磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信号通路与高血压

黄明艳，陈可冀

高血压是心脑血管疾病重要的危险因素，可导致心、脑、肾等靶器官的功能衰竭。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidyli-nositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信号通路在促进细胞增殖、抑制细胞凋亡、维持细胞生存等机制中发挥重要作用[1]。近年来，大量研究发现PI3K/Akt信号通路可通过影响下游一氧化氮(nitric oxide，NO)、mTOR、Bcl-2等多种效应分子，介导炎症免疫反应、血管张力变化、胰岛素抵抗、血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)表型转换、内皮细胞(endothelial cells，ECs)及VSMCs凋亡，对高血压的发生、发展及靶器官的损害有重要影响[2]。本研究基于PI3K/Akt信号通路对高血压及其靶器官损害的机制及中医药治疗研究进展进行综述，旨在为高血压的临床诊疗提供新的思路和治疗靶点。

1 PI3K/Akt信号通路概述

PI3K是由调节亚基P85和催化亚基P110构成的异源性二聚体，具有催化磷脂酰肌醇环3位羟基磷酸化的活性，其中PI3Kγ由心血管及免疫系统的特定细胞表达，与高血压关系密切。Akt是一种Ser/Thr蛋白激酶，其结构域包括氨基端的PH结构域、中间催化域及羧基端的调节域，其中PH结构域为脂质与蛋白质及蛋白质与蛋白质间相互作用的部位，催化域具有催化丝/苏氨酸残基磷酸化活性，调节域含有磷酸化位点Ser473，该位点的磷酸化是Akt完全活化所必需的。细胞外的配体与受体结合后，PI3K通过其P85调节亚基与活化的受体结合激活P85，解除P85对P110激酶的抑制，p110活化后催化生成磷脂酰肌醇-3，4，5三磷酸(PIP3)，产生的PIP3作为第二信使与Akt的PH结构域结合，将其从细胞质锚定于细胞膜，改变Akt的构象，暴露其磷酸化位点，活化的Akt脱离质膜进入胞质和胞核，引起PI3K/Akt下游信号转导通路的级联反应而发挥其生物学效应。

2 PI3K/Akt信号通路与高血压

2.1 PI3K/Akt信号通路与炎症免疫反应 近年来，高血压的炎症免疫机制被大量研究所证实，免疫反应可引起氧化应激和肾素血管紧张素系统的激活，炎症反应可引起血管松弛功能障碍、交感神经亢进等，这些机制共同作用导致高血压[3]。PI3Kγ最早被发现表达于中性粒细胞中，其在免疫细胞的活化中发挥关键作用，研究显示缺乏PI3Kγ的小鼠表现出中性粒细胞趋化受损，胸腺细胞存活和T细胞活化减少[4]。此外，PI3Kγ介导了免疫细胞向炎症部位募集的过程[5]，研究证实PI3Kγ是介导效应CD8+T细胞向靶器官迁移的主要介质[6]。神经炎症可引起交感神经亢进及神经源性高血压，向正常血压大鼠下丘脑室旁核(paraventricular nucleus，PVN)微量注射促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)或白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)可以引起大鼠交感神经亢进和高血压[7]。值得注意的是，有研究发现PI3K/Akt信号通路介导了神经炎症，并与交感神经亢进及神经源性高血压相关，延髓头端腹外侧区(rostral ventrolateral medulla，RVLM)内PI3K/Akt信号通路激活介导的神经炎症可引起高血压，RVLM内干扰PI3K通路能抑制Ang Ⅱ诱导神经炎症[8]。

2.2 PI3K/Akt信号通路与血管张力 血管张力持续升高表现为血管对缩血管物质反应增强，对舒血管物质反应性降低，导致血压升高。现代研究显示，ECs和VSMCs中的PI3K在介导血管收缩中起相反的作用[9]。血管ECs可通过PI3K/Akt信号通路激活下游效应分子内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)产生NO，进而降低血管张力。有实验研究显示，内皮PI3K可通过eNOS/NO拮抗G蛋白偶联受体(GPCR)介导的血管收缩，这种作用在高血压合并内皮功能障碍时受到损害[9]。血管内压的升高导致阻力动脉中的VSMCs收缩的行为被称为肌源性张力，是维持血压的关键因素。PI3Kγ是肌源性张力和血压的主要调节因子，VSMCs中PI3Kγ可激活Akt以促进血管收缩，其机制与激活L型电压门控钙通道(L-type voltage-gated calcium channel，LTCC)诱导钙内流相关。而选择性阻断PI3Kγ的抗体能有效地抑制血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)诱导的大鼠门静脉心肌细胞PIP3的产生和钙内流，进一步的研究表明，PI3Kγ诱导的钙内流是通过Akt共识位点上LTCC的Cavb2a亚单位的磷酸化以促进质膜的转位形成的，阴性Akt突变体在血管中表达可显著降低AngⅡ引起的血管收缩[10]。

2.3 PI3K/Akt信号通路与胰岛素抵抗 PI3K/Akt/eNOS/NO信号通路介导的胰岛素抵抗是高血压的发病机制之一。胰岛素通过PI3K/Akt信号通路激活eNOS刺激NO合成，促进血管舒张[11]。临床和实验研究证实，在胰岛素抵抗状态下，PI3K/Akt信号通路功能紊乱，导致ECs由胰岛素介导的NO合成减少[12]，以致血管收缩，血压升高。有研究显示，高血压盐敏感性大鼠胰岛素介导的血管舒张和Akt/eNOS磷酸化受损，胰岛素敏感性降低[13]。进一步研究发现，胰岛素受体与循环胰岛素结合后经历快速酪氨酸磷酸化，激活受体激酶，并与胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)短暂的相互作用，酪氨酸磷酸化的IRS-1与PI3K结合，导致PI3K活化，进而刺激Ser473位Akt和Ser1177位eNOS磷酸化，导致NO合成[14]。相反，IRS-1丝氨酸残基的磷酸化则抑制了胰岛素信号转导，导致PI3K失活。已有研究表明，促炎细胞因子、氧化应激或游离脂肪酸诱导IRS-1丝氨酸磷酸化，随后抑制胰岛素信号转导[15-16]。AngⅡ抑制血管ECs和骨骼肌细胞[17-18]中胰岛素介导的PI3K信号通路的激活，其潜在机制与AngⅡ增加活性氧和促炎分子的表达，如c-Jun氨基末端激酶(JNK)、TNF-α[19-20]有关。

3 PI3K/Akt信号通路与高血压靶器官损害

3.1 PI3K/Akt信号通路与心肌细胞凋亡 心肌细胞凋亡与左心室重构及收缩功能不全相关，心肌凋亡程度在心肌肥厚发展至心力衰竭的过程中更加显著[21]。AngⅡ诱导产生的活性氧(ROS)会通过抑制PI3K/Akt信号通路导致心肌细胞凋亡和坏死。ROS的靶标之一是Akt，Akt调节细胞的生长和存活，是一种关键的抗凋亡分子[22-23]。激活Akt在体外和体内都有保护心肌细胞的功能，而抑制Akt则大大加速缺氧所致的心肌细胞功能障碍[24]。此外，将Akt基因转移到心脏可减少心肌细胞凋亡[25]。心脏AngⅡ的过表达降低了醋酸去氧皮质酮(deoxycorticosterone acetate，DOCA)盐处理的小鼠PI3K的表达，PI3K下游靶蛋白Akt的磷酸化也受到损害，并伴随着心肌细胞内TUNEL阳性细胞核数量的增加。缬沙坦可恢复PI3K表达和Akt磷酸化，减少细胞凋亡。有实验研究结果显示，AngⅡ与AngⅡ 1型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)结合后通过下调PI3K和Akt加重小鼠心肌细胞凋亡[26]。

3.2 PI3K/Akt信号通路与ECs凋亡 ECs凋亡是心力衰竭的主要病理机制之一[27]。心脏微血管内皮细胞(cardiac microvascular endothelial cells，CMECs)直接介导组织细胞和循环之间的物质交换[28]，在维持正常心肌细胞功能方面起着至关重要的作用[29]。去除心脏ECs严重影响相邻心肌细胞的收缩功能[30]。血管ECs生成和凋亡之间的不平衡是引起适应性肥厚向心力衰竭转变的一个关键过程[31]。有研究表明，AngⅡ通过诱导血管内皮功能障碍和内皮损伤参与心力衰竭的发病机制[32]；进一步的机制研究发现AngⅡ可上调蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)表达，抑制PI3K/Akt信号转导通路，进而诱导CMECs凋亡，加入PTP1B抑制剂可显著减少AngⅡ诱导的CMECs凋亡数量，增加PI3K表达、Akt磷酸化和Bcl-2/Bax比值，降低caspase-3活性，此外，PTP1B抑制剂的抗凋亡作用可被PI3K抑制剂减弱[33]。

3.3 PI3K/Akt信号通路与VSMCs表型转换 VSMCs表型转换是高血压引起血管重构的主要病理机制。VSMCs不是终末分化细胞，其由收缩型去分化转换为合成型的过程称为VSMCs的表型转换，在高血压形成的病理过程中，VSMCs可由以收缩功能为主的收缩型转变为以增殖、迁移及合成为主的合成型，主要表现为VSMCs过度增殖、迁移至内膜，合成及分泌胶原、弹性蛋白、蛋白多糖等细胞外基质增多，引起血管壁增厚、变硬、纤维化，导致血管重构，加速动脉硬化和心力衰竭的发展[34]。PI3K/Akt信号转导通路参与了VSMCs表型转换的调控，一些研究表明，血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)可激活PI3K/Akt信号通路诱导VSMCs增殖和迁移[35-36]，研究显示血小板衍生生长因子(PDGF-BB)可通过激活PI3K/Akt信号通路下调VSMCs收缩表型标志蛋白SM22α和α-SM actin的表达，PI3K抑制剂LY29400可阻断这种变化[37]。研究显示受损的过氧化物酶体增殖剂激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR-γ)参与高血压期间VSMCs表型转换，PPAR-γ通过抑制PI3K/Akt信号通路抑制VSMCs表型转换，PPAR-γ表达受损可引起高血压VSMCs表型发生转换[38]。

4 基于PI3K/Akt信号通路的高血压中医药治疗

4.1 中药单体 实验研究发现罗布麻叶提取物有明显的降压作用，并可显著增加磷酸化eNOS(p-eNOS)、磷酸化PI3K(p-PI3K)以及磷酸化Akt(p-Akt)的表达量，与对照组相比差异有统计学意义(P<0.05)，结果显示罗布麻叶提取物降压机制可能与其激活PI3K/Akt信号通路，促进eNOS磷酸化，进而增加NO有关[39]。实验研究发现，与只接受AngⅡ微量泵注组相比，接受AngⅡ微量泵注+姜黄素腹腔注射的双干预组血管膜胶原含量显著降低(P<0.05)，p-PI3K、p-Akt和磷酸化mTOR(p-mTOR)水平显著降低(P<0.05)，Bax和 Cleaved Caspase-3的含量显著增加(P<0.05)，Bcl-2的含量显著减少(P<0.05)，结果显示姜黄素能够抑制AngⅡ诱导高血压血管胶原重构，改善血管结构，其作用机制可能与其下调自噬相关的PI3K/Akt信号通路的活性有关[40]。实验研究显示川芎嗪可通过抑制PI3K/Akt信号通路，抑制基底动脉VSMCs增殖，防止高血压大鼠基底动脉重构，此外，PI3K/Akt的激活剂胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor，IGF-1)可抑制川芎嗪对PI3K/Akt通路的影响[41]。实验研究显示，葛根素可通过PI3K/Akt途径激活eNOS表达，提高局部组织中 NO水平，诱导自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rat，SHR)离体胸主动脉环舒张[42]。

4.2 中药复方 清达颗粒是陈可冀院士根据其从医60 余年临床经验方清眩降压汤进一步加减化裁而来,由天麻、钩藤、黄芩、莲子心四味药物组成，具有清肝热、平肝阳、泻心火等功效，实验研究显示清达颗粒可抑制SHR收缩压、舒张压以及平均动脉压升高，对高钾、去甲肾上腺素、AngⅡ预收缩后的血管环均具有显著的舒张作用，且可显著下调PI3K表达和p-Akt/Akt比值，结果表明清达颗粒可能通过抑制PI3K/Akt信号通路发挥其抗高血压和促进血管舒张的功能[43]。有实验研究松龄血脉康胶囊对SHR PI3K/Akt信号通路的调节机制，中药组灌胃松龄血脉康 20 mg/(kg·d)，西药组灌胃雷米普利1 mg /(kg·d)，空白组给予同体积的生理盐水，4周后检测发现中药组和西药组肝脏 PI3K mRNA、Akt mRNA及Akt的蛋白含量均高于空白组，差异均有统计学意义(P<0.05)，结果显示，松龄血脉康可能通过激活PI3K/Akt信号通路，维持SHR心脏正常的收缩和舒张功能，抑制高血压对心肌的不利影响[44]。实验研究发现活血潜阳方可能通过激活PI3K/Akt信号通路，提高循环内皮祖细胞数量以保护血管内皮[45]。

5 小结与展望

PI3K/Akt信号通路通过介导炎症免疫反应、血管张力变化、胰岛素抵抗、VSMCs表型转换、ECs及VSMCs凋亡参与高血压发生、发展及靶器官损害的多个病理过程，其中PI3Kγ与高血压的炎症免疫机制、血管肌源性张力及VSMCs表型转换密切相关，PI3K/Akt信号通路作用于下游eNOS/NO信号分子可调节血管张力与胰岛素抵抗，作用于Bcl-2、mTOR效应分子可介导ECs凋亡与血管重构。然而PI3K/Akt信号通路对高血压及其靶器官损害的具体调控机制尚不清楚，仍需进一步的研究。中医药在治疗高血压方面取得了一定进展，中药单体姜黄素、葛根素、川芎嗪、罗布麻叶提取物及中药复方清达颗粒、松龄血脉康胶囊、活血潜阳方等均可通过调节PI3K/Akt信号通路发挥降压作用，然而其具体调控机制仍需进一步探索。通过深入研究PI3K/Akt通路与高血压的调节机制、相互作用的分子及靶分子，并以此作为高血压治疗的新靶点，研究针对PI3K/Akt信号通路新靶点的高血压特异药物，对防治高血压及其靶器官损害有重要的临床意义及广阔的应用前景。