蔡 亮，張炳東

（廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院麻醉科，南寧 530021）

腦卒中因高發(fā)病率、高致殘率和高死亡率已經(jīng)成為威脅人類生命健康的第二大疾病，其中約71%腦卒中病例屬于缺血性腦卒中(cerebral ischemic stroke,CIS)[1]。缺血性腦卒中由于腦血流量急劇下降，組織缺乏血液和氧氣供應(yīng)，最終導致腦梗死及中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。血流中斷引起細胞外微環(huán)境改變，小膠質(zhì)細胞等炎癥細胞在缺血區(qū)被激活釋放炎癥因子，與此同時，無氧代謝促使自由基水平升高和誘發(fā)氧化應(yīng)激。上述誘因通過級聯(lián)反應(yīng)造成神經(jīng)元大量死亡、血腦屏障破壞，并最終導致腦水腫和中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。目前，急性缺血性腦卒中的首選治療方式是通過靜脈注射重組組織纖溶酶原激活劑(recombinant tissue plasminogen activator,rt-PA)重建血運，然而，部分病人重建血運后不但未能減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，反而加重大腦損傷，表現(xiàn)出復雜的病理生理變化，即腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia-reperfusion injury,CIRI)[2]。Wen 等[3]已證實在腦缺血再灌注中PI3K/AKT信號通路有減輕損傷、促進功能恢復的積極作用。本文就PI3K/AKT信號通路在腦缺血再灌注中的保護作用機制進行綜述。

1 PI3K/AKT 信號通路構(gòu)成及調(diào)控

PI3K/AKT 信號通路由磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)和蛋白激酶B(protein kinase B,PKB 或AKT) 組成。PI3K/AKT 信號通路受胰島素、生長因子、細胞因子、血糖濃度等多種因素調(diào)控，并參與營養(yǎng)代謝、增殖、生長、轉(zhuǎn)錄和存活等細胞活動[4]。PI3K是一種同時具有蛋白激酶及磷脂激酶雙重活性的磷脂酰肌醇激酶，PI3K分為Ⅰ型PI3K 亞型(PI3Kα，β，γ，δ)、Ⅱ型PI3K亞型(PI3KC2α，C2β，C2γ)和Ⅲ型PI3K。Ⅰ型PI3K 可以由細胞表面受體活化，所以對Ⅰ型PI3K的研究最為廣泛。Ⅰ型PI3K 是由催化亞基(即p110)和接頭/調(diào)節(jié)亞基(即p85)組成的異二聚體，Ⅰ型PI3K 進一步劃分為兩個子類，ⅠA 型(PI3Kα,β,δ)PI3K 主要被受體酪氨酸激酶活化和ⅠB 型(PI3Kγ)PI3K 主要被G蛋白偶聯(lián)受體活化，也可被Ras 蛋白激活。AKT 在磷脂酰肌醇依賴性激酶(phosphoinositide-dependent protein kinase,PDK)參與下被磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate,PIP3)活化，PIP3 是由PI3K 活化后產(chǎn)生的第二信使[5-6]。

AKT 是PI3K/AKT 信號通路的中心環(huán)節(jié)，屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶,是一種眾所周知的促生存激酶。AKT 分為由PKBα、PKBβ、PKBγ 分別編碼的AKT1、AKT2、AKT3，其中AKT1 在組織中表達最為廣泛，參與細胞生長和存活；AKT2在肌肉和脂肪細胞中高表達，參與胰島素介導的葡萄糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)；AKT3 主要在睪丸和腦中表達。磷酸化的AKT能調(diào)節(jié)Bcl-2(B-cell lymphoma-2)家族、糖原合酶(glycogen synthesis kinase 3β,GSK-3β)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR）、環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(c AMP-response element binding protein,CREB)和內(nèi)皮型一氧化氮(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)等因子的生成與活性[7]。PI3K/AKT 信號通路主要通過調(diào)節(jié)上述因子參與CIRI保護。

2 PI3K/AKT 信號通路與CIRI

CIRI病理機制包括興奮性氨基酸毒性學說、細胞內(nèi)Ca2+超載、神經(jīng)元凋亡、自由基損傷、神經(jīng)炎癥、能量代謝障礙等[2,8]，這些機制相互交聯(lián)、彼此串擾，最終導致腦組織發(fā)生不可逆性損傷。而PI3K/AKT信號通路減輕CIRI具有多靶點、多途徑的特征。

2.1 PI3K/AKT信號通路與氧化應(yīng)激

腦缺血再灌注中“自由基爆發(fā)”是氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)的直接原因。全身約20%的氧被供給于腦，同時，腦組織富含不飽和脂肪酸與鐵，所以，缺血再灌注后極易發(fā)生氧化應(yīng)激。細胞水平的氧化應(yīng)激通過蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能改變、線粒體功能障礙、DNA損傷和脂質(zhì)過氧化導致細胞死亡[2,9]。研究表明，氧化應(yīng)激是眾多酶促氧化反應(yīng)的結(jié)果，PI3K/AKT 信號通路可以通過調(diào)節(jié)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)、血紅素氧合酶(heme oxygenase-1,HO-1)、過氧化氫酶(catalase,Cat)、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase,LDH）等酶來抑制腦缺血再灌注過程中的氧化應(yīng)激[3,10]。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2)在PI3K/AKT氧化還原系統(tǒng)中至關(guān)重要。當氧化應(yīng)激發(fā)生時，Nrf2 從Kelch 樣ECH 相關(guān)蛋白-1(epoxy chloropropane Kelch sample relat ed protein-1,Keap1)解離，易位到細胞核中與抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element,ARE)結(jié)合，促進解毒酶和抗氧化酶的基因表達[11]；HO-1 是Nrf2 下游的關(guān)鍵抗氧化酶，主要通過將血紅素降解為一氧化碳、鐵、膽綠素直接發(fā)揮抗氧化作用，也有研究表明，HO-1參與谷胱甘肽(glutathione,GSH)和SOD的生成調(diào)節(jié)[12-13]。因此，通過Nrf2 激活誘導HO-1 是CIRI 的一種潛在治療方法。Bcl-2 蛋白、叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子（forkhead box protein O，F(xiàn)OXO）和缺氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor 1,HIF-1)也在PI3K/AKT 信號通路維持氧穩(wěn)態(tài)中起重要作用[10,14-15]。目前在CIRI 相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)多種藥物抑制氧化應(yīng)激的機制是PI3K/AKT信號通路的激活。

2.2 PI3K/AKT信號通路與細胞凋亡

細胞凋亡是一種程序性死亡，腦缺血再灌注中自由基蓄積、Ca2+超載、線粒體損傷及炎癥反應(yīng)都能誘發(fā)細胞凋亡[16-17]。PI3K/AKT 信號通路是促進細胞存活的重要通路，GSK3β、mTOR 信號分子是PI3K/AKT 信號通路促生存的關(guān)鍵下游底物。mTOR 通過調(diào)節(jié)Bcl-2 家族蛋白阻止細胞色素C 釋放和半胱天冬酶級聯(lián)途徑激活，從而減少線粒體介導的細胞凋亡；同時，上調(diào)p-mTOR蛋白水平可以抑制神經(jīng)元自噬，促進神經(jīng)元增殖與存活[10,18]。GSK3β 則主要通過調(diào)節(jié)內(nèi)外兩條凋亡信號通路的關(guān)鍵步驟來抑制神經(jīng)元凋亡；GSK3β 位于Wnt/βcatenin通路的上游，低活性GSK3β通過Wnt/βcatenin信號通路抑制細胞凋亡[19-20]。CREB、FOXO、HO-1 等PI3K/Akt 下游底物通過影響B(tài)cl-2 家族蛋白表達間接抑制細胞凋亡[14,21-22]。此外，PI3K/AKT信號通路可以抑制腦缺血再灌注中JNK、p38 MAPK 通路以及P53 途徑所介導的細胞凋亡[7,23-24]。這些證據(jù)表明，PI3K/AKT 信號通路激活可抑制神經(jīng)元凋亡，繼而減輕腦缺血再灌注損傷。

2.3 PI3K/AKT信號通路與炎癥反應(yīng)

缺血和再灌注都能在受損區(qū)域誘發(fā)“瀑布式”炎癥反應(yīng)。腦缺血再灌注促使小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞等炎癥細胞激活并釋放NF-Kβ、COX2、TNFα等促炎因子[25-26]。PI3K/AKT信號通路是干預神經(jīng)炎癥的重要靶點。腦組織缺血再灌注時PI3K/AKT信號通路活性降低而促炎因子升高；相反，激活PI3K/Akt 信號通路能夠抑制NF-Kβ、COX2、TNF-α等促炎因子的釋放和促進抗炎因子IL-10、TGF-β1的表達[27-28]。NF-Kβ作為神經(jīng)炎癥中關(guān)鍵的核轉(zhuǎn)錄因子，不僅能調(diào)控IL-1、IL-6和TNF-α等多種炎癥因子，還是誘導小膠質(zhì)細胞M1 表型的重要因子。小膠質(zhì)細胞與星形膠質(zhì)細胞在神經(jīng)炎癥中扮演著重要角色；其中M1 型小膠質(zhì)細胞和反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞在缺血再灌注后迅速釋放炎癥介質(zhì)加重腦組織損傷，M2 型小膠質(zhì)細胞在缺血再灌注后期通過清除碎片和產(chǎn)生修復、抗炎因子加速神經(jīng)功能恢復。PI3K/AKT 信號通路能夠抑制M1 型小膠質(zhì)細胞和反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥并促進小膠質(zhì)細胞由M1 型向M2 型轉(zhuǎn)化[27,29-30]。綜上所述，PI3K/AKT 通路激活能夠控制腦缺血再灌注中的炎癥反應(yīng)，從而減輕損傷及促進神經(jīng)功能恢復。

2.4 PI3K/AKT信號通路與血腦屏障功能紊亂

血腦屏障是外周循環(huán)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的半透性屏障，它限制和調(diào)節(jié)血液與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的分子、離子和細胞的交換[31]。緊密連接(tight junctions,TJs)作為血腦屏障最重要結(jié)構(gòu)在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。缺血再灌注中產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)、自由基等物質(zhì)會導致緊密連接蛋白磷酸化、移位或降解，從而加重血腦屏障功能紊亂[32-33]?；|(zhì)金屬蛋白酶途徑降解血管壁的細胞外基質(zhì)和緊密連接蛋白是CIRI 損傷血腦屏障的重要步驟[2,34]。促進緊密連接蛋白表達增加和表面粘附分子減少是PI3K/AKT信號通路直接保護血腦屏障完整性的主要原因[35-36]。PI3K/AKT 信號通路抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和基質(zhì)金屬蛋白酶途徑可以減少血腦屏障的損傷因素[36-37]?？傊?，PI3K/AKT信號通路能夠改善缺血再灌注后的血腦屏障功能，從而減輕血管源性腦水腫和恢復腦組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。

2.5 PI3K/AKT信號通路與血管生成

血管生成，即新的毛細血管從已有的血管中萌發(fā)和分裂而生長；血管再生有助于腦缺血再灌注后的神經(jīng)功能恢復[38]。血管再生參與腦缺血再灌注后大腦修復的復雜過程，包括促進神經(jīng)發(fā)生、突觸發(fā)生、軸突萌發(fā)、成神經(jīng)細胞向損傷區(qū)遷移[39]。PI3K/AKT 信號通路和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）分別是血管新生重要的信號轉(zhuǎn)導通路和誘導因子，前者可以通過mTOR、eNOS、HIF1α上調(diào)后者的表達[40-42]。VEGF介導的血管生成在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷到修復的過渡中起著核心作用。治療性血管再生有益于提高缺血性腦卒中患者的生存率和生存質(zhì)量。

3 結(jié)語

PI3K/AKT 信號通路下游底物和腦缺血再灌注損傷與修復密切相關(guān)。已有報道，許多藥物能保護腦組織免受CIRI 和降低缺血性腦卒中患者的死亡率、致殘率，其機制是PI3K/AKT信號通路激活。不僅如此，近年來還發(fā)現(xiàn)，PI3K/AKT信號通路參與神經(jīng)系統(tǒng)中鐵下垂、焦亡的調(diào)控。目前全球?qū)I3K/AKT 信號通路在腦缺血再灌注中的作用機制有了較為深入的研究，同時又發(fā)現(xiàn)不同下游底物被PI3K/AKT 信號通路激活或抑制后具有相似的功能，而下游底物之間是否相互影響，與PI3K/AKT信號通路是否存在反饋尚需繼續(xù)探索。進一步研究PI3K/AKT 信號通路與腦缺血再灌注之間的關(guān)系，對預防CIRI、促進神經(jīng)功能恢復、提高診斷水平具有重要的臨床意義。