基于PI3K/Akt信號通路探討針刺在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用機(jī)制*

王明威,謝西梅,張旭龍,白 秀,沈亞亭

(陜西省西安市中醫(yī)醫(yī)院，陜西 西安 710021)

目前，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及工作壓力的增加，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生率呈上升趨勢，比如缺血性腦卒中、帕金森病、癲癇、血管性癡呆和阿爾茲海默癥等疾病，大量研究已證實針刺治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的有效性，并從不同的角度及層次進(jìn)行了其作用機(jī)制的研究。本研究通過前期的文獻(xiàn)分析及整理，以“PI3K/Akt信號通路”為切入點(diǎn)，對針刺治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用機(jī)制進(jìn)行闡釋，現(xiàn)茲綜述如下。

1 PI3K/Akt信號通路的分子生物學(xué)概況

PI3K是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，與細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)，其具備脂類激酶、蛋白激酶活性，可被G2蛋白耦聯(lián)受體或受體酪氨酸激酶激活，同時負(fù)責(zé)使磷脂酰肌醇環(huán)上3羥基發(fā)生磷酸化，從而激活其下游靶點(diǎn)[1]。Akt是一個具有絲氨酸和蘇氨酸激酶活性的靶激酶，因其與蛋白激酶A和蛋白激酶C高度同源，故也稱為蛋白激酶B(PKB)。Akt有3種亞型，如Aktl(PKBα)、Akt2(PKBβ)和Akt3(PKBγ)。Aktl和Akt2廣泛的分布于人體細(xì)胞組織中，而Akt3則主要分布于腦、腎和骨骼肌等組織中[2]。Akt作為通路的中心環(huán)節(jié)，當(dāng)Akt充分活化時，其主要依賴于PI3K依賴性激酶信號通路，同時它也是PI3K的一個下游靶點(diǎn)，傳遞PI3K的重要信息[3]。

PI3K/Akt信號通路主要參與細(xì)胞的增殖分化[4]。當(dāng)Akt活化后能經(jīng)過多途徑促進(jìn)細(xì)胞存活，主要調(diào)控途徑有：①直接或間接影響轉(zhuǎn)錄因子家族(Forkhead、CREB、NF-κB)從而有效促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子的活性，調(diào)控細(xì)胞凋亡；②磷酸化后抑制與抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xl的結(jié)合，減少細(xì)胞死亡；③抑制凋亡相關(guān)因子半胱天冬酶caspase-3和caspase-9磷酸化，抑制凋亡；④使GSK3失活從而阻止凋亡通道的激活[5]。

因此PI3K/Akt信號通路是細(xì)胞內(nèi)重要的信號傳導(dǎo)途徑，參與細(xì)胞的增殖、分化及代謝等過程，廣泛應(yīng)用于臨床疾病的機(jī)制研究中。

2 針刺調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路對缺血性腦卒中的影響

隨著社會的發(fā)展，腦卒中已成為常見的死亡原因之一。當(dāng)腦缺血達(dá)到一定時間后恢復(fù)血供，再灌注進(jìn)一步激活炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，會使組織損傷和功能障礙加重，導(dǎo)致腦不可逆損傷，即缺血再灌注損傷。當(dāng)缺血再灌注損傷時，PI3K/Akt信號通路可被激活[6]。Noshita等[7]在大鼠腦缺血前1 h在側(cè)腦室注射PI3K/Akt的抑制劑，發(fā)現(xiàn)大鼠腦梗死面積顯著增大，神經(jīng)行為學(xué)評分也明顯下降，這說明PI3K/Akt信號通路參與了缺血再灌注早期損傷誘導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)，該通路還可能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的存活。

隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，針刺治療腦卒中的有效性在臨床中得到證實，且被廣泛應(yīng)用。何二濤[8]研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注早期Akt磷酸化顯著增高，給予中等強(qiáng)度電針刺激可激活PI3K/Akt通路，上調(diào)Akt(Ser473)的磷酸化水平，還可產(chǎn)生腦缺血耐受作用。腦缺血后，需要新生血管提供營養(yǎng)物質(zhì)給缺血組織進(jìn)行修復(fù)，才能維持正常的組織代謝，而缺血性腦血管病治療的關(guān)鍵在于盡快地恢復(fù)缺血腦組織的血流供應(yīng)，挽救缺血半影區(qū)瀕臨死亡的神經(jīng)元，這樣才能有利于神經(jīng)功能的恢復(fù)。張珊珊[9]發(fā)現(xiàn)電針可通過上調(diào)基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1α(SDF-1α)的表達(dá)，激活PI3K/Akt信號通路，從而促進(jìn)缺血區(qū)大腦的血管再生，通過加強(qiáng)該信號通路的激活，還促進(jìn)內(nèi)皮前體祖細(xì)胞(EPCs)歸巢至缺血組織區(qū)參與血管再生。宓丹等[10]實驗表明通過采用眼針療法，刺激“肝區(qū)”“腎區(qū)”“上焦”“下焦”穴位，可激活PI3K/Akt通路，促進(jìn)Akt磷酸化，減輕腦缺血再灌注損傷引起的細(xì)胞凋亡，發(fā)揮了保護(hù)神經(jīng)的作用。Bcl-2蛋白家族主要參與細(xì)胞的內(nèi)源性凋亡途徑完成對細(xì)胞凋亡的調(diào)控。而Akt磷酸化Bcl-2相關(guān)細(xì)胞凋亡促進(jìn)因子(BAD)，從而能夠抑制細(xì)胞凋亡途徑的起始過程，抑制凋亡通路激活，減少細(xì)胞凋亡。李令建等[11]研究發(fā)現(xiàn)電針可通過上調(diào)Bcl-2蛋白的表達(dá)，下調(diào)Bax蛋白的表達(dá)，從而抑制細(xì)胞凋亡，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。以上研究表明PI3K/Akt通路能激活/抑制胞內(nèi)各種蛋白磷酸化，從而調(diào)控細(xì)胞存活及凋亡[12]。

3 針刺調(diào)節(jié)PI3k/Akt通路對帕金森病的影響

帕金森病是中老年常見的一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，臨床表現(xiàn)為靜止震顫、運(yùn)動遲緩、肌強(qiáng)直和姿勢步態(tài)異常等。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為主要病理改變是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性缺失。近年來研究發(fā)現(xiàn)外界環(huán)境刺激因素容易導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣紊亂和蛋白質(zhì)錯誤折疊沉積，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(Endo plasmic Reticulum Stress，ERS)，當(dāng)ERS過度時，就會誘導(dǎo)復(fù)雜的促凋亡途徑，從而引起細(xì)胞損傷及死亡。有研究發(fā)現(xiàn)[13-14]PI3K、p-Akt蛋白在PD模型大鼠黑質(zhì)高表達(dá)，同時促進(jìn)PD大鼠黑質(zhì)氧化應(yīng)激反應(yīng)，當(dāng)激活PI3K/Akt通路后，多巴胺D1受體激動劑能有效保護(hù)PD體外模型PC12下?lián)軗p傷。目前臨床研還發(fā)現(xiàn)，嗜酸性包涵體形成主要是α突觸核蛋白在胞內(nèi)沉積，導(dǎo)致神經(jīng)元變性凋亡。PD患者腦內(nèi)自噬增加，自噬可以降解α突觸核蛋白，還有研究表明[15]通過抑制PI3K/Akt信號通路，促進(jìn)自噬清除α突觸核蛋白來抑制PI3K/Akt信號通路，保護(hù)神經(jīng)元。

袁利[16]給予PD模型大鼠電針干預(yù)，發(fā)現(xiàn)電針能夠明顯上調(diào)PD大鼠中腦黑質(zhì)PI3K、Akt的蛋白和基因表達(dá),下調(diào)PD模型大鼠中腦黑質(zhì)ATF6、Caspase-3的蛋白和基因表達(dá)。說明電針能夠通過激活PI3K/Akt信號通路，從而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生，保護(hù)細(xì)胞免于凋亡。馮琬迪等[17]通過對比治療前后小鼠的爬桿行為學(xué)和小鼠中腦黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元的丟失程度級腦Akt的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)針刺舞蹈震顫控制區(qū)聯(lián)合美多芭可有效增加黑質(zhì)和海馬CA1、CA3及CA4區(qū)Akt的表達(dá)，改善神經(jīng)精神癥狀。從上述研究可知針刺可以通過調(diào)控PI3K/Akt通路，上調(diào)或下調(diào)其腦內(nèi)蛋白和基因的表達(dá)，影響帕金森腦內(nèi)的氧化應(yīng)激。

4 針刺調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路對癲癇的影響

癲癇是一組由不同病因所引起，腦部神經(jīng)元高度同步化異常放電所致。癲癇常反復(fù)發(fā)作，嚴(yán)重可導(dǎo)致腦神經(jīng)元損傷，甚至死亡[18]。癲癇發(fā)作對海馬神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生不同程度的損傷，損傷的神經(jīng)細(xì)胞會引起部分神經(jīng)功能的缺失，而這些神經(jīng)細(xì)胞主要通過細(xì)胞體內(nèi)PI3K/Akt通路存活[19]。有相關(guān)研究者觀察顳葉癲癇大鼠海馬Akt蛋白表達(dá)變化與海馬神經(jīng)元凋亡之間關(guān)系時發(fā)現(xiàn)上調(diào)磷酸化Akt蛋白表達(dá)有利于減少海馬神經(jīng)元凋亡[20]。

楊帆等[21]實驗亦證實了針刺通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)了PI3K和Akt蛋白表達(dá)。劉鵬等[22]發(fā)現(xiàn)針?biāo)幗Y(jié)合有效改善癲癇大鼠的認(rèn)知和學(xué)習(xí)記憶能力，考慮可能是因針?biāo)幗Y(jié)合激活了PI3K/Akt傳導(dǎo)通路，抑制了PI3K-P85及AKT的蛋白表達(dá)，有效抑制海馬神經(jīng)細(xì)胞的凋亡及神經(jīng)細(xì)胞的壞死，改善神經(jīng)功能缺失，起到腦保護(hù)的作用。海馬區(qū)苔蘚纖維出芽可促進(jìn)癲癇發(fā)生，而雷帕霉素哺乳動物靶點(diǎn)(mTOR)是PI3K/Akt通路的下游絲氨酸/蘇氨酸激酶，實驗研究也表明針刺可以減少癲癇發(fā)病頻率、緩解癲癇發(fā)作程度[23]考慮可能是針刺調(diào)控PI3K/Akt通路下游的mTOR，對硬化海馬顆粒層顆粒細(xì)胞苔蘚纖維軸突的抑制發(fā)揮了作用。

5 針刺調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路對血管性癡呆的影響

血管性癡呆是多種腦血管疾病引發(fā)腦組織受損并出現(xiàn)以癡呆為主要表現(xiàn)的臨床綜合征?；颊吲R床表現(xiàn)多呈現(xiàn)認(rèn)知功能呈進(jìn)行性下降，并伴有在記憶、定向、語言功能和視空間功能等方面的缺陷。而細(xì)胞凋亡與血管性癡呆息息相關(guān)。有研究表明，當(dāng)相關(guān)的細(xì)胞發(fā)生凋亡時將會導(dǎo)致記憶障礙的發(fā)生，通過下調(diào)蛋白的表達(dá)則可抑制細(xì)胞的凋亡，進(jìn)而改善記憶能力。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)Bcl-2蛋白家族在調(diào)節(jié)線粒體膜通透性改變起著重要的作用，而Bcl-2家族也是與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)的基因。

有研究表明[24]電針治療能抑制Bcl-2蛋白家族成員對線粒體膜的通透性改變作用,減少細(xì)胞色素C的釋放,從而抑制Caspase的激活,改善海馬CA1錐體細(xì)胞凋亡，達(dá)到改善VD大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,減輕VD大鼠海馬病理損害。陳英華等[25]針刺風(fēng)池、四神聰治療VD大鼠,發(fā)現(xiàn)大鼠海馬區(qū)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)增加,促凋亡蛋白bax表達(dá)減少，使大鼠腦組織得到了保護(hù)。王晅等[26]電針VaD大鼠模型百會、大椎和雙側(cè)腎俞穴，以水迷宮試驗檢測大鼠行為學(xué)認(rèn)知能力，蛋白質(zhì)印跡法測海馬PI3K p85表達(dá)及Akt磷酸化水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電針改善VaD大鼠的認(rèn)知功能，促進(jìn)海馬PI3Kp85蛋白表達(dá)，提高了Akt磷酸化水平。

6 針刺調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路對阿爾茲海默癥的影響

阿爾茨海默病是一種進(jìn)行性記憶減退、認(rèn)知功能障礙伴精神行為異常的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。目前關(guān)于阿爾茲海默癥的發(fā)病機(jī)制研究，主要集中在過度磷酸化的tau蛋白結(jié)合β淀粉樣蛋白，導(dǎo)致微管網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，形成神經(jīng)元纖維纏結(jié),致使神經(jīng)元死亡[27]。Tau蛋白的磷酸化受多種激酶及相關(guān)信號通路的調(diào)節(jié)，其中PI3K/Akt信號通路對調(diào)節(jié)tau蛋白磷酸化起到了重要的作用，PI3K/Akt通過該通路的下游信號分子GSK-3β發(fā)揮作用，GSK-3β為人體內(nèi)重要的蘇氨酸/絲氨酸蛋白激酶，GSK-3β激活后會促進(jìn)tau蛋白的磷酸化。當(dāng)PI3K活化后可促進(jìn)Akt的Thr308位點(diǎn)磷酸化，從而使Akt活化?；罨蟮腁kt會對信號通路下游GSK-3β產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)作用[28]。

針灸因其獨(dú)特的思路及治療方法，并通過大量的臨床及實驗證實了治療AD的可靠性。研究發(fā)現(xiàn)[29-30]電針能有效降低血清β淀粉樣蛋白的水平，調(diào)節(jié)tau蛋白磷酸化，改善大鼠學(xué)習(xí)記憶能力。徐少群等[31]以“補(bǔ)髓益精,醒神開竅”為治則,針刺異氟醚誘導(dǎo)AD樣病小鼠百會、涌泉穴，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠海馬區(qū)PI3K、Akt蛋白表達(dá)顯著增多，海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡也明顯減少。李翎玉[32]以迎香穴為主穴的“嗅三針”干預(yù)AD大鼠發(fā)現(xiàn)，其能降低AD小鼠海馬PI3K、Akt蛋白的表達(dá)，影響PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，促進(jìn)Aβ的降解及清除，進(jìn)而提高小鼠的認(rèn)知功能。

7 小結(jié)

PI3K/Akt信號通路廣泛參與細(xì)胞的增殖、分化及代謝等過程，是細(xì)胞內(nèi)重要的信號傳導(dǎo)途徑，廣泛應(yīng)用于臨床疾病的機(jī)制研究中。而通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號通路還廣泛存在于神經(jīng)元細(xì)胞中，在諸多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮著保護(hù)神經(jīng)的作用，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育以及神經(jīng)細(xì)胞的生存、增殖及分化等。PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療之間的相互作用為針刺治療疾病帶來了更多的新思路，同時也證實了針灸可多途徑、多層次以及多靶點(diǎn)發(fā)揮治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用。通過針刺干預(yù)PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制或促進(jìn)蛋白的表達(dá)，可減輕其帶來的炎癥反應(yīng)，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，還能促進(jìn)血管再生，達(dá)到神經(jīng)元修復(fù)，這也有助于進(jìn)一步探討和闡明PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在針刺治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的分子調(diào)控機(jī)制提供了新的思路和方法。PI3K/Akt通路可以作為聯(lián)系細(xì)胞外信號與細(xì)胞應(yīng)答的橋梁，針刺可通過影響上游信號分子來作用于下游的信號分子對細(xì)胞起到調(diào)節(jié)作用，但是目前在針灸治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中對該通路上下游信號以及信號間的相互作用研究較少，在以后的研究中可增加實驗設(shè)計，完善研究范疇。而PI3K/Akt信號通路還可作用于抑郁癥、脊髓損傷和停頓舞蹈癥等，針刺后是否同樣能對該通路進(jìn)行調(diào)控，其針刺在這些疾病中的作用機(jī)制仍有待深入，這為研究者后期開展研究及探索提供了科學(xué)的思路與方法。