基于PI3K/Akt信号通路探讨针刺在中枢神经系统疾病中的作用机制*

王明威,谢西梅,张旭龙,白 秀,沈亚亭

(陕西省西安市中医医院，陕西 西安 710021)

目前，随着社会经济的发展及工作压力的增加，中枢神经系统疾病的发生率呈上升趋势，比如缺血性脑卒中、帕金森病、癫痫、血管性痴呆和阿尔兹海默症等疾病，大量研究已证实针刺治疗中枢神经系统疾病的有效性，并从不同的角度及层次进行了其作用机制的研究。本研究通过前期的文献分析及整理，以“PI3K/Akt信号通路”为切入点，对针刺治疗中枢神经系统疾病的作用机制进行阐释，现兹综述如下。

1 PI3K/Akt信号通路的分子生物学概况

PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，与细胞内信号转导有关，其具备脂类激酶、蛋白激酶活性，可被G2蛋白耦联受体或受体酪氨酸激酶激活，同时负责使磷脂酰肌醇环上3羟基发生磷酸化，从而激活其下游靶点[1]。Akt是一个具有丝氨酸和苏氨酸激酶活性的靶激酶，因其与蛋白激酶A和蛋白激酶C高度同源，故也称为蛋白激酶B(PKB)。Akt有3种亚型，如Aktl(PKBα)、Akt2(PKBβ)和Akt3(PKBγ)。Aktl和Akt2广泛的分布于人体细胞组织中，而Akt3则主要分布于脑、肾和骨骼肌等组织中[2]。Akt作为通路的中心环节，当Akt充分活化时，其主要依赖于PI3K依赖性激酶信号通路，同时它也是PI3K的一个下游靶点，传递PI3K的重要信息[3]。

PI3K/Akt信号通路主要参与细胞的增殖分化[4]。当Akt活化后能经过多途径促进细胞存活，主要调控途径有：①直接或间接影响转录因子家族(Forkhead、CREB、NF-κB)从而有效促进转录因子的活性，调控细胞凋亡；②磷酸化后抑制与抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xl的结合，减少细胞死亡；③抑制凋亡相关因子半胱天冬酶caspase-3和caspase-9磷酸化，抑制凋亡；④使GSK3失活从而阻止凋亡通道的激活[5]。

因此PI3K/Akt信号通路是细胞内重要的信号传导途径，参与细胞的增殖、分化及代谢等过程，广泛应用于临床疾病的机制研究中。

2 针刺调节PI3K/Akt通路对缺血性脑卒中的影响

随着社会的发展，脑卒中已成为常见的死亡原因之一。当脑缺血达到一定时间后恢复血供，再灌注进一步激活炎症反应和细胞凋亡，会使组织损伤和功能障碍加重，导致脑不可逆损伤，即缺血再灌注损伤。当缺血再灌注损伤时，PI3K/Akt信号通路可被激活[6]。Noshita等[7]在大鼠脑缺血前1 h在侧脑室注射PI3K/Akt的抑制剂，发现大鼠脑梗死面积显著增大，神经行为学评分也明显下降，这说明PI3K/Akt信号通路参与了缺血再灌注早期损伤诱导的应激反应，该通路还可能促进神经细胞的存活。

随着医学的发展，针刺治疗脑卒中的有效性在临床中得到证实，且被广泛应用。何二涛[8]研究发现，缺血再灌注早期Akt磷酸化显著增高，给予中等强度电针刺激可激活PI3K/Akt通路，上调Akt(Ser473)的磷酸化水平，还可产生脑缺血耐受作用。脑缺血后，需要新生血管提供营养物质给缺血组织进行修复，才能维持正常的组织代谢，而缺血性脑血管病治疗的关键在于尽快地恢复缺血脑组织的血流供应，挽救缺血半影区濒临死亡的神经元，这样才能有利于神经功能的恢复。张珊珊[9]发现电针可通过上调基质细胞衍生因子-1α(SDF-1α)的表达，激活PI3K/Akt信号通路，从而促进缺血区大脑的血管再生，通过加强该信号通路的激活，还促进内皮前体祖细胞(EPCs)归巢至缺血组织区参与血管再生。宓丹等[10]实验表明通过采用眼针疗法，刺激“肝区”“肾区”“上焦”“下焦”穴位，可激活PI3K/Akt通路，促进Akt磷酸化，减轻脑缺血再灌注损伤引起的细胞凋亡，发挥了保护神经的作用。Bcl-2蛋白家族主要参与细胞的内源性凋亡途径完成对细胞凋亡的调控。而Akt磷酸化Bcl-2相关细胞凋亡促进因子(BAD)，从而能够抑制细胞凋亡途径的起始过程，抑制凋亡通路激活，减少细胞凋亡。李令建等[11]研究发现电针可通过上调Bcl-2蛋白的表达，下调Bax蛋白的表达，从而抑制细胞凋亡，发挥神经保护作用。以上研究表明PI3K/Akt通路能激活/抑制胞内各种蛋白磷酸化，从而调控细胞存活及凋亡[12]。

3 针刺调节PI3k/Akt通路对帕金森病的影响

帕金森病是中老年常见的一种中枢神经系统变性疾病，临床表现为静止震颤、运动迟缓、肌强直和姿势步态异常等。现代医学认为主要病理改变是中脑黑质多巴胺能神经元进行性缺失。近年来研究发现外界环境刺激因素容易导致内质网钙紊乱和蛋白质错误折叠沉积，引起内质网应激(Endo plasmic Reticulum Stress，ERS)，当ERS过度时，就会诱导复杂的促凋亡途径，从而引起细胞损伤及死亡。有研究发现[13-14]PI3K、p-Akt蛋白在PD模型大鼠黑质高表达，同时促进PD大鼠黑质氧化应激反应，当激活PI3K/Akt通路后，多巴胺D1受体激动剂能有效保护PD体外模型PC12下拨损伤。目前临床研还发现，嗜酸性包涵体形成主要是α突触核蛋白在胞内沉积，导致神经元变性凋亡。PD患者脑内自噬增加，自噬可以降解α突触核蛋白，还有研究表明[15]通过抑制PI3K/Akt信号通路，促进自噬清除α突触核蛋白来抑制PI3K/Akt信号通路，保护神经元。

袁利[16]给予PD模型大鼠电针干预，发现电针能够明显上调PD大鼠中脑黑质PI3K、Akt的蛋白和基因表达,下调PD模型大鼠中脑黑质ATF6、Caspase-3的蛋白和基因表达。说明电针能够通过激活PI3K/Akt信号通路，从而抑制内质网应激的发生，保护细胞免于凋亡。冯琬迪等[17]通过对比治疗前后小鼠的爬杆行为学和小鼠中脑黑质致密部多巴胺神经元的丢失程度级脑Akt的表达，发现针刺舞蹈震颤控制区联合美多芭可有效增加黑质和海马CA1、CA3及CA4区Akt的表达，改善神经精神症状。从上述研究可知针刺可以通过调控PI3K/Akt通路，上调或下调其脑内蛋白和基因的表达，影响帕金森脑内的氧化应激。

4 针刺调节PI3K/Akt通路对癫痫的影响

癫痫是一组由不同病因所引起，脑部神经元高度同步化异常放电所致。癫痫常反复发作，严重可导致脑神经元损伤，甚至死亡[18]。癫痫发作对海马神经细胞产生不同程度的损伤，损伤的神经细胞会引起部分神经功能的缺失，而这些神经细胞主要通过细胞体内PI3K/Akt通路存活[19]。有相关研究者观察颞叶癫痫大鼠海马Akt蛋白表达变化与海马神经元凋亡之间关系时发现上调磷酸化Akt蛋白表达有利于减少海马神经元凋亡[20]。

杨帆等[21]实验亦证实了针刺通过调控细胞内PI3K/Akt信号转导，调节了PI3K和Akt蛋白表达。刘鹏等[22]发现针药结合有效改善癫痫大鼠的认知和学习记忆能力，考虑可能是因针药结合激活了PI3K/Akt传导通路，抑制了PI3K-P85及AKT的蛋白表达，有效抑制海马神经细胞的凋亡及神经细胞的坏死，改善神经功能缺失，起到脑保护的作用。海马区苔藓纤维出芽可促进癫痫发生，而雷帕霉素哺乳动物靶点(mTOR)是PI3K/Akt通路的下游丝氨酸/苏氨酸激酶，实验研究也表明针刺可以减少癫痫发病频率、缓解癫痫发作程度[23]考虑可能是针刺调控PI3K/Akt通路下游的mTOR，对硬化海马颗粒层颗粒细胞苔藓纤维轴突的抑制发挥了作用。

5 针刺调节PI3K/Akt通路对血管性痴呆的影响

血管性痴呆是多种脑血管疾病引发脑组织受损并出现以痴呆为主要表现的临床综合征。患者临床表现多呈现认知功能呈进行性下降，并伴有在记忆、定向、语言功能和视空间功能等方面的缺陷。而细胞凋亡与血管性痴呆息息相关。有研究表明，当相关的细胞发生凋亡时将会导致记忆障碍的发生，通过下调蛋白的表达则可抑制细胞的凋亡，进而改善记忆能力。相关研究发现Bcl-2蛋白家族在调节线粒体膜通透性改变起着重要的作用，而Bcl-2家族也是与细胞凋亡密切相关的基因。

有研究表明[24]电针治疗能抑制Bcl-2蛋白家族成员对线粒体膜的通透性改变作用,减少细胞色素C的释放,从而抑制Caspase的激活,改善海马CA1锥体细胞凋亡，达到改善VD大鼠的学习记忆能力,减轻VD大鼠海马病理损害。陈英华等[25]针刺风池、四神聪治疗VD大鼠,发现大鼠海马区抗凋亡蛋白Bcl-2表达增加,促凋亡蛋白bax表达减少，使大鼠脑组织得到了保护。王晅等[26]电针VaD大鼠模型百会、大椎和双侧肾俞穴，以水迷宫试验检测大鼠行为学认知能力，蛋白质印迹法测海马PI3K p85表达及Akt磷酸化水平，结果发现电针改善VaD大鼠的认知功能，促进海马PI3Kp85蛋白表达，提高了Akt磷酸化水平。

6 针刺调节PI3K/Akt通路对阿尔兹海默症的影响

阿尔茨海默病是一种进行性记忆减退、认知功能障碍伴精神行为异常的神经系统退行性疾病。目前关于阿尔兹海默症的发病机制研究，主要集中在过度磷酸化的tau蛋白结合β淀粉样蛋白，导致微管网络不稳定，形成神经元纤维缠结,致使神经元死亡[27]。Tau蛋白的磷酸化受多种激酶及相关信号通路的调节，其中PI3K/Akt信号通路对调节tau蛋白磷酸化起到了重要的作用，PI3K/Akt通过该通路的下游信号分子GSK-3β发挥作用，GSK-3β为人体内重要的苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶，GSK-3β激活后会促进tau蛋白的磷酸化。当PI3K活化后可促进Akt的Thr308位点磷酸化，从而使Akt活化。活化后的Akt会对信号通路下游GSK-3β产生负性调节作用[28]。

针灸因其独特的思路及治疗方法，并通过大量的临床及实验证实了治疗AD的可靠性。研究发现[29-30]电针能有效降低血清β淀粉样蛋白的水平，调节tau蛋白磷酸化，改善大鼠学习记忆能力。徐少群等[31]以“补髓益精,醒神开窍”为治则,针刺异氟醚诱导AD样病小鼠百会、涌泉穴，发现转基因小鼠海马区PI3K、Akt蛋白表达显著增多，海马区神经元凋亡也明显减少。李翎玉[32]以迎香穴为主穴的“嗅三针”干预AD大鼠发现，其能降低AD小鼠海马PI3K、Akt蛋白的表达，影响PI3K/Akt信号转导途径，促进Aβ的降解及清除，进而提高小鼠的认知功能。

7 小结

PI3K/Akt信号通路广泛参与细胞的增殖、分化及代谢等过程，是细胞内重要的信号传导途径，广泛应用于临床疾病的机制研究中。而通过文献分析发现PI3K/Akt信号通路还广泛存在于神经元细胞中，在诸多中枢神经系统疾病中发挥着保护神经的作用，影响中枢神经系统的发育以及神经细胞的生存、增殖及分化等。PI3K/Akt信号转导通路与中枢神经系统疾病治疗之间的相互作用为针刺治疗疾病带来了更多的新思路，同时也证实了针灸可多途径、多层次以及多靶点发挥治疗中枢神经系统疾病的作用。通过针刺干预PI3K/Akt信号转导通路抑制或促进蛋白的表达，可减轻其带来的炎症反应，减少神经细胞凋亡，还能促进血管再生，达到神经元修复，这也有助于进一步探讨和阐明PI3K/Akt信号转导通路在针刺治疗中枢神经系统疾病中的分子调控机制提供了新的思路和方法。PI3K/Akt通路可以作为联系细胞外信号与细胞应答的桥梁，针刺可通过影响上游信号分子来作用于下游的信号分子对细胞起到调节作用，但是目前在针灸治疗中枢神经系统疾病中对该通路上下游信号以及信号间的相互作用研究较少，在以后的研究中可增加实验设计，完善研究范畴。而PI3K/Akt信号通路还可作用于抑郁症、脊髓损伤和停顿舞蹈症等，针刺后是否同样能对该通路进行调控，其针刺在这些疾病中的作用机制仍有待深入，这为研究者后期开展研究及探索提供了科学的思路与方法。