黃家喜，鮑翠玉，李 晶

(湖北科技學(xué)院1. 藥學(xué)院、2. 糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室，湖北 咸寧 437100)

糖尿病已成為全球范圍內(nèi)主要慢性疾病之一，其患病率及其并發(fā)癥呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，嚴重影響居民的健康。糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)作為糖尿病主要的并發(fā)癥，也是導(dǎo)致糖尿病患者死亡的主要原因。DCM作為一類特異性心臟疾病，其特征在于心室擴張和肥大，早期出現(xiàn)心肌的舒張功能障礙，疾病晚期階段，導(dǎo)致心肌收縮能力以及射血分數(shù)降低，最終導(dǎo)致心力衰竭[1]。目前認為多種因素共同促進DCM的病程進展，其中高血糖、胰島素抵抗起著關(guān)鍵性作用，心肌能量代謝障礙和內(nèi)皮細胞損傷，導(dǎo)致心肌重塑、凋亡和纖維化等[2]。DCM的早期階段因缺乏特異性，常與高血壓、動脈粥樣硬化等繼發(fā)性心肌損害難以鑒別。磷酯酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3 kinase，PI3K)/Akt信號通路作為人體內(nèi)重要的信號傳導(dǎo)通路，參與調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、凋亡等生命活動。糖尿病、心血管系統(tǒng)疾病等慢性病與PI3K/Akt通路有著密切的關(guān)系[3]，激活PI3K/Akt通路可以改善糖代謝異常，增加胰島素的敏感性，改善能量代謝紊亂，減輕慢性炎癥反應(yīng)，保護心肌細胞。PI3K/Akt信號通路給治療DCM提供了新的治療靶點，為科學(xué)研究提供新的思路。

1 PI3K/Akt信號通路的組成

PI3K/Akt信號通路已成為治療心血管系統(tǒng)疾病和一些代謝性疾病(如2型糖尿病)重要靶點。PI3K是一類催化肌醇與磷酯酰肌醇的脂質(zhì)激酶，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特性，分為I類、II類和III類，研究最為廣泛是I類PI3K。某些信號因子激活I(lǐng)類PI3K，產(chǎn)生細胞內(nèi)重要的第二信使磷脂酰肌醇4，5-二磷酸(phosphatidylinositol 4,5-diphosphate，PIP2)和磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate，PIP3)，再與Akt結(jié)合，促進級聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)傳遞。Akt是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，處于PI3K/Akt途徑的中心環(huán)節(jié)。

2 PI3K/Akt信號通路的調(diào)控因子

2.1 沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，Sirt1)Sirt1是一種高度保守的NAD+依賴性脫乙酰酶，是Sirtuins家族中研究最為廣泛的蛋白酶。參與調(diào)節(jié)機體各種細胞病理生理過程，如維持細胞穩(wěn)態(tài)和細胞存活，以及在心肌缺血/再灌注損傷時，抑制氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。此外，在抗炎、改善胰島素抵抗(insulin resistance，IR)、調(diào)節(jié)糖脂代謝等方面也發(fā)揮著重要的作用[4]。激活Sirt1/PI3K/Akt通路，逆轉(zhuǎn)IR，改善線粒體能量代謝障礙,抵抗氧化應(yīng)激[5]。DCM患者常伴隨著血管內(nèi)皮損傷，保護內(nèi)皮細胞也可延緩DCM病程進展。Sirt1上調(diào)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的表達，增加內(nèi)皮細胞內(nèi)NO的含量，促進內(nèi)皮細胞的遷移與增殖，從而保護血管內(nèi)皮免受氧化應(yīng)激的損傷[6]。綜上所述，增加心肌細胞內(nèi)Sirt1蛋白酶含量，促使PI3K/Akt信號通路發(fā)揮正向調(diào)節(jié)功能，可減少心肌損傷與保護心肌。

2.2 同源性磷酸酶-張力蛋白(phosphataseandtensinhomologuedeletedonchromosometen，PTEN)PTEN作為PI3K/Akt通路的上游負性調(diào)節(jié)因子[7]，具有蛋白磷酸酶和脂性磷酸酶雙重活性。由N-端磷酸酶催化結(jié)構(gòu)域和C-端結(jié)構(gòu)域組成，其中N-末端磷酸酶結(jié)構(gòu)域含有共有的PIP2結(jié)合基序；C-端結(jié)構(gòu)域包含脂質(zhì)結(jié)合的C2結(jié)構(gòu)域，與PIP3去磷酸化有關(guān)，抑制PI3K/Akt通路的活化。IR作為DCM重要的發(fā)病機制，誘發(fā)機體內(nèi)能量代謝紊亂，產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)，損害心肌細胞和冠狀動脈內(nèi)皮細胞。PTEN的低表達可促進PI3K/Akt信號通路的激活，增加胰島素的敏感性，同時增加葡萄糖轉(zhuǎn)運體-4的表達，促進葡萄糖的攝取，逆轉(zhuǎn)IR[8]。抑制PTEN，明顯改善機體內(nèi)的高糖狀態(tài)，降低慢性炎癥反應(yīng)，達到預(yù)防治療DCM。

2.3 糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)GSK-3β是PI3K/Akt通路的下游負性調(diào)控因子，是一種多功能的絲/蘇氨酸蛋白激酶，主要參與調(diào)節(jié)體內(nèi)血糖水平，參與糖原的合成。當(dāng)磷酸化其Tyr216位點，增加GSK-3β的表達活性，而Ser9位點被磷酸化則抑制其活性[9]。當(dāng)過多糖原沉積在血管內(nèi)皮、心肌和肝臟內(nèi)，嚴重損害細胞及影響器官的正常功能。抑制GSK-3β表達活性，能緩解糖尿病大鼠心肌肥大和心衰的癥狀，促進胰島素的生成，抵抗細胞凋亡[10]。抑制GSK-3β的表達活性，成為治療DCM新的研究方向。

2.4 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)mTOR是PI3K/Akt下游的信號分子[11]，在細胞生長、增殖、新陳代謝以及改善心功能方面等有著關(guān)鍵性作用。其分為兩個亞型：mTORC1和mTORC2，其中mTORC1參與調(diào)節(jié)細胞生長增殖和維持細胞內(nèi)的新陳代謝，通過磷酸化核糖體蛋白S6激酶1(ribosome protein subunit 6 kinase 1，S6K1)，促進mRNA生物合成、核糖體蛋白翻譯、細胞生長和代謝等多種細胞過程；而mTORC2的調(diào)節(jié)機制尚不明確，推測可能參與葡萄糖攝取，調(diào)節(jié)糖酵解，抑制肝糖異生。PI3K/Akt/mTOR/S6K1通路的激活可保護心肌，逆轉(zhuǎn)纖維化，減輕炎癥反應(yīng)，抑制細胞自噬。此外，還促進細胞生長繁殖，增加蛋白與脂質(zhì)的合成。適當(dāng)自噬在細胞穩(wěn)態(tài)的維持和防御機制中起著關(guān)鍵性作用，但過度自噬卻能引起細胞的損傷和凋亡。激活PI3K/Akt/mTOR通路能抑制多種凋亡蛋白誘導(dǎo)的細胞自噬[12]，增加mTOR的表達活性，保護心肌細胞的正常生理功能，改善細胞內(nèi)代謝水平，增強胰島素敏感性等。

3 DCM發(fā)病過程中PI3K/Akt信號通路的作用

3.1 調(diào)節(jié)血糖水平葡萄糖作為人體主要的供能物質(zhì)，DCM患者體內(nèi)慢性高血糖，誘發(fā)葡萄糖代謝紊亂，導(dǎo)致機體發(fā)生氧化應(yīng)激，產(chǎn)生大量的ROS，引發(fā)細胞凋亡，以及組織器官的功能障礙。葡萄糖轉(zhuǎn)運體(glucose transporter，GLUT)為PI3K/Akt通路的下游信號靶點，激活GLUT增加細胞攝取葡萄糖，降低血漿中葡萄糖的水平，減輕糖脂毒性。在糖尿病大鼠中，觀察到PI3K/Akt信號通路通過抑制GLUT-4向細胞膜異位，從而激活GLUT-4，發(fā)揮其生理學(xué)活性[13]。

3.2 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝高脂血癥是DCM主要臨床表現(xiàn)。脂代謝異常誘發(fā)氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙，引發(fā)心臟發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的改變，如心肌肥大、心肌細胞的凋亡或壞死，甚至引起心力衰竭和猝死。脂聯(lián)素是一種由脂肪細胞產(chǎn)生的血管活性肽，增強胰島素的敏感性和調(diào)節(jié)葡萄糖代謝，具有抗炎、抗動脈粥樣硬化、抗糖尿病等生物學(xué)活性，在高血壓、心力衰竭和動脈粥樣硬化等慢性心血管疾病方面，也具有良好的保護作用。動物實驗表明，糖尿病大鼠體內(nèi)脂聯(lián)素表達降低，PI3K/Akt通路被抑制, 對心肌缺血/再灌注損傷的保護作用減弱或消失[14]。脂聯(lián)素通過介導(dǎo)PI3K/Akt通路逆轉(zhuǎn)IR，限制游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)生成，保護心肌功能，維持線粒體膜的穩(wěn)定性。

3.3 保護內(nèi)皮細胞血管內(nèi)皮結(jié)構(gòu)的完整，對維持機體正常功能起著至關(guān)重要的作用。DCM患者中發(fā)現(xiàn)冠狀動脈血管內(nèi)皮發(fā)生不同程度的損傷，導(dǎo)致心肌的正常供血功能發(fā)生嚴重障礙，在病程發(fā)展中起著不可忽視的作用。體內(nèi)重要血管保護因子NO，具有舒張血管、修復(fù)內(nèi)皮細胞損傷等重要的生理功能。在高脂環(huán)境下，PI3K/Akt/eNOS信號通路的表達下調(diào)，NO的生成減少，損傷內(nèi)皮的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致組織器官供血不足[15]。長期糖脂代謝障礙，誘發(fā)機體發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，生成氧化活性產(chǎn)物以及氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)，其中ox-LDL沉積于血管內(nèi)皮細胞，損害內(nèi)皮的完整性，特別針對冠狀動脈的損傷。PI3K/Akt介導(dǎo)過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)的表達，調(diào)節(jié)機體物質(zhì)能量代謝，保護內(nèi)皮免受ROS和炎癥介質(zhì)的侵害。因此，PI3K/Akt的表達增加，激活eNOS和PPAR,保護血管，預(yù)防和治療心血管疾病。

3.4 減輕炎癥反應(yīng)長期的高糖高脂環(huán)境可誘導(dǎo)機體巨噬細胞、平滑肌細胞等產(chǎn)生炎癥因子，如白介素-1、核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)、腫瘤壞死因子α，它們侵襲內(nèi)皮細胞，增加其通透性，加重其損傷，誘導(dǎo)心肌細胞發(fā)生自噬、凋亡和纖維化等病理過程。長期慢性炎癥反應(yīng)促進IR的發(fā)生，加重炎癥反應(yīng)，形成惡性循環(huán)。激活I(lǐng)RS/PI3K/Akt通路，可抑制NF-κB的表達，減輕炎癥反應(yīng)，增加胰島素敏感性，最終抑制高糖對心肌細胞的損傷。

3.5 改善心功能，抵抗纖維化心肌細胞纖維化作為DCM的發(fā)病機制之一，引起心肌的正常收縮舒張功能受限，以及心肌重塑，導(dǎo)致患者發(fā)生心力衰竭、缺血性心肌病，甚至誘發(fā)猝死。DCM的早期，舒張功能障礙和心室重構(gòu)可能與心肌纖維化有著密切關(guān)聯(lián)，轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)參與心肌纖維化過程[16]。心肌纖維化的主要原因是膠原蛋白的異常沉積，特別是Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白。TGF-β依賴于PI3K/Akt信號通路，增加膠原蛋白和纖維連接蛋白的合成，促進心肌纖維化[17]。TGF-β抑制劑明顯減少膠原蛋白的合成，緩解心肌纖維化的病情進展，改善患者心功能，提高其生活質(zhì)量和水平。

3.6 調(diào)節(jié)心肌細胞凋亡DCM患者晚期發(fā)生心功能障礙主要原因是心肌細胞發(fā)生不可逆的凋亡。PI3K/Akt作為人體內(nèi)重要的促生存的信號通路，研究證實，PI3K/Akt信號通路對心肌細胞凋亡具有抑制作用，促進心肌存活，改善心功能障礙。PI3K/Akt信號通路調(diào)節(jié)心肌細胞凋亡通過以下幾個方面實現(xiàn)[17]:① 環(huán)磷腺苷反應(yīng)元件連接蛋白和NF-κB可以被Akt激活，致使抗凋亡基因轉(zhuǎn)錄被激活；② Akt調(diào)控細胞凋亡還可以通過調(diào)控SAPK/MAPK信號來完成，例如stress activated MAP kinases(SAPKs)如c-Jun氨基端激酶在滲透壓、熱休克、放射等刺激下誘發(fā)凋亡；Akt磷酸化可抑制含有1個Akt特異性磷酸化位點的凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1活性，從而啟動JNK和p38 MAPK激酶通路；③ 作為細胞凋亡效應(yīng)器和啟動者的caspase-9可被Akt磷酸化，從而其活性受到影響，蛋白水解功能降低，凋亡受到抑制；④ 細胞色素C及一些其他促凋亡因子可被Akt封鎖在線粒體內(nèi)，以保障線粒體完整性的維持，而細胞色素C從線粒體釋放導(dǎo)致的細胞凋亡可被Akt的激活減輕；⑤ 叉頭轉(zhuǎn)錄因子可以起到促進凋亡基因轉(zhuǎn)錄的作用，含有被Akt直接磷酸化的序列，F(xiàn)KHRLI、FKHR、AFX是經(jīng)典的叉頭轉(zhuǎn)錄因子家族成員，應(yīng)激狀態(tài)下，叉頭轉(zhuǎn)錄因子被Akt磷酸化，F(xiàn)KHRLI從核內(nèi)移出，與14-3-3蛋白結(jié)合，受到14-3-3蛋白的阻止，入核受阻，堆積在胞質(zhì)，凋亡基因不能被有效啟動，最終凋亡受到抑制；⑥ 促凋亡分子Bcl-2/Bcl-XL相關(guān)的死亡啟動因子(Bcl-2/Bcl-XL associated death promoter，BAD)活性可通過Akt的磷酸化受到抑制。BAD未被磷酸化時，BAD可以直接通過Bcl-2同源域，與Bcl-2家族成員疏水槽結(jié)合，其功能受到抑制；BAD被磷酸化時，可通過絲氨酸殘基與細胞質(zhì)的抗凋亡蛋白緊密結(jié)合，Bcl-2/BAD復(fù)合物釋放出Bcl-2，誘發(fā)抗凋亡效應(yīng)?？梢?，Akt的暫時性激活可發(fā)揮細胞凋亡抑制效果。Matsui等[18]提出，活性Akt1基因通過腺病毒轉(zhuǎn)入后，可以明顯地抵抗在低氧環(huán)境下的心肌細胞凋亡。據(jù)報道[19]，在心肌組織中，腺病毒介導(dǎo)的Akt1基因轉(zhuǎn)染大鼠可以明顯減輕心肌細胞凋亡，缺血/再灌注損傷后心肌梗死范圍縮小?？梢?，PI3K/Akt通路的激活可以減輕心肌細胞凋亡，對心肌細胞的存活是有利的，進而還可以緩解心力衰竭。

4 PI3K/Akt信號通路靶向治療進展

絲蘇氨酸激酶抑制劑的研發(fā)，為PI3K-Akt通路靶向治療提供了可能性[20]。這一類藥物的優(yōu)勢在于不引起DNA損傷的信號通路調(diào)控作用。在靶向PI3K-Akt信號通路抑制劑的研發(fā)中，PI3K抑制劑包括靶向PI3K的催化亞基p110的抑制劑、亞基異構(gòu)型特異性抑制劑、其他類型的抑制劑如天然產(chǎn)物魚藤素等。Akt抑制劑包括基于脂的抑制劑(如磷脂酰肌醇醚脂、PX-316)，通過高通量篩選化合物庫所得非基于脂的小分子抑制劑，包括API-2、API-59CJ-OMe、吲哚-嘧啶A-443654以及異構(gòu)體特異性的鐵屎米堿類同系物。在這個研究領(lǐng)域，仍有很多尚未深入研究的化合物，它們作用于該信號通路的各個環(huán)節(jié)，需要我們?nèi)孢M一步深入研究。

5 展望

PI3K/Akt信號通路作為體內(nèi)重要的調(diào)節(jié)機制，維持機體正常的新陳代謝平衡，調(diào)節(jié)生長繁殖，同時也參與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展，如代謝性疾病、心血管系統(tǒng)疾病等。DCM是由多種病理因素綜合作用，PI3K/Akt在其病程進展中發(fā)揮獨有的優(yōu)勢，逆轉(zhuǎn)心肌的損傷，改善心功能。激活PI3K/Akt，抑制FFA的生成，促進葡萄糖轉(zhuǎn)運入胞和提高其利用率，減輕組織器官的糖脂毒性；同時，能改善線粒體功能障礙，拮抗心肌纖維化，抑制慢性炎癥反應(yīng)和心肌細胞凋亡。許多研究表明，PI3K/Akt可以作為預(yù)防和治療DCM的特異靶點，由此，研發(fā)出高特異性的靶向治療藥，降低DCM的發(fā)病率和病死率，具有十分重要的臨床意義。