PI3K/AKT信号传导通路在急性肺损伤发生发展中作用的研究进展

张朋云，陈淼

(1遵义医学院,贵州遵义563000;2遵义医学院附属医院)



·综述·

PI3K/AKT信号传导通路在急性肺损伤发生发展中作用的研究进展

张朋云，陈淼

(1遵义医学院,贵州遵义563000;2遵义医学院附属医院)

急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征在国内外医院中发病率高、病死率大，是重症医学科治疗的难题。近年研究发现，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶信号传导通路及其相关调节因子，如线粒体、促凋亡蛋白、糖原合成酶激酶3、caspase、NF-κB等参与了急性肺损伤整个病程，如早期的炎症反应、肺水肿以及后期的组织修复、气道重塑和肺气肿。

急性肺损伤；急性呼吸窘迫综合征；磷脂酰肌醇-3激酶;丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶；肺泡Ⅱ型上皮细胞；肺保护

急性肺损伤是一种由诸多因素诱发引起的急性综合征，破坏性极大，严重影响重症医学科住院患者生存质量和预后。在美国，急性肺损伤的发病率为80/10 000，病死率高达40%[1]。北京儿童医院开展的一项前瞻性调查显示，在重症监护室的儿童患者中，急性肺损伤的发病率达7.8%，病死率为18.2%[2]。急性肺损伤致病因素较多，发病机制错综复杂，致病环节众多，现已成为重症医学科的难点和热点。近年研究发现，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/ 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT)信号传导通路参与了急性肺损伤整个病程，包括病因和发病机制，如早期的炎症反应、肺水肿，以及后期的组织修复、气道重塑和肺气肿[3]。本文就目前PI3K/AKT信号传导通路在急性肺损伤发生发展中作用的研究进展进行综述。

1 急性肺损伤的发病机制

肺泡Ⅱ型上皮细胞(AEC-Ⅱ)是肺组织中较重要的细胞，其功能状态决定着肺病理损伤程度及修复转归。急性肺损伤致 AEC-Ⅱ凋亡发生机制较多，目前研究主要有以下方面：①外源性凋亡途径：这条途径与细胞表面的死亡受体激活有关，也称为死亡受体。目前研究发现有6种死亡受体，这6种死亡受体均属肿瘤坏死因子(TNF-α)受体家族，都包含有死亡结构，死亡因子受体 /死亡因子配体系统在死亡受体途径中最具有代表性，在细胞生理性凋亡及促炎症反应中起着重要作用[4]。急性肺损伤肺组织细胞中有多种炎性细胞因子表达，其中TNF-α是人体内重要生物活性介质，可活化转录因子(NF-α)、诱导细胞调亡、诱导IL-6表达及促进成纤维细胞增殖。②内源性凋亡途径：亦称线粒体凋亡路径，分为半胱氨酸蛋白酶(caspase)依赖性凋亡途径和非caspase依赖性凋亡途径。根据实验证明，线粒体可产生活性氧自由基(ROS)，并且是容易受到氧化损伤的主要靶细胞器。在急性肺损伤疾病中，肺组织AEC-Ⅱ凋亡的启动过程中线粒体起着重要的枢纽作用[5]。caspase依赖性细胞凋亡过程中，半胱氨酸蛋白酶3(caspase-3)的激活是这条凋亡途径信号最终执行者。有研究表明caspase-3参与了急性肺损伤发生发展，并启动了caspase级联反应，进而导致线粒体途径介导的AEC-Ⅱ凋亡[6]。 ROS介导可直接或间接引起线粒体外膜通透性增加，促进凋亡诱导因子和核酸内切酶G释放，启动无caspase参与的凋亡途径。③内质网途径：此凋亡途径通过内质网应激来发挥作用，内质网应激是指内质网的生物稳态性受到破坏，其分子构象、生化反应发生改变。

2 PI3K/AKT信号通路

PI3K是一个异源性二聚体，作为联系细胞外信号与细胞应答效应的中介分子，在磷脂激酶家族中，具有发挥重要的生物学特性的成员。由p110催化亚单位和 p85调节亚单位组成，同时具有脂类激酶活性和蛋白激酶活性。它是细胞内重要的信号转导分子，当细胞受到外界刺激后，PI3K激活可使4，5-二磷酸磷脂酰肌醇的肌醇环上的3′位点磷酸化，生成3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，AKT的磷酸化还可进一步激活或抑制其下游的靶蛋白，引起生物细胞增殖，抑制细胞凋亡。AKT亦被称为蛋白激酶B，具有重要的生物学特性。目前研究发现，至少有3种形式的AKT，包括Akt1、Akt2、Akt3，这些分子对调控细胞增殖、细胞凋亡起着重要作用。磷酸化的AKT 主要通过对含有丝氨酸/苏氨酸残基的底物，发挥生物学效应。许多细胞因子、生长因子、物理刺激等因素均可通过激活PI3K而使AKT磷酸化。通常情况下AKT磷酸化可作为衡量PI3K活性的指标。

3 PI3K/AKT信号通路与急性肺损伤

邓旺等[7]研究认为，PI3K/AKT 信号通路激活后，可上调大鼠肺泡上皮钠通道的表达，增强肺泡钠通道和Na+-K+-ATP活性，清除急性肺损伤时肺泡内多余的水肿液，减轻肺泡内富含蛋白液的渗出，从而减轻肺组织损伤。在麻醉药物异氟烷防止小鼠呼吸机相关性肺损伤模型中，研究者认为，异氟烷可防止呼吸机相关性肺损伤，抑制小鼠肺部炎症反应，抑制机械通气引起的肺泡壁增厚，这种保护通过激活AKT、PI3K/AKT信号传导通路表达发挥作用[8]。在血红素加氧酶-1与七氟烷联合脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤模型中，磷酸化的PI3K和磷酸化的AKT激活,发挥减轻急性肺损伤的重要作用[9]。有研究证实，LPS诱导的急性肺损伤模型中，LPS可引起肺微血管内皮损伤，但激活PI3K/AKT能提高肺泡细胞内环磷腺苷酸含量，使肺血管内皮细胞得到保护，可维持肺内环境稳定、血管内外的动态平衡，改善凝血酶对LPS等多种因素诱发的急性肺损伤。Anjum等[10，11]发现，当肺微血管内皮损伤后，肺血管内外平衡及肺泡毛细血管屏障受到破坏，肺泡通透性增加，使富含蛋白的液体流入肺泡，引起肺不张、肺泡萎陷、通气/血流比例失调，从而导致呼吸衰竭。在探讨依达拉奉对高氧诱导的肺组织氧化损伤的影响及其机制中，观察不同浓度的依达拉奉对大鼠及人肺泡上皮细胞的影响，结果表明，依达拉奉能减轻肺组织生化改变程度，降低高氧诱导的大鼠病死率，减轻细胞和脂质过氧化DNA的氧化损伤，并呈剂量依赖性，还能上调血红素加氧酶-1的表达和活性，此结果通过PI3K/AKT通路发挥作用[3]。Wang等[12]研究发现，金黄色葡萄球菌侵入人体肺泡上皮细胞和原代大鼠肺泡上皮细胞与活化PI3K/AKT信号通路有关。

4 PI3K/AKT信号通路相关调节因子与急性肺损伤

4.1 线粒体 线粒体释放的细胞色素C有诱导细胞凋亡的作用，属于促凋亡蛋白。肖艳等[6]研究发现，高氧暴露可致新生大鼠肺组织细胞色素C分布发生变化，此现象可能是由线粒体途径介导，且激活促凋亡蛋白caspase-3进而导致肺损伤。其研究结果显示，实验组大鼠肺泡内液体清除率增加，肺泡上皮细胞钠离子通道的表达增加，这与激活PI3K/AKT信号通路有关。

4.2 促凋亡蛋白(Bad) Bad由204个氨基酸组成, 相对分子质量为22 kD，有BH1、BH2两个片段。在PI3K/AKT信号通路,下游因子Bad是调节细胞凋亡及存活的靶基因，通过使Ser112 和Ser136 这两个位点磷酸化可发挥Bad的作用。有学者在OA诱导的急性肺损伤实验中，检测肺、支气管灌洗液、血清中血管内皮生长因子(VEGF)、Bcl-2、Bad、PI3K/AKT的表达量，结果发现，Bcl-2蛋白的表达量增加与AKT的激活有关，活化后的AKT抑制Bad因子的表达，从而抑制肺细胞凋亡的执行，此作用是通过PI3K/AKT通路实现的[13]。

4.3 糖原合成酶激酶3(GSK-3) GSK-3有两种亚型：GSK-3α和GSK-3β，活化的AKT可通过磷酸化 Ser21和Ser9，使GSK-3失活。GSK-3β受上游通路PI3K/AKT的影响，GSK-3β的Ser9AKT失去活性，故通过调节PI3K/AKT信号通路可影响 GSK-3β的效应。Ren等[14]对新型PI3K抑制剂诱导人类肺癌细胞凋亡的试验中发现，该抑制剂可降低AKT、GSK-3β的磷酸化,促进髓细胞白血病基因1的泛素化降解，这一试验充分说明在肺癌研究中通过PI3K/AKT通路可以改变GSK-3β的活性。

4.4 caspase caspase在细胞中都是以caspase酶原的形式被合成, 它包括3个结构域：N端的前结构域、大亚单位(大约20 kD)和小亚单位(大约10 kD)。在经线粒体凋亡的途径中，caspase-9是促进细胞凋亡的起始者，与细胞色素C、凋亡蛋白酶活化因子1结合后形成复合物，活化的caspase-9进一步裂解caspase-3和caspase-7，凋亡过程开始。在氧化应激小鼠模型中，促分裂原活化蛋白激酶和PI3K保护细胞免受高氧诱导的细胞凋亡，并通过评估细胞活力测定发现caspase-3和caspase-7均有表达[15]。当在高氧性急性肺损伤时，肺细胞产生大量的ROS，可导致线粒体膜损伤和细胞色素C 的释放，启动 caspase介导的细胞凋亡。

4.5 NF-κB NF-κB是一种多功能的核转录调节因子，具有重要的生理病理作用，可调节各种与细胞存活和凋亡有关的基因产物，如Bcl-2、抗细胞凋亡基因等。AKT可使抑制性κB激酶的Thr23位点磷酸化，后者激活后参与NF-κB对凋亡、炎症等的基因调控。研究表明，NF-κB可介导血管内皮细胞凋亡，其发生机制是炎症因子参与及NF-κB活化。在探讨鞘氨醇激酶-1(SPHK1)对化疗药物诱导非小细胞肺癌细胞凋亡的影响的试验中，发现上调SPHK1可激活PI3K/AKT、NF-κB通路，通过激活PI3K/AKT通路抑制NF-κB[16]。

以上所述，在较多的动物模型及临床试验研究中，PI3K/AKT信号转导通路在ALI中发挥着作用，更深入地研究其发生的具体机制及与其他通路之间的关系，将为急性肺损伤相关性疾病的治疗提供新的思路，并对急性肺损伤疾病的病因和治疗提供新靶点。随着医学及高新技术的发展，针对PI3K/AKT作用底物的研究、以PI3K/AKT为靶点的药物研发将越来越成熟，但是PI3K/AKT信号通路调控细胞相关因子的具体机制十分复杂，多种相关蛋白质和生物小分子均可参与信号调节，这需要我们在前人的基础上进一步深入研究，为临床诊断及药物治疗提供更多帮助。

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国家自然科学基金资助项目(8156010205)。

陈淼(E-mail:764590955@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.45.034

R996

A

1002-266X(2016)45-0099-03

2016-08-13)