李玉華綜述 趙敏審校

細胞凋亡，也稱為程序性細胞死亡，是一種發(fā)生在生物體內(nèi)、受多種基因調(diào)控的細胞自主、有序地程序性死亡。其與傳統(tǒng)的細胞壞死不同，對生物的正常發(fā)育和組織細胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。已有大量研究記錄了細胞凋亡在多種疾病中的作用，包括癌癥、傳染病及神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。近年來，研究表明細胞凋亡在心臟發(fā)育及多種心血管疾病的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用，與缺血性心臟病、心肌病和心肌肥厚等疾病發(fā)生進展過程密切相關(guān)。由此得出心肌細胞凋亡的增加是加快心肌梗死和心臟衰竭進展的重要原因，抑制心肌細胞凋亡可預(yù)防或治療心臟衰竭，因此抗心肌細胞凋亡被認為是心血管疾病治療的潛在靶點[1-2]。磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信號通路，在細胞存活與凋亡、心電生理和能量代謝等方面發(fā)揮著重要作用，該通路通過直接或間接調(diào)控凋亡相關(guān)因子參與細胞凋亡的不同階段，這一特性使其與心血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中心肌細胞凋亡程度密切相關(guān)。近年來，PI3K/AKT信號通路被證實是控制心肌細胞存活和功能的最重要的促增殖及抗凋亡信號通路之一，在心肌細胞存活和程序性死亡的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用[3]。人為調(diào)節(jié)PI3K/AKT信號通路可調(diào)控心肌細胞凋亡程度，針對該通路的深入研究可為治療和預(yù)防心臟疾病相關(guān)損傷提供新的思路?，F(xiàn)就PI3K/AKT信號通路調(diào)控心肌細胞凋亡作用綜述如下。

1 PI3K、AKT結(jié)構(gòu)與功能

PI3K是一種可使肌醇環(huán)第三位羥基磷酸化的磷脂酰肌醇激酶，是肌醇與磷脂酰肌醇的重要激酶。正常情況下，由PI3K活化而產(chǎn)生的類脂質(zhì)產(chǎn)物有3,4-二磷酸磷脂酰肌醇[PI(3,4)P2]、3,5-二磷酸磷脂酰肌醇PI(3,5)P2和3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)。PI3K在哺乳動物中有8種亞型，可分為ⅠA類、ⅠB類、Ⅱ類和Ⅲ類[4]。Ⅰ類PI3K是唯一產(chǎn)生PIP3的激酶,也是目前研究最廣泛的亞型，其最常見的形式是由催化亞基p110和調(diào)節(jié)亞基p85組成的異二聚體[5]。

PI3K作為一種重要的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，可被細胞外多種信號刺激(如生長因子、細胞因子、激素等)而激活，進而催化PIP2產(chǎn)生PIP3。PIP3作為細胞內(nèi)的第二信使可結(jié)合并活化PI3K下游的多種信號蛋白，如AKT[6]，從而調(diào)控細胞增殖、分化、存活等過程[7]。在生理條件下，PI3K通過兩種方式激活：(1)與具有磷酸化酪氨酸殘基的生長因子受體或連接蛋白相互作用，引起PI3K二聚體構(gòu)象改變而被激活；(2)Ras與p110直接結(jié)合使PI3K活化[8]。通過此兩種途徑激活的PI3K在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使PIP3，PIP3與細胞內(nèi)含有pleckstrin同源結(jié)構(gòu)域的信號蛋白AKT和PDK1(osphoinositide dependent kinase-1)結(jié)合后，AKT轉(zhuǎn)位至質(zhì)膜并獲得催化活性，一方面可催化自身的Ser124和Thr450位點磷酸化，另一方面， AKT的Thr308 、Ser473位點還可分別被PDK1和PDK2催化磷酸化，使AKT完全活化[9-10]，進而參與細胞存活、增殖、代謝等信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。

AKT是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是PI3K控制細胞增殖、存活和細胞周期的主要下游靶標[11]。AKT激酶家族由AKT1(PKBα)、AKT2(PKBβ)和AKT3(PKBγ)3種亞型組成，它們均具有高度保守的氨基酸末端pleckstrin同源(PH)結(jié)構(gòu)域、中央激酶結(jié)構(gòu)域及包含疏水基序的羧基末端調(diào)節(jié)域。3種AKT亞型在各種組織中廣泛表達，其中AKT1含量最豐富且研究最多，其在腦、心臟和肺中表達最為豐富[8]。PI3K產(chǎn)物PIP3將AKT轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜表面后，被磷酸肌醇依賴激酶PDK1和PDK2激活，激活的AKT是重要的抗凋亡調(diào)節(jié)因子，可以通過磷酸化作用激活或抑制其下游靶蛋白如Bad、Caspase-9、NF-κB、Forkhead、mTOR等,從而介導(dǎo)胰島素等多種生長因子調(diào)控細胞生長和存活[9,12-13]。

AKT在體內(nèi)和體外的激活都依賴于磷酸化。AKT1上存在4個磷酸化位點，分別為Ser124、Thr308，Thr450和Ser473。在果蠅和人類細胞中，雷帕霉素靶蛋白(mTOR)及其相關(guān)蛋白質(zhì)rictor是AKT磷酸化所必需的，rictor-mTOR復(fù)合物在體外可直接磷酸化AKT的Ser473位點。同時，rictor-mTOR復(fù)合物也可通過PDK1促進AKT的Thr308位點磷酸化，進而促進AKT的完全磷酸化[4]。磷酸化激活的AKT促進一系列凋亡調(diào)控蛋白的表達(如Bad、Caspase-9等)，發(fā)揮抑制細胞凋亡，促進細胞存活的作用[14]，

2 PI3K/AKT信號通路調(diào)控心肌細胞凋亡

細胞凋亡作為一種受多種基因調(diào)控的生理和病理過程，許多研究表明，其在心臟發(fā)育及多種心血管疾病的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用，與缺血性心臟病、心肌病和心肌肥厚等疾病發(fā)生進展過程密切相關(guān)，因此，抗心肌細胞凋亡被認為是心血管疾病治療的潛在靶點[2]。近年來，研究較多的PI3K/AKT通路被證實是控制心肌細胞存活和功能的、最重要的促增殖及抗凋亡信號通路之一，在心肌細胞存活和程序性死亡的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)控作用[3]。

細胞凋亡的關(guān)鍵信號通路主要有3條，分別為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑、死亡受體途徑和線粒體途徑[15]，而PI3K/AKT信號通路抗細胞凋亡的機制也主要有3種：(1)通過級聯(lián)激活直接調(diào)控。Bcl-2家族參與細胞凋亡調(diào)控，該家族包括促凋亡成員(如Bad、Bax等)和抗凋亡成員(如Bcl-2、Bcl-XL等)。去磷酸化的Bad(激活態(tài))可從細胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移至線粒體，與抗凋亡蛋白Bcl-2或Bcl-XL形成異源二聚體，抑制Bcl-2或Bcl-XL的抗凋亡功能并導(dǎo)致線粒體功能障礙，促進細胞死亡。AKT是強有力的Bad激酶，活化的AKT可使Bad Ser112或Ser136位點磷酸化，磷酸化的Bad(失活態(tài))在細胞質(zhì)中與14-3-3蛋白結(jié)合，使Bcl-2或Bcl-XL游離，發(fā)揮抗凋亡作用。此外，活化的AKT還可使促凋亡相關(guān)因子如半胱天冬蛋白酶Caspase-9的Ser196位點磷酸化而導(dǎo)致其失活，從而抑制Caspase-3/8/9的級聯(lián)活化，發(fā)揮抗凋亡作用[9，14,16-17]。(2)直接或間接地影響相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的活性。叉頭轉(zhuǎn)錄因子(Forkhead)家族是AKT的重要下游靶點，其4種亞型均能被活化的AKT直接磷酸化。磷酸化的Forkhead能抑制促凋亡基因(如FasL)的表達，抗細胞凋亡，促進細胞存活。P53是介導(dǎo)DNA損傷修復(fù)的一個重要蛋白，可被MDM2泛素連接酶介導(dǎo)降解。活化的AKT能夠磷酸化MDM2 Ser166和Ser186位點，上調(diào)MDM2的活性，使p53功能失活或降解，阻斷p53介導(dǎo)的促凋亡反應(yīng)[17-18]。(3)抑制線粒體凋亡因子的釋放。線粒體可釋放凋亡相關(guān)因子如細胞色素C等，PI3K/AKT信號通路的活化可阻止線粒體凋亡因子的釋放從而起到抗細胞凋亡作用。

2.1 PI3K/AKT在缺血性心臟病中調(diào)控細胞凋亡 心肌梗死(MI)是一種嚴重的缺血性心臟疾病，其基礎(chǔ)病變主要是冠狀動脈粥樣硬化，特點為心肌持續(xù)的血液供應(yīng)不足，激發(fā)炎性反應(yīng)、纖維化等病理過程，引起心肌細胞凋亡和壞死，進而導(dǎo)致心室重構(gòu)、心力衰竭和死亡[19-20]。越來越多的證據(jù)表明，PI3K/AKT信號通路在心肌梗死中調(diào)控心肌細胞存活和凋亡中起著重要作用。Zhao等[21]研究證實，microRNA-146b可抑制MI引起的心肌細胞炎性反應(yīng)和凋亡，這一抑制作用與激活PI3K/AKT/NF-κB通路有關(guān)。Liu等[22]的研究進一步證實PI3K/AKT途徑對MI致心肌細胞凋亡的抑制作用，敲除LINC00961基因后，缺氧模擬心肌梗死的H9C2心肌細胞損傷可減輕，這一保護作用是由于敲除LINC00961基因后，激活了 PI3K/AKT/GSK3β途徑，發(fā)揮抗心肌細胞凋亡的作用。

心肌缺血再灌注損傷(MIRI)與心肌梗死不同，它是指心肌缺血持續(xù)一段時間，血液供應(yīng)恢復(fù)即再灌注后，心肌發(fā)生的額外損傷[23]。MIRI是一種涉及到多種病理過程的復(fù)雜現(xiàn)象，一系列反應(yīng)可最終造成心肌細胞損傷[24]。心肌細胞凋亡是MIRI的重要病理基礎(chǔ)，大量研究表明，抑制心肌細胞凋亡可減輕MIRI。PI3K/AKT信號通路是一種經(jīng)典的促增殖抗凋亡的信號調(diào)節(jié)通路，該通路的激活對細胞存活有多種積極作用。Wu等[25]研究報道，去甲烏藥堿能激活β2-腎上腺素能受體(β2-AR)減輕缺血再灌注心肌損傷，這一保護作用依賴于β2-AR通過磷酸化的方式激活PI3K/AKT，從而發(fā)揮抗心肌細胞凋亡，改善心肌結(jié)構(gòu)和功能損傷的作用。Zhang等[26]也在研究血管內(nèi)皮素-1對MIRI的保護作用及其機制中表明，外源性內(nèi)皮素-1通過激活PI3K/AKT/GSK-3β 信號通路來發(fā)揮心臟保護作用。Li等[27]也進一步證實PI3K/AKT途徑對心臟的保護作用，用他克莫司干預(yù)接受MIRI的心肌細胞，激活了PPARγ/PI3K/AKT信號通路，抑制了心肌細胞氧化應(yīng)激及心肌細胞凋亡。

在缺血性心臟病中，PI3K/AKT通路可通過調(diào)控心肌細胞凋亡來實現(xiàn)對心肌的保護作用，因此，對PI3K/AKT信號通路的調(diào)節(jié)可成為臨床中治療或改善缺血性心臟病患者的一種潛在的治療靶點。

2.2 PI3K/AKT在心肌病中調(diào)控細胞凋亡 心肌病是一組異質(zhì)性心肌疾病，由不同病因引起心臟機械和電活動異常，表現(xiàn)為心室不適當?shù)姆屎窕驍U張，嚴重心肌病則會引起進展性心力衰竭甚至心源性猝死。各種類型心肌病患者心肌細胞凋亡增加，終末分化心肌細胞數(shù)量減少，損害心肌功能。PI3K/AKT途徑被證實在心肌病進展中發(fā)揮重要作用，調(diào)控此通路可改善或延緩心肌病的進展。

擴張型心肌病(DCM)是一種原發(fā)性心肌病，是導(dǎo)致心力衰竭的主要原因之一，特征表現(xiàn)為收縮功能受損[28]。近年大量研究探索針對擴張型心肌病病理生理過程的預(yù)防或治療策略，Zhang等[29]的研究表明，miR-132通過抑制PTEN而激活PI3K/AKT通路，從而促進心肌細胞的增殖，抑制心肌細胞的凋亡和纖維化。其他研究也證實了PI3K/AKT在擴張型心肌病中的抗凋亡作用，過表達24-脫氫膽固醇還原酶可通過激活PI3K/AKT通路而抑制Bax從胞漿向線粒體的易位，進而抑制心肌細胞凋亡，改善心肌功能[30]。

糖尿病心肌病是一種繼發(fā)性心肌病，是糖尿病的主要心臟并發(fā)癥之一，也是糖尿病患者發(fā)病和死亡的主要原因之一。多項研究證實，調(diào)控PI3K/AKT可改善糖尿病心肌病的進展。Qi等[31]首次報道了長鏈非編碼RNA同源框轉(zhuǎn)錄物反義RNA(HOTAIR)在糖尿病心肌病中的作用，發(fā)現(xiàn)過表達的HOTAIR可通過激活PI3K/AKT信號通路來提高AC16人心肌細胞活力，同時，使用PI3K/AKT抑制劑處理后可抑制HOTAIR對心肌細胞的保護作用。Ma等[32]也證實PI3K/AKT信號通路激活后對糖尿病心肌病心肌細胞凋亡的抑制作用，黃芩素通過激活PI3K/AKT信號通路，抑制氧化應(yīng)激與炎性反應(yīng)，進而抗心肌細胞凋亡，改善和維持心肌功能。

2.3 PI3K/AKT在心肌肥厚中調(diào)控細胞凋亡 心肌肥厚是心臟對高血壓、缺血性心肌病等心臟壓力或體積超負荷的一種適應(yīng)性反應(yīng)，特點為心室壁肥厚、細胞體積增大、代謝和生化紊亂[33-34]，持續(xù)的心肌肥厚會引起心肌細胞凋亡，導(dǎo)致心臟重塑，進而誘發(fā)心律失常、心力衰竭，甚至猝死[36]。

大量研究發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT參與了病理性心肌肥厚中細胞凋亡的調(diào)控[36]。據(jù)報道，PI3K/AKT的短期激活可發(fā)揮對心肌的保護作用及促進心肌的生理性肥大，而長期激活則可引起病理性肥厚和心力衰竭[37]。目前研究報道的PI3K/AKT參與對心肌肥厚心肌細胞保護的作用機制有2種不同的觀點：(1)通過激活PI3K/AKT信號通路抑制心肌細胞凋亡從而改善心肌肥厚的心臟重構(gòu)。Sun等[38]研究表明，蜂膠黃酮類化合物(FP)對異丙腎上腺素誘導(dǎo)的病理性心肌肥厚具有較強的心臟保護作用，這種保護作用與FP對PI3K/AKT信號通路的激活，顯著減輕心肌細胞凋亡和心肌重構(gòu)密切相關(guān)。Peng等[39]的研究也發(fā)現(xiàn)，PPARγ/PI3K/AKT信號通路的激活對高糖和胰島素誘導(dǎo)的心肌肥厚同樣具有保護作用。主動脈縮窄術(shù)(TAC)可引起壓力負荷增加，誘發(fā)活性氧持續(xù)生成和線粒體功能紊亂，引起心肌細胞凋亡，Lu等[40]的研究證實，抗氧化肽SS31保護TAC誘導(dǎo)的心肌肥厚的重要機制之一是激活PI3K/AKT信號通路，實現(xiàn)抑制心肌細胞凋亡，改善心臟功能的作用。(2)通過抑制PI3K/AKT通路減輕心肌肥厚。Yuan等[41]報道，葛根素通過抑制PI3K/AKT信號通路，抑制壓力超負荷誘導(dǎo)的心肌肥厚中促凋亡因子Bax的表達，進而延緩心肌肥大和心肌細胞凋亡。另有相似的研究發(fā)現(xiàn)，柚皮素對PI3K/AKT信號通路的抑制作用可減輕壓力超負荷引起的心肌肥厚及心臟結(jié)構(gòu)重塑[42]。

PI3K/AKT在心肌肥厚中發(fā)揮著復(fù)雜的作用，可能是由于不同原因?qū)е碌男募》屎癜l(fā)病機制也不盡相同，并且涉及多種信號通路，但通過調(diào)控PI3K/AKT通路可改善肥厚引起的心肌細胞凋亡及損傷，延緩心臟重構(gòu)，為臨床減輕心肌肥厚損傷、改善心肌肥厚心力衰竭患者生活質(zhì)量提供了潛在的治療靶點。

3 結(jié)語與展望

PI3K/AKT信號通路作為心血管疾病發(fā)生發(fā)展中至關(guān)重要的調(diào)控通路，其與心肌細胞的增殖、壞死、自噬和凋亡等過程密切相關(guān)。目前對PI3K/AKT信號通路與心血管疾病心肌細胞凋亡的研究越來越多，但對其作用的詳細途徑仍未完全清楚，可能還存在其他通路與PI3K/AKT的協(xié)同或拮抗，且PI3K/AKT的下游可能還存在其他底物在心肌細胞凋亡中發(fā)揮作用，需要進一步深入探索PI3K/AKT信號通路的作用機制。隨著研究的繼續(xù)進展，PI3K/AKT信號通路與心肌細胞凋亡的關(guān)系也更加深入透徹，針對PI3K/AKT作用底物的研究及以PI3K/AKT為靶點的藥物研發(fā)，此通路將成為各種心血管疾病的潛在治療靶點，為心血管疾病的治療提供新的方向。