PI3K/AKT/mTOR信號通路對膿毒癥中細胞自噬的調控研究進展*

卓 犖,史家欣 綜述,李小民△ 審核

(徐州醫科大學附屬連云港醫院:1.急診科;2.呼吸內科,江蘇連云港 222002)

膿毒癥從1991年被定義以來就是重癥醫學界最熱門的難題之一。有數據顯示，全球每年罹患膿毒癥約有3 150萬人，死亡人數更是高達530萬[1]。近年來，隨著科學技術的發展，人們雖然在如新型抗生素、連續腎臟替代療法、呼吸機以及體外膜肺氧合等一系列抗感染及臟器支持治療技術上取得了很大的進步，但是仍然有約25%～30%的膿毒癥患者死亡。在住院期間發生膿毒癥的患者病死率也超過了10%[2]。當前，膿毒癥治療的側重點在于對膿毒癥后多器官功能障礙綜合征(MODS)的對癥支持。因此，尋找針對膿毒癥發病機制的病因的治療方案，探索膿毒癥防治的新途徑，是當今的研究熱點。

BOOMER等[3]在一項對膿毒癥患者尸檢的研究結果中發現，患者的脾、肺等臟器均存在免疫抑制以及功能障礙。而膿毒癥免疫抑制的關鍵原因被認為是免疫細胞的自噬被抑制所導致的免疫細胞凋亡。自噬在膿毒癥狀態下是機體的一種順應調節機制，對重要臟器具有保護功能，細胞過快或者過慢死亡均不利于機體穩態的維持，最終可導致不良預后。有研究證實，磷酸肌醇3激酶-蛋白質絲氨酸蘇氨酸激酶(Phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B signaling pathway，PI3K/AKT)信號通路和單腺苷酸活化的蛋白激酶(Adenosine monophosphate activated protein kinase pathway，AMPK)通路以及沉默信息調節因子1(Sirtuins1，Sirt1)信號通路是自噬表達過程中的經典信號轉導通路，且PI3K/AKT/mTOR信號通路是目前唯一已知的抑制性信號轉導通路，在調控細胞自噬水平中可能具有重要意義[4]。

1 自噬的概況

自噬是一種細胞的自食現象，可根據底物被運送至溶酶體的方式不同，分為巨自噬、微自噬和細胞伴侶介導的自噬3種，這里主要介紹的巨自噬也是通常所說的“自噬”，是細胞內的溶酶體與細胞內的蛋白質、細胞器、病原體相結合，使其降解的過程，出現以雙層膜包裹著細胞器、蛋白、病原體等為特征的自噬體可作為自噬發生的判斷指標[5]。從進化的角度看，自噬是一種細胞內垃圾處理機制，錯誤折疊的蛋白或衰老的長壽命蛋白、多余或者受損的細胞器、入侵的病原體、甚至整個細胞都可以成為自噬的靶點。這一過程避免了細胞進一步的不可逆的損傷，為饑餓的細胞提供生存所必需的物質和能量以及對抗外源性病原微生物的感染[6]。自噬體的形成受自噬相關調節基因 (autophagy-related gene，Atg)產物及其他因子調控[5]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合體1(mammalian target of rapamycin，mTORC 1)通過抑制Unc-51樣激酶1(Unc-51 like kinase 1，ULK 1/atg1) 復合物來抑制自噬；饑餓狀態及能量缺乏時，AMPK通過抑制mTORC 1而激活自噬。此外，Beclin-1(Bcl-1/atg6)復合物受PI3K-Akt通路負向調節，同時也可以與抗凋亡Bcl-2家族蛋白結合而被抑制[7-8]。

由于自噬和細胞的凋亡往往相伴發生，自噬在最初也是以“PCD-2”的名義被人們所認知。然而自噬與凋亡并不是同一個過程，可以說自噬是連接凋亡與壞死的交互機制。目前大量研究認為，自噬具有雙重性，既可促使細胞存活，也可促使細胞死亡。這并不沖突，只是一個病程轉歸中的不同的階段，自噬本身是一種細胞的自我保護機制，早期的自噬有助于修復細胞損傷，延長細胞的壽命，而當自噬達到一定程度時就會導致細胞的凋亡。但是假如細胞自噬被抑制，細胞未能及時清除自身無用的蛋白、細胞器或是病原微生物細胞，就將造成細胞膜破裂，細胞內物質外溢，也就是細胞的壞死，從而進一步引起一系列的炎性反應調節細胞自噬的水平，從根源中斷瀑布式的炎性反應，將有望成為膿毒癥治療的新途徑[9-10]。

2 自噬與膿毒癥的關系

早期的研究者們在膿毒癥的動物模型以及膿毒癥臨床患者的肝臟細胞中，分別觀察到了自噬體和自噬相關基因產物如LC3等的增加。于是，提出自噬與膿毒癥時的器官損傷可能密切相關[11]。隨后的研究也證實，在膿毒癥的動物模型和臨床患者的肺、肝臟、脾臟、心臟以及腦組織中均觀測到了自噬的存在[3,12-13]。

后來的多例盲腸穿孔術(ecal ligation and puncture，CLP)致小鼠膿毒癥模型也證實，在CLP術后早期(3～6 h)，多臟器中的自噬體及自噬相關標志物檢出比例明顯上升，而在晚期(8～12 h以后)開始逐漸下降[14-16]。目前主流觀點認為，自噬在膿毒癥的早期即被激活，并且呈現出短暫的活性升高趨勢，隨著早期高動力狀態下誘導的自噬前體被大量損耗，在膿毒癥后期則出現了明顯的自噬障礙，尤其表現為溶酶體形成受阻，自噬的清除保護作用失效，導致了膿毒癥晚期出現免疫麻痹的現象[12]。膿毒癥動物模型或是細胞層面上激活各種不同水平的自噬通路，對于部分細胞、組織和臟器具有一定的保護作用的相關文獻的報道，也從另一個角度證實了上述觀點。OAMI等[17]發現，阻斷肝臟自噬形成加速了CLP膿毒癥模型小鼠的死亡。趙恒光等[18]也證實，雷帕霉素可以逆轉脂多糖(LPS)預處理的小鼠的急性肺損傷。但目前相關研究仍然較少，其激活自噬的作用機制，以及激活自噬對其他臟器是否有保護作用仍有待進一步探究。

3 膿毒癥中自噬的調控

PI3K/AKT信號通路是目前唯一已知的自噬抑制信號轉導通路，這一點在很多腫瘤和代謝性疾病的相關研究中已經得到了證實[4,19-20]，而且現有研究也證實，該信號通路參與了膿毒癥中多種炎癥因子的表達調控[21-22]。PI3K是一種廣泛存在于多種哺乳動物細胞胞質當中的脂質激酶，其在接受到來自酪氨酸激酶和細胞表面G蛋白偶聯受體的信號后，將p85調節亞基募集到靠近質膜的部位，p110亞基通過與p85亞基結合，把底物膜磷脂酰肌醇4，5-二磷酸(PIP2)轉化為磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(PIP3)，PIP3可以和AKT N端的普列克同源結構域(Pleckstrin Homology domain，PH結構域)相結合，使AKT從細胞質轉移到細胞膜上，并在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDKI)和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶2(PDK2)的輔助下，使位于AKT上的蘇氨酸磷酸化位點(Thr308)和絲氨酸磷酸化位點(Ser473)磷酸化而使AKT激活。

mTOR是進化保守的絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶，是活化后的AKT的底物，活化后的AKT可以使mTOR磷酸化，增強其活性，其至少有2種不同復合物的催化亞基，即mTORC1和mTORC2[23]。目前認為活化后的mTOR通過2種途徑發揮自噬調節作用，其一是直接作用于Atg蛋白，mTOR能磷酸化多種自噬蛋白，阻斷ULK1的二聚反應，阻礙誘導期自噬體的形成，達到抑制自噬的目的，其二是作為多條信號通路的交匯點，mTOR有整合營養和生長因子信號的能力，其通過促進轉錄和翻譯從而調整細胞的生命周期[24-25]。

4 針對自噬可能的新治療方向

針對自噬通路中的不同要素進行干預，改變病程中不同階段信號通路的活性，可能成為膿毒癥治療新的方法以及突破點。mTOR是目前在腫瘤及其他學科中發現的比較易調控的一個靶點，通過抑制mTOR可以有效地激活自噬，反之亦然。

4.1mTOR抑制劑雷帕霉素 雷帕霉素(rapamycin)是一種在復活節島1～3上被發現的一種由土壤細菌產生的大環內酯類抗生素，最初是作為一種低毒性的抗真菌藥物，后被發現其有很強的免疫抑制能力作為用于減緩移植器官的排斥反應的免疫抑制劑在多國上市。近年來由于其對與mTORC1的明顯抑制作用，也被用于諸如黑色素瘤等多種腫瘤患者的治療中[23]。雷帕霉素抑制mTORC1活性的主要機制是雷帕霉素與細胞內受體FKBP12形成的復合物干擾了作為將mTORC1底物募集到mTORC1復合物的重要支架蛋白mTOR和Raptor之間的相互作用，從而激活細胞的自噬[26]。

4.2mTOR激動劑MHY1485 4，6-二嗎啉代-N-(4-硝基苯基)-1，3，5-三嗪-2-胺[4,6dimorpholino-N-(4-nitrophenyl)-1,3,5-triazin-2-amine，MHY1485]是一種人工合成的化合物，其可以通過抑制自噬體和溶酶體的融合而抑制自噬，同時其還具有mTOR激活效應[27]，YANG等[28]的研究也證實了MHY1485可以通過激活mTOR激酶改善紫外線誘導的皮膚細胞的死亡和凋亡，但MHY1485對于mTOR的作用機制目前還不為人們所詳知。

4.3其他調節自噬的藥物 由自蠅狀青霉中分解出來的抗真菌類抗生素，渥曼青霉素(wortmanin)可通過抑制Ⅲ型PI3K活性，達到阻斷自噬體的形成、抑制自噬的效果[29]；此外，白藜蘆醇、二甲雙胍和AICAR等均可以通過激活AMPK和Sirt1信號通路對自噬產生正性調控的作用[30]。AMPK信號通路還可以通過抑制mTOR1活性，達到激活自噬的目的。

5 總結與展望

PI3K/AKT/mTOR信號通路作為一條經典的自噬抑制信號通路，其作用貫穿在膿毒癥發生發展的全過程，基礎研究已證實，自噬早期處于過度激活狀態，隨著病情的進展會出現自噬障礙，抑制免疫，進而影響多臟器功能，雷帕霉素作為自噬的激動劑被在細胞層面和動物模型中證實，對膿毒癥造成的多臟器功能損傷有一定的抑制和緩解作用。因此，充分認識自噬的兩面性，有效的調控自噬，在膿毒癥早期抑制自噬，在膿毒癥晚期改善自噬障礙，促進完整的自噬流，將有利于細胞的存活和臟器的保護，這可能將成為膿毒癥治療的新的思路。