PTEN与动脉粥样硬化

苏 琦 李昱瑛 李 岩 郑 杨 潘洪涛 孙 磊 高 鹏

(吉林大学第四医院，吉林 长春 130062)

动脉粥样硬化(AS)是一种多基因遗传的复杂疾病，具有遗传易感性。一些与AS发生具有相关性的基因，从基因水平调控AS发生的关键环节。最新研究表明人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同系物(PTEN)不仅调控细胞的生长和存活，而且作为一种多功能蛋白，在很多细胞进程中发挥广泛的作用。虽然PTEN基因在心血管疾病方面的研究较少，但是它在AS发生中的作用，已经逐渐成为近年来研究的热点。

1 PTEN基因概况

1.1 PTEN基因的结构和功能 人类PTEN基因共编码403个氨基酸，这些氨基酸形成的蛋白质具有两个主要的功能区域:催化酶促作用的磷酸酶区域和C2区域。其中C2区域和短的N末端序列(又名PBD区域)对于PTEN结合到膜脂上起着决定性作用，而其C端尾部包含一个PDZ结合基序，这段基序通常被认为在PTEN和支架蛋白(如鸟苷酸激酶，MAGI)在一起相互作用时起到关键作用〔1～3〕。PTEN的催化功能区在结构上有些类似于酪氨酸磷酸酶蛋白，目前已知的蛋白质作用底物非常稀少，其中有局部粘着斑激酶(FAK)等〔4〕。

PTEN的生物学效应要归于其自身的使脂质底物PI-3，4，5-P3去磷酸化的功能区域。而PI-3，4，5-P3是在PI3K被激活之后，进而生长因子结合到其受体上并与PI3K耦联之后才形成。PI-3，4，5-P3是生长因子刺激信号通路中的一个主要的信号分子，而PTEN基因的脂质磷脂酶基序使PI-3，4，5-P3在其3'端去磷酸化，通过这一反应，PTEN抑制了下游的效应分子激活，这些效应分子包括丝氨酸-苏氨酸激酶AKT和蛋白激酶C(PKC);或者，这些效应分子的激活有赖于PI-3，4，5-P3与其血小板-白细胞激酶底物同源性区域的结合〔5〕。

由于PTEN基因的生物学功能是作为一种脂质磷酸酶，因此其功能的效应位点应该位于细胞质和质膜，而其最有效力的功能就是反向调节原致癌效应蛋白AKT。AKT的激活可以引发一些细胞功能的改变，包括细胞生长、存活、细胞迁移、分化、细胞和组织大小调控、新陈代谢等〔6〕。

1.2 PTEN基因参与调控的信号通路 众所周知，细胞是机体的组成部分，而信号通路就是细胞内代谢进程和细胞之间相互对话的枢纽。而PTEN基因的表达产物参与调控的信号通路与很多其他信号通路有一定的相互作用。

1.2.1 PTEN基因与WNT信号通路 AKT的两个底物GSK3α/β在PTEN信号与WNT信号通路中起着重要的作用。AKT通过使GSK3α/β在丝氨酸21/9位点发生磷酸化，从而抑制了GSK3α/β的活性，而GSK3β正是WNT信号通路的关键调节者，GSK3β发生磷酸化并且由泛素介导发生降解，而活化的AKT可以稳定β-catnin，β-catnin又是WNT信号中的关键因子，从而与WNT信号的传递进行互补〔6〕。此外，PTEN信号与WNT信号之间的相互作用还涉及一些PTEN的其他效应，如PTEN可调节干细胞的自我更新，也可调控维持干细胞的G0-G1期〔7〕。而WNT信号在干细胞的自我更新、增殖方面的作用也是非常重要的。因此，PTEN信号与WNT信号在一定程度上是密切相关的，或者说细胞的生长代谢进程是由PTEN信号与WNT信号协同完成的。

另外，AKT的另一个底物——复合型结节性硬化因子2(TSC2)在参与调控新陈代谢、细胞大小、细胞生长及增殖方面起很关键的作用〔8〕。或许TSC2也是PTEN与WNT信号通路的介导因子，这还有待于进一步证明。

1.2.2 PTEN与PI3K/AKT信号通路存在拮抗作用 PTEN可以使PI3K/AKT去磷酸化，从而抑制PI3K/AKT的活性。而PTEN的去磷酸化作用不仅局限于胞质中，同样存在于细胞核内。Planchon等〔9〕通过实验证明，肿瘤细胞与对照组细胞中的PTEN在细胞核内的表达情况有差别，同时得出结论，核内的PTEN作用在抑制肿瘤形成上起很关键的作用。此外，PTEN对于蛋白质底物的去磷酸化作用的强度尚不清楚，PTEN对于PI3K/AKT的去磷酸化作用是存在的，但也有研究表明PTEN可以直接使其他蛋白质底物发生去磷酸化，而省去其他中间环节〔9〕。由于我们对于被作用的蛋白质底物的检测手段尚不完善，所以这种说法的可靠性值得推敲。因此，PTEN与PI3K/AKT信号之间的相互作用或许并不是单纯的胞质拮抗作用，也可能存在核内的联系。

1.2.3 PTEN与凋亡信号通路的联系 PTEN基因在维持细胞稳态、抑制肿瘤形成等方面的作用类似于传统的p53基因，p53基因参与细胞凋亡信号通路，可以作用于BH3，也可协同作用于Bcl-2家族，引起线粒体膜MDM通透性改变，从而参与胞内凋亡信号途径。PTEN直接作用于p53，可以促进p53更加稳定，保持其转录活性，而这一过程是不依赖于PTEN的作用使AKT的活化进而作用在MDM2来实现的〔10〕。而有研究表明，p53可以在某些缺失PTEN的情况下被诱导参与补偿PTEN的作用〔11〕。这也进一步说明了PTEN与凋亡信号通路密不可分。

PTEN基因参与细胞内凋亡过程，而核内PTEN可以通过一系列作用于Rad51修复受损的DNA;同时，PTEN参与凋亡过程不直接引起caspases的激活，而细胞凋亡诱导因子(AIF)作用于细胞核，引起DNA的损伤片段化，同样不依赖于Caspases的激活，那么两者之间有没有进一步的联系?他们是否存在相互的拮抗作用?而这种拮抗作用的发生机制是什么?还有待于研究者进一步的阐释。

2 PTEN基因的作用

PTEN基因位于人类第10号染色体长臂2区3带上，通过序列比对分析表明，这种基因可编码与张力蛋白和辅助蛋白同源性的磷酸酶〔1〕。研究表明，PTEN蛋白在大多数细胞的生长及存活涉及的磷脂酰肌醇-3激酶(P13K)/Akt信号通路中充当负调节蛋白的角色，其中PTEN抑制PI3K的功能是通过磷脂酰肌醇-3，4，5三磷酸的去磷酸化实现的，其去磷酸化的产物是PI3K的一个关键性产物，它激活了下游的靶标效应分子，即一种致癌蛋白-蛋白激酶B。同时，PTEN的缺失已经成为目前临床上检测P13K/Akt信号通路对于疾病化疗敏感性的一个重要分子标记指标〔2〕。PTEN基因不仅在人体内不可或缺，在小鼠等啮齿类动物的身上也发挥着重要的作用。

3 PTEN基因与AS

AS是一种多因素共同作用的疾病，每种因素的作用机制并不十分清楚。随着对AS发生、发展研究的深入，免疫炎症机制在AS的发生发展中所起的重要作用一再被证实，炎症反应过程贯穿AS发生与发展的各个阶段，炎症因素参与了内皮细胞损伤、炎症细胞浸润、泡沫细胞形成、平滑肌细胞迁移增殖到脂质条纹、纤维斑块乃至复合病变形成的过程。动脉内皮损伤是AS早期形成的始动环节〔12〕，可以导致内皮细胞表面黏附性发生改变，细胞间黏附分子(ICAM-l)及血管细胞黏附分子(VCAM-1)等黏附分子的表达增加并促进单核细胞黏附。已有研究表明VCAM-l和ICAM-1在AS斑块中的表达明显增高，并且参与了白细胞的黏附〔13，14〕。

PTEN作为1997年发现的第一个具有双重磷酸酶活性的肿瘤抑制基因，同时具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶双重活性。近年人们对PTEN的研究逐渐从肿瘤领域延伸到非肿瘤性疾病领域中，许多学者发现PTEN在AS、心肌肥大等疾病中发挥着重要作用。PTEN具有抗炎活性，Subramanina等的研究表明PTEN能通过负性调控中性粒细胞的趋化作用来减轻受损部位的炎性反应〔15〕。Tsoyi等的研究发现，PTEN可以通过 PI3K/Akt/GSK-3/GATA-6信号通路选择性抑制VCAM-1的表达〔16〕。此外，血管平滑肌细胞的迁移和增殖与AS、冠脉支架植入术后再狭窄等心血管系统疾病紧密相关。国外学者发现PTEN能够抑制血管平滑肌细胞的增殖、迁移以及存活，研究发现PTEN能够显著抑制机体损伤后血管平滑肌细胞向伤口的迁移，从而延缓AS形成的进程〔17，18〕。进一步研究发现，PTEN主要作用于上游的一些重要增殖信号转导通路，通路中的关键酶(如磷酸肌醇依赖性激酶)被激活后，可以通过调控信号通路诱导细胞凋亡和中层细胞增生来抑制平滑肌细胞内膜增生。综上所述，大量证据表明PTEN不仅调控了细胞的生长和存活，而且它是一种多功能蛋白，在很多细胞进程中发挥广泛的作用。

此外，有研究已经表明血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)可以诱导血管平滑肌细胞的增殖和迁移，从细胞和分子水平探讨AngⅡ的作用，可以评价它是如何影响平滑肌细胞中抑癌基因PTEN的活性和表达，是否影响PTEN调控的下游信号通路，发挥促血管平滑肌细胞异常增生和迁移的作用。

4 小结与展望

目前基因治疗是AS的崭新领域，从基因入手，针对调控某一信号通路的特异性基因，靶向性的治疗AS，有望成为AS新的治疗方向，为AS患者带来福音。综上考虑，PTEN在AS的发生发展中起到显著的作用，推测PTEN基因的多态性可能影响到AS的发生，通过进一步的实验研究，希望找出影响血管平滑肌PTEN活性和表达的关键因素，进一步证实PTEN与血管平滑肌增殖、迁移的关系，从而为AS的发病机制以及临床治疗提高更新的理论依据和研究靶点。

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