PI3K/AKT信号通路在支气管哮喘的研究进展及中医药干预现状

Research Progress of PI3K/AKT Signaling Pathway in Bronchial Asthma and Status of Traditional Chinese Medicine Intervention

摘要: 支气管哮喘是一种反复发作的慢性气道炎症反应，研究表明PI3K/AKT信号通路在哮喘的发生、发展过程中起着重要的作用。本文通过查阅文献，从PI3K/AKT通路的构成、激活，与T淋巴细胞群比例失衡、炎症反应、气道重塑和氧化应激等造成哮喘的机制之间的关系，以及中医药干预PI3K/AKT信号通路治疗哮喘进行论述，以期能为支气管哮喘的临床研究和治疗提供参考。

Abstract: Bronchial asthma is a recurrent chronic airway inflammatory response. Studies have shown that PI3K/AKT signaling pathway plays an important role in the occurrence and development of asthma. Through literature review, this paper discusses the relationship between the composition and acti-vation of PI3K/AKT pathway and the mechanism of asthma caused by imbalance of T lymphocyte population, inflammatory response, airway remodeling and oxidative stress, as well as the inter-vention of traditional Chinese medicine in PI3K/AKT signaling pathway in the treatment of asthma, in order to provide reference for clinical research and treatment of bronchial asthma.

1. 引言

支气管哮喘(BA)是由多种细胞及细胞组分参与的气道炎症反应，临床上常表现为反复发作的咳嗽、喘息、呼吸困难等，主要以炎症细胞浸润、气道重塑、气道高反应性等为特征，与世界大多数国家相比，中国哮喘的死亡人数较高，对人的健康和生活产生严重的影响 [1] [2] 。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B (PI3K/AKT)信号通路是细胞内与增殖、分化和凋亡相关的信号通路，是机体自我保护的重要通路，是治疗哮喘的重要途径 [3] 。研究发现中医药可以调控包括PI3K/AKT在内的众多信号通路干预气道炎症、改善气道重塑、降低气道高反应性 [4] 。冯晓纯等通过一项临床研究将35只BALB/c小鼠随机分成空白组、模型组、孟鲁司特组和蝎黄解痉治哮低剂量组和高剂量组分别给予相应建模及治疗后发现中药蝎黄治哮颗粒可以抑制肺组织PI3K/AKT通路从而降低炎症细胞浸润改善哮喘症状 [5] 。此外，临床观察发现中药、针刺、穴位贴敷等中医治疗对哮喘患者的疗效显著 [6] 。中医在治疗哮喘方面优势明显，有望成为治疗的另一种优势途径。故本文基于PI3K/AKT信号通路对对中医治疗哮喘现状稍作论述，以期为临床研究及治疗提供参考。

2. PI3K/AKT信号通路的概述

2.1. PI3K/AKT信号通路的构成

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)属脂质激酶家族，临床上将其分为I型、II型、III型 [7] ，其中临床上常见的I型PI3K可进一步划分为IA和IB两种亚型，IA型由调节亚单位P85和催化亚单位P110所构成，p85中的SH2结构域与磷酸化的酪氨酸残基相互作用，可使PI3K激活，也可直接与p110结合而激活PI3K [8] 。

丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT)是PI3K的主要下游效应分子，AKT主要有AKT1、AKT2、AKT3三种亚型，包含三个结构域：PH结构域，对PIP2、PIP3等磷脂成分有较强的亲和力，可与蛋白激酶C(PKC)、F-肌动蛋白等蛋白相互作用；催化结构域，是AKT的活性中心，包含Thr308活性位点；调节结构域，含有Ser473活性位点。只有Thr308、Ser473这两个位点被磷酸化，AKT才能完全活化 [9] 。

2.2. PI3K/AKT信号通路的激活

如上述所论，P85亚基的SH2结构域与磷酸化酪氨酸残基受体相互作用，改变PI3K异源二聚体的构象而被激活；或位于细胞膜上的受体在外界刺激下发生自磷酸化和寡糖聚化，可使P85直接与P110激活PI3K [10] 。被激活的PI3K对磷脂成分具有很强的亲和力，催化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)的第3位羟基，使其转化为磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸(PIP3)，一方面，PI3K直接与其下游效应体AKT相作用，促使AKT发生核易位而被激活；另一方面，PI3K与PH结构域的下游信号蛋白3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶(PDK)结合，其中PDK1、PDK2分别参与AKT的活性位点Thr308位点、Ser473位点的磷酸化过程，使AKT完全活化。活化的AKT可通过调控雷帕霉素(mTOR)、糖原合酶激酶-3β (GSK-3β)、核因子Nrf2、NF-κB等参与细胞的增殖、凋亡、自噬等多环节 [11] 。

3. PI3K/AKT信号通路与支气管哮喘的关系

3.1. PI3K/AKT信号通路与T淋巴细胞比例失调

T淋巴细胞是哮喘发作的重要效应细胞，临床常认为哮喘炎症的发生与辅助性T细胞(CD4+)分泌的Th1/Th2、Treg/Th17细胞比例失衡有关。发生哮喘时，外周血中Th1分泌的IFN-γ、IL-12等受到抑制，Th2分泌的IL-4、IL-10过度表达，Th1/Th2比例失衡最终偏向Th2而造成炎症反应 [12] 。此外CD4+T淋巴细胞分化Th17增多，其分泌的IL-17、IL-6等过多，外周血中调节性T细胞(Treg)分泌的IL-10、TGF-β1减少，Treg/Th17比例失衡也是导致哮喘的发生的重要原因 [13] 。研究表明，下调p-PI3K、p-AKT的蛋白表达水平，哮喘模型小鼠肺中的Th1、Treg表达明显上升，Th2、Th17蛋白表达水平下调，抑制炎症反应 [14] 。姜婷婷等通过临床试验发现温肺益气方能通过调控p-PI3K、p-AKT的蛋白表达水平来平衡Th1/Th2和Th17/Treg细胞水平进而改善变应性鼻炎患者的炎症症状 [15] 。

3.2. PI3K/AKT信号通路与炎症反应

哮喘是一种反复发作的慢性非特异性炎症疾病，其粒细胞表型以痰中嗜酸性粒细胞(EOS)水平 < 1%~3%，中性粒细胞水平 < 60%为病理特征，以IgE增多为免疫特征 [16] 。过敏原侵入机体后产生IgE，刺激EOS、肥大细胞，一方面释放大量的炎性介质，诱发炎症反应 [17] ；另一方面EOS与IgE结合形成ECM，激活嗜酸细胞，气道上皮细胞损伤脱落，加重炎症反应 [18] 。肺组织PI3K/AKT通路通过调控下游炎症细胞的数量来控制气道粘液的分泌情况 [19] 。PI3K/AKT信号通路可以调控下游的p-AKT的表达而被激活，促进EOS、IgE等的增殖、分化、活化等生物学过程，诱发炎症反应 [20] 。下调PI3K/AKT/mTOR信号通路的磷酸化，可降低IgE、IL-4、IL-17等炎性因子的表达水平，缓解哮喘的炎症反应 [21] 。

3.3. PI3K/AKT信号通路与气道重塑

气道重塑指反复发作的炎症反应导致了气道壁发生了不可逆性的改变，主要表现为腺体和平滑肌细胞的增殖、迁移、纤维化、胶原沉积、基底膜的增厚等 [22] ，气道平滑肌细胞(ASMC)的异常增殖和损伤是气道重塑的重要标志。PI3K/AKT信号通路激活促进EOS的活化，一方面促进成纤维细胞的形成和血管生成，另一方面激活基质细胞而促进纤维细胞的扩散，造成ASMC的增殖、血管扩张、管腔狭窄，诱发气道重塑的产生 [23] 。此外，下调miR-21a的表达水平，抑制PI3K/AKT信号通路的活化，促进PIEN表达而抑制ASMC的增殖，缓解气道重塑的过程 [24] 。

3.4. PI3K/AKT信号通路与氧化应激

氧化应激是指机体内活性氧(ROS)的产生过量，抗氧化防御系统清除这些ROS所致能力失衡，造成蛋白质、DNA、脂质等损伤 [25] 。在外界因素刺激下或自身功能异常造成ROS增多，抗氧化功能下降而发生肺泡上皮细胞损伤，促进哮喘的发生与发展。发生氧化应激时，ROS激活PI3K/AKT通路而抑制下游氧化酶GSK-3β的活性，激活P21^cip后取代keap1与Nrf2结合，后Nrf2发生核易位，调控ARE使血红素oxygenase-1 (HO-1)活化，逆转氧化应激 [26] 。抑制PI3K/AKT信号通路可以上调Nrf2，促使HO-1活化而抑制氧化应激，改善哮喘。

3.5. PI3K/AKT/mTOR信号通路与细胞自噬

自噬是一种进化保守的应激保护过程，将多余或有潜在危险的成分隔离至自噬小体内，通过溶酶体降解途径将产物还原再吸收，维持机体内环境的稳定。机体可通过多条信号通路激活细胞自噬，最经典的为PI3K/AKT/mTOR信号通路。mTOR (雷帕霉素)为AKT下游的效应蛋白，分为mTOR1和mTOR2，前者位于AKT上游激活AKT，后者处于AKT下游，被活化的AKT激活并通过细胞自噬参与细胞生长、凋亡 [27] 。抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，可以降低IL-4、IL-5、IgE、EOS等炎性介质，抑制ASMC增殖、迁移和细胞外基质生成，减少ROS生成和细胞凋亡，从而维持Th1/Th2和Treg/Th17平衡，抑制气道炎症反应、气道重塑、氧化应激 [28] [29] [30] 。

4. 中医临床治疗

4.1. 中药复方

4.1.1. 射干麻黄汤

射干麻黄汤是中医治疗哮喘的经典方剂，温肺化饮、止咳平喘，善治寒饮郁肺之咳喘。研究表明，射干麻黄汤可以通过下调肺组织EGFR及PI3K相关蛋白及其mRNA表达水平，结果显示，经射干麻黄汤治疗后，抑制了BALF中IL-6、TNF-α、IL-1β等炎性因子的表达，降低了肺指数，减少胶原沉积和气道平滑肌增生同时肺组织中SOD的水平显著升高，而显著降低了MDA的水平，通过EGFR/PI3K相关信号通路，抑制炎症反应、氧化应激 [31] 。

4.1.2. 小青龙汤

小青龙汤出自东汉张仲景《伤寒论》中治疗外寒里饮咳喘的经典名方，临床上对于治疗哮喘发挥着重要的作用。临床发现，小青龙汤证的发生与上调PI3K/AKT/mTOR信号通路的表达水平密切相关，而小青龙汤可以通过影响PI3K的表达，抑制Akt和mTOR的磷酸化水平，降低PI3K、Akt、mTOR mRNA的相对表达量，影响细胞自噬，从而改善肺部炎性症状和气道重塑 [32] 。

4.1.3. 芍药甘草汤

芍药甘草汤出自《伤寒论》的经典名方，具有解痉、抗炎等药理作用而应用于肺部疾病。研究发现，经芍药甘草汤治疗后，可以下调哮喘大鼠肺组织中p-PI3K、p-Akt的表达水平而调节T细胞，促进抗炎细胞Treg及其相关因子IL-2、IL-10，抑制强大的促炎细胞Th17及其相关因子IL-6、IL-17的表达，减少炎性细胞聚集、浸润，维护T淋巴细胞平衡而减轻气道炎症反应 [33] [34] 。

4.2. 中药单体

4.2.1. 麻黄碱(EPH)

麻黄为上述射干麻黄汤、小青龙汤等多味方剂的君药，具有宣肺平喘、抗炎抗氧化的作用，而EPH是麻黄的主要活性成分。研究发现EPH可以调控PI3K和AKT蛋白的磷酸化，通过激活PI3K/Akt信号通路可以抑制坏蛋白与其下游执行蛋白Bcl-2和Bcl-xL相结合而发挥抗细胞凋亡的作用，此外EPH治疗中还减少了促炎因子IL-6和TNF-α的释放，增加了抗炎介质IL-4和IL-10的产生，也明显降低了MDA和NO的含量，发挥其抗炎，抗氧化应激的作用 [35] 。

4.2.2. 黄芪甲苷(AS-IV)

黄芪甲苷是传统中草药黄芪的主要生物活性成分，能滋补肺气、止咳平喘，对于虚型哮喘具有良好的疗效。AS-IV主要是通过调节自噬体、溶酶体的结合而激活自噬通量，p62直接与LC3结合，并通过自溶溶体中的自噬激活而降解，其数量累积提示自噬降解受阻。研究发现AS-IV可以下调p-PI3K、p-Akt和对自噬具有负向调节的下游靶标mTOR的表达，降低LC3B-II/I和p62的表达恢复受损的自噬。此外AS-IV可以AS-IV通过自噬抑制NF-κb易位，降低了BALF中的IL-6、TNF-α等炎性因子，还可以增加了肺组织中的CAT和SOD，抑制了MDA活性并降低了ROS，从而抑制炎症反应和氧化应激 [36] 。

4.2.3. 淫羊藿苷

淫羊藿具有温补肺肾，纳气平喘的功效，在临床上常被用于虚症哮喘的治疗 [37] 。研究表明，淫羊藿苷可以通过激活PI3K途径而激活下游效应器Akt的磷酸化，从而抑制了P65在反式激活结构域中的丝氨酸536处的磷酸化减弱了NF-κb的转录活性，抑制了NF-κb介导的炎症反应，减少了TNF-α、iNOS和COX-2等炎性介质的过度表达，通过PI3K/AKT/NF-κb通路，减少了炎性细胞的浸润和募集，从而改善哮喘的炎症反应 [38] 。

4.2.4. 太子参环肽B (HB)

HB是太子参的有效成分，具有养阴、润肺、生津的功效。临床发现HB可以显著地上调了p-PI3K/PI3K的表达和下游靶点p-AKT/AKT的磷酸化，从而抑制了原始264.7细胞的凋亡，以剂量依赖性方式减少了LPS刺激的原始264.7细胞中活性氧(ROS)，一氧化氮(NO)和白介素(IL-1, IL-6)等炎性介质的过度产生 [39] 。

4.3. 其他

4.3.1. 中成药

平喘颗粒能通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，调控细胞自噬，并调节Th1/Th2细胞因子、EOS、中性粒细胞等而抑制炎症反应，缓解哮喘发作 [40] ；平喘宁能调节PI3K/AKT信号通路中的P110、P85、mTOR、PTEN、PIP3蛋白及GSK3、ASK1等基因的表达，减少炎性细胞浸润、平滑肌增厚、管壁增厚等，改善哮喘炎症反应、气道重塑等症状 [41] 。

4.3.2. 针刺

赵桓艺 [42] 通过针刺大椎、肺腧、足三里观察对哮喘小鼠炎症反应的影响，发现针刺可以抑制PI3K/AKT信号通路，抑制内质网应激对自噬的激活过程，调节Th1/Th2、Treg/Th17淋巴细胞的平衡，缓解哮喘炎症反应。Zhang [43] 等发现电针发法可以有效地控制哮喘的发作，缓解气道重塑现象，其发生机制与电针激活PI3K/AKT信号通路，可调节血管内皮生长因子(VEGF)的增殖、迁移有关。

4.3.3. 穴位贴敷

穴位贴敷是中国传统医学常用外治法之一，在临床应用广泛。胡骏等人将白芥子、甘遂、延胡索、细辛、生姜等加工后贴敷与肺腧、膏肓、百劳等穴，观察穴位贴敷(AST)对支气管哮喘的作用，发现AST能抑制PI3K/AKT信号通路，降低p-Akt蛋白和II型固有免疫细胞(ILC2s)的表达，增强PIEN蛋白的表达而缓解哮喘炎症反应和气道高反应等 [44] 。

5. 小结

随着哮喘的患病人数不断增加，对哮喘的治疗问题受到社会的广泛关注，信号通路越来越成为开发新药的研究对象。本文进一步明确了PI3K/AKT信号通路在炎症反应、气道重塑、氧化应激和细胞自噬等哮喘发生机制中发挥的作用，中医从整体观念，因人、因时、因地制宜，辨证施治，通过中药复方、中药汤剂、中成药、针刺、穴位贴敷等中医治疗手段调节PI3K/AKT信号通路，在治疗哮喘上取得显著疗效。

中医在治疗哮喘方面具有效果佳、价格廉的优点，但对于其能调节PI3K/AKT信号通路而治疗哮喘的临床研究有待补充，缺乏充足可靠的实验数据，现有成果和医学文献提供的研究有限。中医调节信号通路也将成为未来治疗哮喘的可靠手段，我们应不断探索传统中医治疗哮喘的新方法，开展现代医学和传统中医相结合的新形式，不断为临床治疗和实验研究创造新思路。