PI3K/Akt信號通路介導的細胞凋亡機制研究進展

潘蓉蓉 金永喜 朱文宗 浙江省溫州市中醫院 溫州 325000

·綜 述·

PI3K/Akt信號通路介導的細胞凋亡機制研究進展

潘蓉蓉 金永喜 朱文宗 浙江省溫州市中醫院 溫州 325000

PI3K/Akt PKB 細胞凋亡

PI3K/Akt信號通路是參與細胞增殖調控的重要通路之一[1]，既有抗凋亡作用又有促凋亡作用 ，以抗細胞凋亡為主。研究證實AKT的活化與許多人類疾病如癌癥、白血病、糖尿病、精神分裂等密切相關[2]。現在就PI3K/Akt信號通路對凋亡作用綜述如下。

1 PI3K

PI3K是一種胞內磷脂酰肌醇激酶，由一個p110催化亞單位和一個p85調節亞單位組成的異源二聚體，具有脂類激酶活性和蛋白激酶活性，可被受體酪氨酸激酶或G2蛋白耦聯受體激活，其產物PIP2和PIP3都是細胞內重要的第二信使，作用于PI3K/Akt通路，在細胞的增殖、凋亡、代謝等過程中起重要的作用[3]。

2 Akt（PKB）

絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt，又稱為蛋白激酶PKB。它是PI3K信號轉導通路中一個重要的下游靶點，目前發現在哺乳動物中Akt有三種亞型Aktl（PKBα）、Akt2（PKBβ）和Akt3（PKBγ）[3]。Akt可分為N端（PH結構域）、中心催化結構域、C端（與PKC調節區類似的區域）。其中PH結構域可以與脂類第二信使PIP3結合，使Akt向質膜轉位而被活化。當細胞受到細胞外信號的刺激后，PI3K活化產生的PIP3與Akt N端的PH結構域結合，使Akt向質膜轉位而激活，后者催化其自身的Ser124和Thr450磷酸化，同時使PIP3依賴激酶（PIP3-dependent Kinase）PDK1、PDK2分別催化Akt的Thr308和Ser473磷酸化，進一步激活Akt，從而引起級聯反應。PI3K的抑制劑，渥曼青霉素和LY294002，能顯著抑制PI3K的活性，降低PIP3活性和Akt的磷酸化作用及活性[4]。

3 PI3K/Akt在凋亡中的調控功能

3.1 調控途徑 Akt在PI3K調控下激活，經多種途徑調控細胞的凋亡，主要途徑有[5]:①通過抑制FKHR、NF-κB、YAP，促進CREB、Mdm2等轉錄因子的活性，調控凋亡；②直接抑制磷酸化Bad，抑制凋亡；③直接抑制caspase-9磷酸化而使其失活，抑制凋亡；④抑制GSK-3活性，使其失活抑制凋亡；⑤抑制線粒體釋放如細胞色素C、AIF等凋亡相關因子，抑制凋亡。

3.2 直接調控

3.2.1 Bad Bad是第一個被直接證實的PI3K/Akt信號通路下游調節細胞凋亡及存活的靶基因。Bad屬于Bcl-2蛋白家族的一員，是Bcl-2同源結構域3相關蛋白，能夠直接與抗凋亡因子Bcl-2或Bcl-xL形成促凋亡復合體，激活促凋亡成員如Bax或Bak，共同促進細胞的凋亡[6]。活化的Akt直接使Bad的Ser136磷酸化，后者與14-3-3蛋白結合，促進Bcl-2/ Bcl-xL的表達，抑制細胞凋亡[5]。活化的Akt可通過抑制Bad，減少凋亡，發揮心肌保護作用[7]。

3.2.2 AIF AIF又名PDCD8（programmed cell death 8），位于線粒體內膜上，在凋亡信號刺激下，線粒體膜上的通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pores，mPTP）打開，AIF從線粒體釋放至胞漿進而轉位至細胞核，與染色體結合后促使DNA斷裂（平均50 kb），從而誘導細胞凋亡，屬于非caspase依賴的凋亡通路[8-9]。活化的Akt可抑制mPTP的開放，從而阻滯AIF的釋放和轉運[10]。Kim等[11]研究指出活化的Akt可通過阻斷AIF轉位至細胞核，阻斷神經酰胺誘導的神經元的凋亡。李圍等[12]實驗也提示活化的Akt1可能通過抑制AIF在凋亡信號刺激下的核轉位過程而發揮其抗凋亡活性。

3.2.3 Caspase-9 Caspase-9是凋亡復合體的一部分并介導凋亡進程的啟動，也是Akt下游重要的底物之一。線粒體釋放的細胞色素C在胞漿中與Apaf-1（凋亡蛋白酶誘導因子-1）相互作用，激發ATP/dATP依賴的Apaf-1寡聚體，與其結合到pro-caspase-9上，形成凋亡復合體，繼而活化cas?pase-9，激活下游的pro-caspase-3、7，導致細胞凋亡[13]。活化的Akt通過磷酸化Ser196使caspase-9滅活，并進一步抑制其下游分子，引起的一系列級聯反應，從而抑制細胞凋亡[14]。

3.2.4 GSK-3（糖原合成酶激酶-3） GSK-3有兩種亞型：GSK-3α和GSK-3β，活化的Akt可通過磷酸化Ser21和Ser9，使GSK-3失活[15]。有研究發現胰島素能激活PI3K/Akt，活化的Akt能通過使GSk-3β磷酸化而抑制GSk-3β的活性，起到抗凋亡的作用[16]。

3.2.5 Htra2/Omi Htra2/Omi是線粒體中絲氨酸蛋白酶合成的一種前體。在凋亡應激下，Htra2/Omi的N末端裂解后，釋放入胞漿，通過抑制IAPs（inhibi?tors ofapoptosis，凋亡抑制劑）誘導細胞凋亡[13]。Akt磷酸化線粒體內Htra2/Omi的Ser212位點，抑制Htra2/Omi絲氨酸蛋白酶活性，降低其促凋亡作用[14]。

3.3 間接調控

3.3.1 Forkhead轉錄因子家族 Forkhead（FoxO或FH）轉錄因子家族，在哺乳動物中，活化的Akt能夠直接磷酸化FoxO蛋白亞型，如FKHR/FoxO1、FoxO2a、FKHRL1/FoxO3a和AFX/FoxO4，抑制它們的核易位，降低轉錄活性，進而抑制凋亡（Parcellier A，Cell Sig?nal.2008）。

3.3.2 鼠雙微粒體2（Murine doubleminute 2，Mdm2）Mdm2是一種E3泛素連接酶，通過調控細胞內腫瘤抑制基因p53水平，發揮抗凋亡作用。Akt磷酸化Mdm2上Ser166和Ser188位點，后者轉位至細胞核與p53結合，使p53降解失活，從而抑制細胞凋亡[18]。

3.3.3 NF-κB 在多數情況下，NF-κB是在其抑制劑I-κBα降解后被激活。首先，I-κB激酶（IKK）磷酸化激活，進而I-κBα磷酸化并通過泛素/蛋白酶體系統使I-κBα降解，NF-κB游離后進入細胞核，恢復NF-κB的轉錄激活活性。NF-κB能夠調節各種與細胞存活和凋亡有關的基因產物IAP（inhibitors of apoptosis proteins，凋亡抑制蛋白）Bfl-1/A1（Bcl-2家族成員A1）Bcl-2、Bcl-xL和survivin等[5]。Akt可使IKK的Thr23位點磷酸化，使之激活，進而參與NF-κB的轉錄調控。NF-κB活化后，參與凋亡、炎癥等的基因調控，具有重要的生理和病理作用。

3.3.4 CREB（Cyclic AMP-response element-bind?ing protein） 研究表明Akt可使CREB位點Ser133磷酸化，促進其與CREB結合蛋白（CBP）結合，CREB-CBP復合物進入細胞核內與cAMP反應元件（CRE）結合，誘導多種細胞生長相關基因表達。Wang等[19]證實Akt通過包含CREB的轉錄因子復合體，使抗凋亡因子Mcl-1的活化。再則，Akt通過增強CREB的活性，可增強Bcl-2啟動子的活性，進而抑制凋亡。

3.3.5 Yes-associated protein（YAP） YAP蛋白是近年來被認定的新的Akt底物。YAP通過Akt在S127位點上磷酸化，再在胞漿中與14-3-3蛋白結合，進而減少細胞核YAP與p73的相互作用，抑制催化轉錄因子，抑制凋亡[13，20]。

4 小結

PI3K/Akt信號通路對細胞凋亡的調節非常復雜，在許多因素影響下，作用于下游的信號分子進而發揮調節作用，其對下游底物調控的確切機制至今仍未完全明了，有待進一步的深入研究。

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2012-05-18