代谢废物。PI3K的表达变化可通过类似“开关作用”调节肿瘤血管新生，进而影响肿瘤细胞的增殖与转移。如黑色素瘤与乳腺癌经治疗性抑制PI3K活性后，瘤周内皮细胞增殖与管腔化程度显著下降，新生血管明显减少，瘤细胞延缓生长和转移[15]。

肿瘤生长与血管新生是相辅相成、彼此促进的两个过程，肿瘤细胞内PI3K的变化对血管新生亦有影响。肿瘤促进其血管新生主要是通过刺激血管内皮细胞迁移与增殖实现的，PI3K/Akt通路在其中发挥了重要信号转导作用。Tu等[16]将不同类型肺癌细胞与血管内皮细胞共培养，在肺癌细胞分泌物质的作用下，血管内皮细胞凋亡被抑制，迁移能力显著增强，向新生血管方向过渡的微管腔样结构逐渐形成，该过程中经PI3K激活的Akt发挥关键调节作用，沉默Akt表达，上述现象消失。同样，沉默表达人卵巢癌细胞PI3K p110亚基可明显抑制癌细胞增殖且诱发其凋亡，同时肿瘤新生血管也表现为密度降低[17]，其原因可能是肿瘤细胞分泌的促血管生成因子减少，延缓了肿瘤新生血管的形成。由此可知，肿瘤细胞内PI3K的激活可促进其新生血管形成，而新生血管密度的增加与网络化进一步加剧肿瘤生长与转移。因此，抑制肿瘤新生血管与瘤细胞自身的PI3K可能对抑制肿瘤恶化具有协同作用。

肿瘤促进其血管新生是以瘤细胞分泌的促血管新生物质为介质的，主要分为两类，一类是促血管生长因子，如VEGF、碱性成纤维生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)、促血管生成素(angioge-nin，Ang)等。该类物质中VEGF的作用最强，除趋化血管内皮细胞迁移、促进其增殖分裂外，VEGF还能增加新生血管壁通透性，使血管内纤维蛋白原等物质外渗，后者为内皮细胞爬行生长并进一步形成新生血管提供基质[18]。Sakai等[19]研究显示，VEGF可经由PI3K/Akt介导，激活前列腺癌细胞凋亡抑制因子Bcl－2(B－cell lymphoma－2)表达，进而促进其内皮细胞形成新生血管。肿瘤细胞分泌的另一类促血管新生物质即胶原酶、尿激酶等蛋白水解酶类。蛋白水解酶可使血管壁通透性升高并降解基底膜，便于血管内皮细胞迁出形成新生血管，同时基底膜的酶解可以为肿瘤细胞转移提供途径。如阻断PI3K/Akt通路的激活可下调尿激酶的分泌，进而降低辐射导致的脑膜瘤的血管新生程度，抑制瘤细胞转移[20]。同样，喜树碱可阻断前列腺癌细胞PI3K/Akt通路，使其基质金属蛋白酶MMP－2、MMP－9生成量减少，血管新生程度均明显降低，细胞侵袭力下降[21]。PI3K尚参与了凝血酶敏感蛋白 －1(thrombospondin－1，TSP－1)等抗血管生成因子对肿瘤血管新生的抑制作用。TSP－1作为肿瘤发生的负性调节因子，与VEGF等正性调节因子作用相互平衡，抑制肿瘤的发生。如胰腺癌细胞生长激素抑制素与其受体sst－2结合后，可激活TSP－1并使之呈剂量依赖方式上调，TSP－1持续表达可抑制PI3K信号通路激活，进而拮抗肿瘤血管新生及肿瘤形成[22]。

3.3 PI3K在类风湿关节炎血管新生中的作用 RA是一种自身免疫性疾病，持续的RA炎症反应使关节滑膜结缔组织中内皮细胞被激活而迁移，大量血管新生形成血管翳，有研究报道，IL－18作为RA发病过程中的促炎因子可通过PI3K/Akt通路刺激血管生成因子 SDF－1α(stroma－derived factor－1)与MCP－1(monocyte chemotactic protein－1)的分泌，加速新生血管形成[23]。而不断新生的毛细血管壁通透性较高，利于炎症因子的释放，从而形成恶性循环，血管翳逐渐充满整个关节腔后钙化导致关节强直。同时，PI3K可联合转录因子介导RA新生血管的形成。Shankar等[24]研究发现，PI3K/Akt信号通路与MEK/ERK信号通路可协同抑制叉头转录因子FOXO的激活，后者失活可促进内皮细胞迁移形成新生血管，进而影响RA的病理改变。其中PI3K/Akt通路中的Akt经PI3K激活后，可将信号放大，进一步加强对FOXO转录的调控作用。当Akt被阻断后，FOXO磷酸化水平明显增加，FOXO活性升高，血管新生减缓。PI3K活化还可通过抑制FOXO活性上调VEGF表达，进而促进RA中血管内皮细胞迁移与血管新生。VEGF中和抗体作用于内皮细胞可导致PI3K/Akt信号转导通路被阻断，进而延缓内皮细胞迁移及血管新生，这与VEGF在肿瘤血管新生中的作用相似[25]。另外有类似的研究结果显示，同为生长因子家族的成纤维细胞生长因子FGF－1(fibroblast growth factor－1)也可以通过PI3K/Akt信号转导通路促进体内血管内皮细胞迁移与血管新生，且该过程中转录因子Ets－1受PI3K/Akt激活，对FGF－1发挥关键的调节作用[26]，进而成为调控RA血管新生的重要物质。由此推测，生长因子家族、PI3K/Akt通路、转录因子家族，很可能形成一条“信号高速公路”，传递分子信号的同时促进RA中的血管内皮细胞迁移与血管新生。

4 结语

血管新生是众多疾病发展和维持的一个重要机制，其进展程度与相关疾病的治疗和预后关系密切。除上述几种主要疾病外，血管新生还与子宫内膜增殖、糖尿病视网膜病变、银屑病等多种生理和病理过程相关，是健康与疾病之间的一把“双刃剑”。而PI3K及其PI3K/Akt信号通路作为细胞信号转导的重要节点与途径，其变化影响着血管新生的各个环节。从治疗的角度出发，PI3K若能确定为AS、肿瘤及RA等各种血管新生相关性疾病的药物治疗靶点，将为研发针对上述疾病的理想药物提供一条具有广阔前景的新思路。

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