磷脂酰肌醇3.docx

磷脂酰肌醇3 　　炎症是指生物组织受到外伤、出血、病原体感染等刺激时所引发的一系列复杂的生物应答． 通常情况下，炎症反应作为生物体的自动防御机制，有助于病原体及损伤组织的清除及机体的疗愈;但异常激活及过度的炎症反应会导致对机体自身组织的攻击，进而造成炎症相关疾病． 炎症分为急性反应与慢性反应 2 个阶段． 急性反应由细菌衍生物( 如脂多糖) 或内源性化学介质( 如补体) 引起的免疫细胞活化所触发，一般在机体损伤后的数分钟或几小时内即被启动． 在急性反应的早期阶段，由"常驻";细胞( 巨噬细胞与肥大细胞) 发挥作用: 巨噬细胞与肥大细胞释放促炎因子，进而使白细胞向被感染组织募集; 募集的白细胞导致淋巴细胞活化，随着炎性介质的逐步去除，炎症反应逐渐消退． 如果炎性介质未被及时有效清除，炎症将会发展进入慢性反应阶段，主要表现为免疫细胞持续性浸润、组织受损与纤维化病变． 炎症反应从早期激活、炎症因子的释放到后期的消退过程，都伴有细胞信号通路的精细调控． 近年的研究发现，磷脂酰肌醇 3-激酶( phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K) 信号通路，在炎症的发生及发展过程中发挥关键调控作用，PI3K 信号通路也成为有效干预炎症相关疾病进程的关键靶点． 本文就磷脂酰肌醇-3-激酶家族简介与 PI3Kγ/δ 在免疫系统各类型细胞中的功能及 PI3K 的抑制对各类炎症相关病症( 自身免疫性疾病、呼吸系统疾病、心血管疾病及全身性炎性疾病等) 进程的干预作用进行介绍． 　　 　　1 磷脂酰肌醇 3-激酶家族概述 　　磷脂酰肌醇 3-激酶( PI3K) 家族是一类同时具有脂质与蛋白激酶活性的，可特异性催化磷脂酰肌醇( phosphatidyl inositol，PI) 及其衍生物肌醇环3-位羟基磷酸化，产生具有第二信使作用的肌醇脂物质的激酶． 哺乳动物 PI3K 家族成员众多，按照其结构特征及催化产物的特异性等差异，可将此家族划分为 3 型( Table 1) ． 依据激活机制与调节亚基的不同，又可将Ⅰ型 PI3K 细分为 2 种亚型: 由催化亚基 P110α/β/δ 与调节亚基 P85 家族组成的异二聚体为ⅠA 型; 由催化亚基 P110γ 与调节亚基 P101 或P84 /87 组成的异二聚体为ⅠB 型． 在Ⅰ型 PI3K中，PI3Kα 与 PI3Kβ 广泛表达于哺乳动物体内，二者的基因敲除小鼠均在胚胎期死亡，说明这 2种亚型在哺乳动物发育过程中具有重要功能; 而PI3Kγ 与 PI3Kδ 则主要表达于免疫相关细胞及心血管系统中，基因敲除小鼠模型研究显示，这 2 种PI3K 亚型参与先天性与获得性免疫应答，是炎性反应的重要调控因子．多种刺激均可导致 PI3K 活化，目前对Ⅰ型PI3K 的活化机制研究较清楚 ( Fig． 1 ) ，Ⅱ 型、Ⅲ 型PI3K 的活化机制尚不明确． 其中，ⅠA 型 PI3K 主要由 受 体 酪 氨 酸 激 酶 ( receptor tyrosine kinase，RTK) 激活调控: 如某些生长因子的受体被激活后，引起 RTK 二聚化及胞内区 YXXM 模体酪氨酸残基自身磷酸化，暴露出 SH2 结构域高亲和位点． 　　 　　ⅠA型 PI3K 的调节亚基 p85，通过自身的 SH2 结构域与活化的受体结合并被招募至 RTK，同时 p85/pl10 复合物发生构象改变，p85 亚基对 PI3K 异二聚体中p110 催化亚基的抑制作 用 解 除，导 致 PI3K 活化; RTK 亦可先与接头蛋白的 SH2 结构域作用，再通过后者的"停泊位点";与 p85 的 SH2 结构域作用，从而间接活化 PI3K． ⅠB 型 PI3K 受 G 蛋白偶联受体( G protein coupled receptor，GPCR) 激活调控，白介素、趋化因子、有丝分裂原等刺激与其GPCR 特异性结合，引起异源三聚体 G 蛋白 αβγ 亚基解聚，其中 Gβγ 亚基通过接头蛋白介导与调节亚基结合，最终活化 PI3K． 活化后的Ⅰ型 PI3K 磷酸化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸( phosphatidyl inositol 4，5-bisphosphate，PIP2) 肌醇环上的 3-位羟基，产生 1种重要的第二信使物质磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸 ( phosphatidyl inositol 3，4，5-trisphosphate，PIP3)． PIP3的非极性部分位于质膜内，其极性头部 3-磷酸肌醇位于质膜胞浆侧，是募集和激活下游磷脂结合结构域( 如 PH domain) 信号蛋白质的一类"锚";分子． PKB ( protein kinase B ) 、PDK1( phosphoinositide-dependent kinase 1) 、TEC( tyrosinekinase expressed in hepatocellular carcinoma) 等是促进细胞存活、生长与增殖的蛋白激酶，Gab2( GRB2-associated-binding protein 2) 等为介导关键信号转导复合体装配的支架蛋白，以及与细胞骨架重构、质膜转运和细胞运动密切相关的 GAPs( GTPaseactivating protein ) 、 GEFs ( guaninenucleotideexchanging factors) 等为 PI3K 下游效应分子，均可通过 PH 结构域被 PIP3所募集并激活，从而发挥其生物学效应． 鉴于 PIP3在 PI3K 信号通路中的枢钮作用，生物体内 PIP3的有效浓度受到磷酸酶的严格调控: 人第 10 号染色体缺失的磷酸酶以及张力蛋白 同 源 基 因 ( phosphatase and tensin homologdeleted on chromosome ten，PTEN) 编码的产物，可在PIP3肌醇环上的 3-位去磷酸化，而 SHIP( 含 SH2 结构域的肌醇磷酸酶) 则可在 5-位去磷酸化，共同实现对 PI3K 信号通路的抑制． 　　 　　2 磷脂酰肌醇 3-激酶 γ/δ 在免疫相关细胞中的功能 　　与 I 型 PI3K 家族中的 PI3Kα 和 PI3Kβ 不同，PI3Kγ 与 PI3Kδ 主要表达于免疫相关细胞中． 近年通过基因工程小鼠模型或小分子抑制剂等手段，对PI3Kγ 和 PI3Kδ 的生物学功能的大量研究显示，PI3Kγ 与 PI3Kδ 参与炎症应答进程，并在其中发挥关键调控作用，两者在炎症相关疾病的发生发展中发挥协同作用． 　　 　　2. 1 中性粒细胞与巨噬细胞 　　中性粒细胞与巨噬细胞可循化学介质，尤其是趋化因子与细胞因子的浓度梯度，由低浓度向高浓度定向运动，最终被募集到受感染部位，以抵御病原体侵染，这一生理过程被称为趋化作用． 最初，通过对渥曼青霉( Wortmannin，PI3K 抑制剂) 的研究，人们发现，PI3K 在趋化作用中发挥重要作用． 借助基因敲除技术与 PI3K 特定亚型抑制剂的开发，大量遗传学和药理学的结果表明，在趋化现象中起主要作用的 PI3K 特定亚型PI3Kγ 与 PI3Kδ．在 PI3Kγ 基因敲除小鼠( PI3Kγ － / － ) 构建的脓毒性腹膜炎病理模型中，白细胞浸润数目明显减少． 与之相一致的，PI3Kγ － / － 小鼠的中性粒细胞与巨噬细胞在对 fMLP( formyl-Met-Leu-Phe) 、C5a( complement component 5a) 、IL-8 ( interleukin-8)等 GPCR 刺激物的响应时，表现出迁移能力受损，趋化作用受到抑制． 除 PI3Kγ 之外，PI3Kδ 亦可调控中性粒细胞迁移． 采用 PI3Kδ 特异性抑制剂IC87114 处理野生型小鼠肺炎模型，实验组浸润细胞数目明显减少．炎性细胞的趋化迁移是复杂的生理进程，主要包括: 选择素介导的白细胞俘获、内皮细胞诱发的白细胞滚动、整合素介导的白细胞稳定粘附、白细胞自血管壁外渗以及白细胞向炎性病灶部位移行，PI3Kγ 与 PI3Kδ 在整个进程的各步骤中均起重要作用( Fig． 2) ． 　　 　　在使用肿瘤坏死因子 α 刺激血管内皮的实验中，PI3Kγ 与 PI3Kδ 基因双敲除( PI3Kγ － /－ δ － / － ) 小鼠的中性粒细胞，以及血管内皮细胞的贴附能力与 PI3Kγ 或 PI3Kδ 基因单独敲除的小鼠相比显着下降． 白细胞自血管中溢出并向炎性病灶移行的过程，要依赖于 PI3Kγ 活化所导致的细胞极化，活化的 PI3Kγ 在细胞前缘产生 PIP3． 　　 　　而在细胞质膜处的 PI3Kγ 被激活的同时，肌醇磷酸酶SHIP1 的活性受阻，因此，PIP3可以选择性聚集于细胞质膜前缘． PIP3募集 Rac-GEFs，进一步激活小GTP 酶 Rac，而 Rac 的活化可引起细胞质膜肌动蛋白的重构形成伪足，导致细胞极化并改变中性粒细胞与巨噬细胞的移行． 最新研究表明，PIP3活化Rac 引起细胞极化的过程中，其它小 GTP 酶( 如 Rho和 Arf 等) 亦协同发挥作用，形成 PIP3-小 GTP 酶-肌动蛋白调控回路，共同维持中性粒细胞极化状态的稳定．一旦抵达炎性病灶部位，中性粒细胞与巨噬细胞即通过细胞吞噬作用杀灭入侵的微生物，活化胞内的膜结合烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶复合体 ( nicotinamide adenine dinucleotide phosphateoxidase complex，NADPH oxidase complex) ，继而使NADPH 氧化，产生活性氧 ( reactive oxygen species，ROS) ，起到清除感染源的作用，此过程称为呼吸爆发． 鼠类 GPCR 依赖性 ROS 是由 PI3Kγ 单独调控产生的，而人类的呼吸爆发则通过二相性机制调控，包括 PI3Kγ 依赖的 PIP3产生阶段，以及随后的 PI3Kδ 介导的信号放大阶段． 此外，PI3Kγ亦可利用其蛋白激酶活性，磷酸化蛋白激酶 C 并与其绑定，以此来调控呼吸爆发过程中 ROS 的产生． 　　 　　2. 2 肥大细胞与嗜酸性粒细胞 　　肥大细胞内贮存有大量的组胺、肝素、5-羟色胺等化学介质以及多种酶类的颗粒，其在肥大细胞受激后经由脱颗粒作用，将颗粒内容物释放到周围组织中． 早期研究发现，LY294002 及渥曼青霉素等PI3K 抑制剂，可减少肥大细胞的脱颗粒，表明PI3K 对肥大细胞功能具有调节作用． 目前研究发现，IgE 高亲和力受体( FcεRI) 是调控肥大细胞活化，以及脱颗粒与细胞因子释放的主要受体类型，其下游通过 PI3Kδ 调控肥大细胞脱颗粒过程． 采用遗传学手段使肥大细胞表达催化活性钝化的 PI3Kδ( PI3KδD910A) ，或使用 PI3Kδ 特异性抑制剂 IC87114处理肥大细胞，均可使肥大细胞脱颗粒显着减少． 有趣的是，抑制 PI3Kγ 的活性同样减少肥大细胞的脱颗粒，PI3Kγ － / － 动物能对被动全身性过敏反。