潘蓉蓉 金永喜 朱文宗 浙江省溫州市中醫(yī)院 溫州 325000

·綜 述·

PI3K/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡機(jī)制研究進(jìn)展

潘蓉蓉 金永喜 朱文宗 浙江省溫州市中醫(yī)院 溫州 325000

PI3K/Akt PKB 細(xì)胞凋亡

PI3K/Akt信號(hào)通路是參與細(xì)胞增殖調(diào)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(xì)胞凋亡為主。研究證實(shí)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(guān)[2]?，F(xiàn)在就PI3K/Akt信號(hào)通路對(duì)凋亡作用綜述如下。

1 PI3K

PI3K是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，由一個(gè)p110催化亞單位和一個(gè)p85調(diào)節(jié)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(lián)受體激活，其產(chǎn)物PIP2和PIP3都是細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使，作用于PI3K/Akt通路，在細(xì)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中一個(gè)重要的下游靶點(diǎn)，目前發(fā)現(xiàn)在哺乳動(dòng)物中Akt有三種亞型Aktl（PKBα）、Akt2（PKBβ）和Akt3（PKBγ）[3]。Akt可分為N端（PH結(jié)構(gòu)域）、中心催化結(jié)構(gòu)域、C端（與PKC調(diào)節(jié)區(qū)類似的區(qū)域）。其中PH結(jié)構(gòu)域可以與脂類第二信使PIP3結(jié)合，使Akt向質(zhì)膜轉(zhuǎn)位而被活化。當(dāng)細(xì)胞受到細(xì)胞外信號(hào)的刺激后，PI3K活化產(chǎn)生的PIP3與Akt N端的PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使Akt向質(zhì)膜轉(zhuǎn)位而激活，后者催化其自身的Ser124和Thr450磷酸化，同時(shí)使PIP3依賴激酶（PIP3-dependent Kinase）PDK1、PDK2分別催化Akt的Thr308和Ser473磷酸化，進(jìn)一步激活A(yù)kt，從而引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)。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(diào)控功能

3.1 調(diào)控途徑 Akt在PI3K調(diào)控下激活，經(jīng)多種途徑調(diào)控細(xì)胞的凋亡，主要途徑有[5]:①通過抑制FKHR、NF-κB、YAP，促進(jìn)CREB、Mdm2等轉(zhuǎn)錄因子的活性，調(diào)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(xì)胞色素C、AIF等凋亡相關(guān)因子，抑制凋亡。

3.2 直接調(diào)控

3.2.1 Bad Bad是第一個(gè)被直接證實(shí)的PI3K/Akt信號(hào)通路下游調(diào)節(jié)細(xì)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(jié)構(gòu)域3相關(guān)蛋白，能夠直接與抗凋亡因子Bcl-2或Bcl-xL形成促凋亡復(fù)合體，激活促凋亡成員如Bax或Bak，共同促進(jìn)細(xì)胞的凋亡[6]?；罨腁kt直接使Bad的Ser136磷酸化，后者與14-3-3蛋白結(jié)合，促進(jìn)Bcl-2/ Bcl-xL的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡[5]?；罨腁kt可通過抑制Bad，減少凋亡，發(fā)揮心肌保護(hù)作用[7]。

3.2.2 AIF AIF又名PDCD8（programmed cell death 8），位于線粒體內(nèi)膜上，在凋亡信號(hào)刺激下，線粒體膜上的通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pores，mPTP）打開，AIF從線粒體釋放至胞漿進(jìn)而轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，與染色體結(jié)合后促使DNA斷裂（平均50 kb），從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，屬于非caspase依賴的凋亡通路[8-9]?；罨腁kt可抑制mPTP的開放，從而阻滯AIF的釋放和轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。Kim等[11]研究指出活化的Akt可通過阻斷AIF轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，阻斷神經(jīng)酰胺誘導(dǎo)的神經(jīng)元的凋亡。李圍等[12]實(shí)驗(yàn)也提示活化的Akt1可能通過抑制AIF在凋亡信號(hào)刺激下的核轉(zhuǎn)位過程而發(fā)揮其抗凋亡活性。

3.2.3 Caspase-9 Caspase-9是凋亡復(fù)合體的一部分并介導(dǎo)凋亡進(jìn)程的啟動(dòng)，也是Akt下游重要的底物之一。線粒體釋放的細(xì)胞色素C在胞漿中與Apaf-1（凋亡蛋白酶誘導(dǎo)因子-1）相互作用，激發(fā)ATP/dATP依賴的Apaf-1寡聚體，與其結(jié)合到pro-caspase-9上，形成凋亡復(fù)合體，繼而活化cas?pase-9，激活下游的pro-caspase-3、7，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[13]。活化的Akt通過磷酸化Ser196使caspase-9滅活，并進(jìn)一步抑制其下游分子，引起的一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而抑制細(xì)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(fā)現(xiàn)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(yīng)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(dǎo)細(xì)胞凋亡[13]。Akt磷酸化線粒體內(nèi)Htra2/Omi的Ser212位點(diǎn)，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(diào)控

3.3.1 Forkhead轉(zhuǎn)錄因子家族 Forkhead（FoxO或FH）轉(zhuǎn)錄因子家族，在哺乳動(dòng)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(zhuǎn)錄活性，進(jìn)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(diào)控細(xì)胞內(nèi)腫瘤抑制基因p53水平，發(fā)揮抗凋亡作用。Akt磷酸化Mdm2上Ser166和Ser188位點(diǎn)，后者轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核與p53結(jié)合，使p53降解失活，從而抑制細(xì)胞凋亡[18]。

3.3.3 NF-κB 在多數(shù)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(jìn)而I-κBα磷酸化并通過泛素/蛋白酶體系統(tǒng)使I-κBα降解，NF-κB游離后進(jìn)入細(xì)胞核，恢復(fù)NF-κB的轉(zhuǎn)錄激活活性。NF-κB能夠調(diào)節(jié)各種與細(xì)胞存活和凋亡有關(guān)的基因產(chǎn)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(diǎn)磷酸化，使之激活，進(jìn)而參與NF-κB的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。NF-κB活化后，參與凋亡、炎癥等的基因調(diào)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(diǎn)Ser133磷酸化，促進(jìn)其與CREB結(jié)合蛋白（CBP）結(jié)合，CREB-CBP復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與cAMP反應(yīng)元件（CRE）結(jié)合，誘導(dǎo)多種細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)。Wang等[19]證實(shí)Akt通過包含CREB的轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體，使抗凋亡因子Mcl-1的活化。再則，Akt通過增強(qiáng)CREB的活性，可增強(qiáng)Bcl-2啟動(dòng)子的活性，進(jìn)而抑制凋亡。

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

4 小結(jié)

PI3K/Akt信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜，在許多因素影響下，作用于下游的信號(hào)分子進(jìn)而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，其對(duì)下游底物調(diào)控的確切機(jī)制至今仍未完全明了，有待進(jìn)一步的深入研究。

［1］Dudek H，Datta SR，F(xiàn)ranke TF，et al.Regulation of neuronal survival by the serine-threonine protein kinase Akt［J］.Sci?ence，1997，275（5300）:661-665.

［2］Sale EM，Sale GJ.Protein kinase B:signalling roles and therapeutic targeting［J］.Cell Mol Life Sci，2008，65（1）:113-127.

［3］Shaw RJ，Cantley LC.Ras，PI（3）K and mTOR signalling controls tumour cell growth［J］.Nature，2006，441（7092）: 424-430.

［4］Chan TO，Rittenhouse SE，Tsichlis PN.Phosphoinositide 3-kinase signalling-which way to target［J］.Trends Pharmacol Sci，2003，24，366-376.

［5］Song G，Ouyang G，Bao S.The activation of Akt/PKB signal?ing pathway and cell survival［J］.CellMolMed，2005，9（1）: 59-71.

［6］Datta SR，Brunet A，Greenberg ME.Cellular survival:a play in three Akts［J］.Genes Dev，1999，13（22）:2905-2927.

［7］Raphael J，Abedat S，Rivo J，et al.Volatile anestheic preconditioning attenuates myocardial apoptosis in rabbits after regional ischemia and reperfusion via Akt signaling and modulation of Bcl-2 family proteins［J］.J Pharmacol Exp Ther，2006，318（1）：186-194.

［8］Ye H，Cande C，Stephanou NC，et al.DNA binding as a structural requirement for the apoptogenic action of AIF［J］. Nat Struct Bio，2002，9（9）:680-684.

［9］Yu SW，Wang H.Mediation of poly（ADP-ribose）poly?merase-1-dependent cell death by apoptosis-inducing factor［J］.Science，2002，297（5579）:259-263.

［10］Juhaszova M，Zorov DB，Kim SH，et al.Glycogen synthase kinase-3 beta mediates convergence of protection signal?ing to inhibit the mitochondrial permeability transition pore［J］.J Clin Invest，2004，113:1535-1549.

［11］Kim NH，Kim K，Park WS，et al.PKB/Akt inhibits ceramide-induced apoptosis in neuroblastoma cells by blocking apoptosis-inducing factor（AIF）translocation［J］.Cell Biochem，2007，102（5）：1160-1170.

［12］李圍，楊曉明.Akt1與凋亡誘導(dǎo)因子AIF相互作用的研究［J］.醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志，2008，5（4）:283-286.

［13］Parcellier A，Tintignac LA，Zhuravleva E，et al.PKB and the mitochondria:AKTing on apoptosis［J］.Cell Signal. 2008，20（1）:21-30.

［14］Zhou HL，Li XM，Meinkoth J，et al.Akt Regulates Cell Survival and Apoptosis at a Postmitochondrial Level［J］.J Cell Biol，2000，151（3）:483-494.

［15］Cross DA，Alessi DR，Cohen P，et al.Inhibition of glycogen synthase kinase-3 by insulin mediated by protein kinase B［J］.Nature，1995，378（6559）:785-789.

［16］Franke TF，Hornik CP，Segev L，et al.PI3K/Akt and apoptosis:size matters［J］.Oncogene，2003，22（56）:8983-8998.

［17］Yang L，Sun M，Sun XM，et al.Akt attenuation of the serine protease activity of HtrA2/Omi through phosphorylation of serine 212［J］.BiolChem，2007，282（15）:10981-10987.

［18］Feng J，Tamaskovic R，Yang Z，et al.Stabilization of Mdm2 via decreased ubiquitination is mediated by protein kinase B/Akt-dependent phosphorylation［J］.Biol Chem，2004，279（34）:35510-35517.

［19］Wang JM，Chao JR，Chen W，et al.The antiapoptotic gene mcl-1 is up-regulated by the phosphatidylinositol 3-ki?nase/Akt signaling pathway through a transcription factor complex containing CREB［J］.Mol Cell Biol，1999，19（9）: 6195-6206.

［20］Basu S，Totty NF，Irwin MS，et al.Akt phosphorylates the Yes-associated protein，YAP，to induce interaction with 14-3-3 and attenuation of p73-mediated apoptosis［J］. Mol Cell，2003，11（1）:11-23.

2012-05-18