综述:PI3K/AKT信号通路:利用植物源性化合物治疗动脉粥样硬化的新策略

【字体: 时间:2026年03月19日 来源:Frontiers in Pharmacology 4.8

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  这篇前沿综述聚焦动脉粥样硬化(AS)这一困扰全球的血管慢性炎性疾病,系统梳理了植物源性化合物如何通过靶向调节PI3K/AKT这一关键信号通路发挥多靶点治疗潜力。文章详述了萜类(如青蒿素)、生物碱(如小檗碱)等化合物在疾病不同阶段对该通路的双向调控机制:早期抑制可下调mTOR、NF-κB减轻炎症与脂质沉积,晚期适度激活则能上调Beclin-1、GPX4等促进细胞自噬与铁死亡,稳定斑块。同时,文章也客观指出了这类化合物生物利用度低、作用具有阶段特异性等临床转化挑战,为未来基于植物药开发AS创新疗法提供了重要的理论依据和新视角。

  
动脉粥样硬化:一个炎症与脂质共同驱动的健康威胁
动脉粥样硬化(AS)并非简单的“血管垃圾”堆积,而是一种复杂的慢性血管炎症性疾病,其本质是富含胆固醇的斑块在动脉内皮下的积累。由异常脂质代谢长期刺激所引发的内皮细胞损伤,会激活免疫系统,导致巨噬细胞转化为“泡沫细胞”,并分泌大量炎症介质。同时,血管平滑肌细胞发生表型转换,从中膜迁移至内膜并增殖,进一步恶化血管微环境。这一系列病理过程涉及多条信号通路,其中磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路因其在调节免疫反应和脂质代谢中的核心作用而显得尤为关键。
PI3K/AKT通路:调控AS进程的“中枢开关”
PI3K/AKT是一条在哺乳动物细胞中高度保守的信号转导级联。激活后的PI3K能促进AKT磷酸化,磷酸化的AKT进而调控下游如雷帕霉素机制靶蛋白(mTOR)、核因子κB(NF-κB)、自噬相关蛋白(Beclin-1)、谷胱甘肽(GSH)等关键效应分子的表达。在AS的背景下,该通路如同一把“双刃剑”,其活性的变化深刻影响着疾病的进程:
  • 抑制炎症与氧化应激:抑制PI3K/AKT通路可下调血管细胞粘附分子-1(VCAM-1)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)等活性因子的表达,减轻内皮炎症。同时,该调控也能抑制活性氧(ROS)的生成,保护内皮细胞免受氧化损伤。
  • 改善脂质代谢:下调PI3K/AKT磷酸化可降低固醇调节元件结合蛋白-1(SREBP-1)的表达,从而降低血浆甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白(LDL)水平。
  • 增强自噬与调控细胞死亡:适度抑制PI3K/AKT/mTOR轴可增强自噬相关蛋白(Beclin-1)的表达,促进自噬活性,帮助清除受损细胞成分。此外,调控该通路还能影响铁死亡等程序性细胞死亡过程。
植物药库:靶向PI3K/AKT的多兵种“天然军团”
面对当前他汀类药物等主流疗法可能带来的副作用,源自植物的天然化合物因其可及性和良好的安全性日益受到关注。这些化合物化学结构多样,主要包括萜类、黄酮类、生物碱等,它们能通过多靶点、协同作用机制干预AS的多个环节。
1. 萜类化合物
  • 三七皂苷R1:可减少周细胞与内皮细胞的附着,抑制下游PI3K和AKT磷酸化,从而抑制血管新生,增加斑块稳定性。
  • 栀子苷:通过抑制聚(ADP-核糖)聚合酶1(PARP1)/PI3K/AKT信号通路,减轻炎症反应、增强脂质代谢、促进自噬并抑制泡沫细胞形成。
  • 青蒿素:在过氧化氢(H2O2)刺激的内皮细胞中,可诱导PI3K和AKT磷酸化,增加内皮型一氧化氮合酶(eNOS)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,改善内皮氧化损伤和血管舒张功能障碍。
  • 丹参酮IIA:通过转化生长因子-β(TGF-β)/PI3K/AKT/eNOS级联反应,降低血清白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平,改善血管炎症状态。
  • 香叶醇:预处理人脐静脉内皮细胞(HUVECs)可增强SOD和过氧化氢酶(CAT)表达,增加PI3K/AKT磷酸化,降低ROS,激活PI3K/AKT保护通路以对抗氧化应激。
  • 黄芪甲苷IV:在AS小鼠模型中有效抑制PI3K、AKT和mTOR的磷酸化,减轻炎症反应,降低粘附分子表达。
2. 生物碱类
  • 小檗碱:在AS小鼠中,可降低Beclin-1和P62的表达以调节自噬,并抑制PI3K和mTOR磷酸化,从而剂量依赖性地抑制颈动脉新生内膜增厚。
  • 荷叶碱:可下调钙调蛋白4(Calm4)、基质金属蛋白酶12(MMP12)和磷酸化AKT(P-AKT)的表达,抑制血管平滑肌细胞的过度增殖和迁移。
  • 苦参碱:靶向再生家族成员1α(REG1A)蛋白,提升PI3K、AKT和mTOR的磷酸化水平,从而抑制氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的内皮细胞铁死亡。
3. 黄酮类化合物
  • 山奈酚:通过上调G蛋白耦联雌激素受体(GPER)表达并随后激活PI3K/AKT信号级联,降低血清TNF-α和IL-6水平,改善脂质谱,发挥抗AS作用。
  • 芦丁:通过抑制PI3K/AKT/mTOR轴,诱导巨噬细胞中自噬体-溶酶体的融合与降解,增强细胞自噬,减少泡沫细胞形成,并促进巨噬细胞向M2型极化。
  • 桑色素水合物:以时间和剂量依赖性方式下调核因子κB p65(p65)、κB抑制蛋白α(IκBα)、PI3K和AKT的磷酸化水平,抑制PI3K/AKT和NF-κB相关信号通路,保护内皮细胞。
4. 多糖类
  • 枸杞多糖:抑制PI3K和AKT蛋白表达,上调抗增殖基因microRNA-145,促进血管平滑肌细胞向收缩表型转换,从而发挥抗AS作用。
  • 茶多糖TPS3A:在存在PI3K或AKT抑制剂的情况下,其降低细胞内异常脂质沉积的保护作用被放大,提示PI3K/AKT信号通路在其抗AS机制中的重要性。
  • 魔芋葡甘聚糖:通过激活PI3K/AKT信号,增强抗氧化防御、抑制炎症反应、重新平衡脂质代谢,从而减轻AS。
5. 二苯乙烯类与苯丙素类
  • 白藜芦醇:激活PI3K/AKT信号通路,靶向糖酵解途径中的关键酶如葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)、己糖激酶2(HK2),从而抑制糖酵解,缓解AS。
  • 尿石素B:抑制PI3K和AKT磷酸化,上调α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA),促进平滑肌细胞向收缩表型转化,抑制其过度迁移和增殖。
  • 肉豆蔻醚:与肉豆蔻醚诱导的PI3K/AKT/NF-κB信号级联失活相关,减少ox-LDL刺激的内皮细胞和平滑肌细胞中炎症因子的释放。
6. 其他
  • 睡茄素A:不仅影响细胞凋亡和全身抗氧化能力,还具有血管和血脂调节特性,降低血清炎症标志物和血脂水平。
  • 苦荞蛋白源肽AFYRW:能够阻断PI3K和AKT磷酸化,防止NF-κB核转位,拮抗H2O2诱导的内皮细胞异常增殖和氧化应激。
机遇与挑战:植物源性化合物的临床转化之路
尽管前景广阔,但植物源性化合物在治疗AS的临床转化道路上仍面临显著挑战。首要问题是生物利用度低,例如白藜芦醇和姜黄素的口服生物利用度通常低于1%。开发新型给药系统,如基于细胞外囊泡的纳米颗粒或靶向脂质体制剂,是突破此瓶颈的潜在策略。其次,安全性评价不可或缺,例如小檗碱可能引起腹泻、恶心等不良反应,丹参酮IIA对孕妇有风险,需要建立系统的毒理学评估和标准化剂量指南。
此外,当前研究大多处于临床前阶段,动物模型与人体之间存在显著的生理代谢差异。未来需要开展设计良好的人体临床试验,或利用人源化动物模型、人源组织样本进行直接机制验证,以增强临床相关性。另一个不可忽视的问题是泛测定干扰化合物(PAINS)属性,本综述中总结的不少化合物如小檗碱、山奈酚、芦丁等均被归类为PAINS,容易在实验中产生非特异性阳性结果。未来研究需应用更严格的药理学方法验证其靶点特异性。
未来展望:迈向精准的植物疗法
面对挑战,未来的研究方向可聚焦于:1) 利用多组学(基因组学、转录组学、代谢组学、蛋白质组学)整合策略,阐明植物源性化合物的生物合成途径及其与宿主的相互作用机制;2) 应用先进的PAINS过滤工具和验证实验,区分真正具有治疗活性的化合物,提高研究结论的可靠性;3) 在确保安全的前提下,积极推进设计严谨的随机对照临床试验,明确这些化合物在人体中的确切靶点和疗效。
总之,以PI3K/AKT信号通路为轴心,植物源性化合物为AS的防治开启了一扇多靶点、多阶段干预的新窗口。尽管在给药方式、生物利用度和毒理学研究等方面仍需攻坚克难,但其多靶点协同的治疗特性和良好的安全性基础,使其有望成为未来开发更有效、更安全AS疗法的重要候选来源。通过跨学科的努力和创新,源自大自然的这份礼物,或将在对抗动脉粥样硬化的战役中扮演越来越重要的角色。
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