引用本文： 梁可克, 王志旺, 黃柯婷, 龐亞蓉, 席建宏, 杜玥, 李濟陽. PI3K-Akt信號通路調控慢性阻塞性肺疾病氣道炎癥反應的研究新進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2022, 21(10): 751-755. doi: 10.7507/1671-6205.202206015 復制
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是一種以氣道炎癥和進行性肺氣流阻塞為特征的慢性肺部疾病，臨床主要表現為慢性咳嗽、氣促、胸悶及喘息等癥狀[1]。氣道及其周圍組織的慢性非特異性炎癥是慢阻肺的基礎病理學特征，持續的炎癥損傷與組織修復引起慢阻肺氣道壁結構重塑，重塑導致氣道狹窄、氣流阻力增加，從而引起慢阻肺患者肺通氣功能下降。磷酯酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）信號通路廣泛參與炎癥反應過程，研究顯示PI3K/Akt信號通路是慢阻肺氣道炎癥表型的關鍵調控者，通過干預PI3K/Akt信號通路關鍵靶點進而緩解慢阻肺氣道炎癥已成為近年來研究的熱點[2]。本文就近年來PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應、進而參與氣道重塑進行綜述，以期為慢阻肺的進一步研究和新藥研發提供理論依據。
1 慢阻肺氣道炎癥與PI3K/Akt信號通路
1.1 PI3K/Akt信號通路
PI3K是脂質激酶家族的成員，迄今為止，共鑒定出8種PI3K酶，根據它們的序列同源性又分為四類，其中PI3K Ⅰ型研究最為廣泛[3]。PI3K Ⅰ型是由調控亞基和催化亞基組成的異源二聚體，根據其不同的調節亞基和上游激活因子進一步分為ⅠA與ⅠB類。ⅠA類PI3K由受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）和G蛋白偶聯受體（G-protein coupled receptor，GPCR）激活，其中包含三種同工型（PI3Kα、PI3Kβ與PI3Kδ），其各自的p110催化亞基（p110α、p110β與p110δ）與p85調節亞基結合后提高了PI3K的穩定性；ⅠB類PI3K由PI3Kγ組成，p110γ與p101或p84結合，主要由GPCR激活[4-5]。目前研究表明PI3Kδ與PI3Kγ在白細胞中高度表達，廣泛參與炎癥反應與免疫反應過程[6-7]。Akt是PI3K信號通路下游的關鍵靶蛋白，主要由Pleckstrin同源（Pleckstrin homology，PH）結構域、激酶催化結構域及調節結構域組成，它將ATP磷酸基團共價連接到絲氨酸/蘇氨酸上以改變靶蛋白的活性[8]。活化的PI3K使二磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）磷酸化而生成三磷酸磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate，PIP3），PIP3與Akt的PH結構域及磷酸肌醇依賴性激酶-1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase，PDK1）結合后，促使Akt轉移到質膜并發生構象改變，加速蘇氨酸（Thr）第308處和絲氨酸（Ser）第473處磷酸化。活化的Akt參與多種酶促生，包括細胞的增殖、凋亡、遷移以及炎癥反應的多個環節[9]。由關鍵靶點PI3K與Akt組成的信號通路通過多途徑參與慢阻肺氣道炎癥反應的多個環節，并進一步影響慢阻肺氣道重構、黏液高分泌等病理學過程[10]。圖1展示了PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應的關鍵環節。
圖1
PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應的關鍵環節示意圖
PI3K：磷脂酰肌醇3激酶；Akt：蛋白激酶B；PIP2：二磷酸磷脂酰肌醇；PIP3：三磷酸磷脂酰肌醇；PTEN：張力蛋白同源物基因；RTK：受體酪氨酸激酶；GPCR：G蛋白偶聯受體；PDK1：磷酸肌醇依賴性激酶-1；ROS：活性氧；EGFR：表皮生長因子；IFN-γ：γ干擾素；IL-2：白細胞介素2；IL-4：白細胞介素4；Th2：輔助型T細胞2；mTORC2：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白C2；mTOR：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白；HIF-1α：缺氧誘導因子-1α；NF-κB：核因子-κB；GSK-3β：糖原合酶激酶-3β；Neutrophil：中性粒細胞；Macrophage：巨噬細胞。
1.2 慢阻肺氣道炎癥
慢阻肺是一種以持續氣流受限為特征的氣道炎癥性疾病，氣道慢性非特異性炎癥是氣流受限的主要原因，也是慢阻肺氣道最基本的病理學特征[11]。在慢阻肺氣道炎癥反應過程中，氣道黏膜上皮細胞腫脹、脫落，杯狀細胞生化引起黏液分泌增多，細支氣管管壁增厚、管腔變窄，部分肺泡壁斷裂、融合成肺大皰，氣道壁及其周圍組織結構紊亂，其間出現炎性細胞灶性浸潤[12]。氣道上皮是肺部重要的防御屏障，其結構破壞或功能衰減是慢阻肺氣道炎癥反應的啟動環節，同時氣道上皮細胞還可作為效應細胞，合成、釋放多種活性因子而促進慢阻肺氣道炎癥的發生與發展[13]。在炎癥細胞、炎癥因子以及眾多靶點參與慢阻肺炎癥反應過程中，特異性PI3Ks抑制劑在治療慢阻肺炎癥中具有潛在的應用價值，主要是通過下調Akt的磷酸化水平，抑制炎癥細胞浸潤與相關信號網絡激活而削弱其致炎活性來發揮治療作用[14]。
2 PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應
2.1 PI3K/Akt信號通路調控炎癥細胞參與慢阻肺氣道炎癥反應
炎癥細胞幾乎參與炎癥反應的全過程，慢阻肺炎癥過程中浸潤肺組織的炎癥細胞主要有中性粒細胞、單核細胞及淋巴細胞等[15]。中性粒細胞是慢阻肺氣道炎癥的主要效應細胞，浸潤肺組織并釋放多種蛋白酶、氧自由基及細胞因子，廣泛參與慢阻肺氣道及其周圍組織的炎癥反應。PI3Kδ是一種主要表達于中性粒細胞的脂質激酶，抑制PI3Kδ激活可阻止中性粒細胞的募集及其炎癥介質的釋放，人參皂苷Rg3可抑制中性粒細胞內PI3Kδ的活化，緩解中性粒細胞向炎癥組織的浸潤，而在1000 nmol/L選擇性PI3Kδ抑制劑（GSK045）的作用下，慢阻肺急性加重期患者血液中性粒細胞釋放的基質金屬蛋白酶-9、活性氧（reactive oxygen species，ROS）分別降低了36.4%、26.7%[16-17]。CD8+ T淋巴細胞主要是γ干擾素（interferon-gamma，IFN-γ）、粒細胞–巨噬細胞集落刺激因子分泌的Tc1細胞亞群，可通過釋放穿孔素、顆粒酶B及腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等引起氣道及肺泡上皮細胞凋亡，進而加重慢阻肺氣道炎癥反應。PI3Kδ是CD8+ T淋巴細胞增殖過程的主要調控者，抑制PI3Kδ的活化可阻止穿孔素與顆粒酶B的表達，緩解細胞凋亡而保護氣道及肺泡組織的完整性[18]。此外，巨噬細胞在煙霧、內毒素及其他有害物質的刺激下，其釋放大量炎癥活性物質而共同參與肺組織炎癥過程[19]。但是在慢阻肺氣道炎癥早期，PI3K/Akt信號通路的活化可以加速巨噬細胞清除細菌，從而緩解病原體誘導的氣道炎癥反應[20]。
2.2 PI3K/Akt信號通路調控細胞因子參與慢阻肺氣道炎癥反應
Th1、Th2細胞免疫失衡是慢性氣道炎癥性疾病的免疫學基礎，Th1細胞及其特征性細胞因子［IFN-γ、白細胞介素（interleukin，IL）-2］、Th2細胞及其特征性細胞因子（IL-4、IL-13）與慢阻肺氣道及其周圍組織相互作用，募集中性粒細胞、單核細胞向氣道組織浸潤，參與慢阻肺氣道炎癥反應的發生與發展，同時與氣道重塑以及黏液高分泌緊密關聯[21-22]。在特異性PI3K抑制劑GSK045的作用下，慢阻肺患者支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）與外周血T細胞釋放的上述細胞因子水平下降，其中對IFN-γ、IL-2及IL-13的抑制率高達80.0%，而氣道及其周圍組織的炎癥反應得到了相應的緩解[23]。近年來，調節性T細胞（regulatory T cell，Treg）/Th17細胞免疫失衡是慢性氣道炎癥性疾病的研究熱點。Th17是一類免疫促進細胞，而Treg作為T細胞活性的負調節劑，二者免疫失衡在慢阻肺氣道炎癥反應過程中發揮關鍵作用。慢阻肺患者Th17細胞比例明顯高于Treg細胞，且其分泌的IL-17不僅可以募集炎癥細胞，還可以促進IL-6、TNF-α等細胞因子的表達[24]。體外實驗表明，香煙煙霧提取物可激活PI3K/Akt信號通路并上調IL-17表達水平，進而誘導肺泡上皮細胞分泌炎癥因子而參與慢阻肺氣道炎癥[25]。此外，在多種炎癥介質參與的慢阻肺氣道炎癥反應中，IL-1是參與炎癥起始與持續的主調節劑，IL-1β可提高慢阻肺氣道內的多種細胞因子以及細胞間黏附分子-1、血管細胞黏附分子-1、E-選擇素水平，誘導炎癥細胞浸潤并加重氣道黏膜炎癥反應，而下調PI3K/Akt信號通路后可明顯降低IL-1β水平，慢阻肺氣道及其周圍組織的炎癥反應隨之得到緩解[26-27]。
2.3 PI3K/Akt信號通路調控核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）參與慢阻肺氣道炎癥反應
核因子-κB（Nuclear Factor-κB, NF-κB）是存在于真核細胞的一種核轉錄因子，通常以p50-p65與其抑制性蛋白IκB結合呈非活化狀態，在刺激因子的作用下活化后可誘導多種炎癥因子的表達，廣泛參與炎癥與免疫反應而被稱為炎癥反應的共同通路[28]。PI3K/Akt信號通路激活后，活化的Akt能夠激活IKK誘導IκB發生磷酸化，使p50-p65從IκB/p50-p65復合物中解離出來，入核后與炎癥等相關目的基因結合并促進其轉錄，調控炎癥因子的合成與釋放，參與慢阻肺氣道炎癥反應，如在慢阻肺患者支氣管的活檢組織及其中的炎癥細胞中，NF-κB呈高表達、高激活狀態[29]；而在益氣活血化痰方的作用下，慢阻肺大鼠肺組織中PI3K/Akt與NF-κB激活狀態得到明顯緩解，BALF中細胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1）水平下降，其中TNF-α降幅高達52.7%，氣道炎癥反應明顯減輕[30]。采用香煙復制慢阻肺動物模型時，發現藏紅花素在治療慢阻肺的同時可鈍化香煙煙霧誘導的IκB活化與核轉位，PI3K的激活劑胰島素樣生長因子-1消除了藏紅花素對香煙煙霧誘導NF-κB激活的影響，提示抑制PI3K/Akt通路的激活，下調NF-κB表達而降低促炎細胞因子水平，從而減輕肺組織炎癥反應[31]。因此，PI3K/Akt信號通路是NF-κB信號級聯放大的激活劑，共同組成PI3K/Akt/NF-κB信號通路參與慢阻肺氣道炎癥反應[32]。
2.4 PI3K/Akt信號通路調控mTOR參與慢阻肺氣道炎癥反應
哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種非典型的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞繁殖、生長及自噬進程中發揮關鍵的調控作用，與其上游PI3K/Akt組成信號通路共同介導炎癥活性物質的釋放，調節慢阻肺氣道炎癥反應[33]。氣道平滑肌細胞（airway smooth muscle cells，ASMCs）通過分泌多種活性因子參與氣道炎癥反應與重塑，其機制可能與激活ASMCs中的PI3K/Akt/mTOR信號通路有關，下調該信號通路可緩解慢阻肺氣道炎癥反應，抑制ASMCs的增殖[34]。近年來研究顯示，作為細胞內蛋白降解的自噬在慢阻肺的發生、發展中具有重要作用，激活自噬可抑制氣道炎癥、緩解慢阻肺病理變化過程[35]。mTOR是調節自噬的主要靶點，抑制PI3K、Akt的磷酸化可下調mTOR的活性，增強氣道上皮細胞的自噬，從而緩解慢阻肺炎癥反應，如應用PI3K抑制劑PF-04979064可使肺細胞自噬水平以及微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅱ、Beclin1自噬蛋白表達水平升高，提示通過抑制PI3K/AKT/mTOR通路適度促進自噬可成為治療慢阻肺的潛在靶點[36-37]。
2.5 PI3K/Akt信號通路調控ROS參與慢阻肺氣道炎癥反應
慢阻肺的氣道炎癥與氧化應激有密切的關系，ROS誘導的氧化應激在觸發、促進氣道炎癥以及蛋白酶/抗蛋白酶活性失衡中發揮重要的作用[38]。組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）可以抑制組蛋白的乙酰化，下調炎癥基因的轉錄，且已證明HDAC2是氣道巨噬細胞中皮質類固醇作用的先決分子，而HDAC2的減少是慢阻肺中皮質類固醇不敏感的原因之一[39]。ROS通過其活性代謝產物激活PI3K/Akt信號通路，從而磷酸化HDAC2的絲氨酸殘基，使HDAC2蛋白酶體降解失活，逆轉組蛋白乙酰化作用減弱，導致炎癥基因乙酰化增強，促進炎癥因子的表達而加重慢阻肺氣道炎癥反應[40]。因此ROS增加可使HDAC2活性降低，最終促進皮質類固醇抵抗和持續性的炎癥反應。體外實驗表明，抗氧化劑能夠通過抑制ROS誘導的PI3K/Akt及其下游靶分子NF-κB和轉錄激活蛋白-1的表達而抑制氣道炎癥反應[41]。研究發現PM2.5可以激活PI3K/Akt信號通路進而誘導ROS的生成[42]。由此可知，ROS與PI3K/Akt信號通路相互激活在慢阻肺氣道炎癥反應中發揮重要的作用。
2.6 PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應的其他機制
糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，調節超過50種底物和多種細胞功能如細胞分化以及糖原代謝、炎癥反應等，包括Akt在內的多種蛋白激酶通過磷酸化Ser9位使GSK-3β失去活性，而香煙煙霧提取物通過激活PI3K/Akt信號通路使GSK-3β失活，加速IL-17A誘導IL-8的產生，進一步加重了慢阻肺氣道炎癥反應[43]。10號染色體上缺失的磷酸酶與張力蛋白同源物基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）作為PI3K/Akt信號通路的負調控因子，可將PIP3轉化為PIP2，致使下游靶點Akt和（或）PDK1失活。因此，慢阻肺患者PTEN水平下調可使PI3K/Akt信號通路持續激活，從而誘導促炎介質的釋放，這也是慢阻肺患者即使在戒煙之后仍會出現肺組織炎癥加重的原因之一[44]。缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）是介導機體缺氧反應的重要轉錄因子，在慢阻肺患者中活化的HIF-1α激活表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR），通過EGFR/PI3K/Akt信號通路促進炎癥因子的釋放而參與炎癥反應；同時，肺部炎癥激活的EGFR/PI3K/Akt信號通路可促進HIF-1α的表達，進一步加重慢阻肺肺部炎癥反應[45]。
3 小結與展望
慢阻肺是一種以肺氣流阻塞為特征的呼吸系統疾病，慢性炎癥是慢阻肺的基礎病理學特征，氣道及其周圍組織的炎癥反應是黏液高分泌、氣道重塑以及肺功能降低的直接原因。PI3K/Akt信號通路通過影響炎癥細胞、炎性因子以及下游靶點（包括NF-κB、mTOR及ROS等）而參與慢阻肺氣道炎癥反應的調控過程。慢阻肺是目前最常見的慢病而研究頗多，但其炎癥及免疫反應與PI3K/Akt信號通路通之間的作用機制僅在局部靶點調控方面研究比較明確，而在免疫網絡調控機制及其對炎癥細胞方面的影響尚有待進一步深入研究。此外，在動物實驗方面慢阻肺模型較為單一，煙熏模型雖然有利于不同實驗之間PI3K/Akt信號通路的橫向比較，但研究結果與臨床應用之間容易出現較大差異；在臨床研究中，缺乏對慢阻肺患者縱向追蹤研究、藥物反復使用后的療效變化以及PI3K/Akt信號通路隨時間、病情變化而變化的特點。總之，PI3K/Akt信號通路通過調控炎癥細胞、炎癥因子以及下游多個靶點而參與慢阻肺氣道炎癥反應，這為慢阻肺實驗研究以及藥物研發提供了理論依據。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是一種以氣道炎癥和進行性肺氣流阻塞為特征的慢性肺部疾病，臨床主要表現為慢性咳嗽、氣促、胸悶及喘息等癥狀[1]。氣道及其周圍組織的慢性非特異性炎癥是慢阻肺的基礎病理學特征，持續的炎癥損傷與組織修復引起慢阻肺氣道壁結構重塑，重塑導致氣道狹窄、氣流阻力增加，從而引起慢阻肺患者肺通氣功能下降。磷酯酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）信號通路廣泛參與炎癥反應過程，研究顯示PI3K/Akt信號通路是慢阻肺氣道炎癥表型的關鍵調控者，通過干預PI3K/Akt信號通路關鍵靶點進而緩解慢阻肺氣道炎癥已成為近年來研究的熱點[2]。本文就近年來PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應、進而參與氣道重塑進行綜述，以期為慢阻肺的進一步研究和新藥研發提供理論依據。
1 慢阻肺氣道炎癥與PI3K/Akt信號通路
1.1 PI3K/Akt信號通路
PI3K是脂質激酶家族的成員，迄今為止，共鑒定出8種PI3K酶，根據它們的序列同源性又分為四類，其中PI3K Ⅰ型研究最為廣泛[3]。PI3K Ⅰ型是由調控亞基和催化亞基組成的異源二聚體，根據其不同的調節亞基和上游激活因子進一步分為ⅠA與ⅠB類。ⅠA類PI3K由受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）和G蛋白偶聯受體（G-protein coupled receptor，GPCR）激活，其中包含三種同工型（PI3Kα、PI3Kβ與PI3Kδ），其各自的p110催化亞基（p110α、p110β與p110δ）與p85調節亞基結合后提高了PI3K的穩定性；ⅠB類PI3K由PI3Kγ組成，p110γ與p101或p84結合，主要由GPCR激活[4-5]。目前研究表明PI3Kδ與PI3Kγ在白細胞中高度表達，廣泛參與炎癥反應與免疫反應過程[6-7]。Akt是PI3K信號通路下游的關鍵靶蛋白，主要由Pleckstrin同源（Pleckstrin homology，PH）結構域、激酶催化結構域及調節結構域組成，它將ATP磷酸基團共價連接到絲氨酸/蘇氨酸上以改變靶蛋白的活性[8]。活化的PI3K使二磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）磷酸化而生成三磷酸磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate，PIP3），PIP3與Akt的PH結構域及磷酸肌醇依賴性激酶-1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase，PDK1）結合后，促使Akt轉移到質膜并發生構象改變，加速蘇氨酸（Thr）第308處和絲氨酸（Ser）第473處磷酸化。活化的Akt參與多種酶促生，包括細胞的增殖、凋亡、遷移以及炎癥反應的多個環節[9]。由關鍵靶點PI3K與Akt組成的信號通路通過多途徑參與慢阻肺氣道炎癥反應的多個環節，并進一步影響慢阻肺氣道重構、黏液高分泌等病理學過程[10]。圖1展示了PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應的關鍵環節。
圖1
PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應的關鍵環節示意圖
PI3K：磷脂酰肌醇3激酶；Akt：蛋白激酶B；PIP2：二磷酸磷脂酰肌醇；PIP3：三磷酸磷脂酰肌醇；PTEN：張力蛋白同源物基因；RTK：受體酪氨酸激酶；GPCR：G蛋白偶聯受體；PDK1：磷酸肌醇依賴性激酶-1；ROS：活性氧；EGFR：表皮生長因子；IFN-γ：γ干擾素；IL-2：白細胞介素2；IL-4：白細胞介素4；Th2：輔助型T細胞2；mTORC2：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白C2；mTOR：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白；HIF-1α：缺氧誘導因子-1α；NF-κB：核因子-κB；GSK-3β：糖原合酶激酶-3β；Neutrophil：中性粒細胞；Macrophage：巨噬細胞。
1.2 慢阻肺氣道炎癥
慢阻肺是一種以持續氣流受限為特征的氣道炎癥性疾病，氣道慢性非特異性炎癥是氣流受限的主要原因，也是慢阻肺氣道最基本的病理學特征[11]。在慢阻肺氣道炎癥反應過程中，氣道黏膜上皮細胞腫脹、脫落，杯狀細胞生化引起黏液分泌增多，細支氣管管壁增厚、管腔變窄，部分肺泡壁斷裂、融合成肺大皰，氣道壁及其周圍組織結構紊亂，其間出現炎性細胞灶性浸潤[12]。氣道上皮是肺部重要的防御屏障，其結構破壞或功能衰減是慢阻肺氣道炎癥反應的啟動環節，同時氣道上皮細胞還可作為效應細胞，合成、釋放多種活性因子而促進慢阻肺氣道炎癥的發生與發展[13]。在炎癥細胞、炎癥因子以及眾多靶點參與慢阻肺炎癥反應過程中，特異性PI3Ks抑制劑在治療慢阻肺炎癥中具有潛在的應用價值，主要是通過下調Akt的磷酸化水平，抑制炎癥細胞浸潤與相關信號網絡激活而削弱其致炎活性來發揮治療作用[14]。
2 PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應
2.1 PI3K/Akt信號通路調控炎癥細胞參與慢阻肺氣道炎癥反應
炎癥細胞幾乎參與炎癥反應的全過程，慢阻肺炎癥過程中浸潤肺組織的炎癥細胞主要有中性粒細胞、單核細胞及淋巴細胞等[15]。中性粒細胞是慢阻肺氣道炎癥的主要效應細胞，浸潤肺組織并釋放多種蛋白酶、氧自由基及細胞因子，廣泛參與慢阻肺氣道及其周圍組織的炎癥反應。PI3Kδ是一種主要表達于中性粒細胞的脂質激酶，抑制PI3Kδ激活可阻止中性粒細胞的募集及其炎癥介質的釋放，人參皂苷Rg3可抑制中性粒細胞內PI3Kδ的活化，緩解中性粒細胞向炎癥組織的浸潤，而在1000 nmol/L選擇性PI3Kδ抑制劑（GSK045）的作用下，慢阻肺急性加重期患者血液中性粒細胞釋放的基質金屬蛋白酶-9、活性氧（reactive oxygen species，ROS）分別降低了36.4%、26.7%[16-17]。CD8+ T淋巴細胞主要是γ干擾素（interferon-gamma，IFN-γ）、粒細胞–巨噬細胞集落刺激因子分泌的Tc1細胞亞群，可通過釋放穿孔素、顆粒酶B及腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等引起氣道及肺泡上皮細胞凋亡，進而加重慢阻肺氣道炎癥反應。PI3Kδ是CD8+ T淋巴細胞增殖過程的主要調控者，抑制PI3Kδ的活化可阻止穿孔素與顆粒酶B的表達，緩解細胞凋亡而保護氣道及肺泡組織的完整性[18]。此外，巨噬細胞在煙霧、內毒素及其他有害物質的刺激下，其釋放大量炎癥活性物質而共同參與肺組織炎癥過程[19]。但是在慢阻肺氣道炎癥早期，PI3K/Akt信號通路的活化可以加速巨噬細胞清除細菌，從而緩解病原體誘導的氣道炎癥反應[20]。
2.2 PI3K/Akt信號通路調控細胞因子參與慢阻肺氣道炎癥反應
Th1、Th2細胞免疫失衡是慢性氣道炎癥性疾病的免疫學基礎，Th1細胞及其特征性細胞因子［IFN-γ、白細胞介素（interleukin，IL）-2］、Th2細胞及其特征性細胞因子（IL-4、IL-13）與慢阻肺氣道及其周圍組織相互作用，募集中性粒細胞、單核細胞向氣道組織浸潤，參與慢阻肺氣道炎癥反應的發生與發展，同時與氣道重塑以及黏液高分泌緊密關聯[21-22]。在特異性PI3K抑制劑GSK045的作用下，慢阻肺患者支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）與外周血T細胞釋放的上述細胞因子水平下降，其中對IFN-γ、IL-2及IL-13的抑制率高達80.0%，而氣道及其周圍組織的炎癥反應得到了相應的緩解[23]。近年來，調節性T細胞（regulatory T cell，Treg）/Th17細胞免疫失衡是慢性氣道炎癥性疾病的研究熱點。Th17是一類免疫促進細胞，而Treg作為T細胞活性的負調節劑，二者免疫失衡在慢阻肺氣道炎癥反應過程中發揮關鍵作用。慢阻肺患者Th17細胞比例明顯高于Treg細胞，且其分泌的IL-17不僅可以募集炎癥細胞，還可以促進IL-6、TNF-α等細胞因子的表達[24]。體外實驗表明，香煙煙霧提取物可激活PI3K/Akt信號通路并上調IL-17表達水平，進而誘導肺泡上皮細胞分泌炎癥因子而參與慢阻肺氣道炎癥[25]。此外，在多種炎癥介質參與的慢阻肺氣道炎癥反應中，IL-1是參與炎癥起始與持續的主調節劑，IL-1β可提高慢阻肺氣道內的多種細胞因子以及細胞間黏附分子-1、血管細胞黏附分子-1、E-選擇素水平，誘導炎癥細胞浸潤并加重氣道黏膜炎癥反應，而下調PI3K/Akt信號通路后可明顯降低IL-1β水平，慢阻肺氣道及其周圍組織的炎癥反應隨之得到緩解[26-27]。
2.3 PI3K/Akt信號通路調控核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）參與慢阻肺氣道炎癥反應
核因子-κB（Nuclear Factor-κB, NF-κB）是存在于真核細胞的一種核轉錄因子，通常以p50-p65與其抑制性蛋白IκB結合呈非活化狀態，在刺激因子的作用下活化后可誘導多種炎癥因子的表達，廣泛參與炎癥與免疫反應而被稱為炎癥反應的共同通路[28]。PI3K/Akt信號通路激活后，活化的Akt能夠激活IKK誘導IκB發生磷酸化，使p50-p65從IκB/p50-p65復合物中解離出來，入核后與炎癥等相關目的基因結合并促進其轉錄，調控炎癥因子的合成與釋放，參與慢阻肺氣道炎癥反應，如在慢阻肺患者支氣管的活檢組織及其中的炎癥細胞中，NF-κB呈高表達、高激活狀態[29]；而在益氣活血化痰方的作用下，慢阻肺大鼠肺組織中PI3K/Akt與NF-κB激活狀態得到明顯緩解，BALF中細胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1）水平下降，其中TNF-α降幅高達52.7%，氣道炎癥反應明顯減輕[30]。采用香煙復制慢阻肺動物模型時，發現藏紅花素在治療慢阻肺的同時可鈍化香煙煙霧誘導的IκB活化與核轉位，PI3K的激活劑胰島素樣生長因子-1消除了藏紅花素對香煙煙霧誘導NF-κB激活的影響，提示抑制PI3K/Akt通路的激活，下調NF-κB表達而降低促炎細胞因子水平，從而減輕肺組織炎癥反應[31]。因此，PI3K/Akt信號通路是NF-κB信號級聯放大的激活劑，共同組成PI3K/Akt/NF-κB信號通路參與慢阻肺氣道炎癥反應[32]。
2.4 PI3K/Akt信號通路調控mTOR參與慢阻肺氣道炎癥反應
哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種非典型的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞繁殖、生長及自噬進程中發揮關鍵的調控作用，與其上游PI3K/Akt組成信號通路共同介導炎癥活性物質的釋放，調節慢阻肺氣道炎癥反應[33]。氣道平滑肌細胞（airway smooth muscle cells，ASMCs）通過分泌多種活性因子參與氣道炎癥反應與重塑，其機制可能與激活ASMCs中的PI3K/Akt/mTOR信號通路有關，下調該信號通路可緩解慢阻肺氣道炎癥反應，抑制ASMCs的增殖[34]。近年來研究顯示，作為細胞內蛋白降解的自噬在慢阻肺的發生、發展中具有重要作用，激活自噬可抑制氣道炎癥、緩解慢阻肺病理變化過程[35]。mTOR是調節自噬的主要靶點，抑制PI3K、Akt的磷酸化可下調mTOR的活性，增強氣道上皮細胞的自噬，從而緩解慢阻肺炎癥反應，如應用PI3K抑制劑PF-04979064可使肺細胞自噬水平以及微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅱ、Beclin1自噬蛋白表達水平升高，提示通過抑制PI3K/AKT/mTOR通路適度促進自噬可成為治療慢阻肺的潛在靶點[36-37]。
2.5 PI3K/Akt信號通路調控ROS參與慢阻肺氣道炎癥反應
慢阻肺的氣道炎癥與氧化應激有密切的關系，ROS誘導的氧化應激在觸發、促進氣道炎癥以及蛋白酶/抗蛋白酶活性失衡中發揮重要的作用[38]。組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）可以抑制組蛋白的乙酰化，下調炎癥基因的轉錄，且已證明HDAC2是氣道巨噬細胞中皮質類固醇作用的先決分子，而HDAC2的減少是慢阻肺中皮質類固醇不敏感的原因之一[39]。ROS通過其活性代謝產物激活PI3K/Akt信號通路，從而磷酸化HDAC2的絲氨酸殘基，使HDAC2蛋白酶體降解失活，逆轉組蛋白乙酰化作用減弱，導致炎癥基因乙酰化增強，促進炎癥因子的表達而加重慢阻肺氣道炎癥反應[40]。因此ROS增加可使HDAC2活性降低，最終促進皮質類固醇抵抗和持續性的炎癥反應。體外實驗表明，抗氧化劑能夠通過抑制ROS誘導的PI3K/Akt及其下游靶分子NF-κB和轉錄激活蛋白-1的表達而抑制氣道炎癥反應[41]。研究發現PM2.5可以激活PI3K/Akt信號通路進而誘導ROS的生成[42]。由此可知，ROS與PI3K/Akt信號通路相互激活在慢阻肺氣道炎癥反應中發揮重要的作用。
2.6 PI3K/Akt信號通路調控慢阻肺氣道炎癥反應的其他機制
糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，調節超過50種底物和多種細胞功能如細胞分化以及糖原代謝、炎癥反應等，包括Akt在內的多種蛋白激酶通過磷酸化Ser9位使GSK-3β失去活性，而香煙煙霧提取物通過激活PI3K/Akt信號通路使GSK-3β失活，加速IL-17A誘導IL-8的產生，進一步加重了慢阻肺氣道炎癥反應[43]。10號染色體上缺失的磷酸酶與張力蛋白同源物基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）作為PI3K/Akt信號通路的負調控因子，可將PIP3轉化為PIP2，致使下游靶點Akt和（或）PDK1失活。因此，慢阻肺患者PTEN水平下調可使PI3K/Akt信號通路持續激活，從而誘導促炎介質的釋放，這也是慢阻肺患者即使在戒煙之后仍會出現肺組織炎癥加重的原因之一[44]。缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）是介導機體缺氧反應的重要轉錄因子，在慢阻肺患者中活化的HIF-1α激活表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR），通過EGFR/PI3K/Akt信號通路促進炎癥因子的釋放而參與炎癥反應；同時，肺部炎癥激活的EGFR/PI3K/Akt信號通路可促進HIF-1α的表達，進一步加重慢阻肺肺部炎癥反應[45]。
3 小結與展望
慢阻肺是一種以肺氣流阻塞為特征的呼吸系統疾病，慢性炎癥是慢阻肺的基礎病理學特征，氣道及其周圍組織的炎癥反應是黏液高分泌、氣道重塑以及肺功能降低的直接原因。PI3K/Akt信號通路通過影響炎癥細胞、炎性因子以及下游靶點（包括NF-κB、mTOR及ROS等）而參與慢阻肺氣道炎癥反應的調控過程。慢阻肺是目前最常見的慢病而研究頗多，但其炎癥及免疫反應與PI3K/Akt信號通路通之間的作用機制僅在局部靶點調控方面研究比較明確，而在免疫網絡調控機制及其對炎癥細胞方面的影響尚有待進一步深入研究。此外，在動物實驗方面慢阻肺模型較為單一，煙熏模型雖然有利于不同實驗之間PI3K/Akt信號通路的橫向比較，但研究結果與臨床應用之間容易出現較大差異；在臨床研究中，缺乏對慢阻肺患者縱向追蹤研究、藥物反復使用后的療效變化以及PI3K/Akt信號通路隨時間、病情變化而變化的特點。總之，PI3K/Akt信號通路通過調控炎癥細胞、炎癥因子以及下游多個靶點而參與慢阻肺氣道炎癥反應，這為慢阻肺實驗研究以及藥物研發提供了理論依據。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
