嚴(yán)美茹 張燕平 羅瑞琦 王思媛

【摘要】 磷脂酰激醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信號(hào)通路作為經(jīng)典的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，在細(xì)胞生長、增殖、分化和凋亡等多種生物學(xué)過程中發(fā)揮作用。腦出血是一種高致殘率和高致死率的腦血管疾病，該通路在腦出血發(fā)生發(fā)展中的研究也備受關(guān)注。該文以PI3K/Akt信號(hào)通路為主線，對(duì)該通路的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特點(diǎn)、與腦出血之間的關(guān)系以及基于該通路探討藥物對(duì)腦出血的作用進(jìn)行綜述，為臨床腦出血的治療提供新的思路。

【關(guān)鍵詞】 腦出血;PI3K/Akt信號(hào)通路;細(xì)胞凋亡;神經(jīng)炎癥

【Abstract】 As a classic cell signal transduction pathway， PI3K/Akt pathway plays a role in a variety of biological processes， such as cell growth， proliferation， differentiation and apoptosis. As a kind of cerebrovascular disease with high disability and high mortality， the role of this signaling pathway in the incidence and development of cerebral hemorrhage has attracted more and more attention. In this article， the PI3K/Akt signal pathway was regarded as the main topic to analyze the structural and biological characteristics of this pathway， its relationship with cerebral hemorrhage and review the efficacy of drugs for cerebral hemorrhage based on the PI3K/Akt signaling pathway， aiming to provide novel ideas for the clinical treatment of cerebral hemorrhage.

【Key words】 Cerebral hemorrhage; PI3K/Akt signal pathway; Cell apoptosis; Neuroinflammation

腦出血是一種常見的臨床神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是指原發(fā)非外傷性腦實(shí)質(zhì)內(nèi)血管的破裂，約占腦卒中的 15%，占突發(fā)性腦死亡的20%～30%，是目前全球范圍內(nèi)具有高致殘率和高致死率的一種腦血管疾病[1]。研究顯示，50%腦出血患者在發(fā)病后48 h內(nèi)死亡，70%～80%存活者遺留后遺癥，如認(rèn)知功能障礙、癲癇等，僅約20%存活者能夠恢復(fù)正常的自理能力，腦出血極大地增加了患者家庭和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。Kim等[3] 的研究顯示，在腦出血患者大腦中可觀察到炎癥因子的釋放及神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）的損傷和凋亡，這提示炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元的凋亡可能在腦出血繼發(fā)性損傷的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。因此，對(duì)腦組織炎癥反應(yīng)的抑制和神經(jīng)元凋亡的調(diào)控可能是治療腦出血的關(guān)鍵。在眾多參與細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，磷脂酰激醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt或PKB）

信號(hào)通路極為重要，其在促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化及抑制神經(jīng)元凋亡等方面發(fā)揮了重要作用。有研究表明，該通路與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生密切相關(guān)，能夠調(diào)控腦血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等多種病理變化過程。本文對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)特點(diǎn)、與腦出血之間的關(guān)系以及基于該通路探討藥物對(duì)腦出血的作用進(jìn)行綜述。

一、PI3K/Akt信號(hào)通路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

作為細(xì)胞內(nèi)磷酸化過程中的轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，PI3K與Akt在多種生物學(xué)進(jìn)程中發(fā)揮作用。研究表明PI3K/Akt信號(hào)通路是細(xì)胞轉(zhuǎn)錄、翻譯、新陳代謝、增殖和凋亡的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，能夠通過調(diào)控凋亡蛋白和凋亡基因抑制細(xì)胞凋亡，達(dá)到保護(hù)腦組織的目的。

1. PI3K

PI3K是重要的抗凋亡調(diào)節(jié)因子，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)模式和底物特異性被分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型[4]。其中Ⅰ型又包括ⅠA和ⅠB，ⅠA類PI3K是由催化亞單位P110和調(diào)節(jié)單位P85組成的異二聚體，主要作用于酪氨酸激酶，具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和磷脂酰激酶雙重活性。P85的2個(gè)結(jié)構(gòu)域能與相應(yīng)結(jié)合位點(diǎn)的靶蛋白發(fā)生作用;P110的6個(gè)結(jié)構(gòu)域具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，參與調(diào)控細(xì)胞的生長、增殖和分化。ⅠB類主要作用于G蛋白偶聯(lián)受體[5]。PI3K的底物主要為PI、PIP和PIP2，其中，Ⅰ型PI3K的底物主要為PI、PIP和PIP2，激活后可抑制細(xì)胞自噬;Ⅱ型PI3K的底物主要為PI和PIP，與自噬關(guān)系不大;Ⅲ型 PI3K底物主要為 PI，激活后可促進(jìn)細(xì)胞自噬。由于Ⅰ型PI3K在多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮作用，因此目前對(duì)其研究最為廣泛。PI3K的激活方式有2種，一種是與磷酸化后具有酪氨酸殘基的連接蛋白或生長因子受體相互結(jié)合，從而改變二聚體構(gòu)象，使其被誘導(dǎo)激活;另一種是通過Ras與P110結(jié)合，使PI3K活化。PI3K被上游信號(hào)分子激活后，能夠催化質(zhì)膜上的PIP2轉(zhuǎn)變?yōu)镻IP3，與下游Akt的PH結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，從而影響下游的信號(hào)分子（如Akt、PDK1等），進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、生長、凋亡、增殖及遷移的作用[6]。

2. Akt

Akt是相對(duì)分子質(zhì)量為 57 kDa的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，能夠使許多細(xì)胞系統(tǒng)中的下游凋亡因子失活，在介導(dǎo)生長因子對(duì)細(xì)胞的抗凋亡作用中起關(guān)鍵作用。Akt 家族主要有3個(gè)亞型，即Akt1（PKBα）、Akt2（PKBβ）和Akt3（PKBγ），各個(gè)亞型之間聯(lián)系緊密，在不同的細(xì)胞環(huán)境下，又存在功能差異，與抑制細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞增殖等多個(gè)環(huán)節(jié)有關(guān)[7] 。其中，Akt1是細(xì)胞生長通路中的關(guān)鍵蛋白，能夠誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成并促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡;Akt2是胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的重要蛋白，主要和胰島素共同調(diào)節(jié)糖類物質(zhì)的代謝，與細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān);Akt3在睪丸和腦中有較高的表達(dá)水平，具體作用仍需進(jìn)一步研究，可能與調(diào)節(jié)細(xì)胞的大小和數(shù)目有關(guān)。Akt的一級(jí)結(jié)構(gòu)有4個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別是PH 結(jié)構(gòu)域、接頭區(qū)、催化結(jié)構(gòu)域和 C端調(diào)節(jié)區(qū)，其激活與 Thr-308 在其催化結(jié)構(gòu)域或 Ser-473 在C端的磷酸化有關(guān)。PI3K作為Akt的上游活化酶，能與其PH結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，使Akt轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，引起構(gòu)象改變。同時(shí)，Thr-308和Ser-473發(fā)生磷酸化，使Akt發(fā)生級(jí)聯(lián)活化，誘導(dǎo)核移位，影響轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器，例如使Bad、forkhead轉(zhuǎn)錄因子、Caspase-9 、Caspase-3 、核因子κB等蛋白磷酸化發(fā)揮抗凋亡、促進(jìn)細(xì)胞存活的作用[8]。

二、PI3K/Akt信號(hào)通路與腦出血發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

越來越多的研究表明，PI3K/Akt信號(hào)通路與腦出血后的繼發(fā)性腦損傷有關(guān)。Bao等（2016年）建立大鼠腦出血模型，于6 h后發(fā)現(xiàn)大鼠腦血腫周圍組織的PI3K、p-Akt表達(dá)增多，1 d時(shí)表達(dá)達(dá)到高峰，3 d時(shí)表達(dá)減少，7 d時(shí)少量表達(dá)，提示PI3K/Akt信號(hào)通路參與了腦出血的病理變化過程，該通路可能與腦出血后的繼發(fā)性腦損傷有關(guān)。

1. PI3K/Akt與腦出血后的自噬與凋亡

凋亡是調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡的主要機(jī)制，不僅存在于細(xì)胞損傷過程中，還發(fā)生于細(xì)胞正常發(fā)育過程中。自噬主要是對(duì)細(xì)胞進(jìn)行自我消化的過程，是將已經(jīng)受損和生物學(xué)功能喪失的細(xì)胞成分運(yùn)輸至溶酶體，在其中進(jìn)行降解、再循環(huán)的過程。當(dāng)自噬小體形成超過溶酶體的降解能力時(shí)，自噬會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。神經(jīng)元的凋亡是腦出血后繼發(fā)性腦損傷的重要病理變化過程，受多種因素調(diào)控。同時(shí)，神經(jīng)元的自噬與腦出血的發(fā)生也有密切聯(lián)系[9]。有研究者發(fā)現(xiàn)，腦出血后在血腫組織周圍可檢測到大量凋亡細(xì)胞，同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)自噬泡以及自噬相關(guān)蛋白Beclin1、LC3的表達(dá)水平升高。此外，大量研究表明，PI3K/Akt信號(hào)通路在細(xì)胞凋亡和自噬中起著至關(guān)重要的作用，例如Cao等[10]發(fā)現(xiàn)，莫非替尼能通過調(diào)控PI3K/Akt信號(hào)通路抑制自噬和凋亡，從而保護(hù)小鼠海馬神經(jīng)元。Chen等[11] 發(fā)現(xiàn)，亞甲藍(lán)能夠引起大鼠腦出血后的PI3K、Akt發(fā)生活化，使用PI3K的選擇性抑制劑渥曼青霉素（Wortmannin）后，亞甲藍(lán)的抗凋亡作用明顯被逆轉(zhuǎn)，這提示PI3K參與了腦出血后神經(jīng)元凋亡的過程。Zhang等（2016年）通過體外實(shí)驗(yàn)上調(diào)Dickkopf相關(guān)蛋白1（DDK-1）在大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡過程中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)DDK-1能抑制Akt磷酸化過程，促進(jìn)神經(jīng)元的凋亡，這提示Akt也參與了神經(jīng)元的凋亡過程。堿性成纖維細(xì)胞生長因子（bFGF）是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，能減少損傷因素對(duì)神經(jīng)元的破壞，對(duì)中樞神經(jīng)元具有保護(hù)作用。Yu等（2017年）發(fā)現(xiàn)予大鼠bFGF后其腦出血灶旁腦組織p-Akt表達(dá)顯著上調(diào)，細(xì)胞凋亡數(shù)量減少，提示bFGF增強(qiáng)了Akt的磷酸化水平，減少了腦出血后細(xì)胞凋亡數(shù)量，進(jìn)一步提示p-Akt具有顯著的抗凋亡作用，可增強(qiáng)腦組織對(duì)出血性損傷的耐受性。因此，對(duì)于PI3K/Akt信號(hào)通路靶點(diǎn)藥物的研究可能有助于調(diào)控腦出血后的繼發(fā)性自噬和凋亡。

2. PI3K/Akt與腦出血后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)是機(jī)體對(duì)腦出血的一種防御反應(yīng)，血液進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)會(huì)觸發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起血腫周圍大量炎癥細(xì)胞和炎癥因子積聚，從而引發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)。同時(shí)，炎癥反應(yīng)過程中所釋放的炎癥介質(zhì)會(huì)損傷血腦屏障、加劇腦水腫的形成，進(jìn)一步觸發(fā)繼發(fā)性腦損傷[12]。研究顯示，在腦出血發(fā)生后，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，神經(jīng)炎癥因子TNF-α、IL-1及 IL-6的表達(dá)水平升高。同時(shí)，大量研究表明PI3K/Akt信號(hào)通路在抑制炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，例如Gong等[13] 發(fā)現(xiàn)神經(jīng)節(jié)苷脂（GM1）可以通過調(diào)控PI3K/Akt信號(hào)通路抑制炎癥反應(yīng)，降低炎癥因子的表達(dá)水平，達(dá)到保護(hù)神經(jīng)元的作用。陳慧等[14]證實(shí)人臍血間充質(zhì)干細(xì)胞能夠通過PI3K/Akt信號(hào)通路在出現(xiàn)缺血性腦損傷時(shí)降低炎癥反應(yīng)程度，改善神經(jīng)功能。Zhang等[15] 對(duì)蛛網(wǎng)膜下腔出血大鼠使用丙泊酚后發(fā)現(xiàn)其腦組織核因子κB、IL-1和 TNF-α表達(dá)水平均下降，加入PI3K抑制劑LY294002后則消除了這種變化，這提示丙泊酚在發(fā)揮抑制炎癥反應(yīng)作用時(shí)是通過調(diào)控該通路實(shí)現(xiàn)的，可能是通過調(diào)控下游的核因子κB進(jìn)而發(fā)揮作用。黃嘉慧等[16]使用紅景天苷干預(yù)大鼠腦缺血模型的研究也印證了上述結(jié)論。由此提示，干預(yù)PI3K/Akt信號(hào)通路和下游核因子κB靶點(diǎn)在調(diào)控腦出血后的炎癥反應(yīng)中均能發(fā)揮作用。

三、以PI3K/Akt信號(hào)通路為靶點(diǎn)治療腦出血的藥物

目前，研究者們對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路作為治療腦出血后繼發(fā)性腦損傷的分子靶點(diǎn)已進(jìn)行了大量的藥物干預(yù)研究。重組人促紅細(xì)胞生成素（rhEPO）是在腦組織中廣泛表達(dá)的一種具有調(diào)節(jié)紅細(xì)胞生長作用的細(xì)胞因子，對(duì)神經(jīng)元有明顯的保護(hù)作用。Xiang等（2016年）建立了大鼠腦出血模型，經(jīng)腹腔注射rhEPO，發(fā)現(xiàn)其腦內(nèi)PI3K、Akt的表達(dá)水平顯著升高，PI3K/Akt信號(hào)通路被激活，神經(jīng)元凋亡被抑制，神經(jīng)元損傷程度減輕。Han等（2012年）發(fā)現(xiàn)，對(duì)腦出血后小鼠經(jīng)尾靜脈注射人源重組胰島素樣生長因子-1可以提高其體內(nèi)Akt的活性，延緩p-Akt下降的幅度和速度，減少腦出血后神經(jīng)元的凋亡數(shù)量。黃體酮是中樞神經(jīng)及周圍神經(jīng)合成、分泌的神經(jīng)甾體，可以激活PI3K/Akt信號(hào)通路，減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)、血腦屏障的破壞和脂質(zhì)過氧化程度，在腦卒中后具有保護(hù)神經(jīng)元的作用[17]。鄭建新等[18]發(fā)現(xiàn)，黃體酮可增強(qiáng)依達(dá)拉奉對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路的激活作用，提高PI3K、Akt的表達(dá)水平，促進(jìn)其磷酸化，從而降低核因子κB和Caspase-9的表達(dá)水平，更有效地調(diào)控腦出血后的氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)。

同時(shí)，針對(duì)此信號(hào)通路的分子靶點(diǎn)的中醫(yī)藥研究也不少，吳曉光等（2016年）予小鼠腦出血模型灌胃補(bǔ)陽還五湯14 d后發(fā)現(xiàn)，其體內(nèi)TUNEL

陽性細(xì)胞明顯減少，p-Akt、Bcl-2表達(dá)水平升高，這提示補(bǔ)陽還五湯對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路有激活作用，抑制了腦出血引起的神經(jīng)元凋亡。俞曉飛等（2017年）發(fā)現(xiàn)生地大黃湯能夠降低腦出血后大鼠的神經(jīng)功能缺損評(píng)分，改善腦組織炎性損傷程度，減少細(xì)胞凋亡數(shù)量，發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用。謝作常等[19]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過生大黃灌胃處理的腦出血大鼠體內(nèi)Akt表達(dá)水平升高，而注射PI3K的選擇性抑制劑Wort后其體內(nèi)的Akt表達(dá)水平下降。這提示生大黃能通過影響Akt的表達(dá)水平發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用。

四、展 望

神經(jīng)炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元的凋亡是腦出血后腦組織發(fā)生一系列繼發(fā)性損傷的重要病理過程，減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)程度和抑制神經(jīng)元凋亡是治療腦出血的新思路。研究表明，信號(hào)通路的激活是啟動(dòng)細(xì)胞凋亡的前提。如果能對(duì)信號(hào)通路進(jìn)行早期干預(yù)，便能減輕細(xì)胞凋亡的程度，從而達(dá)到保護(hù)腦組織的作用。近年來，越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號(hào)通路參與了腦出血發(fā)生發(fā)展的過程，對(duì)此通路也進(jìn)行了大量的藥物干預(yù)研究，其靶點(diǎn)作用也逐漸被肯定。但該信號(hào)通路在腦出血中的特異性仍有待進(jìn)一步研究，同時(shí)，在干預(yù)該信號(hào)通路上，中醫(yī)藥也發(fā)揮了不容忽視的作用，因此，探究中醫(yī)藥對(duì)此靶點(diǎn)的作用具有重要意義。

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（收稿日期：2021-09-29）

（本文編輯：洪悅民）