童思佳,王 堃,吳生兵,周美啟,4△

1.浙江省蘭溪市人民醫(yī)院,浙江 蘭溪 321100;2.安徽中醫(yī)藥大學(xué)新安醫(yī)學(xué)教育部重點實驗室,安徽 合肥 230038;3.安徽中醫(yī)藥大學(xué)針灸經(jīng)絡(luò)研究所,安徽 合肥 230038;4.安徽省中醫(yī)藥科學(xué)院亳州中醫(yī)藥研究所,安徽 亳州 236800

急性心肌缺血(Acute myocardial infarction,AMI)是由于冠狀動脈狹窄閉塞導(dǎo)致心肌持續(xù)性缺血缺氧的心臟疾病[1],其發(fā)病率和死亡率在我國呈上升趨勢,嚴重危害人類生命健康。當心臟或心肌組織恢復(fù)血流后發(fā)生的缺血再灌注(Myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)會進一步加重心肌組織損傷,嚴重影響患者治療效果和預(yù)后,是目前臨床上亟待解決的問題之一。研究發(fā)現(xiàn)[2-5],MIRI的發(fā)病機制涉及多種病理生理過程,包括炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細胞凋亡、自噬和內(nèi)皮細胞障礙等。

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(Phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase/protein kinase B,PI3K/Akt)信號通路通過調(diào)節(jié)細胞生長、代謝、增殖與分化等在心臟疾病中發(fā)揮重要作用。大量實驗證明[6-9],針刺能夠有效改善MIRI損傷。本研究以調(diào)控PI3K/Akt信號通路為切入點,對針刺防治MIRI的作用機制進行綜述。

1 PI3K/Akt信號通路的組成和功能

PI3K/Akt通路是機體內(nèi)一條重要的信號通路,由 PI3K 和 Akt 兩個蛋白激酶構(gòu)成,在促進細胞生長增殖、維持細胞生存和抑制細胞凋亡等過程中發(fā)揮重要作用。磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphoinositide3-kinase,PI3K)是一種脂質(zhì)激酶,根據(jù)其不同特性可分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型。PI3K 能夠被受體酪氨酸激酶和非受體酪氨酸激酶激活生成PIP3,與細胞內(nèi)磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1,PDK1)和信號蛋白分子絲氨酸/蘇氨酸激酶(Akt kinase,Akt;又稱PKB)結(jié)合,活化Akt。Akt可分為PKB-α、β和γ3種亞型,與蛋白激酶A(Protein kinase A,PKA)和蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)高度同源,是PI3K下游的主要效應(yīng)分子。激活后,Akt可以磷酸化其下游靶蛋白如天冬氨酸蛋白水解酶-9(Caspase-9)、核因子κB(NF-κB)和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等參與調(diào)節(jié)細胞功能。

近年來研究發(fā)現(xiàn),PI3K/Akt信號通路是預(yù)防MIRI的重要級聯(lián)信號通路,在MIRI發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮不同的保護作用,如影響細胞凋亡、自噬、能量代謝和參與血管新生等[10-12]。

2 針刺干預(yù)PI3K/Akt信號通路在MIRI中的作用

2.1 減少細胞凋亡

細胞凋亡是一種程序性死亡,心肌缺血再灌注中細胞內(nèi)Ca2+超載、氧自由基蓄積、線粒體損傷和炎癥反應(yīng)通過多途徑誘導(dǎo)受損細胞發(fā)生凋亡。其中,由線粒體途徑導(dǎo)致的細胞凋亡與心肌缺血再灌注損傷密切相關(guān),而B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族蛋白是線粒體凋亡途徑的關(guān)鍵啟動因子,按其功能可分為促凋亡蛋白(Bax)和抗凋亡蛋白(Bcl-2),在調(diào)控細胞凋亡中發(fā)揮重要作用。PI3K/Akt信號通路是一條重要的抗凋亡/促增殖信號途徑。

Akt蛋白作為P13K的下游基因,被活化后可誘導(dǎo)促凋亡蛋白Bcl-2相關(guān)凋亡促進因子(Bad)磷酸化,促使Bad與Bcl-2或Bcl-xL的分離,增加抗凋亡蛋白Bcl-2的表達,進而發(fā)揮抗凋亡的作用[13]。而且,活化的 Akt 蛋白能抑制細胞色素 C(Cyt C) 和凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)的釋放,促進胱天蛋白酶(Caspase)家族的激活,從而起到抑制凋亡的作用[14]。

心肌組織缺血缺氧后,細胞內(nèi)氧自由基堆積,線粒體氧化應(yīng)激, 使得促進細胞存活的Bcl-2表達減少,而促進細胞凋亡的Bax表達增加,使大量Cyt C釋放到細胞質(zhì),最終激活Caspase凋亡級聯(lián)反應(yīng),在心肌細胞凋亡方面發(fā)揮重要作用[15]。當心肌細胞中的Akt(蛋白激酶)被激活后,可以作用于細胞凋亡蛋白,調(diào)節(jié)細胞的存活生長以及物質(zhì)代謝,降低心肌細胞凋亡。

研究發(fā)現(xiàn)[16]針刺能夠通過提高MIRI大鼠心肌組織Akt的活化水平,增加心肌耗氧量,降低心肌細胞凋亡率,對MIRI大鼠起到保護作用。望廬山等[17]從PI3K/Akt通路的抑制及激活來探討電針對心肌細胞的保護作用機制,研究發(fā)現(xiàn)電針能提高AMI大鼠Bcl-2蛋白表達,而降低Caspase-3、Caspase-9和Bax蛋白表達,并且通過應(yīng)用PI3K抑制劑(LY294002)抑制PI3K/Akt信號通路后發(fā)現(xiàn),LY294002可以逆轉(zhuǎn)電針對AMI大鼠心肌細胞凋亡的影響,提示電針通過調(diào)控PI3K/Akt信號通路,抑制AMI大鼠心肌細胞凋亡。

2.2 調(diào)控自噬

細胞自噬是一種溶酶體對胞質(zhì)內(nèi)受損的細胞器或生物大分子進行降解,并將其產(chǎn)物循環(huán)再利用的動態(tài)過程,有利于維持細胞生存,在多種心血管疾病尤其是在心肌缺血/再灌注的病理過程中起著重要的調(diào)控作用[18]。生理狀態(tài)下,自噬對保護心肌組織有重要作用;但在病理狀態(tài)下,自噬過度或不足會加重受損心肌組織[19]。

磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB/Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信號通路與自噬的發(fā)生關(guān)系密切,是經(jīng)典的自噬信號通路之一,通常能夠通過調(diào)控自噬的表達,在一定程度上保護細胞。其中,mTOR是PI3K/Akt信號通路下游的關(guān)鍵靶激酶,是自噬信號通路的重要聚合點,在細胞產(chǎn)生自噬的過程中起著關(guān)鍵作用。mTOR靶點由雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(malian target of rapamycin com-plexe 1,m TORC1)和雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物2(malian target of rapamycin com-plexe 2,m TORC2)組成, m TORC1通過激活核糖體S6蛋白激酶(Activation of ribo-somal protein S6 kinase,RPS6K)和抑制其真核轉(zhuǎn)錄起始因4E結(jié)合蛋白1(eIF4E-bin-ding protein 1,4E-BP1)來促進脂質(zhì)和蛋白質(zhì)合成,同時抑制細胞自噬;而m TORC2通過磷酸化絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶B(Protein kinase B,AKT/PKB)與mTORC1共同促進細胞存活與代謝。

張艷琳等[20]通過觀察MIRI大鼠心肌細胞自噬標記蛋白和PI3K/Akt/m TOR信號通路相關(guān)蛋白的變化探討電針預(yù)處理對MIRI自噬水平的調(diào)控機制,結(jié)果表明,電針預(yù)處理能促進MIRI大鼠PI3K、mTOR和Akt的磷酸化表達,降低了LC3-Ⅱ的水平;而且加用PI3K的特異性抑制劑后,減弱了電針抑制自噬的作用,證明電針預(yù)處理可能通過激活PI3K/Akt信號通路,防止細胞過度自噬,從而發(fā)揮保護心肌細胞的作用。吳立斌等[21]發(fā)現(xiàn)電針心經(jīng)能通過激活A(yù)kt/mTOR通路提高細胞存活率,改善心肌功能,并且降低心肌細胞自噬水平,其作用途徑與其上調(diào)Akt和mTOR蛋白的磷酸化表達有關(guān)。韓永麗等[22]探究電針預(yù)處理對I/R大鼠細胞自噬的作用機制,研究發(fā)現(xiàn)電針預(yù)處理能夠下調(diào)心肌細胞中自噬相關(guān)基因mTOR、ATG13和PI3K的表達水平,上調(diào)自噬通量,給予PI3K抑制劑后發(fā)現(xiàn)電針預(yù)處理的保護作用明顯降低,說明電針預(yù)處理通過降低I/R大鼠PI3K基因表達激活A(yù)kt通路,促進自噬來減少心肌細胞自噬體的形成,保護受損心肌。

2.3 影響血管生成

血管新生在機體的多種生理、病理過程中發(fā)揮重要的作用,促進血管新生逐漸成為缺血性血管損傷疾病的治療途徑。血管新生是一個多種細胞、多種機制參與的復(fù)雜過程,血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是最重要的血管生成因子,能促進各組織血管內(nèi)皮細胞的增殖,誘導(dǎo)體內(nèi)血管新生[23]。其中缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)是調(diào)控VEGF高表達的關(guān)鍵因素[24],當機體缺血缺氧時,HIF-1α不能被水解并在細胞核中與VEGF結(jié)合,激活VEGF mRNA轉(zhuǎn)錄,使得VEGF表達增加。VEGF表達升高會激活下游信號通路PI3K/Akt,抑制內(nèi)皮細胞凋亡,且下游磷酸化的Akt 蛋白使eNOs激活,改變血管通透性,協(xié)同促進內(nèi)皮細胞的增殖和新生血管的生成[25-26]。血管新生在一定程度上能緩解心肌缺血癥狀,改善缺血心肌[27]。張宏如等[8]研究發(fā)現(xiàn)針刺內(nèi)關(guān)或足三里能提高MIRI大鼠心肌組織中的VEGFA、α-SMA、CD31和p-eNOS蛋白表達水平,促進MIRI后的血管重塑,減緩心肌梗死面積,緩解細胞損傷。

2.4 調(diào)節(jié)腺苷

腺苷是一種由體內(nèi)三磷酸腺苷(ATP)降解生成的嘌呤核苷酸,廣泛存在于各細胞,能在心肌內(nèi)磷酸化生成腺苷酸參與心肌的能量代謝,也能擴張冠狀動脈血管,在心血管系統(tǒng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。研究表明[28]腺苷是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵因子,也可以通過下調(diào)炎癥反應(yīng)對受損組織起到保護作用。腺苷主要有A1、A2和A3型3種受體,其中A1、A3與心肌缺血預(yù)適應(yīng)(IPC)密切相關(guān),但兩者對心肌的保護作用機制和介導(dǎo)的信號通路并不相同[29]。A1受體主要通過激活磷酸肌醇3激酶(Phosphoinositide-3-kinase,PI3K)-AKt-Bcl-2通路誘導(dǎo)人巨噬細胞炎性蛋白發(fā)揮作用, 而A3受體是通過激活c AMP反應(yīng)蛋白(CREB)-Bcl-2和AKt-Bcl-2兩個通路來介導(dǎo)人巨噬細胞炎性蛋白發(fā)揮對心肌細胞的保護作用[30]。研究發(fā)現(xiàn)心肌缺血缺氧過程中,腺苷能通過下調(diào)炎癥因子,減少心肌梗死面積,改善心功能[31-33]。徐文博等[34]發(fā)現(xiàn)針刺預(yù)處理可以提高I/R大鼠心肌細胞p-Akt、p-eNOS蛋白的表達,上調(diào)血清腺苷的含量,提示針刺預(yù)處理可能通過激活A(yù)kt/e NOS通路促進腺苷表達從而保護細胞免受心肌IR損傷。

3 小結(jié)

缺血性心臟病是世界范圍內(nèi)導(dǎo)致心源性猝死和殘疾的主要原因之一。心臟受到缺血刺激引起心肌細胞損傷和死亡是該病高死亡率的關(guān)鍵因素。PI3K/Akt信號通路是細胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,參與心血管疾病、腫瘤與糖尿病等多種疾病的病理過程。本研究詳細闡述了PI3K/Akt信號通路與心肌缺血/再灌注的關(guān)系及其作用機制,發(fā)現(xiàn)針刺通過調(diào)控PI3K/Akt信號通路減少細胞凋亡、調(diào)節(jié)自噬、促進血管生成和提高腺苷表達等多途徑減輕心肌細胞損傷,為防治MIRI提供了新思路。但目前的研究僅停留在對單項指標和效應(yīng)的觀察上,缺少多通路多機制的整體研究,并且大量實驗研究結(jié)果不能有效轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。因此,深入探索針刺治療MIRI的作用機制并與臨床相結(jié)合,對于臨床推廣中醫(yī)藥治療具有重要意義。