PI3K/Akt/mTOR信号通路与肾缺血再灌注损伤相关性的研究进展

褚盛楠 郭艳

[摘要] 肾缺血再灌注损伤（renal ischemia reperfusion injury，RIRI）常发生于机体血流动力学不稳定、肾脏等器官手术之后。缺血及再灌注过程会导致机体出现应激反应，细胞凋亡和过度细胞自噬会使肾脏细胞受到损伤，从而造成急性肾损伤。PI3K/Akt/mTOR信号通路是调控细胞自噬的重要途径之一，该信号通路的激活或抑制可调节细胞自噬和细胞凋亡，从而减轻RIRI。本文对PI3K/Akt/mTOR信号通路与RIRI的相关性研究进展进行综述。

[关键词] 肾缺血再灌注损伤；信号通路；细胞自噬；细胞凋亡

[中图分类号] R692    [文献标识码] A     [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.02.026

患者在接受血管、心脏、肾脏等器官组织手术后，或机体在经历其他低灌注损伤后，其肾脏易出现急性肾损伤[1]。急性肾损伤患者的肾功能会在短期内急剧下降，其发病率和病死率较高；而肾缺血再灌注损伤（renal ischemia reperfusion injury，RIRI）患者的发病率和病死率更高，严重影响患者预后，给患者造成较大的经济负担和心理压力。研究发现，肾脏在发生缺血再灌注时，磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路被激活，而该信号通路可调节细胞自噬和细胞凋亡[2]。本文对PI3K/Akt/mTOR信号通路与RIRI的相关性研究进展进行综述。

1  RIRI的发生机制

在某些病理因素影响下，机体脏器中的血流被阻断，导致局部组织缺血、缺氧。血流和氧气的恢复使机体产生氧化应激反应，加重组织损伤，从而造成更大的器官损伤，其被称为缺血再灌注损伤[3]。肾脏的血流较丰富，对缺血再灌注的反应较敏感，易发生RIRI[4]。RIRI的致病因素较多且复杂，包括离子通道失衡引起的钙离子超载、活性氧的生成、蛋白激酶的激活、内质网和线粒体功能障碍、炎症反应及细胞凋亡等[5]。肾小管上皮细胞对缺血再灌注的反应较肾脏中其他细胞更敏感。RIRI导致肾小管上皮细胞凋亡，细胞过度凋亡引发严重肾损伤，其是急性肾损伤发生的关键因素之一。RIRI多会引起细胞自噬，而细胞自噬与细胞凋亡关系密切。研究发现，细胞自噬可调节细胞凋亡，进而避免RIRI所致的肾脏进一步损伤[6]。研究发现，在缺血阶段，细胞自噬可维持细胞内稳态，保护细胞；但在再灌注阶段，过度细胞自噬会造成细胞损伤[7]。

2  细胞自噬

细胞自噬属非特异性降解系统。生理条件下，细胞自噬依赖溶酶体将衰老细胞器和大分子蛋白质进行代谢降解，从而维持内环境稳定。当机体出现病理性病变时，应激反应也可触发细胞自噬[8]。RIRI中，细胞自噬主要发生于肾小管上皮细胞，细胞自噬和细胞凋亡可相互作用并交叉调节，对RIRI产生不同影响[9]。相较于细胞凋亡，细胞自噬在不同时间及环境效应下会对机体产生有利或有害的不同影响。研究认为，在RIRI早期阶段诱导细胞自噬可减少细胞凋亡，从而降低肾损伤[10]。但目前研究发现，随着病情的进展，过度细胞自噬会导致应激反应，促进细胞凋亡，从而加重肾损伤[6-11]。微管相关蛋白1轻链3、p62和自噬蛋白Beclin1参与细胞自噬过程。其中，Beclin1和微管相关蛋白1轻链3参与自噬体的形成和延伸，是細胞自噬的标志物[12]。

2.1  细胞自噬相关信号通路

当机体出现缺血、缺氧、氧化应激、钙稳态失衡、线粒体功能障碍等应激反应时，系列信号通路可激活细胞自噬。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，其可调节细胞代谢和细胞生长，其亦是调节细胞自噬的重要扳机点[13]。通过与不同蛋白结合，mTOR可形成对雷帕霉素敏感的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物（mammalian target of rapamycin complex，mTORC）1及对雷帕霉素不敏感的mTORC2两种复合物。不同复合物通过激活不同的下游信号通路调节细胞功能。如在营养状态丰富时，被激活的mTORC1可促进蛋白质、脂质和核苷酸的合成代谢，抑制细胞自噬等的分解代谢[14]。mTORC1是调节细胞自噬的重要靶点之一，其活性受上游不同信号通路和细胞因子的调控。Akt等可激活mTORC1并负向调控细胞自噬，而腺苷一磷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）等可抑制mTORC1并正向调控细胞自噬。研究表明，抑癌基因TSC1、TSC2是参与调控mTORC1活性的重要因子之一，其可抑制mTORC1活性，激活细胞自噬[15]。

mTORC1可被PI3K/Akt信号通路激活。生长因子通过激活其同源受体激活PI3K/Akt信号通路，mTORC1被活化，细胞自噬受到抑制[16]。研究发现，活化的mTORC1可抑制促凋亡基因Bad和Bax的表达，促进抗凋亡基因Bcl-2的表达[17]。氧化应激发生时，细胞中的腺苷三磷酸水平降低，腺苷一磷酸/腺苷三磷酸比值升高，丝氨酸/苏氨酸激酶LKB1被磷酸化，AMPK被激活，活化的AMPK通过磷酸化TSC2导致mTORC1活性降低，间接促进细胞自噬；其还可通过直接磷酸化UNC-51样激酶（unc-51 like kinase，ULK）1促进细胞自噬[18-19]。mTORC2参与细胞骨架的重构过程，其对细胞自噬的调控机制尚未明确。研究推测，mTORC2可能通过激活mTORC1间接抑制细胞自噬[20]。

2.2  细胞自噬在缺血与再灌注不同时期的作用

在缺血阶段，三磷酸腺苷及各种营养物质的消耗可激活AMPK等，进而激活细胞自噬。细胞自噬可清除缺血期的蛋白聚集体，减少活性氧的生成，清除受损的线粒体等细胞器，具有促生存作用。再灌注阶段，活性氧大量积累导致线粒体损伤，Beclin1等细胞自噬相关蛋白引发细胞自噬，细胞发生过度凋亡。研究发现，缺血早期阶段Beclin1的激活是启动细胞自噬的必要条件之一；但其在再灌注阶段，Beclin1的持续活性会导致过度的分解代谢活动和细胞死亡[7]。缺血的严重程度与器官缺血再灌注细胞自噬程度相关。轻度至中度缺血、缺氧会导致适度的细胞自噬，此时的细胞自噬可抑制细胞凋亡，发挥保护作用；但严重缺血、缺氧或发展为再灌注时，机体会出现更高水平的细胞自噬，最终进展为细胞死亡。因此，RIRI早期诱导保护性细胞自噬，而在RIRI后期再灌注阶段，细胞自噬具有破坏性[21]。

3  细胞凋亡与细胞自噬

细胞凋亡是一种由多条信号通路参与的自主程序性细胞死亡过程，多种蛋白酶参与其中。胱天蛋白酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）起重要作用。其中，Caspase-8、Caspase-9可激活细胞凋亡，Caspase-3、Caspase-7则执行细胞凋亡作用[22]。诱导细胞凋亡的信号通路包括外源性信号通路、内源性信号通路和内质网应激介导的信号通路共3种。①外源性信號通路：其诱导的细胞凋亡与跨膜蛋白-死亡受体相关，受体与配体结合后激活Caspase相关蛋白，从而诱导细胞凋亡。②内源性信号通路：当机体处于低氧、高温或缺乏生长因子时，线粒体可促进促凋亡蛋白的释放。③内质网应激介导的信号通路：其通常由氧化应激、缺氧、缺血和脂质代谢紊乱等生理或病理损伤引起。内质网应激介导的细胞凋亡与线粒体介导的细胞凋亡可相互影响，进一步放大细胞凋亡效应[23]。

参与细胞自噬和细胞凋亡的因子可相互作用、相互影响。参与细胞自噬起始过程的Beclin1可与凋亡相关蛋白Bcl-XL、Bcl-2结合，抑制细胞自噬；但Bcl-XL或Bcl-2仍保留抗凋亡功能[24]。研究发现，Caspase-3可在细胞凋亡发生时切割Beclin1，进而破坏其细胞自噬活性，促凋亡蛋白Bax通过增强Beclin1的切割，减少细胞自噬，促进细胞凋亡[25]。然而，另有研究发现，过度或失衡细胞自噬可通过溶酶体释放促凋亡蛋白，加速细胞凋亡；同时，组织蛋白酶通过增加线粒体膜的通透性激活Caspase，并诱导细胞凋亡[26]。

4  PI3K/Akt/mTOR信号通路对RIRI细胞自噬、细胞凋亡的调节作用

PI3K/Akt/mTOR信号通路属于细胞内信号传导途径，该信号通路可影响细胞增殖和细胞凋亡。被激活的Akt通过抑制细胞凋亡相关蛋白或转录因子调节细胞凋亡，在细胞调控中起重要作用[27]。PI3K/Akt/mTOR信号通路被认为是参与细胞自噬启动和调节的主要途径，其信号通路的激活可抑制细胞自噬[28]。ULK复合体是启动细胞自噬的主要调控因子，与mTOR结合的ULK复合体失去活性，无法诱导细胞自噬，故mTOR负调控细胞自噬。Beclin1参与细胞自噬，其可被ULK1激酶磷酸化，从而诱导细胞自噬的发生；被PI3K激活的Akt可同时使Beclin1、ULK复合物失活，从而阻止细胞自噬的发生[29]。相反，PI3K/Akt/mTOR信号通路的抑制可促进细胞自噬，以清除被破坏的蛋白质、细胞器等，抑制细胞凋亡[30]。

在缺血与再灌注的不同时期，可通过抑制或激活该信号通路对细胞自噬发挥不同的作用，更好地缓解细胞损伤，从而改善预后。研究表明，在缺血再灌注早期，通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路的激活，可诱导细胞自噬，减少细胞凋亡。Hou等[31]研究发现，通过敲除瞬时受体电位阳离子通道6相关基因可激活细胞自噬，有效防止氧化应激反应下肾小管上皮细胞的凋亡。Wang等[32]研究发现，磷酸酶及张力蛋白同源物可通过下调mTOR的活性，促进细胞自噬，从而减轻RIRI。

当进展至再灌注时期时，机体的应激反应持续存在，Beclin1上调，细胞自噬增强，细胞凋亡，影响疾病进展。故在治疗缺血再灌注损伤时，促进细胞自噬仅在特定时间内对细胞损伤起保护作用。当患者处于缺血再灌注后期，抑制细胞自噬的过度激活对细胞凋亡的减少起重要作用。PI3K信号通路作为细胞自噬的负调控信号通路，是抑制细胞自噬过度激活的重要靶点。Zheng等[33]研究发现，尿石素B可通过激活Akt/mTOR/ULK1信号通路，抑制心肌缺血再灌注过程中的过度细胞自噬，防止氧化应激和Caspase-3依赖性细胞凋亡，进而减轻心肌缺血再灌注损伤。Tan等[34]研究发现，纤维细胞生长因子10可通过mTOR信号通路抑制过度的细胞自噬，减轻RIRI损伤。

5  小结与展望

肾脏出现缺血及血流再灌注后会导致肾功能障碍和组织损伤加重。但目前，RIRI的具体机制尚未明确，临床缺乏有效的预防和治疗方法。细胞自噬是缺血再灌注损伤过程中的“双刃剑”，PI3K/Akt/ mTOR信号通路可负调节细胞自噬。因此可在疾病初期，通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路的活化促进细胞自噬，进而抑制细胞凋亡。在RIRI后期，临床上不能单纯依靠细胞自噬的诱导降低肾脏细胞损伤，应把握好时间和疾病进展，避免细胞过度自噬而造成严重后果。研究发现，某些药物可促进PI3K/ Akt/mTOR信号通路的激活，抑制心脏等器官缺血再灌注中引起的过度细胞自噬。临床可考虑应用相同的方法改善肾脏缺血再灌注期间的过度细胞自噬，降低肾脏损伤。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2023–01–06）

（修回日期：2023–11–16）