劉茹悅 劉維英 祁夢雷 閆燕羽

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS)是由于上呼吸道包括鼻、咽部位氣道塌陷引起的以睡眠中打鼾、呼吸暫停等睡眠行為異常，白日疲乏、嗜睡為主要臨床特點(diǎn)的呼吸系統(tǒng)疾病。OSAHS患者睡眠中間歇低氧(intermittent hypoxia，IH)是全身多系統(tǒng)損傷的主要生理病理機(jī)制，導(dǎo)致氧化失衡，氧自由基增加，炎癥級聯(lián)反應(yīng)激活促炎性細(xì)胞介質(zhì)的生成，如白介素-2(interleukin-2，IL-2)、IL-4、IL-6、IL-10等炎性細(xì)胞因子，以及腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子(hypoxic inducible factor-1，HIF-1)、脂質(zhì)過氧化物，血管相關(guān)內(nèi)皮黏附分子等[1]。IH致機(jī)體損傷的機(jī)制中，IH引起的相關(guān)信號通路激活在損傷過程中發(fā)揮著重要作用。目前普遍認(rèn)為炎性反應(yīng)氧化應(yīng)激是IH致機(jī)體損傷的主要原因，對IH相關(guān)氧化應(yīng)激通路的研究也較多，隨著近年來相關(guān)研究的深入，發(fā)現(xiàn)也可通過細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬等信號通路多種途徑引起系統(tǒng)損傷?，F(xiàn)就IH與絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(Akt)通路、核因子2(nuclea factor erythroid-2-related factor2，Nrf2)/抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)等通路相關(guān)性綜述如下。

一、MAPKs信號通路

由MAPK激酶激酶(MAP kinasekinase kinase，MKKK)、MAPK激酶(MAP kinase kinase，MKK)和MAPK組成的MAPK信號通路，分為4個亞族：ERK、p38、JNK和ERK5，相關(guān)通路也分別命名為ERK MAPK、p38 MAPK、JNK MAPK及ERK5 MAPK通路。這些通路可被多種細(xì)胞因子、激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞氧化應(yīng)激等激活，激活后參與多種細(xì)胞生理病理過程，包括調(diào)控細(xì)胞生長分化，適應(yīng)機(jī)體外環(huán)境刺激，調(diào)節(jié)細(xì)胞炎性反應(yīng)氧化應(yīng)激等。

IH致心血管系統(tǒng)損傷主要表現(xiàn)為血管內(nèi)皮損傷、高血壓、心肌重構(gòu)、心室肥厚、心肌病等。大鼠IH處理30天后，所有大鼠均發(fā)生右心室肥厚，檢測發(fā)現(xiàn)HIF-1α表達(dá)、p38αMAPK活性增加，同時凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體(lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1，LOX-1)、NADPH氧化酶表達(dá)上調(diào)，通過生成更多的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，增強(qiáng)脂質(zhì)過氧化致組織結(jié)構(gòu)破壞[2]。IH大鼠也可通過介導(dǎo)內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)上調(diào)頸動脈體p38 MAPK磷酸化水平，使其表達(dá)水平升高，IH暴露下頸動脈體可塑性增強(qiáng)，增加繼發(fā)性高血壓的發(fā)生[3]。ET-1可致頸動脈體化學(xué)感受器敏感度增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)高血壓的發(fā)生，但這種增強(qiáng)過程被p38 MAPK拮抗劑所抑制，提示IH處理后大鼠可通過激活p38 MAPK通路，介導(dǎo)機(jī)體高血壓、心肌重構(gòu)等發(fā)生、發(fā)展過程，參與心血管系統(tǒng)的損傷。

IH可致多系統(tǒng)損傷，神經(jīng)系統(tǒng)損傷主要表現(xiàn)為記憶力下降，認(rèn)知功能障礙。Zhao等[4]研究報道，IH氧化應(yīng)激后抗氧化物質(zhì)表達(dá)下降及活性降低，進(jìn)一步觸發(fā)MAPKs通路，使下游神經(jīng)細(xì)胞Bcl-2和Bcl-2相關(guān)蛋白異常表達(dá)，導(dǎo)致海馬神經(jīng)細(xì)胞損傷缺失，說明MAPKs通路激活通過氧化應(yīng)激失衡參與了多個系統(tǒng)的損傷過程。除了炎癥損傷外，Guan等[5]研究發(fā)現(xiàn)，吸入氫氣可以減輕IH大鼠的腎臟病理損傷，除了降低氧化應(yīng)激反應(yīng)外，還參與了細(xì)胞凋亡和自噬過程，氫氣吸入后主要通過抑制p38、JNK磷酸化過程，防止該通路激活，使凋亡相關(guān)因子CHOP、GRP78、caspase-12表達(dá)下調(diào)，自噬相關(guān)蛋白Beclin-1表達(dá)升高，p62表達(dá)降低，起到保護(hù)作用，這一研究結(jié)果也證實(shí)了IH激活MAPK通路后通過細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬作用引起多系統(tǒng)損傷。

信號通路可通過網(wǎng)絡(luò)化鏈接互相影響。研究報道IH可通過ERK1/2 MAPK、p38 MAPK和PI3K/Akt信號網(wǎng)絡(luò)引起頦舌肌成肌細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致頦舌肌功能缺陷，影響氣道擴(kuò)張和開放，抗氧化劑能通過調(diào)節(jié)這些通路相關(guān)因子減輕IH成肌細(xì)胞損傷及凋亡[6,7]。說明除了IH動物模型，體外IH細(xì)胞研究也通過p38 MAPK通路加重細(xì)胞凋亡，降低細(xì)胞活力及增殖能力，損傷細(xì)胞功能，抗氧化劑的應(yīng)用，降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)和細(xì)胞凋亡，同時下調(diào)炎性介質(zhì)的表達(dá)，恢復(fù)細(xì)胞活力，明顯改善細(xì)胞功能障礙，但目前IH通過多信號通路網(wǎng)絡(luò)損傷的機(jī)制研究并不多見。

二、NF-κB通路

NF-κB存在于多種動物細(xì)胞中，參與機(jī)體對外界刺激、調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)，可被IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、趨化因子、一氧化碳合酶(nitric oxide synthase，NOS)、黏附分子、集落刺激因子、TNF-α等多種物質(zhì)激活。此外，血紅素加氧酶-1 (heme oxygenase，HO-1)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)等抗炎分子在機(jī)體發(fā)揮抗炎性反應(yīng)、免疫應(yīng)答等過程中對抑制NF-κB通路活化起到重要作用。

有研究通過建立小鼠IH模型，檢測主動脈中TLR4、NF-κB、p65及血清TNF-α、IL-6的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)IH暴露可以促進(jìn)TLR4的表達(dá)，激活NF-κB，增強(qiáng)炎性反應(yīng)，加重小鼠動脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定性；干預(yù)TLR4基因表達(dá)后的小鼠動脈粥樣硬化病變減少，斑塊面積較小，斑塊不穩(wěn)定性降低，體內(nèi)炎性介質(zhì)下調(diào)，血脂異常降低[8]。TLR4是NF-κB的上游基因，該研究證實(shí)了IH通過觸發(fā)TLR4/NF-κB信號通路來促進(jìn)動脈粥樣硬化的進(jìn)展。通過構(gòu)建不同氧濃度的缺氧大鼠模型，檢測各組大鼠肺組織中TLR4表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)隨著缺氧程度加深，TLR4呈升梯度表達(dá)，并且隨缺氧程度增加肺泡的損傷破壞程度加重[9]。TLR4的表達(dá)與缺氧程度呈正相關(guān)，通過TLR4/NF-κB通路誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子及趨化因子表達(dá)，觸發(fā)一系列的肺部損傷，再次證實(shí)了IH下NF-κB通路通過炎癥氧化應(yīng)激參與了機(jī)體的多系統(tǒng)損傷。此外，越來越多的證據(jù)顯示，OSAHS已成為代謝性疾病的獨(dú)立危險因素。IH激活的TLR4/NF-κB信號通路在核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat protein 3，NLRP3)信號通路協(xié)同作用下，下游IL-1、IL-6和TNF-α表達(dá)上調(diào)，這些因子作用于脂肪細(xì)胞受體，使胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受阻，導(dǎo)致胰島素抵抗(insulin resistance，IR)和2型糖尿??；并且應(yīng)用TLR4抑制劑或使NLRP3丟失或下調(diào)，可以減輕下游的促炎性反應(yīng)，對代謝疾病有一定的預(yù)防和保護(hù)作用[10]。說明IH刺激下TLR4/NF-κB信號通路的促炎作用可能是OSAHS導(dǎo)致代謝性疾病的機(jī)制之一。

IH通過激活NF-κB通路加重機(jī)體各系統(tǒng)損傷，得到了大量研究結(jié)果的證實(shí)。但是，有一些研究表現(xiàn)出不同的結(jié)果。萬雅琦等[11]用IH預(yù)處理7天的大鼠模型行大腦中動脈栓塞處理，相較于對照組大鼠殘存神經(jīng)元增多，梗死面積減小，TLR4及NF-κB表達(dá)下調(diào)，提示IH預(yù)處理后可能通過抑制NF-κB通路活化減輕神經(jīng)系統(tǒng)損傷，起到了一定的保護(hù)作用。這種結(jié)果可能與該研究使用IH的同時采用類似于高海拔地區(qū)缺氧的低氣壓(53.5kPa)，IH低氧處理過程中氧濃度較高(最低12%)，IH暴露時間較短均可能與這種正向的保護(hù)結(jié)果相關(guān)。Yang等[12]在誘導(dǎo)大鼠再生障礙性貧血(aplastic anemia，AA)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，同樣也給予IH低氣壓(約70kPa)每天5h預(yù)處理28天后，再給予誘導(dǎo)AA，炎癥應(yīng)激反應(yīng)較對照組減輕，NF-κB及HIF-1的表達(dá)較對照組降低，血管細(xì)胞黏附因子(vascular cell adhesion molecule，VCAM-1)及晚期抗原4(very late antigen，VLA-4)表達(dá)較對照組升高，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cell，BMMSC)分泌因子升高，提高骨髓能力，降低AA的發(fā)生率。眾所周知，缺氧可以刺激紅細(xì)胞的生成，促進(jìn)造血干細(xì)胞和BMMSC的增殖，提前的短期IH低氣壓干預(yù)，刺激機(jī)體分泌應(yīng)激因子，機(jī)體處于代償狀態(tài)，對缺氧存在一定的耐受性，后續(xù)再給予缺氧刺激時機(jī)體的相關(guān)信號通路及炎性因子表達(dá)較低，從而在一定程度上起到對機(jī)體的保護(hù)作用，但這種保護(hù)作用是適度的，若長期暴露于IH環(huán)境，缺氧程度加深，最終導(dǎo)致機(jī)體的損傷。

三、PI3K/Akt信號通路

PI3K/Akt通路在調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)等細(xì)胞功能方面發(fā)揮重要作用，一般情況下，PI3K可被多種因子激活，如血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、胰島素等，激活后產(chǎn)生第二信使三磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol 3,4,5 trisphosphate，PIP3)，PIP3參與Akt磷酸化激活過程，激活后的Akt可再通過磷酸化反應(yīng)作用于下游的靶蛋白，如Bad、HIF-1α、NOS、caspase-9等，進(jìn)一步介導(dǎo)與之相關(guān)的生物學(xué)效應(yīng)。

有研究表明，IH干預(yù)下的小鼠miR-218表達(dá)上調(diào)后，參與正向調(diào)控PI3K/Akt通路，使下游HIF-1α和VEGF表達(dá)增加，增加小鼠主動脈內(nèi)皮細(xì)胞炎癥損傷的同時加重內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，同樣的，應(yīng)用miR-218抑制劑使其表達(dá)下調(diào)后，HIF-1α、VEGF及凋亡相關(guān)因子表達(dá)下降，減輕IH下內(nèi)皮細(xì)胞損傷[13]。證明了PI3K/Akt通路參與了IH誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮炎性反應(yīng)及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡過程。另有研究給予抗氧化劑干預(yù)，發(fā)現(xiàn)其可減輕對體外缺氧/復(fù)氧心肌細(xì)胞的損傷，抑制線粒體介導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡，提高細(xì)胞活力，減輕細(xì)胞損傷，并且這種保護(hù)作用可以被PI3K/Akt通路抑制劑所逆轉(zhuǎn)[14]。這些結(jié)果都再次證實(shí)了IH暴露通過活化PI3K/Akt通路參與氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡途徑實(shí)現(xiàn)對機(jī)體的損傷作用。Guan 等[15]研究發(fā)現(xiàn)IH后心肌細(xì)胞的凋亡指數(shù)、氧化標(biāo)志物及自噬標(biāo)志物Beclin-1的表達(dá)與PI3K/Akt/mTOR信號通路的調(diào)控相關(guān)，通過PI3K/Akt/mTOR過度激活增加心臟氧化應(yīng)激、促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡及損害心肌細(xì)胞自噬，導(dǎo)致心肌肥厚和功能障礙。miR-17-5p可通過負(fù)向調(diào)控IH暴露后PI3K/Akt/mTOR信號通路活化，抑制該通路蛋白及下游炎性因子和抗凋亡因子表達(dá)，減輕PI3K/Akt/mTOR通路激活細(xì)胞凋亡所致的損傷。這些研究結(jié)果都正面或側(cè)面證實(shí)了IH下PI3K/Akt/mTOR通路參與多種途徑介導(dǎo)的系統(tǒng)損傷。

但是，值得強(qiáng)調(diào)的是，在公認(rèn)的IH可通過各種途徑導(dǎo)致多系統(tǒng)損傷的前提下，與上文NF-κB通路類似，有研究者通過檢測心肌細(xì)胞凋亡指數(shù)及Akt、NOS蛋白，發(fā)現(xiàn)大鼠每天在接受低氧濃度6%～8%環(huán)境下暴露約2h，14天的短期干預(yù)后，再構(gòu)造急性心肌缺血/再灌注損傷模型， IH干預(yù)組大鼠較對照組凋亡指數(shù)降低，磷酸化Akt蛋白、磷酸化NOS蛋白表達(dá)升高[16]。提示短期的IH干預(yù)下，急性心肌缺血/再灌注損傷機(jī)體可通過PI3K/Akt/NOS通路抑制心肌細(xì)胞凋亡和炎癥應(yīng)激反應(yīng)來減輕機(jī)體的損傷，可能與短期缺氧適應(yīng)性調(diào)節(jié)，下游抗炎性細(xì)胞因子表達(dá)升高有關(guān)。

四、Keap1/Nrf2/ARE信號通路

Keap1/Nrf2/ARE通路是機(jī)體抗炎癥氧化應(yīng)激損傷的關(guān)鍵性保護(hù)通路，其中Nrf2是細(xì)胞調(diào)節(jié)抗氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵因子，在Keap1的調(diào)控下，Nrf2與ARE結(jié)合后，激活下游基因包括HO-1、谷胱甘肽硫基轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase，GST)、醌氧化還原酶1(quinine oxidoreductasel，NQO1)等的轉(zhuǎn)錄程序，影響下游過氧化氫酶(catalase，CAT)、SOD、谷胱甘肽(glutathione，GSH)等抗氧化物質(zhì)的表達(dá)。

金屬硫蛋白(metallothionein，MT)是Nrf2通路上的靶基因，接受Nrf2的調(diào)控，實(shí)驗(yàn)干預(yù)MT基因，發(fā)現(xiàn)MT基因敲除的小鼠，長期IH后肺損傷更為顯著；Nrf2誘導(dǎo)劑應(yīng)用后增強(qiáng)Nrf2表達(dá)的同時增加下游MT含量，IH所致肺部一系列損傷也較對照組減輕[17]。除了針對Nrf2通路上具體MT基因靶點(diǎn)的調(diào)控，IH大鼠直接給予抗氧化劑也可以減輕肺組織損傷，這一過程與Nrf2/HO1通路相關(guān)[18]。除肺損傷外，心臟過表達(dá)Nrf2蛋白和敲除Nrf2基因的小鼠分別對IH引起的心肌病存在高抵抗性和高易感性。推測Nrf2可作為上游介質(zhì)，上調(diào)抗氧化靶基因MT，通過對下游抗氧化物質(zhì)NQO-1、SOD等正向調(diào)控，來拮抗IH引起的心臟損傷。另有研究表明，小鼠暴露于IH環(huán)境中，通過計算胰島β細(xì)胞功能指數(shù)及測定血清中炎性因子的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)炎癥氧化應(yīng)激是IH小鼠胰島功能損傷的機(jī)制之一，但Keap1/Nrf2信號通路及其下游所調(diào)控的抗氧化蛋白在抑制胰腺組織損傷過程中發(fā)揮重要作用[19]。這些研究成果都進(jìn)一步說明了Nrf2通路以保護(hù)機(jī)制參與IH相關(guān)多系統(tǒng)靶器官損害病理過程。

除了大鼠IH模型研究，在體外細(xì)胞缺氧/復(fù)氧實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，miR-141可通過介導(dǎo)Keap1/Nrf2信號通路減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激，改善細(xì)胞活力，抑制細(xì)胞凋亡，達(dá)到減輕細(xì)胞損傷的效果，相對應(yīng)的使用miR-141抑制劑可加重這種細(xì)胞損傷[20]。所以，無論體內(nèi)IH模型，或體外細(xì)胞IH培養(yǎng)，經(jīng)典的抗氧化信號通路Keap1/Nrf2/ARE都通過減輕應(yīng)激損傷、抑制細(xì)胞凋亡來拮抗IH誘導(dǎo)的損傷。

五、其他通路

除了上述經(jīng)典的信號通路外，還有一些其他信號通路也參與了IH機(jī)體的調(diào)控，如Song等[21]將SOD2基因敲除的小鼠暴露于IH環(huán)境下，相較于正常IH小鼠，SOD2基因敲除小鼠肺內(nèi)巨噬細(xì)胞浸潤及氧化應(yīng)激程度更重，肺重構(gòu)程度更顯著，這與SOD2下調(diào)后激活NLRP3炎性小體介導(dǎo)的通路增加氧化應(yīng)激、誘導(dǎo)線粒體功能障礙參與肺部炎癥損傷和血管重構(gòu)過程有關(guān)。Bcl-2/Beclin-1通路激活后自噬相關(guān)蛋白表達(dá)升高，通過促進(jìn)細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡途徑參與IH下冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞的損傷過程[22]。在短期IH聯(lián)合低氣壓的預(yù)處理下，活化Wnt/β-catenin通路可減少癲癇大鼠神經(jīng)元丟失及受損，改善大鼠認(rèn)知功能的作用[23]。但信號通路之間的激活都是復(fù)雜交互的，這些通路的研究報道并不多見。

六、展 望

綜上所述，短期的IH干預(yù)可能在一定程度上通過缺氧耐受和代償增加對機(jī)體起到一定的保護(hù)作用，但長期暴露于IH環(huán)境終會導(dǎo)致機(jī)體的多系統(tǒng)損傷，隨著IH損傷研究越來越深入，研究者發(fā)現(xiàn)IH環(huán)境下MAPKs通路、NF-κB通路、PI3K/Akt通路、Nrf2/ARE這些經(jīng)典的信號通路通過調(diào)節(jié)機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬等多條途徑在IH致多系統(tǒng)損傷過程中發(fā)揮作用。除此之外，很多其他信號通路,如NLRP3炎性小體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激通路、Bcl-2/Beclin-1介導(dǎo)的自噬相關(guān)通路、活化的Wnt/β-catenin通路等也在IH損傷中發(fā)揮重要作用。雖然體外動物實(shí)驗(yàn)顯示干預(yù)單純單一信號通路相關(guān)靶點(diǎn)可減輕IH的損傷過程，但針對這些信號通路的靶向治療還處于動物實(shí)驗(yàn)階段。因此，通過研究調(diào)控信號通路相關(guān)靶點(diǎn)可能會成為未來IH疾病防治的關(guān)鍵策略之一。同時，多條信號通路間的網(wǎng)絡(luò)化交互影響，如ERK MAPK、p38 MAPK和PI3K/Akt的協(xié)同信號網(wǎng)絡(luò)；TLR4/NF-κB通路和NLRP3通路等通過交互鏈接對機(jī)體多系統(tǒng)的協(xié)同損傷作用，為IH下通過調(diào)控機(jī)體多條信號通路來延緩多系統(tǒng)損傷提供新思路，相信隨著醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)步與發(fā)展，相關(guān)信號通路靶點(diǎn)調(diào)控在IH疾病的治療或延緩過程中一定會擁有廣泛的應(yīng)用前景。