PI3K/Akt 信號轉導通路與神經細胞凋亡研究進展

仇志富，顏 勇綜述，吳曉光審校

腦缺血再灌注損傷中最常出現的是細胞凋亡，細胞凋亡的機制復雜多樣，在眾多細胞凋亡機制涉及的信號轉導通路中，PI3K/Akt 信號轉導通路是最為重要的，其發揮抑制細胞凋亡作用的機制可通過調控凋亡蛋白和凋亡基因來實現，也可以影響線粒體、內質網等發生相應變化實現。神經營養因子激活了PI3K/Akt 信號轉導通路，但是它作為大分子，通過血腦屏障很難，探究一種既能夠穿透血腦屏障又能夠將PI3K/Akt 信號轉導通路高效激活的藥物迫在眉睫。

1 PI3K/AKT 信號轉導通路

1.1 PI3K/AKT 信號通路組成和功能 PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase，磷脂酰肌醇3 激酶)/AKT(serinethreonine kinase，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶)信號通路作為細胞生存的信號通路之一，其在細胞增殖、分化、抑制細胞凋亡方面起到了重要的作用［1］，與腦缺血再灌注損傷中的神經細胞凋亡密切相關。

1.2 PI3K-Akt 信號通路激活 PI3K 具有脂類激酶活性的同時，又擁有蛋白激酶的活性。腦缺血發生后，機體本身可以釋放出一些能夠將具有酪氨酸激酶活性受體激活的物質，這類物質如:神經細胞生長因子、整合素等，受體經過其磷酸化以后會特異性的結合PI3K 的調節亞基，從而將PI3K 激活。PI3K 激活后可以使細胞膜上的肌醇發生磷酸化，生成第二信使PI3K，Akt 作為PI3K 下游的效應分子，PI3K 結合Akt 的PH 結構域，在既能夠使Akt 從細胞質向細胞膜轉位的同時，又能夠改變其構象，如此一來便可使Akt的Thr308 位點發生磷酸化、Ser473 位點發生磷酸化，使其由抑制狀態變為激活狀態。作為調節位點的Thr308 和Ser473，其磷酸化作用的進行是一前一后、互相獨立的［2］，AKT 活性的最終實現需要依賴Ser473 的磷酸化，Akt 磷酸化激活后即成為p-Akt，其可以衡量該通路的活化程度，通過參與多條信號轉導途徑來起到促進細胞增殖和阻止細胞凋亡發生的作用。Akt 活化后控制凋亡的方式是通過直接將凋亡相關蛋白磷酸化或者間接改變、編碼凋亡相關蛋白的基因表達水平來實現的，活化后的Akt，通過磷酸化作用將其下游靶蛋白Bad、caspase、NF-κB 等激活或抑制，實現調控多種生長因子來誘發細胞生長、促進細胞存活的生物學效應［3～5］。

1.3 神經營養因子與PI3K/Akt 信號通路 神經營養因子家族(NTFs)對神經細胞的生長、分化和存活都具有重要的營養支持作用，神經營養因子家族(NTFs)的具體分類可分為兩種:一種是腦源性神經營養因子(brain-de-rived neurotrophic factor，BDNF)家族;另一種是外源性神經營養因子-3(neurotrophin 3，NT-3)家族，BDNF 作為腦內合成的一種蛋白，在腦內分布最為廣泛，它是神經元維持生存和執行正常功能所必需的。NTFs 家族中最早發現的調控因子-神經生長因子NGF(nerve growth factor)不僅對多種神經元的分化、增殖和存活起重要作用，而且能夠抑制腦缺血及創傷等腦損傷中神經細胞的凋亡。當周圍神經損傷后神經營養因子分泌減少時，給予外源性神經營養因子-3，會對促進神經再生及保護肌萎縮均產生作用［6］。NGF 的合成與分泌是在發育期和成熟的細胞中進行的，NGF 與TrkA 結合后引起PI3K-Akt通路的激活，從而發揮其對應的生物學效應［7］。謝飛等發現NGF 發揮的細胞保護作用可能的機制是NGF 與它的特異性受體TrkA 結合后，在內質網外將PI3k/Akt 信號通路激活了，激活后的PI3K/Akt 信號通路中p-Akt 水平上調，使內質網應激引起的凋亡受到抑制［8］。

2 討論

2.1 PI3K/AKT 信號轉導通路與細胞凋亡的可能機制概述 PI3K 下游有許許多多效應分子，其中Akt 是通路的中心環節，Akt 激活既可作用于下游的NF-κB［9］家族、bcl-2［10］家族、caspase［11］蛋白家族等眾多個靶點，通過使使凋亡蛋白發生磷酸化后失去其自身活性，從而達到促進抗凋亡基因轉錄和表達的效應;又可以通過減少線粒體通透性轉換孔(mPTP)的開放，來實現對線粒體能量生成的調控，從而產生清除細胞內活性氧、使其充分發揮抗凋亡作用，進而達到促使細胞存活的作用。

2.2 PI3K/AKT 信號通路與相關凋亡蛋白

2.2.1 PI3K/AKT 信號通路與caspase-3、caspase-9 Akt 主要是通過對細胞凋亡級聯反應上游細胞色素C 的釋放進行干預來實現促進細胞存活作用的，Akt 不僅能保證線粒體通透性轉換孔的穩定性，而且能對bcl-2 家族成員形成的線粒體跨膜通道發揮抑制作用，從而減少了細胞色素C［12，13］從線粒體的釋放量。Akt 磷酸化后能夠在caspase-9的Ser196 位點磷酸化caspase-9 而使其失去活性，進而達到抑制凋亡的效果。已有［14］研究表明，腦保護的作用可以通過有效抑制線粒體細胞色素C 的釋放量而實現。caspase-9在Ser196 位點失活，抑制caspase-3 下游分子的一系列級聯反應，從而達到抑制細胞凋亡的效果。

2.2.2 PI3K/AKT 信號通路與bcl-2 家族蛋白 Akt 磷酸化后能夠促使Ser136 位點的Bad 發生磷酸化，形成一個可以與伴侶蛋白14-3-3 結合的位點進而形成復合物，當復合物形成時，Bcl-2 或者bcl-xL 形成的異源二聚體中的Bad 便會脫落下來，從而增加胞質中的bcl-2 或者bcl-xL 等的游離狀態，以此來發揮抗凋亡的作用［15］。人們在對小鼠進行Akt 基因剔除后發現，Akt 的磷酸化水平降低了，導致了胞質中bcl-2 的表達下調、bax 的表達上調，使腦損害程度［16］進一步加重。Akt 通過將Bad 磷酸化而將其激活，從而發揮抑制Bad加重腦損傷的作用;同時，又將bcl-2 和bcl-xl 解離，而發揮抗凋亡作用。用特異的PI3K 抑制劑處理后，會在一定程度上降低Akt 對Bad 的磷酸化效果。同時，Akt 也能將Ser184 位點的Bax 磷酸化，阻止Bax 形成二聚體，抑制其促凋亡功能。

2.2.3 PI3K/AKT 信號通路與NF-κB Thr23 是核因子κB 激酶的抑制劑，PI3K/Akt 活化后能夠將其磷酸化，使核因子κB 激酶激活;IκB(inhibitor of nuclear fac-tor kappa-B)是核因κB 的抑制劑，核因κB 激酶激活后能夠將其磷酸化，IκB被磷酸化后改變IκB 與核因子κB 形成的復合物的構象，復合物的構象發生改變后，IκB 便會從核因子κB 上脫落下來，其狀態會從抑制狀態變成激活狀態，隨后通過轉位方式從細胞膜進入細胞核去結合DNA，啟動bcl-2、bcl-xL［17，18］凋亡蛋白抑制因子等有關抗凋亡基因的轉錄。如bcl-2 和bcl-xL 的抗凋亡作用是通過抑制線粒體細胞色素C 的釋放實現的，凋亡蛋白抑制因子可能是通過特異性地抑制caspase-3/7/9 的活化而發揮其抗凋亡作用的。

3 小結與展望

腦缺血再灌注損傷會引發其缺血中心區神經細胞的壞死和缺血半暗帶區的神經細胞凋亡［19］。腦組織缺血缺氧后，機體本身釋放一系列細胞生長因子，整合素等，通過將PI3K、AKT 進行一些列磷酸化后，將效應分子激活，效應分子再通過一系列凋亡蛋白如:bcl-2 家族蛋白、caspase 家族蛋白;凋亡基因如:NF-κB;也可以通過線粒體、內質網等進行調控，從而發揮抗凋亡作用。但是，神經營養因子家族的調控因子-神經生長因子NGF，通過與其特異性受體TrkA 結合后，才能夠在內質網外將PI3k/Akt 信號通路激活，PI3k/Akt信號通路中激活后才會出現p-Akt 水平上調，內質網應激引起的凋亡受到抑制。也就是說PI3K/Akt 信號通路的激活必須依賴神經營養因子的刺激而發揮腦保護作用，而神經營養因子是一種大分子，難以通過血腦屏障，如何篩選一種既能夠激活PI3K/Akt 信號通路，又能夠穿透血腦屏障的小分子物質，將會打開腦缺血損傷治療的新篇章。隨著我們對神經細胞凋亡更加深入的研究，和與其相關機制密切相關的信號轉導通路的闡明，將會使我們更好地認識腦缺血，為腦缺血的臨床治療提供更加明確的方向和靶點。

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