索立達(dá)(綜述)，佟立權(quán)(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院普外科，黑龍江 大慶 163316)

缺血所引起的組織器官損傷是致死疾病的主要原因，每年因缺血導(dǎo)致機(jī)體損傷或者死亡的患者數(shù)量逐年增加。在缺血性疾病搶救和診治的過程中，人們漸漸發(fā)現(xiàn)，組織器官在缺血后一段時(shí)間突然恢復(fù)再灌注血流時(shí)出現(xiàn)更嚴(yán)重的并發(fā)癥，這就是“缺血再灌注損傷”。在缺血再灌注損傷的諸多發(fā)病機(jī)制中，磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-ki-nase,PI3K)-絲氨酸/蘇氨酸激酶(receptorserine/threoninekinases,Akt)信號(hào)傳導(dǎo)通路作為一條經(jīng)典的途徑影響細(xì)胞凋亡正在逐步被人們所認(rèn)知，其中尚未闡明的機(jī)制也被大家廣泛研究?，F(xiàn)就PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路在缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 PI3K-Akt信號(hào)通路概念

PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路是一種由PI3K和Akt組成的信號(hào)傳導(dǎo)通路。其主要功能包括能量代謝、促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化及凋亡[1]。在缺血再灌注損傷時(shí)，Akt下游通路激活，抑制細(xì)胞凋亡，從而減輕缺血再灌注損傷。PI3K包括3種同工酶，下游還有許多效應(yīng)分子，Akt作為通路的中心環(huán)節(jié)，同時(shí)又是PI3K下游的主要靶點(diǎn)，傳遞PI3K的重要信息[2]。當(dāng)PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路被激活后，相應(yīng)的靶蛋白不僅可以促進(jìn)下游Bcl-2抗凋亡蛋白的表達(dá)，同時(shí)可以抑制下游bax、caspase-9等凋亡蛋白的表達(dá)，最終達(dá)到保護(hù)缺血再灌注損傷器官的目的。PI3K是一種細(xì)胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，p-Akt的激活常常與來自G蛋白耦聯(lián)受體和酪氨酸的信號(hào)有關(guān)，當(dāng)PI3K受到信號(hào)刺激后，PI3K的p110亞基和p85亞基結(jié)合從而激活p-Akt，活化的p-Akt向細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，與底物蛋白的特定部位的絲蘇氨酸磷酸化形成p-Akt，p-Akt調(diào)節(jié)下游因子Bcl-2和bax進(jìn)而對(duì)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生影響[3-4]。

Bcl-2作為最重要的抗凋亡因子，其編碼的Bcl-2蛋白作用不可忽視。Bcl-2蛋白的主要作用是可以阻斷線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放、對(duì)抗脂質(zhì)的過氧化、減少細(xì)胞內(nèi)鈣超載及抑制caspase-3的激活而進(jìn)一步發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡的效果。PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活上調(diào)了p-Akt和Bcl-2的蛋白表達(dá)，下調(diào)了細(xì)胞凋亡因子的相關(guān)表達(dá)，進(jìn)而減輕了因缺血再灌注導(dǎo)致的損傷[5]。

2 PI3K-Akt與缺血再灌注損傷機(jī)制

既往實(shí)驗(yàn)研究[6]證實(shí)，氧自由基、鈣超載、細(xì)胞因子和細(xì)胞凋亡等因素與缺血再灌注損傷非常密切，諸多因素的綜合作用導(dǎo)致組織器官的缺血再灌注損傷，甚至影響整個(gè)機(jī)體的健康狀態(tài)。

2.1 PI3K-Akt與氧自由基：氧自由基是機(jī)體內(nèi)多種化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的一類含有一個(gè)不成對(duì)電子的原子團(tuán)結(jié)構(gòu)，是一種有活性的化學(xué)代謝產(chǎn)物。在正常的生物體系中，過多的活性氧自由基會(huì)被機(jī)體內(nèi)的自由基清除劑消滅，避免機(jī)體產(chǎn)生不良反應(yīng)。當(dāng)生物機(jī)體的組織器官缺血缺氧時(shí)，機(jī)體內(nèi)的黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)活性增強(qiáng)，次黃嘌呤接受電子轉(zhuǎn)化為黃嘌呤的過程中產(chǎn)生大量的氧自由基；組織器官在缺血缺氧的同時(shí)又導(dǎo)致線粒體中三磷酸腺苷(adenosine triphosphale,ATP)生成減少，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體的功能障礙，最終產(chǎn)生大量的氧自由基；ATP合成減少還會(huì)導(dǎo)致呼吸鏈功能紊亂和細(xì)胞色素的功能失調(diào)，從而使氧自由基的產(chǎn)生進(jìn)一步增加。氧自由基的積累最終會(huì)超過氧自由基清除劑的清除能力，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生破壞行為，導(dǎo)致正常細(xì)胞和組織器官的損傷而引起多種疾病。有研究[7]表明，減少心肌缺血再灌注早期形成的大量氧自由基可以對(duì)心肌細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用。氧自由基導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷的機(jī)制可分為3點(diǎn)。①氧自由基可使肝細(xì)胞核內(nèi)的DNA雙鏈結(jié)構(gòu)突變，引起肝細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能異常，導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷；②氧自由基可使細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)發(fā)生破損，導(dǎo)致細(xì)胞器的損傷；③氧自由基還可引起血小板的聚集和黏附，導(dǎo)致微循環(huán)障礙。此外，Kupffer細(xì)胞的激活也可導(dǎo)致大量氧自由基的釋放，加重了缺血再灌注損傷[8]。PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路是調(diào)控機(jī)體應(yīng)激和對(duì)抗炎癥的主要信號(hào)通路，在對(duì)抗機(jī)體炎癥方面發(fā)揮重要的作用。

王建明等[9]將小鼠分為假手術(shù)組和缺血再灌注組，通過夾閉小鼠腹腔動(dòng)脈30min后松開動(dòng)脈夾來建立缺血再灌注模型。結(jié)果顯示缺血再灌注組Akt的磷酸化水平均明顯高于假手術(shù)組，這說明PI3K-Akt信號(hào)通路激活后，Akt的磷酸化水平明顯增高，同時(shí)說明缺血再灌注損傷的過程中，PI3K-Akt信號(hào)通路被激活了，可能是通過減少氧自由基的合成而參與缺血再灌注損傷后損傷部位的修復(fù)。

2.2 PI3K-Akt與鈣超載：由于不利因素而引起的鈣平衡系統(tǒng)功能失調(diào)，鈣分布紊亂，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣濃度異常性升高，即鈣超載，其原因如下。①在缺血缺氧的條件下，細(xì)胞膜對(duì)鈣離子的通透性增強(qiáng)，原本細(xì)胞外鈣內(nèi)流到細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加；②細(xì)胞在缺血缺氧時(shí)，細(xì)胞中線粒體的結(jié)構(gòu)和功能障礙，ATP合成過程受到影響，細(xì)胞鈣泵的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，無法將細(xì)胞內(nèi)鈣離子排出，引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子的積聚，導(dǎo)致內(nèi)鈣濃度增加；③細(xì)胞膜上的鈣通道蛋白變性，也可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣的增加。細(xì)胞內(nèi)鈣超載可導(dǎo)致細(xì)胞膜電位的降低，影響線粒體的氧化磷酸化過程，導(dǎo)致線粒體合成ATP減少，嚴(yán)重影響細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和細(xì)胞能量的供應(yīng)；細(xì)胞內(nèi)鈣超載還可以激活磷脂酶A及鈣敏感蛋白酶，進(jìn)一步導(dǎo)致花生四烯酸的形成，花生四烯酸又可促使前列腺素和血栓素的形成，而前列腺素又是導(dǎo)致氧自由基產(chǎn)生的關(guān)鍵因素之一，促進(jìn)細(xì)胞的不可逆性損傷[10]。

PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活可阻止Bcl-2的下降和caspase-3的活化[11-12]，也能調(diào)控線粒體上的通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrialpermeablity transitionpore,MPTP)，促使積累到細(xì)胞內(nèi)大量的鈣離子通過通道轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，減輕細(xì)胞內(nèi)鈣超載，同時(shí)MPTP還能夠調(diào)控細(xì)胞色素C、白細(xì)胞介素及凋亡因子的釋放，最終在對(duì)抗細(xì)胞凋亡中掌握主動(dòng)地位，抑制細(xì)胞凋亡。

2.3 PI3K-Akt與細(xì)胞因子：細(xì)胞因子是免疫原、絲裂原或其他刺激劑誘導(dǎo)多種細(xì)胞產(chǎn)生的低分子量可溶性蛋白質(zhì)，它們通過自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌等途徑方式在組織內(nèi)發(fā)揮特殊的生物學(xué)效應(yīng)。其中包括白細(xì)胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子超家族、集落刺激因子、趨化因子、生長因子等，與缺血再灌注損傷關(guān)系最為密切的就是腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白細(xì)胞介素1(interleukin-1，IL-1)[13]。TNF-α是一種能夠直接殺傷腫瘤細(xì)胞而對(duì)正常細(xì)胞無明顯毒性的細(xì)胞因子，是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的直接殺傷腫瘤作用最強(qiáng)的生物活性因子之一。然而在臨床研究中發(fā)現(xiàn)TNF-α對(duì)人體具有嚴(yán)重的不良反應(yīng)。其主要的不良反應(yīng)如下。①TNF-α可以使肝竇內(nèi)皮細(xì)胞腫脹；②TNF-α可促使中性粒細(xì)胞活化并釋放大量的氧自由基，從而導(dǎo)致細(xì)胞不可逆損傷；③TNF-α干擾肝細(xì)胞DNA的復(fù)制過程；④TNF-α誘導(dǎo)Kupffer細(xì)胞生成過氧化物。IL-1是重要的炎性介質(zhì)之一，同時(shí)作為一種熱原質(zhì)成分，IL-1具有致熱和介導(dǎo)炎癥的作用。IL-1能夠促使Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α，誘導(dǎo)凝血酶和纖維蛋白酶的合成，破壞內(nèi)皮細(xì)胞，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生氧自由基而造成細(xì)胞的損傷。

李程等[14]研究PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路對(duì)大鼠肝缺血再灌注損傷的影響，隨機(jī)將健康雄性SD大鼠分為4組，即假手術(shù)組、缺血再灌注組(IR組)、丹參組(SI組)和丹參+阻斷劑組(LY組)。實(shí)驗(yàn)通過TUNEL法和Western印跡法觀察到SI組凋亡細(xì)胞數(shù)量和凋亡指數(shù)明顯少于IR組，同時(shí)Akt的磷酸化水平的含量較IR組明顯增加；而LY組與SI組，肝細(xì)胞中的p-Akt表達(dá)的含量明顯降低，肝臟細(xì)胞凋亡數(shù)量增加，肝臟損傷更加嚴(yán)重。由此可以推斷，PI3K-Akt阻斷劑的應(yīng)用，阻止p-Akt的生成與表達(dá)，PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活，活化的p-Akt可以有效地抑制炎性介質(zhì)的釋放，能有效地防止細(xì)胞的凋亡，某種程度地對(duì)大鼠肝臟缺血再灌注損傷起到了相應(yīng)的保護(hù)作用。

2.4 PI3K-Akt與細(xì)胞凋亡：細(xì)胞凋亡是為了維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，由細(xì)胞基因控制的、自主的、程序性的死亡。細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死不同，細(xì)胞凋亡是為了能更好地適應(yīng)自身的生存環(huán)境而主動(dòng)的死亡程序。細(xì)胞的程序性死亡是缺血再灌注損傷時(shí)發(fā)病的主要機(jī)制之一，細(xì)胞凋亡的過程極其復(fù)雜，與氧自由基的產(chǎn)生、細(xì)胞能量代謝障礙、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、細(xì)胞因子的激活以及caspase和Bcl-2家族基因的表達(dá)密切相關(guān)，其中caspase家族是導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素之一。研究[15]表明，caspase家族中以caspase-3的活化表達(dá)為顯著標(biāo)志。caspase-3作為中央“劊子手”或者“下游的半胱天冬酶”，在細(xì)胞凋亡中扮演著一個(gè)非常重要的角色，也是細(xì)胞凋亡的一種重要的效應(yīng)分子。大量的細(xì)胞內(nèi)鈣離子的積累導(dǎo)致氧自由基的增加，破壞線粒體的結(jié)構(gòu)和功能，促使細(xì)胞凋亡啟動(dòng)子的釋放，激活caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)。Bcl-2是一種從濾泡性淋巴瘤原癌基因中分離提取的抗凋亡蛋白，它在細(xì)胞凋亡的過程中也起著重要的作用，其導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的機(jī)制是通過調(diào)節(jié)線粒體上MPTP的開啟與關(guān)閉，進(jìn)而影響線粒體合成ATP，同時(shí)調(diào)控線粒體外膜的通透性促進(jìn)或抑制細(xì)胞凋亡[16-17]。Bcl-2還可以穩(wěn)定線粒體膜電位，抑制細(xì)胞色素C的釋放，進(jìn)而抑制caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，防止細(xì)胞凋亡，保護(hù)組織器官免受其害[18]。細(xì)胞凋亡是心肌缺血是心肌損傷的一種主要形式，心肌梗死面積的大小很大程度上取決于心肌細(xì)胞凋亡的程度。研究[19]表明，部分心肌細(xì)胞的保護(hù)作用機(jī)制依賴于p-Akt的活化，p-Akt活化后可以激活其下游的相應(yīng)靶點(diǎn)，最終通過減少線粒體MPTP的開放，促使線粒體能量的合成，同時(shí)使線粒體外膜更具有穩(wěn)定性，減少促凋亡因子，促進(jìn)抗凋亡因子的作用，對(duì)抗心肌細(xì)胞的凋亡。在大鼠心肌缺血再灌注損傷中，PI3K-Akt信號(hào)通路作為細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)傳導(dǎo)通路，在對(duì)抗大鼠心肌缺血再灌注損傷和抑制細(xì)胞凋亡中發(fā)揮了舉足輕重的作用。誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因素種類非常多，這些不同的因素導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的途徑也不盡相同，但這些因素有時(shí)可以通過相同的信號(hào)傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；同時(shí)這些不同的因素在一種信號(hào)傳導(dǎo)通路中作為促進(jìn)細(xì)胞凋亡因素，在另一種信號(hào)傳導(dǎo)通路中也可能變成抑制細(xì)胞凋亡的因素。文獻(xiàn)[20]報(bào)道，同一種因素在同一條信號(hào)傳導(dǎo)通路中也可以促進(jìn)細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這種因素可能通過對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)通路中增殖和凋亡2個(gè)方面的調(diào)控而產(chǎn)生的結(jié)果。

在缺血再灌注損傷時(shí)PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路激活，促使p-Akt的磷酸化增加，抑制caspase-3的表達(dá)，上調(diào)Bcl-2的表達(dá)，進(jìn)而可以避免組織器官在缺血再灌注中受到損傷。

3 展 望

PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路可以參與到各種調(diào)節(jié)反應(yīng)的過程中，對(duì)抗缺血再灌注損傷引起的細(xì)胞凋亡，同時(shí)PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路與絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)傳導(dǎo)通路及酪氨酸激酶信號(hào)傳導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子信號(hào)傳導(dǎo)通路等其他通路是否相互作用，對(duì)抗由于缺血再灌注引起的損傷，其中的聯(lián)系尚未發(fā)現(xiàn)，相信深入研究PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路與其他通路的區(qū)別和聯(lián)系會(huì)為我們提供更多的思路。

[1] MIURA T,MIKI T.GSK-3beta,a therapeutic target for cardiomyocyte protection[J].Circ J,2009,73(7):1184-1192.

[2] MULLONKAL CJ,TOLEDO-PEREYRA LH.Akt in ischemia and reperfusion[J].J Invest Surg,2007,20(3):195-203.

[3] WANG B,SHRAVAH J,LUO H,et al.Propofol protects against hydrogen peroxide-induced injury in cardiac H9c2 cells via Akt activation and Bcl-2 up-regulation[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,389(1):105-111.

[4] SONG JQ,TENG X,CAI Y,et al.Activation of Akt/GSK-3β signaling pathway is involved in intermedin1-53 protection against myocardial apoptosis induced by ischemia/reperfusion[J].Apoptosis,2009,14(11):1299-1306.

[5] PARK SE,PARK C,KIM SH,et al.Korean red ginseng extract induces apoptosis and decreases telomerase activity in human leukemia cells[J].J Ethnopharmacol,2009,121(2):304-312.

[6] 凌今,凌人,黃彬彬,等.缺血再灌注損傷與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[J].中國醫(yī)藥生物技術(shù),2013,8(2):129-133.

[7] SERVIDDIO G,DI VENOSA N,FEDERICI A,et al.Brief hypoxia before normoxic reperfusion (postconditioning) protects the heart against ischemia-reperfusion injury by preventing mitochondria peroxyde production and glutathione depletion[J].FASEB J,2005,19(3):354-361.

[8] SHIRASUGI N,WAKABAYASHI G,SHIMAZU M,et al.Up-regulation of oxygen derived free radicals by interleukin-1 in hepatic ischemia/reperfusion injury[J].Transplantation,1997,64(6):1398-1403.

[9] 王建明,鄭德義,賈一韜,等.MAPK及PI3K-AKT信號(hào)通路活化在小鼠胃缺血再灌注損傷中的作用[J].山東醫(yī)藥,2010,50(10):6-7.

[10] DONG C,GRANVILLE DJ,TUFFNEI CE,et al.Bax and apoptosis in acute and chronic rejection of root cardiac allografts[J].Lab Invest,1999,79(12):1643-1653.

[11] ADYA R,TAN BK,PUNN A,et al.Visfatin induces human endothelial VEGF and MMP-2/9 production via MAPK and PI3K/Akt signaling pathways:novel insights into visfatin-induced angiogenesis[J].Cardiovase Res,2008,78(2):356-365.

[12] LIM SY,DAVIDSON SM,PARAMANATHAN AJ,et al.The novel adipocytokine visfatin exerts direct cardioprotective effects[J].J Cell Mol Med.2008,12(4):1395-1403.

[13] 劉明杰,夏佐清,高維娟.黃芪抗腦缺血再灌注損傷的作用機(jī)制[J].河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2011,32(1):122-124.

[14] 李程,畢旭東,趙國偉.丹參對(duì)大鼠肝缺血再灌注損傷PI3K-AKT信號(hào)傳導(dǎo)通路的影響[J].中國老年學(xué)雜志,2012,32(5):992-994.

[15] XING WJ,KONG FJ,LI GW,et al.Calcium-sensing receptors induce apoptosis during simulated is chaemia-reperfusion in Buffalo rat liver cells[J].Clin Exp Pharmacol Physiol,2011,38(9):605-612.

[16] TSUJIMOTO Y,CROCE CM.Analysis of the structure,transcripts,and protein products of bcl-2,the gene involved in human follicular lymphoma[J].Proc Natl Acad Sci USA,1986,83(14):5214-5218.

[17] BAJWA N,LIAO C,NIKOLOVSKA-COLESKA Z.Inhibitors of the anti-apoptotic Bcl-2 proteins:a patent review[J].Expert Opin Ther Pat,2012,22(1):37-35.

[18] HüTTEMANNA M,HELLINGC S,SANDERSON TH,et al.Regulation of mitochondrial respiration and apoptosis through cell signaling:cytochromecoxidase and cytochromec in ischemia/reperfusion injury and inflammation[J].Biochim Biophys Acta,2012,1817(4):598-609.

[19] 何東偉,劉新偉,龐勇,等.白藜蘆醇對(duì)大鼠缺血再灌注心肌細(xì)胞凋亡的抑制作用與PI3K-Akt信號(hào)通路的關(guān)系[J].中國中藥雜志,2012,37(15):2323-2326.

[20] 王文立,閆香庭,張偉,等.P-AKT在卵巢漿液性腫瘤中的表達(dá)及其與增殖和凋亡的相關(guān)性研究[J].河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2013,34(2):202-204.