王萌，余再新，李唐志銘

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)院心內(nèi)科，長沙 410000)

缺血性心臟病引起的心肌梗死是主要的致死原因之一，急性心肌缺血損傷后及時再灌注對降低致死率具有重要意義，冠狀動脈再灌注治療是挽救缺血心肌、保護心功能、挽救患者生命的最有效方法[1]。但有時再灌注治療可能會導(dǎo)致心肌功能障礙，進而導(dǎo)致“缺血再灌注損傷”。分子、細胞和組織的改變(如鈣離子超載、細胞凋亡、炎癥、氧化應(yīng)激和神經(jīng)體液激活)與心肌缺血再灌注損傷的發(fā)展有關(guān)[1-2]。缺血再灌注損傷的病理反應(yīng)會造成細胞和器官可逆性或不可逆性損傷。缺血過程中的組織損傷、再灌注過程中大量活性氧類(reactive oxygen species，ROS)進一步加劇損傷以及炎癥反應(yīng)的迅速啟動均是急性心肌缺血再灌注損傷的機制；另外，再灌注后幸存的心肌組織啟動一個適應(yīng)性的過程以維持足夠的器官功能，使心肌細胞纖維化、心室肥大，導(dǎo)致心臟收縮舒張功能障礙和心臟衰竭[3]。研究發(fā)現(xiàn)，人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)參與動脈粥樣硬化、心肌梗死、心力衰竭以及心肌缺血再灌注損傷等多種心血管疾病的發(fā)病機制，尤其是缺血再灌注損傷[4-7]。而PTEN/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protien kinase B，PKB/Akt)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是PTEN經(jīng)典的下游通路，該通路對缺血再灌注損傷的發(fā)生、發(fā)展具有重要的調(diào)控作用?，F(xiàn)就PTEN/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在心肌缺血再灌注損傷中的研究進展予以綜述。

1 PTEN/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路概述

Steck等[8]于1997年首次發(fā)現(xiàn)PTEN是一種抑癌基因，其定位于染色體10q23.31。PTEN編碼403個氨基酸，由N端磷酸酶催化結(jié)構(gòu)域(殘基7-185)和C端結(jié)構(gòu)域(殘基186-351)這兩個主要結(jié)構(gòu)域組成[9-10]。N端磷酸酶結(jié)構(gòu)域含有磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸結(jié)構(gòu)域，C端結(jié)構(gòu)域含有在體外對磷脂膜有親和力的脂質(zhì)結(jié)合C2膜結(jié)構(gòu)域，C2結(jié)構(gòu)域被認為是PTEN正確定位在質(zhì)膜上的必要條件，是PTEN脂質(zhì)底物的位點[11]。三磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol triphosphate，PIP3)是PTEN的主要底物，而PIP3是PI3K的產(chǎn)物。PI3K是一種源性二聚體結(jié)構(gòu)，由p110和p85組成，p110有催化活性，p85主要起調(diào)節(jié)空間結(jié)構(gòu)的作用，PI3K具有脂質(zhì)激酶和蛋白激酶的雙重生物學(xué)功能；Akt是PTEN/PI3K信號下游的絲氨酸、蘇氨酸激酶，Akt由不同基因轉(zhuǎn)錄的3種亞型組成，即Akt1、Akt2和 Akt3，Akt1主要分布于大腦、心臟和肺；Akt2主要分布于骨骼肌、心臟、肝臟、腎臟和胚胎；Akt3主要分布于大腦、心臟和腎臟[12]。

2 PTEN對PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控

PTEN在調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育以及細胞生長、分化、凋亡和遷移等方面具有重要作用[13]，其主要通過控制細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮生物學(xué)功能。PTEN具有磷酸酯酶活性，可以通過磷酸化和去磷酸化調(diào)控下游通路。PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是PTEN調(diào)控的主要通路，PTEN通過去磷酸化PIP3至二磷酸磷脂酰肌醇，維持細胞內(nèi)PIP3的低水平，從而負向調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[14]。PIP3是重要的第二信使，可招募Akt和磷酸肌醇依賴性激酶(phosphoinositide-dependent kinase，PDK)至胞膜內(nèi)側(cè)并激活PDK，Akt在PDK的作用下，經(jīng)磷酸化作用后轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峄疉kt，即Akt通路激活，然后通過多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控包括細胞增殖、分化、凋亡等在內(nèi)的多種細胞行為[15]。PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是調(diào)控細胞生長、增殖、存活和凋亡的重要信號通路，它能調(diào)節(jié)糖原合成和葡萄糖轉(zhuǎn)化，與細胞增殖和凋亡減少密切相關(guān)，對心肌損傷起重要保護作用[16]。

3 PTEN/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在心肌缺血再灌注損傷中的作用

3.1PTEN/PI3K/Akt與氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激在心肌缺血再灌注損傷中占據(jù)重要地位，細胞在缺血再灌注后可檢測到ROS的增加和細胞代謝的典型改變，減少ROS產(chǎn)生對缺血再灌注損傷起保護作用[17-18]。缺血時，組織受到損傷，ROS產(chǎn)生，再灌注期ROS和活性氮大量爆發(fā)，進一步加劇了損傷[19]。過度ROS導(dǎo)致氧化應(yīng)激，促進內(nèi)皮功能障礙、脂質(zhì)過氧化、DNA和蛋白質(zhì)損傷[20-21]。缺血再灌注損傷相關(guān)氧化劑由幾種不同的酶系統(tǒng)產(chǎn)生，包括黃嘌呤氧化酶、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、非偶聯(lián)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)和線粒體轉(zhuǎn)運鏈。再灌注時ROS激活炎癥細胞，釋放白細胞介素(interleukin，IL)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等炎癥因子，促進細胞凋亡，增加組織損傷[22]。

一氧化氮(nitric oxide,NO)是高細胞毒性活性氮，主要由誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)產(chǎn)生[23]。心肌缺血再灌注損傷時，長期過量的NO會對心肌產(chǎn)生不利影響，加重心肌損傷，而抑制缺血再灌注誘導(dǎo)的iNOS可減輕心肌損傷[24]。Pei等[20]發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注時iNOS表達顯著增加，下調(diào)Notch1則PTEN的表達增加，降低Akt和eNOS的磷酸化，進而增加iNOS和gp91phox的表達，最終導(dǎo)致NO和超氧陰離子及其細胞毒性反應(yīng)產(chǎn)物過氧亞硝酸根(ONOO-)產(chǎn)生增加，上調(diào)Notch1信號可負向調(diào)控PTEN/Akt通路，而抑制iNOS和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的表達可對心肌缺血再灌注損傷產(chǎn)生保護作用。在正常心臟中，eNOS定位于腔靜脈，控制心率、收縮壓和舒張壓，而iNOS在正常心臟中不存在；在缺血、高血糖和炎癥等病理條件下，iNOS活性較高，在缺血再灌注損傷心肌中，eNOS/iNOS表達失衡，表現(xiàn)為eNOS磷酸化降低，iNOS表達增加[4]。Yu等[4]發(fā)現(xiàn)，多達汀可保護心肌免受缺血再灌注損傷，其潛在的機制是抑制PTEN表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，逆轉(zhuǎn)eNOS/iNOS表達失衡，減少NO和超氧陰離子的產(chǎn)生。有研究表明，牛膝多肽可靶向抑制心肌細胞PTEN表達，進而活化PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增加超氧化物歧化酶在心肌細胞內(nèi)的表達及抗氧化活性，減輕氧化應(yīng)激，保護心肌免受缺血再灌注損傷[25]。另有研究顯示，淫羊藿黃素可抑制心肌細胞PTEN表達，活化PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進而降低心肌超氧化物和丙二醛的生成，最終減輕心肌細胞缺血再灌注損傷[26]。上述研究表明，PTEN表達下調(diào)，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可減少氧化應(yīng)激，保護心肌免受缺血再灌注損傷。

3.2PTEN/PI3K/Akt與炎癥 缺血再灌注損傷中炎癥反應(yīng)是另一重要因素，炎癥反應(yīng)在再灌注后迅速啟動，進一步加重缺血再灌注損傷。缺血再灌注時炎癥反應(yīng)顯著增強，促炎細胞因子IL-1、IL-6、TNF-α的水平升高，抗炎細胞因子IL-10水平降低[27-28]。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注后促炎細胞因子TNF-α的表達顯著升高，通過降低心臟PTEN的表達，增加Akt的磷酸化，可抑制促炎細胞因子TNF-α的表達，上調(diào)抗炎細胞因子IL-10水平，從而緩解心肌缺血再灌注損傷。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是介導(dǎo)炎癥因子釋放的關(guān)鍵細胞因子，主要分布在血管內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和心肌細胞中，參與動脈粥樣硬化、急性心肌梗死、心力衰竭等多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展[13]。NF-κB通過磷酸化激活并轉(zhuǎn)移到細胞核，與特定的靶基因結(jié)合，調(diào)節(jié)免疫與炎癥相關(guān)的細胞因子和炎癥遞質(zhì)之間的級聯(lián)反應(yīng)，釋放相關(guān)的炎癥細胞因子(如IL-6、TNF-α)、趨化性粒細胞和巨噬細胞[29-30]。Zhao等[13]研究表明，PTEN/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可調(diào)控NF-κB表達，而下調(diào)PTEN可抑制NF-κB蛋白表達，減少炎癥細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6以及IL-18的釋放，減輕心肌炎癥反應(yīng)。巨噬細胞是心肌細胞內(nèi)參與炎癥應(yīng)答的主要炎癥細胞之一，巨噬細胞活化后參與吞噬心肌組織內(nèi)壞死的細胞和組織碎片，并參與受損心肌組織的修復(fù)。巨噬細胞分為M1與M2兩種亞型，其中M1型是經(jīng)典活化的巨噬細胞，通常促進初始炎癥反應(yīng)及殺菌、殺瘤活性，M2型是替代活化巨噬細胞，參與輔助性T細胞2型反應(yīng)及炎癥的解決，促進組織修復(fù)與重構(gòu)[31-32]。研究發(fā)現(xiàn)，PTEN/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與巨噬細胞分化及表型轉(zhuǎn)化，在單核細胞極化后M1/M2的比值可反映炎癥性疾病的嚴重程度和進展[33]。另有研究表明，在缺血再灌注損傷中，抑制PTEN表達調(diào)控下游通路，可促進巨噬細胞M2表型的表達，抑制炎癥因子表達，從而抑制炎癥[34-35]。

3.3PTEN/PI3K/Akt與細胞凋亡 細胞凋亡是一種程序性細胞死亡，通常表現(xiàn)為細胞萎縮、核碎裂和染色體DNA斷裂。有證據(jù)表明，缺血再灌注損傷引起的心肌細胞凋亡是在心肌缺血再灌注損傷中細胞死亡的主要方式之一[36]。PTEN作為PI3K/Akt通路的天然抑制劑，可抑制Akt的磷酸化，從而對腫瘤細胞凋亡起調(diào)控作用[37-38]。同時，PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對再灌注損傷中心肌細胞的凋亡也有重要的調(diào)控作用。胱天蛋白酶(caspase)家族是重要的細胞凋亡調(diào)控因子家族，caspase-3、caspase-7、caspase-8的激活被認為是細胞凋亡的特異性標志，caspase-3的活化可引起心肌細胞凋亡，而PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活可抑制caspase-3的激活[13]。Bad是一種促凋亡蛋白，主要通過影響凋亡抑制蛋白Bcl-2和Bcl-X的抗凋亡作用誘導(dǎo)細胞凋亡；另外，Bad還可誘導(dǎo)促凋亡蛋白Bax和Bak聚集，并誘導(dǎo)細胞色素C釋放，激活caspase介導(dǎo)的凋亡信號[36]。然而，Akt的激活可使Bad磷酸化，阻止Bad與Bcl-2、Bcl-X的相互作用，從而阻止細胞凋亡[36,39]。Wang等[36]發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注損傷時，通過抑制心肌細胞內(nèi)PTEN的表達，可激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，誘導(dǎo)Bad磷酸化，從而抑制caspase-3、caspase-7和caspase-8的活性以保護心肌細胞免于凋亡損傷。Sun等[40]發(fā)現(xiàn)，骨髓基質(zhì)細胞中的外泌體可減輕低氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡，保護心肌細胞以避免缺血再灌注損傷，其潛在機制是下調(diào)PTEN表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制Bax和caspase-3的表達，促進Bcl-2的表達。Cheng等[41]發(fā)現(xiàn)，長期的他汀類藥物治療可以下調(diào)PTEN的表達，激活A(yù)kt/eNOS信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制心肌細胞凋亡，在缺血再灌注中保護心肌細胞。Ke等[39]研究證明，Bcl-2/Bax比值在心肌缺血再灌注期間降低，而miR-93通過調(diào)控心肌細胞的PTEN/Akt信號軸，可顯著提高Bcl-2/Bax比值，并同時下調(diào)caspase-3的表達水平，減少心肌缺血再灌注損傷所致的心肌細胞凋亡。這些證據(jù)表明，抑制PTEN表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路后，可抑制心肌細胞凋亡，保護心肌細胞，減輕心肌缺血再灌注損傷的影響。

3.4PTEN/PI3K/Akt與纖維化 心肌組織纖維化是造成心室重構(gòu)、心功能不全的重要原因，也是心肌遭受再灌注損傷的晚期反應(yīng)之一。PTEN是心臟成纖維細胞的直接靶點，在心肌組織纖維化過程中起重要作用[42]。心肌成纖維細胞是引起心肌纖維化的重要細胞類型，心臟成纖維細胞的增殖、遷移和活化在心肌纖維化的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。PTEN可介導(dǎo)多種參與心肌纖維化病變過程的信號通路，如p53和c-Jun氨基端激酶等[43]。研究表明，抑制PTEN表達可促進心臟成纖維細胞的增殖和遷移，進而促進心肌纖維化[42,44]。有研究表明，在缺血再灌注損傷中，PTEN活性受抑制可促進PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而導(dǎo)致炎癥細胞因子遷移、成纖維細胞增生[43]?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2是一種蛋白水解酶，可降解膠原以及其他細胞外基質(zhì)蛋白，在心臟中MMP-2可見于多種細胞類型，包括血管內(nèi)皮細胞、成纖維細胞和心肌細胞，抑制MMP-2可保護心臟免受心肌缺血再灌注損傷[45]。Roy等[42]發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注誘導(dǎo)的miR-21可抑制PTEN的表達，導(dǎo)致Akt通路激活，增加了梗死區(qū)心肌成纖維細胞中MMP-2的表達，導(dǎo)致心肌纖維化。這些研究表明，在心肌缺血再灌注晚期，抑制PTEN可促進心肌纖維化進程，由此推測，上調(diào)PTEN表達可抑制心肌纖維化。

3.5PTEN/PI3K/Akt與血管生成 有研究表明，缺血可誘導(dǎo)血管生成[46-47]。缺血/缺氧誘導(dǎo)的血管生成在缺血損傷修復(fù)中具有重要的臨床意義，因為它能幫助受影響心肌組織恢復(fù)正常的環(huán)境。Seok等[48]研究發(fā)現(xiàn)，PTEN可抑制血管內(nèi)皮生長因子介導(dǎo)的血管生成，而靶向抑制PTEN表達，可激活A(yù)kt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進血管生成。研究表明，通過抑制PTEN表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可促進心肌梗死后血管生成，發(fā)揮心肌保護作用[49]。上述研究表明，PTEN在血管生成中發(fā)揮重要作用，抑制PTEN表達可促進血管生成，但在心肌缺血再灌注損傷中PTEN調(diào)控血管生成的機制尚不明確，還需進一步研究。

4 小 結(jié)

PTEN/PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過氧化應(yīng)激、炎癥、細胞凋亡、纖維化等多種不同的機制參與心肌缺血再灌注損傷。PTEN可能是他汀類、牛膝多肽及淫羊藿黃素等藥物的靶點，抑制PTEN表達可激活下游的PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，減輕氧化應(yīng)激，抑制心肌細胞凋亡，減輕再灌注損傷。在心肌再灌注早期階段，抑制PTEN表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可減少ROS的釋放，抑制炎癥反應(yīng)和細胞凋亡，但對于心肌再灌注晚期反應(yīng)(如纖維化)，抑制PTEN表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)通路，可促進缺血再灌注后心肌組織器官纖維化進程。因此，心肌缺血再灌注損傷早期階段抑制PTEN表達，晚期階段上調(diào)PTEN表達，可能成為心肌免受再灌注損傷的重要保護靶點。