PI3K/Akt信号通路介导的细胞凋亡机制研究进展

潘蓉蓉 金永喜 朱文宗 浙江省温州市中医院 温州 325000

·综 述·

PI3K/Akt信号通路介导的细胞凋亡机制研究进展

潘蓉蓉 金永喜 朱文宗 浙江省温州市中医院 温州 325000

PI3K/Akt PKB 细胞凋亡

PI3K/Akt信号通路是参与细胞增殖调控的重要通路之一[1]，既有抗凋亡作用又有促凋亡作用 ，以抗细胞凋亡为主。研究证实AKT的活化与许多人类疾病如癌症、白血病、糖尿病、精神分裂等密切相关[2]。现在就PI3K/Akt信号通路对凋亡作用综述如下。

1 PI3K

PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，由一个p110催化亚单位和一个p85调节亚单位组成的异源二聚体，具有脂类激酶活性和蛋白激酶活性，可被受体酪氨酸激酶或G2蛋白耦联受体激活，其产物PIP2和PIP3都是细胞内重要的第二信使，作用于PI3K/Akt通路，在细胞的增殖、凋亡、代谢等过程中起重要的作用[3]。

2 Akt（PKB）

丝氨酸/苏氨酸激酶Akt，又称为蛋白激酶PKB。它是PI3K信号转导通路中一个重要的下游靶点，目前发现在哺乳动物中Akt有三种亚型Aktl（PKBα）、Akt2（PKBβ）和Akt3（PKBγ）[3]。Akt可分为N端（PH结构域）、中心催化结构域、C端（与PKC调节区类似的区域）。其中PH结构域可以与脂类第二信使PIP3结合，使Akt向质膜转位而被活化。当细胞受到细胞外信号的刺激后，PI3K活化产生的PIP3与Akt N端的PH结构域结合，使Akt向质膜转位而激活，后者催化其自身的Ser124和Thr450磷酸化，同时使PIP3依赖激酶（PIP3-dependent Kinase）PDK1、PDK2分别催化Akt的Thr308和Ser473磷酸化，进一步激活Akt，从而引起级联反应。PI3K的抑制剂，渥曼青霉素和LY294002，能显著抑制PI3K的活性，降低PIP3活性和Akt的磷酸化作用及活性[4]。

3 PI3K/Akt在凋亡中的调控功能

3.1 调控途径 Akt在PI3K调控下激活，经多种途径调控细胞的凋亡，主要途径有[5]:①通过抑制FKHR、NF-κB、YAP，促进CREB、Mdm2等转录因子的活性，调控凋亡；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抑制线粒体释放如细胞色素C、AIF等凋亡相关因子，抑制凋亡。

3.2 直接调控

3.2.1 Bad Bad是第一个被直接证实的PI3K/Akt信号通路下游调节细胞凋亡及存活的靶基因。Bad属于Bcl-2蛋白家族的一员，是Bcl-2同源结构域3相关蛋白，能够直接与抗凋亡因子Bcl-2或Bcl-xL形成促凋亡复合体，激活促凋亡成员如Bax或Bak，共同促进细胞的凋亡[6]。活化的Akt直接使Bad的Ser136磷酸化，后者与14-3-3蛋白结合，促进Bcl-2/ Bcl-xL的表达，抑制细胞凋亡[5]。活化的Akt可通过抑制Bad，减少凋亡，发挥心肌保护作用[7]。

3.2.2 AIF AIF又名PDCD8（programmed cell death 8），位于线粒体内膜上，在凋亡信号刺激下，线粒体膜上的通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pores，mPTP）打开，AIF从线粒体释放至胞浆进而转位至细胞核，与染色体结合后促使DNA断裂（平均50 kb），从而诱导细胞凋亡，属于非caspase依赖的凋亡通路[8-9]。活化的Akt可抑制mPTP的开放，从而阻滞AIF的释放和转运[10]。Kim等[11]研究指出活化的Akt可通过阻断AIF转位至细胞核，阻断神经酰胺诱导的神经元的凋亡。李围等[12]实验也提示活化的Akt1可能通过抑制AIF在凋亡信号刺激下的核转位过程而发挥其抗凋亡活性。

3.2.3 Caspase-9 Caspase-9是凋亡复合体的一部分并介导凋亡进程的启动，也是Akt下游重要的底物之一。线粒体释放的细胞色素C在胞浆中与Apaf-1（凋亡蛋白酶诱导因子-1）相互作用，激发ATP/dATP依赖的Apaf-1寡聚体，与其结合到pro-caspase-9上，形成凋亡复合体，继而活化cas⁃pase-9，激活下游的pro-caspase-3、7，导致细胞凋亡[13]。活化的Akt通过磷酸化Ser196使caspase-9灭活，并进一步抑制其下游分子，引起的一系列级联反应，从而抑制细胞凋亡[14]。

3.2.4 GSK-3（糖原合成酶激酶-3） GSK-3有两种亚型：GSK-3α和GSK-3β，活化的Akt可通过磷酸化Ser21和Ser9，使GSK-3失活[15]。有研究发现胰岛素能激活PI3K/Akt，活化的Akt能通过使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是线粒体中丝氨酸蛋白酶合成的一种前体。在凋亡应激下，Htra2/Omi的N末端裂解后，释放入胞浆，通过抑制IAPs（inhibi⁃tors ofapoptosis，凋亡抑制剂）诱导细胞凋亡[13]。Akt磷酸化线粒体内Htra2/Omi的Ser212位点，抑制Htra2/Omi丝氨酸蛋白酶活性，降低其促凋亡作用[14]。

3.3 间接调控

3.3.1 Forkhead转录因子家族 Forkhead（FoxO或FH）转录因子家族，在哺乳动物中，活化的Akt能够直接磷酸化FoxO蛋白亚型，如FKHR/FoxO1、FoxO2a、FKHRL1/FoxO3a和AFX/FoxO4，抑制它们的核易位，降低转录活性，进而抑制凋亡（Parcellier A，Cell Sig⁃nal.2008）。

3.3.2 鼠双微粒体2（Murine doubleminute 2，Mdm2）Mdm2是一种E3泛素连接酶，通过调控细胞内肿瘤抑制基因p53水平，发挥抗凋亡作用。Akt磷酸化Mdm2上Ser166和Ser188位点，后者转位至细胞核与p53结合，使p53降解失活，从而抑制细胞凋亡[18]。

3.3.3 NF-κB 在多数情况下，NF-κB是在其抑制剂I-κBα降解后被激活。首先，I-κB激酶（IKK）磷酸化激活，进而I-κBα磷酸化并通过泛素/蛋白酶体系统使I-κBα降解，NF-κB游离后进入细胞核，恢复NF-κB的转录激活活性。NF-κB能够调节各种与细胞存活和凋亡有关的基因产物IAP（inhibitors of apoptosis proteins，凋亡抑制蛋白）Bfl-1/A1（Bcl-2家族成员A1）Bcl-2、Bcl-xL和survivin等[5]。Akt可使IKK的Thr23位点磷酸化，使之激活，进而参与NF-κB的转录调控。NF-κB活化后，参与凋亡、炎症等的基因调控，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位点Ser133磷酸化，促进其与CREB结合蛋白（CBP）结合，CREB-CBP复合物进入细胞核内与cAMP反应元件（CRE）结合，诱导多种细胞生长相关基因表达。Wang等[19]证实Akt通过包含CREB的转录因子复合体，使抗凋亡因子Mcl-1的活化。再则，Akt通过增强CREB的活性，可增强Bcl-2启动子的活性，进而抑制凋亡。

3.3.5 Yes-associated protein（YAP） YAP蛋白是近年来被认定的新的Akt底物。YAP通过Akt在S127位点上磷酸化，再在胞浆中与14-3-3蛋白结合，进而减少细胞核YAP与p73的相互作用，抑制催化转录因子，抑制凋亡[13，20]。

4 小结

PI3K/Akt信号通路对细胞凋亡的调节非常复杂，在许多因素影响下，作用于下游的信号分子进而发挥调节作用，其对下游底物调控的确切机制至今仍未完全明了，有待进一步的深入研究。

［1］Dudek H，Datta SR，Franke 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］李围，杨晓明.Akt1与凋亡诱导因子AIF相互作用的研究［J］.医学分子生物学杂志，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