PTEN/NF-κB信号通路在肾脏疾病中的研究进展

陈文熙，文青，李智恒，蔡雪妮，严瑞

(贵州医科大学附属医院肾内科，贵阳 550004)

肾脏疾病是临床常见疾病，其早期起病隐匿，未经治疗的肾脏疾病大多转化为慢性肾脏病[1]。肾脏疾病一旦进入了肾功能不全期，均会缓慢进展，并导致不可逆的肾单位丢失、终末期肾病和心血管并发症甚至死亡。其中，导致慢性肾脏病进展的因素包括肾实质细胞损失、慢性炎症、纤维化等。细胞焦亡是一种伴随炎症因子大量释放的程序性炎症性细胞死亡方式，多项研究表明，其参与多种肾脏疾病的发生发展过程[2-4]。细胞焦亡可以分为依赖胱天蛋白酶1的经典途径和依赖胱天蛋白酶4/5/11的非经典途径，两者最终均形成核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎症小体，其切割胃泌素D(gasdermin D，GSDMD)产生的GSDMD 活性N端结构域能介导细胞膜溶解，最后产生并释放白细胞介素(interleukin，IL)-1β，导致细胞焦亡[5]。有文献报道，抑制核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)可降低 GSDMD的转录和活化，从而抑制NLRP3炎症小体激活介导的细胞焦亡[6]。另有研究表明，人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)的脂质磷酸酶活性可以抑制NF-κB的激活[7]。由此推断，GSDMD受到NF-κB的调控，而NF-κB可被PTEN调控。随着研究的深入发现，PTEN在多种肾脏疾病中有重要作用[8-9]。但如何通过调控PTEN/NF-κB信号通路对肾脏疾病进行干预，目前尚未阐明。现就PTEN/NF-κB信号通路在肾脏疾病中的研究进展予以综述。

1 PTEN/NF-κB的功能与联系

PTEN是一种新发现的抑癌基因，位于10q23.3，转录产物为515 kb信使RNA。其属于蛋白酪氨酸磷酸酶基因家族成员，是目前发现的唯一具有双特异磷酸酶活性的抑癌基因。PTEN蛋白在细胞生长、凋亡、黏附、迁移、浸润等方面具有重要作用。同时，PTEN还具有抑制细胞焦亡、改善炎症反应的潜力，并通过其他机制在糖尿病、肝脏疾病、癌症、自身免疫性疾病、心血管系统疾病中发挥重要作用[10]。NF-κB家族成员与反转录病毒癌蛋白v-Rel在结构上有同源性，因此将它们归类为NF-κB/Rel蛋白。在哺乳动物中该家族有5种蛋白：RelA(p65)、RelB、c-Rel、NF-κB1(p50)和NF-κB2(p52)。它们的N端有高度保守Rel同源区，Rel同源区由N端结构域和C端结构域连接而成，在C端结构域上有一个核定位序列，负责与DNA结合、二聚体化和核易位。NF-κB蛋白最早由Pomerantz和Baltimore[11]发现，该蛋白家族可通过选择性结合在B细胞κ轻链增强子上，从而调控多种基因的表达。NF-κB是调节细胞炎症反应、免疫应答等过程的关键分子。而NF-κB的错误调节则可能导致自身免疫病、慢性炎症及癌症的发生。研究表明，NF-κB被激活后，即通过信号转导途径启动一系列级联反应，促进多种细胞因子、黏附因子、化学因子和生长因子等表达[12]。

Chiao和Ling[13]提出，PTEN缺失和Kras突变通过改变胞内磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)调节，激活NF-κB，并上调下游细胞因子基因，共同促进胰腺癌的发展。而赵宝霞等[14]用PTEN抑制剂BPV(Bisperoxovanadium)处理Bmi-1-干扰小RNA转染的细胞后发现，其可恢复NF-κB的活性，提示PTEN可能参与NF-κB活性的调节。Wang等[15]研究表明，替米沙坦可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ/PTEN途径抑制NF-κB介导的促炎细胞因子的表达。Man等[16]用NF-κB亚基p65转染细胞，并通过检测p65核蛋白表达水平来测量NF-κB活化，结果表明，NF-κB p65的过表达可显著降低PTEN的表达，并提出泛素特异性蛋白酶13通过去泛素化稳定PTEN蛋白，而NF-κB很可能通过负调控泛素特异性蛋白酶13导致PTEN表达减少。Mayo等[17]提出，PTEN的下调是最大限度激活NF-κB的充分必要条件。Yin等[18]探讨了RAW264.7细胞中PTEN调节脂多糖诱导Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)信号通路的潜在机制，证明PTEN作为脂质磷酸酶，可以通过去磷酸化来拮抗PI3K/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号转导，进而调节NF-κB的激活。Chatterjee等[19]提出，PTEN的脂质和蛋白磷酸酶活性均可调节NF-κB的表达。其中，PTEN的蛋白磷酸酶活性降低了NF-κB的转录活性，抑制了NF-κB的核定位。而PTEN的脂质磷酸酶活性可以特异性地抑制Akt活化，从而抑制NF-κB激活。通过上述研究推断，PTEN与NF-κB可能存在相互抑制作用，但PTEN/NF-κB信号通路影响肾脏疾病进展的机制目前尚未完全阐明。

2 PTEN/NF-κB信号通路参与肾脏疾病的进展过程

PTEN/NF-κB信号通路参与多种急慢性肾脏病的发病过程，但其在不同的肾脏疾病中的作用并不完全相同，调控的机制也有区别。目前，PTEN/NF-κB信号通路主要与以下几种肾脏疾病的发病过程相关。

2.2PTEN/NF-κB信号通路与狼疮性肾炎(lupus nephritis，LN) LN是系统性红斑狼疮最重要的致残和致病因素。Wu等[28]提出，在LN患者组织样本中，PTEN的表达减少。而Cui等[29]在体内及体外研究中发现，miR-198通过减少PTEN的表达促进系统性红斑狼疮进展。Zhang等[30]提出，LN小鼠中磷酸化NF-κB p65表达明显增多，且NF-κB p65促进了LN的进展。Sun等[31]研究表明，补体1q通过抑制NF-κB通路，改善了炎症和巨噬细胞浸润，减少了LN小鼠肾脏组织的系膜细胞增殖。牛磺酸是一种有机氨基酸，是胆汁的主要成分，有研究者提出，它可以通过失活NF-κB通路减轻LN小鼠的损伤[32]。因此推测，NF-κB的激活可促进LN的进展。Feng等[33]提出，HMGB1参与LN的发病机制，其通过细胞周期蛋白D1/细胞周期蛋白依赖性激酶4/p16系统上调小鼠系膜细胞的增殖，表明PTEN的过表达通过抑制HMGB1抑制系膜细胞的增殖，改善LN；同时，阻断NF-κB也可抑制细胞周期蛋白D1的激活，从而减弱HMGB1诱导的系膜细胞增殖。以上研究表明，在LN发病过程中，PTEN表达减少、NF-κB激活，当逆转这种改变时则可以改善LN。目前LN仍无法治愈，主要治疗目的是缓解症状、避免复发、挽救肾功能。而干预PTEN/NF-κB信号通路可能为LN的治疗带来新希望。

2.3PTEN/NF-κB信号通路与肾癌 肾脏疾病和癌症之间的关联较为复杂。慢性肾脏病患者罹患癌症的概率增加，且癌症和癌症治疗均可能导致肾脏功能受损[34]。PTEN/NF-κB信号通路被发现参与多种肿瘤的进展，如胰腺癌、前列腺癌[35-36]。近年来，在肾癌中也发现了该信号通路的参与，如Kumar等[37]发现，肾细胞癌中NF-κB信号通路增加，PTEN和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的基因发生突变，两者共同促进了肾细胞癌的发生。Bera等[38]发现，miR-21在肾肿瘤中的表达显著增加，其在肾癌细胞中靶向抑制PTEN，并通过NF-κB依赖性转录控制细胞周期蛋白D1的表达促进肾癌细胞的增殖。而Chen等[39]研究指出，在肾癌组织中环状RNA C3P1通过调节miR-21/PTEN轴并失活PI3K/Akt和NF-κB信号通路来抑制肾癌细胞的生长、迁移和侵袭。Spirina等[40]通过研究原发性肾癌肿瘤组织和转移组织中的细胞内信号代谢产物，发现PTEN在肿瘤转移部位的表达减少，而提示肿瘤转移的一些指标(如NF-κB p50、NF-κB p65)表达增多。同时该研究还指出，PTEN在肾癌的发生和发展中起抑癌作用，而NF-κB p50、NF-κB p65可能起促进肿瘤进展的作用。可见，PTEN作为一种抑癌基因，可以抑制肿瘤的发展，而NF-κB通过促进癌细胞的生长、迁移和侵袭起着促进肿瘤进展的作用。

2.4PTEN/NF-κB信号通路与糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN) DN是糖尿病最严重的并发症之一，也是导致糖尿病患者生存质量下降的主要原因之一。DN起病隐匿，临床早期主要表现为肾小球滤过率升高，随后出现微量白蛋白尿，一旦出现显性蛋白尿，病情多持续进展，最后发生肾小球硬化并最终发展为终末期肾衰竭[41]。DN发展至慢性肾衰竭，预后一般较其他病因导致的慢性肾衰竭更差，故应在糖尿病早期进行干预，以延长患者生存时间，改善生活质量。高血糖是DN发生发展的关键因素，而高血压和其他代谢紊乱(高脂血症等)是重要的加重因素，均应受到重视。近年慢性炎症和胰岛素抵抗引起了学者的关注。有学者提出，慢性持续存在的微炎症反应以及固有免疫系统的激活参与了2型糖尿病及其并发症的发生发展过程；且在DN患者肾脏组织中，炎症反应标志物及促炎细胞因子(C反应蛋白、IL-1、肿瘤坏死因子-α等)水平显著升高[42]。既往研究表明，细胞焦亡引起的炎症和细胞损伤与DN进展、肾纤维化、肾小球硬化和肾小管损伤密切相关[43]。而某些降血糖药可发挥抑制细胞焦亡的作用，有研究报道了一些靶向抑制细胞焦亡的潜在途径，该途径可在体内或体外模型中有效抑制肾细胞发生焦亡并减轻肾损伤[44-46]。Wang等[6]通过研究糖尿病小鼠模型和高糖培养的人肾小管上皮细胞(HK-2细胞)，发现抑制TLR4/NF-κB信号转导可以逆转高葡萄糖环境中GSDMD-NT表达的增加，同时抑制IL-1β的释放，进而减轻肾损伤。Cheng等[47]通过高脂饮食/链脲佐菌素注射诱导糖尿病小鼠，发现小鼠肾脏足细胞中胱天蛋白酶11的表达水平显著升高，GSDMD的裂解显著增加，并伴随足细胞中nephrin和podocin蛋白的表达减少，足细胞足突的损失和融合，炎症细胞因子(NF-κB、IL-1β、IL-18)水平升高，而敲除胱天蛋白酶11或GSDMD可减轻糖尿病小鼠的上述改变，表明NF-κB可能通过调节GSDMD参与DN进展。研究表明，PTEN具有脂质磷酸酶及和蛋白磷酸酶的双重活性，在DN中参与了炎症反应的调节过程，同时PTEN的脂质磷酸酶活性可以抑制NF-κB的激活[7]。Feng等[48]研究显示，Blnc1在DN患者的血清、链脲佐菌素诱导的DN模型和高糖诱导的HK-2细胞中均有高表达，且抑制Blnc1可通过核转录因子红系2相关因子2/血红素加氧酶1和NF-κB信号通路显著减轻肾纤维化、炎症和氧化应激。有证据表明，在DN小鼠实验模型中，激活NF-κB可促进巨噬细胞浸润[49-50]。Kim等[51]研究发现，NF-κB抑制剂雷公藤红素能明显改善db/db小鼠肾脏功能和结构变化，胰岛素抵抗，并抑制促炎细胞因子的产生。这些研究表明，抑制NF-κB信号通路可能是治疗2型糖尿病和DN的新方法。Chen等[52]研究指出，肾炎康复片主要通过抑制NF-κB的蛋白表达来改善肾脏炎症、减轻肾功能不全。以上研究表明，通过干预PTEN/NF-κB信号通路改善疾病的进展对DN患者具有重要意义，这可能成为治疗DN的重要突破口。

3 小 结

PTEN的过表达可以抑制LN的发展，并在肾癌的发生和发展中起抑癌作用，同时PTEN还可通过抑制细胞焦亡参与DN中炎症反应的调节过程，但在败血症诱导的AKI中，PTEN可能起到促进疾病进展的作用，总之PTEN在多种肾脏疾病模型中表现出显著的保护作用。而NF-κB激活可以促进马兜铃酸诱导的AKI小鼠肾脏炎症浸润加剧和肾纤维化，且NF-κB激活还参与了LN系膜细胞增殖过程；在肾肿瘤发病过程中，NF-κB p50、NF-κB p65可能起到促进肿瘤进展的作用。NF-κB的激活可能通过产生大量的GSDMD-NT促进DN的肾纤维化、炎症和氧化应激，可见NF-κB激活在肾脏疾病中起着促进疾病进展的作用，而抑制NF-κB起到保护肾脏的作用。目前，多个不同机制的NF-κB抑制剂(肾炎康复片、雷公藤红素、香芹酚等)正处于临床前研究和临床试验阶段。PTEN与NF-κB之间存在紧密联系，PTEN抑制剂可以恢复NF-κB的活性，而NF-κB p65的过表达则可显著降低PTEN的表达，提示两者可能存在相互抑制作用，但目前关于PTEN/NF-κB信号通路在肾脏疾病中的研究较为局限，具体的相互调节机制仍未完全明确。未来需进一步研究PTEN/NF-κB信号通路在其他类型肾脏疾病中的作用，从而为肾脏疾病的早期诊断、预后评估以及靶向治疗提供新思路。