磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路参与牙髓和根尖周组织炎症的研究进展

侯 欣 崔彩云 李言君

滨州医学院附属医院口腔内科，山东滨州 256600

磷脂酰肌醇-3- 激酶/ 蛋白激酶B（phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt）是一种细胞内信号传导途径，响应细胞外信号促进细胞存活、增殖和血管生成等。生长因子、细胞因子和激素与受体酪氨酸激酶和G 蛋白偶联受体结合并激活PI3K，在细胞膜上催化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸生成磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸，磷脂酰肌醇3，4，5- 三磷酸作为第二信使进一步激活下游Akt 信号分子启动PI3K/Akt 通路。磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸与细胞内Akt 结合后被磷酸肌醇依赖性激酶-1 磷酸化。活化的Akt 可直接或间接磷酸化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）从而激活mTOR。mTOR 激活后形成mTOR 复合物1 和mTOR 复合物2，mTOR 复合物1 磷酸化真核翻译起始因子4E 结合蛋白和p70 核糖体蛋白S6 激酶，参与线粒体的生物合成和信使核糖核酸mRNA 翻译的调节，参与细胞活动；mTOR 复合物2 参与细胞骨架的重建和细胞存活的调节。此外，PI3K/Akt也参与细胞炎症消退。本研究回顾了近3 年PI3K/Akt信号通路对牙髓细胞和根尖牙乳头细胞的作用及其参与牙髓炎和根尖周炎的作用。

1 PI3K/Akt信号通路参与牙髓和根尖牙乳头细胞的增殖、迁移和分化

多种诱导条件下PI3K/Akt 信号通路参与牙髓细胞（dental pulp cells，DPCs）和牙髓干细胞（dental pulp stem cells，DPSCs）的增殖和迁移，如细胞纤毛内转运蛋白80、人microRNA-210（miR-210）、干细胞缺氧响应型长链非编码RNA、辛伐他汀、脂多糖及细胞培养环境等。细胞纤毛内转运蛋白80缺失导致DPSCs 中成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor 2，FGF2）/PI3K/Akt 信号中断，细胞增殖下降[1]。MiroRNAs 是一种小的非编码RNA 分子，对基因有负调控作用，miR-210 通过PI3K/Akt 途径促进DPSCs 的增殖，并且抑制细胞凋亡，促进牙髓组织的再生[2]，干细胞缺氧响应型长链非编码RNA 通过PDK1激活PI3K/Akt 信号通路促进缺氧条件下人DPSCs 的增殖和迁移[3]。辛伐他汀通过激活PI3K/Akt 信号通路抑制miR-9 的表达上调其靶基因KLF5 的表达促进DPSCs 的增殖[4]。在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导后的人DPSCs 中血管内皮生长因子A 通过激活FAK/PI3K/Akt 和p38 MAPK 信号通路促进人DPSCs细胞迁移[5]。PI3K 通过调节DPCs 细胞迁移延缓其在3D 棒状琼脂糖培养中组织收缩[6]。

PI3K/Akt 信号通路参与牙髓细胞的成牙本质方向分化。体外3D 培养牙胚器官的条件培养基通过PI3K/Akt 信号通路显著促进DPSCs 成牙本质方向分化和血管生成[7]。体外紫草素通过CD44 介导Akt/mTOR 信号通路促进DPSCs 成牙本质细胞分化[8]。体外10-6 ～10-4 μM 的氟化钠通过抑制PI3K/Akt 信号通路促进人DPSCs 成牙本质本质方向分化，10-7μM 的氟化钠促进PI3K/Akt 的激活，氟化钠的作用与氟离子的浓度有关[9]。双调蛋白通过PI3K/Akt 信号通路参与促进体外人DPSCs成牙本质方向分化和大鼠体内基质的产生[10]。在0.5 μg/ml LPS 诱导DPSCs 中生物钟基因BMAL1通过激活PI3K/Akt 信号通路促进DPSCs 的牙本质分化[11]。以抗坏血酸和聚乙烯亚胺为原料合成的碳点支架通过抑制DPSCs 中的PI3K/Akt/mTOR信号通路激活细胞自噬，促进细胞外基质分泌增强其成牙本质方向分化和体内促进牙髓-牙本质复合体样组织生成[12]。成牙诱导条件培养液通过抑制PI3K/Akt 信号通路激活人DPCs 细胞自噬促进其成牙本质方向分化[13]。

PI3K/Akt 信号通路参与牙髓细胞成骨方向分化。人低10 号染色体缺失的磷酸及张力蛋白同源的基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromosome ten，PTEN）基因过表达通过抑制Akt 抑制牙髓间充质细胞成脂分化促进其成骨方向分化[14]。在人DPSCs 过表达ETS 变体2 的转录因子部分激活PI3K/Akt 信号通路增强成骨细胞特异性转录因子OSX 蛋白的表达促进成骨分化，并在大鼠颅骨缺损模型中促进新骨组织和纤维组织的形成[15]。在大鼠DPSCs 中过表达miR-7a-5p 和miR-592 可以通过抑制PI3K/Akt 信号通路来抑制细胞的成骨分化[16]。此外，DPSCs 通过PI3K/Akt影响破骨细胞，DPSCs 促进破骨细胞抑制因子生成抑制PI3K 信号通路来抑制破骨细胞的分化[17]。

PI3K/Akt 信号通路参与牙髓细胞增殖、细胞迁移、成牙本质方向和成骨方向分化等，但牙髓细胞中PI3K/Akt 通路的作用及其机制比较复杂，且已有的研究多为体外研究，缺少体内研究。此外，PI3K/Akt 信号通路对于根尖牙乳头细胞的研究较少，PI3K/Akt 信号通路对牙髓及根尖牙乳头细胞的作用需要进一步研究。

2 PI3K/Akt信号通路参与牙髓和根尖周炎的修复

PI3K/Akt 信号通路参与调节牙髓炎症过程中相关特异性炎症介质的表达，对炎症的发展有重要作用。牙龈卟啉单胞菌LPS 通过PI3K/Akt 信号通路促进人DPSCs 炎症介质的表达，10 ～50 μg/ml LPS 体外促进人DPSCs 中白介素-6（interleukin-6，IL-6）、白介素-8（IL-8）、PI3K 和Akt 表达，PI3K 抑制剂抑制其对IL-6 和IL-8 的表达促进[18]。大肠杆菌LPS 通过钙敏感受体（calcium-sensing receptor，CaSR）/PI3K/Akt 促进人DPCs 中白介素-1β、IL-6和肿瘤坏死因子（tumor Necrosis Factor，TNF-α）等炎症介质的表达[19]。10 μg/ml 大肠杆菌LPS 体外通过激活高迁移率AT hook 2（high-mobility group AT-hook 2，HMGA2）/PI3K/Akt 促 进 大 鼠DPSCs细胞IL-1β 和TNF-α 炎症介质的表达[20]。瘦素与瘦素受体结合后通过JAK2/STAT3，p38 和PI3K/Akt 通路诱导人牙髓成纤维细胞中产生IL-6，参与牙髓炎的局部免疫反应[21]。MiroRNAs let-7c-5p 和miR-155 在牙髓炎中的作用可能作为牙髓炎治疗的思路，在let-7c-5p 过表达的炎症性DPSCs 中通过抑制HMGA2/PI3K/Akt 信号通路抑制IL-1β 和TNF-α 的表达来促进炎症的消退，恢复DPSCs 的成骨分化潜能[20]；Src 同源区2 蛋白酪氨酸磷酸酶-1（Src homology 2-containing inositol phosphatase-1，SHIP-1）是miR-155 目的基因，在1 μg/ml LPS 诱导的小鼠成牙本质细胞中过表达miR-155 可增强IL-6 和IL-1β 表达，抑制SHIP1表 达 促 进p-PI3K 和p-Akt 表 达，而miR-155 沉默表达后可逆转其作用[22]。在C57BL/6 小鼠牙髓炎动物模型与体外结果一致，炎症牙髓中可以通过miR-155/SHIP1/PI3K/Akt 信号通路促进牙髓炎的进展[22]。此外，DPCs 低氧情况下通过激活PI3K/Akt 信号通路来抑制氧化应激，调节细胞的自我更新和分化潜能[23]。PI3K/Akt 信号通路与牙髓炎相关炎症介质的表达有关，抑制低氧状态下的氧化应激，PI3K/Akt 信号通路可作为治疗牙髓炎症的靶点和新思路，但目前相关研究尤其是体内研究较少。

感染牙髓的细菌及其代谢产物通过根尖孔扩散至根尖周组织导致其炎症反应，根尖周炎导致邻近牙槽骨和根尖部牙骨质的吸收和破坏。PI3K/Akt 信号通路参与调节根尖周炎症过程中破骨细胞、成骨细胞和巨噬细胞的作用促进根尖周组织炎症的发展。Akt 在小鼠慢性根尖周炎模型根尖周组织中高表达，Akt 阳性细胞的表达趋势与破骨细胞及中性粒细胞的表达趋势一致，Akt 参与慢性根尖周炎的疾病过程并促进其骨破坏[24]。PI3K 在人慢性牙周炎组织中高表达，在LPS 诱导的炎症环境下PI3K 通过调节破骨细胞和成骨细胞的增殖和分化参与慢性根尖牙周炎的发生发展，阻断PI3K信号通路的研究可能是治疗根尖牙周炎骨破坏的有效途径[25]。人CXXC 型锌指蛋白5（CXXC-type zinc finger protein 5，CXXC5）在牙龈卟啉单胞菌LPS 处理的成牙骨质细胞和C57BL/6 小鼠构建体内根尖周炎模型中表达降低，在根尖周局部炎症环境下PI3K/Akt 信号通路参与了CXXC5 对成牙骨质细胞的成骨分化的作用[26]。PI3K/Akt 信号通路与根尖周炎骨丧失相关，Akt 和PI3K 的表达与根尖周炎的发展趋于一致，PI3K/Akt 通过调节破骨细胞和成骨细胞的增殖和分化、调节巨噬细胞自噬参与慢性根尖牙周炎的发生发展。

3 展望

PI3K/Akt 信号通路参与促进牙髓炎、根尖周炎炎症的消退和损伤组织的再生。PI3K/Akt 信号通路与牙髓炎和根尖周炎的发展有关，PI3K/Akt 信号通路与牙髓炎症组织相关炎症介质的表达有关和抑制低氧状态下的氧化应激，参与牙髓细胞增殖、细胞迁移、成牙本质方向和成骨方向分化等，但目前相关研究较少，尤其是体内研究结果不明确；PI3K/Akt 信号通路与根尖周炎骨丧失相关，PI3K/Akt 通过调节破骨细胞和成骨细胞的增殖和分化、调节巨噬细胞自噬参与慢性根尖牙周炎的发生发展，但缺少其对根尖牙乳头细胞作用的研究。目前PI3K/Akt 信号通路在牙髓和根尖周炎中已有的研究多为细胞学水平，仍需体内研究进一步证实其作用。但上述研究也提示PI3K/Akt 信号通路可以作为治疗牙髓和根尖周炎症的靶点和治疗新思路，为研制治疗牙髓和根尖周病的新型药物和材料提供研究方向。