磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路在變應(yīng)性鼻炎中的研究進(jìn)展▲

馮家茹 王明剛 彭林峰 桂雄斌

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，南寧市 530001，電子郵箱：1320509574@qq.com；2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，南寧市 530023)

【提要】 變應(yīng)性鼻炎(AR)是耳鼻咽喉科的常見病和多發(fā)病，輔助性T細(xì)胞17/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞失衡可介導(dǎo)AR發(fā)病，磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶(Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的經(jīng)典信號通路干預(yù)AR可能與調(diào)控輔助性T細(xì)胞17/調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化和影響體內(nèi)IgE、AR相關(guān)炎癥因子及黏蛋白水平相關(guān)。近年來，PI3K/Akt/mTOR信號通路的結(jié)構(gòu)與功能等方面的研究逐漸成熟，但其影響AR發(fā)生和發(fā)展的具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步探討。本文就PI3K/Akt/mTOR信號通路在AR中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為AR的防治提供新思路。

變應(yīng)性鼻炎(allergic rhinitis,AR)的發(fā)病率逐年上升，已成為全球范圍內(nèi)不可忽視的疾病之一，而對于能減少AR炎癥因子釋放的上游通路成為近年來的研究熱點。目前研究表明，輔助性T細(xì)胞(T helper cell，Th)1、Th2、Th17、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(T regulatory cell，Treg)等的平衡穩(wěn)態(tài)與AR的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[1]。磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶(protein kinase B，Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路作為調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移的重要通路，在AR中的作用機(jī)制也成為研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt/mTOR信號通路存在調(diào)控Th17/Treg細(xì)胞平衡分化的分子途徑，可能成為AR的治療靶點[2]。因此，本文就PI3K/Akt/mTOR在AR中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PI3K/Akt/mTOR的激活與功能

PI3K可分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3種亞型，不同的亞型發(fā)揮不同的作用。PI3K有兩種激活方式，一是通過PI3K與受體酪氨酸蛋白激酶相互作用導(dǎo)致二聚體構(gòu)象發(fā)生改變而被激活，二是Ras、P110兩者直接結(jié)合引起PI3K活化[3]。PI3K通過介導(dǎo)PI3K/Akt/mTOR信號傳導(dǎo)通路可以發(fā)揮調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化及調(diào)亡等作用，在各種炎癥細(xì)胞中起重要作用[4]。因此，深入了解PI3K的作用機(jī)制對防治過敏反應(yīng)疾病具有重要意義。

Akt是PI3K的主要效應(yīng)分子。機(jī)體受到細(xì)胞因子等刺激后激活PI3K，引起Akt蛋白的Thr308位點、Ser473位點磷酸化，最終促使Akt發(fā)揮效應(yīng)作用。Akt的底物包括B細(xì)胞淋巴瘤-2相關(guān)性死亡蛋白、環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白、mTOR等，這提示活化的Akt可以通過多種途徑激活或抑制下游靶蛋白，從而對細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及遷移等發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[5-6]。

mTOR信號通路下游有哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物(mammalian target of rapamycin complex，mTORC)1和mTORC2兩個不同的復(fù)合物。目前已知Akt激活mTOR的途徑是通過直接磷酸化和抑制mTOR的負(fù)調(diào)控因子結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物2兩種方式。激活后的mTOR通過促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子核糖體蛋白S6激酶1和真核起始4E結(jié)合蛋白1磷酸化，進(jìn)而改變機(jī)體信使RNA翻譯、蛋白質(zhì)合成及能量代謝等，最終在細(xì)胞生長、增殖中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。

2 PI3K/Akt/mTOR信號通路的調(diào)控作用

2.1 PI3K/Akt/mTORC1信號通路調(diào)控Th17細(xì)胞的分化 Th17細(xì)胞被鑒定為第三種CD4+亞群。Th17細(xì)胞表面可表達(dá)白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-23受體、趨化因子受體6、IL-1受體、趨化因子受體5等炎癥相關(guān)受體，另外細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)及視黃酸受體相關(guān)孤兒受體γt(retinoid-related orphan receptor γt，RORγt)可調(diào)控Th17細(xì)胞產(chǎn)生IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-10等炎癥因子，從而對炎癥相關(guān)疾病發(fā)揮作用。

研究表明，Th17細(xì)胞及其細(xì)胞因子是AR的主要參與者，推動AR病情的發(fā)展[7]。PI3K/Akt/mTOR通路對CD4+T淋巴細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞有積極調(diào)控作用，該通路上的某一環(huán)出現(xiàn)異常均會影響Th17細(xì)胞的分化。Delgoffe等[8]研究發(fā)現(xiàn)缺乏mTORC1的重要調(diào)節(jié)因子(如Rheb、Raptor)的T淋巴細(xì)胞分化為Th17淋巴細(xì)胞亞群的能力受損。Shi等[9]研究表明，綠原酸改善AR相關(guān)癥狀和免疫反應(yīng)的作用機(jī)制與其抑制CD4+T淋巴細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞有關(guān)。上述研究均表明通過干預(yù)PI3K/Akt/mTOR信號通路負(fù)向調(diào)控Th17細(xì)胞的分化可緩解AR癥狀，這為研究治療AR的新藥提供了科學(xué)依據(jù)。

PI3K/Akt/mTORC1信號途徑通過調(diào)節(jié) STAT3 磷酸化、促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor，HIF)1α表達(dá)、下調(diào)獨立生長因子1 表達(dá)和抑制RORγt核易位等多種機(jī)制正向調(diào)節(jié) Th17細(xì)胞的分化。Kurebayashi等[10]發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt/mTORC1/核糖體蛋白S6激酶1/核糖體蛋白S6激酶2軸在Th17細(xì)胞分化中起關(guān)鍵作用，作用機(jī)制包括下調(diào)獨立生長因子1(Th17分化的負(fù)調(diào)節(jié)劑)以及抑制RORγt核易位。Kurebayashi等[10]研究還發(fā)現(xiàn)，與Raptorfl/fl小鼠CD4+T淋巴細(xì)胞相比，LckCreRaptorfl/fl小鼠CD4+T淋巴細(xì)胞分化的Th17細(xì)胞明顯減少，這與雷帕霉素抑制Th17細(xì)胞的分化作用相似，也證實了mTORC1在Th17細(xì)胞分化中的重要性。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子屬于細(xì)胞內(nèi)的一組轉(zhuǎn)錄因子家族，其中STAT3對Th17細(xì)胞的發(fā)育有介導(dǎo)作用[11]。Zhang等[12]在微小RNA調(diào)節(jié)葡萄膜炎中致病性Th17反應(yīng)的研究結(jié)果表明，調(diào)節(jié) STAT3 磷酸化會影響Th17細(xì)胞分化。盡管上述研究尚未詳細(xì)描述STAT3介導(dǎo)Th17細(xì)胞發(fā)育的具體機(jī)制，但證實了mTORC1通過激活STAT3調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞分化的重要作用。

PI3K/Akt/mTORC1調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞分化還與HIF1表達(dá)相關(guān)，HIF1是由HIF1α和HIF1β亞基構(gòu)成的異二聚體。研究表明，AR患者鼻黏膜中HIF1α表達(dá)水平異常升高，抑制HIF1α表達(dá)或可成為治療AR的有效方法；HIF1α參與AR發(fā)病的其中一種機(jī)制是通過上調(diào)鼻黏膜中血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)來增強Th12介導(dǎo)的變態(tài)反應(yīng)[13-14]。HIF1α被激活后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中形成具有轉(zhuǎn)錄活性的HIF1復(fù)合物，該復(fù)合物可以刺激糖酵解酶和血管內(nèi)皮生長因子等相關(guān)靶基因的表達(dá)，血管內(nèi)皮生長因子作為HIF1α下游分子，參與血管生成并能加劇AR氣道炎癥反應(yīng)。Th17細(xì)胞和Treg細(xì)胞的分化受糖酵解途徑的調(diào)節(jié)和控制，HIF1α是調(diào)節(jié)糖酵解酶表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，HIF1α依賴性糖酵解途徑是mTOR信號傳導(dǎo)的下游途徑，這提示了PI3K/Akt/mTORC1信號通路介導(dǎo)Th17/Treg細(xì)胞分化的作用，其中具體機(jī)制包括：HIF1α通過直接誘導(dǎo)RORγt轉(zhuǎn)錄及與RORγt協(xié)作激活I(lǐng)L-17A，刺激糖酵解基因表達(dá)來介導(dǎo)Th17細(xì)胞的分化；另外，HIF1α在增強Th17分化的同時，通過降解叉頭轉(zhuǎn)錄因子p3(forkhead transcription factor p3，F(xiàn)oxp3)相關(guān)蛋白酶體途徑來減弱Treg分化，從而調(diào)節(jié)Th17/Treg之間的平衡[15-16]。上述研究結(jié)果說明PI3K/Akt/mTORC1調(diào)控Th17細(xì)胞分化與HIF1α調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)有關(guān)。

2.2 PI3K/Akt/mTOR信號通路參與Treg細(xì)胞的增殖與分化 Th17/Treg細(xì)胞免疫失衡是導(dǎo)致AR發(fā)病的一種重要機(jī)制[17]，基于Th17/Treg細(xì)胞軸來調(diào)控Th17的免疫應(yīng)答與Treg的免疫抑制有利于AR疾病的轉(zhuǎn)歸。高亮[18]在研究母體孕期和哺乳期雙酚A暴露致子代雄鼠Treg/Th17免疫失衡的調(diào)節(jié)機(jī)制時發(fā)現(xiàn)，雄性仔鼠脾細(xì)胞中的PI3K、磷酸化Akt(Ser473)、磷酸化Akt(T308)、mTOR 以及磷酸化mTOR 蛋白表達(dá)水平均明顯上升，F(xiàn)oxp3 蛋白表達(dá)水平隨雙酚A劑量的增加而降低，而RORγt 蛋白表達(dá)水平隨雙酚A劑量的增加而升高。由此可知，激活PI3K/Akt/mTOR信號通路可抑制Treg細(xì)胞的分化，增強Th17細(xì)胞的分化[16]。

Treg細(xì)胞向正在發(fā)生炎癥反應(yīng)的組織進(jìn)行遷移對機(jī)體免疫調(diào)節(jié)功能具有重要作用，其遷移過程依賴于葡萄糖激酶介導(dǎo)的糖酵解，并通過PI3K//Akt/mTORC2介導(dǎo)的途徑啟動，目的是增強葡萄糖激酶活性。PI3K激活mTORC2后，mTORC2通過完全激活A(yù)kt和調(diào)控c-Myc的表達(dá)來調(diào)節(jié)糖酵解通量，最終達(dá)到調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運和糖酵解基因轉(zhuǎn)錄的目的[19]。

PI3K/Akt/mTOR信號通路調(diào)控Treg細(xì)胞分化的重要靶點是Foxp3，F(xiàn)oxp3是控制Treg細(xì)胞分化的特異性轉(zhuǎn)錄因子。有研究顯示，抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路會增強Foxp3的表達(dá)，并且Foxp3的表達(dá)水平與該通路的激活程度呈負(fù)相關(guān)[20]。Foxp3作為維持Treg細(xì)胞發(fā)育和功能的重要轉(zhuǎn)錄因子，可通過直接調(diào)控多種基因表達(dá)發(fā)揮作用。Sauer等[21]研究發(fā)現(xiàn)，抑制Akt、PI3K和mTOR的表達(dá)可以誘導(dǎo)Foxp3的表達(dá)，第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源物(phosphate and tensin homologue deleted on chromsome ten，PTEN)的丟失可影響Akt活性，對PI3K/Akt/mTOR信號通路起負(fù)調(diào)控作用。Sauer等[21]通過對比Foxp3誘導(dǎo)劑轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)對T細(xì)胞抗原受體(T-cell antigen receptor,TCR)/CD28激活的PTEN缺陷型T細(xì)胞和對照組T細(xì)胞Foxp3的誘導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)PTEN缺陷型T細(xì)胞中TGF-β誘導(dǎo)的Foxp3細(xì)胞數(shù)明顯低于對照組T細(xì)胞，另外還比較了PI3K抑制劑LY294002對TCR/CD28激活的PTEN缺陷型T細(xì)胞和對照組T細(xì)胞Foxp3的誘導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)LY294002能提高PTEN缺陷型T細(xì)胞中Foxp3的誘導(dǎo)率。上述結(jié)果證實了PI3K/Akt/mTOR信號通路可以控制T淋巴細(xì)胞中Foxp3的表達(dá)水平，改變Treg的功能，對AR治療過程中免疫耐受的維持起到關(guān)鍵作用。

2.3 PI3K/Akt/mTOR信號通路與IgE、IL-10、腫瘤壞死因子α的關(guān)系 AR主要是由lgE介導(dǎo)的鼻黏膜非感染性慢性炎癥性疾病，AR患者的血清總lgE水平及血清特異性lgE水平異常升高且與病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[22]。Song等[23]的研究結(jié)果顯示，原癌基因DEK靶向核酸適配體可通過減少杯狀細(xì)胞增生及降低血清IgE和TGF-β1的表達(dá)水平等途徑減輕卵清蛋白誘發(fā)的哮喘，其中涉及的作用機(jī)制包括抑制經(jīng)典的PI3K/Akt/mTOR通路。IL-10主要由Ⅰ型Treg細(xì)胞分泌，可以抑制IgE的產(chǎn)生和抑制肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞的致炎作用[24]。腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)能介導(dǎo)炎癥細(xì)胞聚集到炎癥部位，刺激這些細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子，促使機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)[25-26]。由上可知，AR的免疫應(yīng)答過程伴隨著IgE、IL-10、TNF-α等表達(dá)水平的紊亂。研究表明，激活PI3K/Akt/mTOR通路能通過抑制炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)水平、逆轉(zhuǎn)提高IL-10水平等方式來減輕心肌受損[27]。Li等[28]在研究重組人腦鈉肽在缺血再灌注損傷中的保護(hù)作用機(jī)制時發(fā)現(xiàn)，重組人腦鈉肽可以降低缺血再灌注損傷后TNF-α水平而增加IL-10水平，其中涉及的機(jī)制與重組人腦鈉肽激活PI3K/Akt/mTOR信號通路有關(guān)。已有研究證實，在M1型腹膜巨噬細(xì)胞中，通過激活PI3K/Akt/mTOR信號途徑可以抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、IL-12、TNF-α的表達(dá)[29]。以上通過調(diào)控PI3K/Akt/mTOR通路來平衡炎癥因子和抗炎因子表達(dá)水平的研究對于進(jìn)一步探討PI3K/Akt/mTOR信號通路緩解AR炎性應(yīng)激的分子機(jī)制有一定的啟發(fā)作用。

2.4 PI3K/Akt/mTOR信號通路與黏蛋白的關(guān)系 鼻腔黏液高分泌是導(dǎo)致AR氣道慢性炎癥的重要原因之一。黏蛋白是鼻腔黏液最主要的成分，研究黏蛋白對認(rèn)識AR患者的黏液異常分泌病理過程有著重要意義。AR患者的鼻黏膜主要表達(dá)黏蛋白1、黏蛋白2和黏蛋白5AC，AR患者的鼻腔黏液高分泌狀態(tài)離不開黏蛋白基因、黏液分泌細(xì)胞的共同作用，其中涉及的具體機(jī)制包括基因過度表達(dá)、細(xì)胞增生肥大及黏蛋白過度分泌[30]。

氣道黏蛋白的表達(dá)受多種信號傳導(dǎo)通路影響，其中包括PI3K/Akt/mTOR信號通路。Li等[31]探討補肺益腎方Ⅱ抑制慢性阻塞性肺疾病大鼠氣道黏液分泌過多的機(jī)制，認(rèn)為可能是補肺益腎方Ⅱ通過調(diào)節(jié)表皮生長因子受體/PI3K/Akt/mTOR途徑減少黏蛋白表達(dá)水平和降低杯狀細(xì)胞增生率。這提示調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR通路或許可以改善AR患者鼻腔黏液高分泌狀態(tài)，有效緩解流涕癥狀。此外，還有研究表明，通過抑制核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)通路可以減少人鼻上皮細(xì)胞黏蛋白和炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生[32-33]，激活NF-κB通路可能通過相關(guān)炎癥因子誘導(dǎo)AR大鼠過度分泌黏蛋白5AC[34]。NF-κB是PI3K/Akt/mTOR信號通路的下游因子，通過干預(yù)PI3K/Akt/mTOR信號通路而影響下游因子NF-κB的表達(dá)水平或許可以減少AR患者的鼻腔分泌物。上述研究結(jié)果均提示PI3K/Akt/mTOR信號通路在減少AR患者鼻腔黏液分泌中可能扮演著關(guān)鍵角色，研究PI3K/Akt/mTOR信號通路對AR的防治意義重大。

3 小 結(jié)

PI3K/Akt/mTOR信號通路在AR中具有重要作用，AR發(fā)作的炎性應(yīng)激損傷機(jī)制目前尚未完全明確。近年來，AR發(fā)病機(jī)制已從既往認(rèn)為的Th1/Th2免疫失衡轉(zhuǎn)為Th17/Treg細(xì)胞失衡為主導(dǎo)。PI3K/Akt/mTOR信號通路在免疫應(yīng)急狀態(tài)下可調(diào)控Th17及Treg細(xì)胞的分化，通過調(diào)控PI3K/Akt/mTOR信號通路可以降低IgE水平、減少炎癥因子的釋放及黏液分泌。因此，采用靶向PI3K/Akt/mTOR信號通路的藥物治療AR具有廣闊的發(fā)展前景，可為治療AR提供新的思路。