PI3K/Akt/m TOR信号通路与帕金森病关系的研究进展

郭旭堂，梁健芬，张新博

（广西中医药大学第一附属医院，广西南宁530000）

PI3K/Akt/m TOR信号通路与帕金森病关系的研究进展

郭旭堂，梁健芬，张新博

（广西中医药大学第一附属医院，广西南宁530000）

蛋白激酶类； 信号传导； 帕金森病； 细胞凋亡； 综述

帕金森病（PD）也称为震颤麻痹，是中老年人常见的以锥体外系症状（静止性震颤、动作迟缓及减少、肌张力增高、姿势步态异常等）为表现的神经系统变性疾病。其病理改变主要是黑质致密部多巴胺能神经元变性、缺失。目前认为，PD的病因可能与遗传、环境因素、年龄、细胞凋亡、氧化应激、线粒体功能衰竭、钙超载、兴奋性氨基酸毒性等有关。而越来越多的研究证明其发生的根本原因是多巴胺神经元进行性凋亡[1]。磷脂肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物西罗莫司靶蛋白（PI3K/ Akt/mTOR）信号转导通路是机体内蛋白质合成的重要信号通路，在调控细胞分化、凋亡等过程中发挥重要作用[2]，适当调节传导通路相关位点可对抗神经元凋亡并促进神经元存活。本文对当前PI3K/Akt/mTOR信号通路与PD的关系研究进行综述。

1 PI3 K/Akt/m TOR结构与功能

PI3K是重要的细胞内信号转导激酶，是由调节亚基p85和催化亚基p110两个结合位点构成的异二聚体蛋白[3]。当与具有酪氨酸蛋白激酶（PTK）活性的膜受体和非膜受体如神经生长因子[血小板衍生生长因子（PDGF）、胰岛素样生长因子（IGF）、表皮生长因子（EGF）]、胰岛素受体等细胞外信号分子作用后，能使识别并结合P85的SH2结构域的相应位点磷酸化，从而解除调节亚基P85对催化亚基P110的抑制，使PI3K激活，可磷酸化磷脂酰肌醇4磷酸（PIP）和磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸[PIP2]，生成磷脂酰肌醇3，4二磷酸[PIP2]和磷脂酰肌醇3，4，5三磷酸 [PIP3][4]。PIP3水平的增加使细胞膜在募集PKB/AKT及激活因子磷脂酰肌醇依赖的蛋白激酶（PDK）作用下激活Akt[5]。另外，根据PI3K的p110结构特点和底物分子不同，可将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3种亚型，Ⅰ型以PI、PIP及PIP2为底物，Ⅱ型以PI及PIP为底物，Ⅲ型PI3K以PI为底物，研究最广泛的是Ⅰ型PI3K，其同时具有磷脂酰肌醇激酶和丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶的活性。

Akt又称蛋白激酶B（PKB），是相对分子质量为57× 103的Ser/Thr蛋白激酶，由约480个氨基酸残基构成，是PI3K信号通路下游重要的信号传导分子，主要功能是调节细胞生长和细胞转运。Akt也分为3种亚型：Akt1、Akt2和Akt3，而位于氨基端的PH结构域能识别和作用于活化后PI3K的产物PIP3，致使在静息状态下的Akt从细胞质转移到细胞膜上[6]。因此，PH结构域的缺失或突变会导致Akt活性丧失或降低，其在Akt激活过程中的膜转位问题上有着重要作用[7]。如在生长因子、胰岛素受体等细胞外因子的刺激下，PI3K会激活，活化的PI3K生成PIP3进一步激活Akt。PIP3与Akt相互识别并结合，Akt的构象发生变化，在PDK的参与下，磷酸化Thr308和Ser473两个残基后激活Akt。Akt信号通路是细胞内重要的促存活信号通路，Akt及细胞外调节蛋白激酶（ERK）磷酸化水平的增加可对抗神经元凋亡并促进神经元存活[8]。目前研究Akt主要通过磷酸化Bad、mTOR、Caspase 3、GSK-3等下游底物而发挥抗细胞凋亡、促进细胞生存等生物学效应[9]。Akt是PI3K/Akt信号通路的中心环节，PI3K/Akt信号通路对多种生命活动的调控，均依赖Akt蛋白的磷酸化[10]。

mTOR是PI3K/Akt信号通路下游的一个效应蛋白因子，它有2种结构和功能均不同的复合体mTORC1和mTORC2，而活化的Akt直接激活mTORC1或通过TSC1/2复合物进一步激活其下游分子mTORC1，而且mTORC2可在活化的Akt中Ser473位点上完全被活化。活化的mTOR进一步使其的2个下游分子磷酸化，即翻译抑制分子elF-4E结合蛋白1（4E-BP1）和核糖体蛋白p70s6k，从而灭活翻译抑制蛋白或增强mRNA的转录和翻译，激活的信号传导通路能抑制由多种因素诱导的细胞凋亡和自噬，从而调控细胞的增长和周期[11]。

2 PI3 K/Akt/m TOR信号通路与PD的关系

细胞凋亡已被证实是参与PD发病过程的重要致病因子。随着相关研究的不断深入，神经元保护的治疗策略越来越受到重视，有效的神经保护策略将明显挽救神经元[12]。安利佳等[13]研究表明，PD的发病与细胞凋亡有关，而多种信号传导途径参与了细胞凋亡的调控。PI3K/Akt信号转导通路是一条在神经元的发育、生存和功能方面十分重要的信号传导途径，多种基因蛋白（如α-synuclein、DJ-1、LRRK2、PINK1、Bcl-2等）参与了PD的发病，直接影响中脑黑质多巴胺的含量。有研究表明，PD患者黑质致密部Akt出现严重衰竭[14]。研究家族性PD基因DJ-1的学者，利用PD果蝇模型发现抑制DJ-lA的表达能够达到减少多巴胺能神经元和脑内多巴胺含量的作用，果蝇脑内磷酸化Akt的量显著减少在DJ-lA表达受干扰的情况下，DJ-lA表达的减少可起到下调磷酸化Akt水平的作用，并减弱Akt信号转导通路在脑内的保护作用[15]。在果蝇Parkin模型中，抑制Parkin基因的功能同样可达到下调Akt磷酸化水平的作用。1-甲基-4-苯基吡啶离子诱导的PD小鼠模型中，通过上调对mTOR具有抑制作用的发育及DNA损伤反应调节基因1蛋白，可抑制mTORC2对Akt的磷酸化，起到加速细胞死亡的作用[16-17]。治疗PD最主要的是多巴胺系统药物，可以通过激活PI3K/Akt途径来发挥多巴能神经保护作用。例如雷沙吉兰治疗由6-OHDA诱导的喷齿类1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）模型中，通过上调磷酸Ser473激活Akt，对细胞死亡有保护作用[18]。王雪等[19]研究发现，多巴胺D1受体激动剂SKF38393能保护剥夺血清所致的PD体外模型PC12细胞损伤，其保护作用可能与激活PI3K/Akt和ERK信号通路有关，SKF38393可以显著增加Akt和ERK的磷酸化水平，加入Akt及ERK抑制剂后均可显著减弱SKF38393的神经保护作用，进一步提示SKF38393可以通过或者是部分通过激活PI3K/Akt及ERK信号通路而对抗剥夺血清所诱导的细胞损伤，而p38MAPK信号通路抑制剂则未能有效阻断SKF38393的神经保护作用。

PI3K/Akt/mTOR信号通路还参与细胞自噬（Ⅱ型程序性细胞死亡）和分解异常蛋白，在对抗神经退行性疾病（如PD、AD等）中神经元凋亡发挥了非常重要的作用[20]。PI3K是调节细胞凋亡的负调节分子，PI3K被激活后，生成PIP3结合Akt及其活化分子PDK1，对自噬的发生起负向调节。结节性硬化复合物1（TSC1）和TSC2蛋白位于PI3K/Akt途径的下游，可通过抑制小G蛋白Rheb，抑制西罗莫司靶位点（TOR）激酶的活性，对自噬发挥正向调节作用[21]。而磷酸化的TSC1/2激活Rheb，同时Rheb又是激活mTORC1所必需的，当TSC2磷酸化激活后，可激活mTORC1，从而抑制细胞自噬，所以激活PI3K/AKT/mTOR通路而抑制自噬促进细胞坏死[22]。下游的mTOR是调节多巴胺能神经元细胞凋亡的重要节点，mTOR的抑制和自噬增强可能保护多巴胺能神经元。在PD小鼠模型中，通过mTOR抑制剂抑制mTOR而增强自噬可降解有毒的突触核蛋白聚集和变性神经细胞[23]。有研究者建立 6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导PC12细胞制造PD体外模型，发现REDD1蛋白的表达上调，再给予mTOR抑制剂西罗莫司处理，可降低6-OHDA对PC12细胞的毒性作用[24]。在神经退行性变疾病中已证实PI3K/Akt/mTOR信号通路激活自噬促进神经元的存活，但在各种病理状态下该信号通路促进病变细胞存活的作用机制还有待进一步研究。

治疗PD的关键在于抑制多巴胺能神经元的死亡，PI3K/Akt/mTOR通路有许多位点和信号分子目前尚未完全认识清楚，对PI3K/Akt/mTOR通路中的部分途径调节可起到保护作用，如应用西罗莫司干预起到保护神经元的作用仅仅依赖于Akt的活化，而与mTOR信号无关[24]。mTOR的过度激活可能导致PD患者的运动障碍。因此表明，PI3K是上游基础物质构造，调控Akt可能是保护神经元的中心靶点，而增强或抑制mTOR在调节信号通路中发挥量变到质变的反馈作用。

3 中医药干预PI3 K/AKT/m TOR对PD的研究

在中医药防治PD的研究方面，也已对PI3K/AKT/ mTOR通路展开研究，表明中药不仅仅表现在增效减毒的基本作用上，单味中药或中药组方具有保护多巴胺能神经元凋亡的作用，其作用机制与调节PI3K/AKT-mTOR信号通路有关。人参皂苷Rg1可明显对抗6-OHDA对MES23.5（杂交瘤性多巴胺能神经细胞株）神经细胞的损伤，其机制可能与PI3K/Akt途径激活有关[25]。淫羊藿黄酮及其主要活性成分淫羊藿总苷可明显对抗MPTP诱导的PD小鼠黑质纹状系统多巴胺能神经元的毒性作用，其作用机制可能与PI3K/Akt信号通路的激活有关[26]。赵彩燕等[27]通过帕病1号方颗粒对6-OHDA诱导的PD大鼠模型的研究结果显示，高、低剂量组P-Akt蛋白表达、bcl-2蛋白表达，Bcl-2/Bax比值均不同程度升高，而Bax蛋白表达则不同程度下降，其发挥抗细胞凋亡作用的关键机制可能为Akt通过磷酸化抑制Bax蛋白的活性，上调抗凋亡蛋白Bcl-2表达，从而使得细胞存活。因此，调节P-Akt蛋白表达，激活PI3K/Akt信号转导通路，亦是中药治疗PD的重要靶点所在，有待进一步研究。

4 展 望

目前，PD的治疗难度仍很大，无论是西医还是中医都在积极寻找新的方向，PI3K/Akt/mTOR信号通路的传导机制为PD提供了新的方向和思路，有助于进一步寻找新的PD治疗的靶点，尤其在PI3K/Akt/mTOR作为细胞自噬重要通路方面，已成为目前研究的热点。当然，即使PI3K/Akt/mTOR信号传导通路与细胞存活、自噬存在关系，但是在与PD关系的研究仍有许多问题，传导通路与多巴胺能神经元损害方面仍缺乏系统的研究，对具体作用靶点方面的研究仍摸石头过河，不能选择性抑制信号传导通路来保护神经元细胞，有待进一步研究。

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：A

：1009-5519（2015）07-1019-03

2014-10-26）

郭旭堂（1987-），男，甘肃张掖人，硕士研究生，主要从事中医药防治帕金森病的研究；E-mail：542678298@qq.com。

梁健芬（E-mail：Ljy-3827@163.com）。