PI3K/Akt 信号转导通路与神经细胞凋亡研究进展

仇志富，颜 勇综述，吴晓光审校

脑缺血再灌注损伤中最常出现的是细胞凋亡，细胞凋亡的机制复杂多样，在众多细胞凋亡机制涉及的信号转导通路中，PI3K/Akt 信号转导通路是最为重要的，其发挥抑制细胞凋亡作用的机制可通过调控凋亡蛋白和凋亡基因来实现，也可以影响线粒体、内质网等发生相应变化实现。神经营养因子激活了PI3K/Akt 信号转导通路，但是它作为大分子，通过血脑屏障很难，探究一种既能够穿透血脑屏障又能够将PI3K/Akt 信号转导通路高效激活的药物迫在眉睫。

1 PI3K/AKT 信号转导通路

1.1 PI3K/AKT 信号通路组成和功能 PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase，磷脂酰肌醇3 激酶)/AKT(serinethreonine kinase，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)信号通路作为细胞生存的信号通路之一，其在细胞增殖、分化、抑制细胞凋亡方面起到了重要的作用［1］，与脑缺血再灌注损伤中的神经细胞凋亡密切相关。

1.2 PI3K-Akt 信号通路激活 PI3K 具有脂类激酶活性的同时，又拥有蛋白激酶的活性。脑缺血发生后，机体本身可以释放出一些能够将具有酪氨酸激酶活性受体激活的物质，这类物质如:神经细胞生长因子、整合素等，受体经过其磷酸化以后会特异性的结合PI3K 的调节亚基，从而将PI3K 激活。PI3K 激活后可以使细胞膜上的肌醇发生磷酸化，生成第二信使PI3K，Akt 作为PI3K 下游的效应分子，PI3K 结合Akt 的PH 结构域，在既能够使Akt 从细胞质向细胞膜转位的同时，又能够改变其构象，如此一来便可使Akt的Thr308 位点发生磷酸化、Ser473 位点发生磷酸化，使其由抑制状态变为激活状态。作为调节位点的Thr308 和Ser473，其磷酸化作用的进行是一前一后、互相独立的［2］，AKT 活性的最终实现需要依赖Ser473 的磷酸化，Akt 磷酸化激活后即成为p-Akt，其可以衡量该通路的活化程度，通过参与多条信号转导途径来起到促进细胞增殖和阻止细胞凋亡发生的作用。Akt 活化后控制凋亡的方式是通过直接将凋亡相关蛋白磷酸化或者间接改变、编码凋亡相关蛋白的基因表达水平来实现的，活化后的Akt，通过磷酸化作用将其下游靶蛋白Bad、caspase、NF-κB 等激活或抑制，实现调控多种生长因子来诱发细胞生长、促进细胞存活的生物学效应［3～5］。

1.3 神经营养因子与PI3K/Akt 信号通路 神经营养因子家族(NTFs)对神经细胞的生长、分化和存活都具有重要的营养支持作用，神经营养因子家族(NTFs)的具体分类可分为两种:一种是脑源性神经营养因子(brain-de-rived neurotrophic factor，BDNF)家族;另一种是外源性神经营养因子-3(neurotrophin 3，NT-3)家族，BDNF 作为脑内合成的一种蛋白，在脑内分布最为广泛，它是神经元维持生存和执行正常功能所必需的。NTFs 家族中最早发现的调控因子-神经生长因子NGF(nerve growth factor)不仅对多种神经元的分化、增殖和存活起重要作用，而且能够抑制脑缺血及创伤等脑损伤中神经细胞的凋亡。当周围神经损伤后神经营养因子分泌减少时，给予外源性神经营养因子-3，会对促进神经再生及保护肌萎缩均产生作用［6］。NGF 的合成与分泌是在发育期和成熟的细胞中进行的，NGF 与TrkA 结合后引起PI3K-Akt通路的激活，从而发挥其对应的生物学效应［7］。谢飞等发现NGF 发挥的细胞保护作用可能的机制是NGF 与它的特异性受体TrkA 结合后，在内质网外将PI3k/Akt 信号通路激活了，激活后的PI3K/Akt 信号通路中p-Akt 水平上调，使内质网应激引起的凋亡受到抑制［8］。

2 讨论

2.1 PI3K/AKT 信号转导通路与细胞凋亡的可能机制概述 PI3K 下游有许许多多效应分子，其中Akt 是通路的中心环节，Akt 激活既可作用于下游的NF-κB［9］家族、bcl-2［10］家族、caspase［11］蛋白家族等众多个靶点，通过使使凋亡蛋白发生磷酸化后失去其自身活性，从而达到促进抗凋亡基因转录和表达的效应;又可以通过减少线粒体通透性转换孔(mPTP)的开放，来实现对线粒体能量生成的调控，从而产生清除细胞内活性氧、使其充分发挥抗凋亡作用，进而达到促使细胞存活的作用。

2.2 PI3K/AKT 信号通路与相关凋亡蛋白

2.2.1 PI3K/AKT 信号通路与caspase-3、caspase-9 Akt 主要是通过对细胞凋亡级联反应上游细胞色素C 的释放进行干预来实现促进细胞存活作用的，Akt 不仅能保证线粒体通透性转换孔的稳定性，而且能对bcl-2 家族成员形成的线粒体跨膜通道发挥抑制作用，从而减少了细胞色素C［12，13］从线粒体的释放量。Akt 磷酸化后能够在caspase-9的Ser196 位点磷酸化caspase-9 而使其失去活性，进而达到抑制凋亡的效果。已有［14］研究表明，脑保护的作用可以通过有效抑制线粒体细胞色素C 的释放量而实现。caspase-9在Ser196 位点失活，抑制caspase-3 下游分子的一系列级联反应，从而达到抑制细胞凋亡的效果。

2.2.2 PI3K/AKT 信号通路与bcl-2 家族蛋白 Akt 磷酸化后能够促使Ser136 位点的Bad 发生磷酸化，形成一个可以与伴侣蛋白14-3-3 结合的位点进而形成复合物，当复合物形成时，Bcl-2 或者bcl-xL 形成的异源二聚体中的Bad 便会脱落下来，从而增加胞质中的bcl-2 或者bcl-xL 等的游离状态，以此来发挥抗凋亡的作用［15］。人们在对小鼠进行Akt 基因剔除后发现，Akt 的磷酸化水平降低了，导致了胞质中bcl-2 的表达下调、bax 的表达上调，使脑损害程度［16］进一步加重。Akt 通过将Bad 磷酸化而将其激活，从而发挥抑制Bad加重脑损伤的作用;同时，又将bcl-2 和bcl-xl 解离，而发挥抗凋亡作用。用特异的PI3K 抑制剂处理后，会在一定程度上降低Akt 对Bad 的磷酸化效果。同时，Akt 也能将Ser184 位点的Bax 磷酸化，阻止Bax 形成二聚体，抑制其促凋亡功能。

2.2.3 PI3K/AKT 信号通路与NF-κB Thr23 是核因子κB 激酶的抑制剂，PI3K/Akt 活化后能够将其磷酸化，使核因子κB 激酶激活;IκB(inhibitor of nuclear fac-tor kappa-B)是核因κB 的抑制剂，核因κB 激酶激活后能够将其磷酸化，IκB被磷酸化后改变IκB 与核因子κB 形成的复合物的构象，复合物的构象发生改变后，IκB 便会从核因子κB 上脱落下来，其状态会从抑制状态变成激活状态，随后通过转位方式从细胞膜进入细胞核去结合DNA，启动bcl-2、bcl-xL［17，18］凋亡蛋白抑制因子等有关抗凋亡基因的转录。如bcl-2 和bcl-xL 的抗凋亡作用是通过抑制线粒体细胞色素C 的释放实现的，凋亡蛋白抑制因子可能是通过特异性地抑制caspase-3/7/9 的活化而发挥其抗凋亡作用的。

3 小结与展望

脑缺血再灌注损伤会引发其缺血中心区神经细胞的坏死和缺血半暗带区的神经细胞凋亡［19］。脑组织缺血缺氧后，机体本身释放一系列细胞生长因子，整合素等，通过将PI3K、AKT 进行一些列磷酸化后，将效应分子激活，效应分子再通过一系列凋亡蛋白如:bcl-2 家族蛋白、caspase 家族蛋白;凋亡基因如:NF-κB;也可以通过线粒体、内质网等进行调控，从而发挥抗凋亡作用。但是，神经营养因子家族的调控因子-神经生长因子NGF，通过与其特异性受体TrkA 结合后，才能够在内质网外将PI3k/Akt 信号通路激活，PI3k/Akt信号通路中激活后才会出现p-Akt 水平上调，内质网应激引起的凋亡受到抑制。也就是说PI3K/Akt 信号通路的激活必须依赖神经营养因子的刺激而发挥脑保护作用，而神经营养因子是一种大分子，难以通过血脑屏障，如何筛选一种既能够激活PI3K/Akt 信号通路，又能够穿透血脑屏障的小分子物质，将会打开脑缺血损伤治疗的新篇章。随着我们对神经细胞凋亡更加深入的研究，和与其相关机制密切相关的信号转导通路的阐明，将会使我们更好地认识脑缺血，为脑缺血的临床治疗提供更加明确的方向和靶点。

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