黎 麗, 韓春春, 劉秀云

(1. 成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院, 成都611130; 2. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物遺傳育種所, 成都611130; 3. 山東省安丘市青云學(xué)府, 山東 安丘 262100)

PI3K-AKT-mTORC1信號途徑在細胞生長、增殖和蛋白合成中起著重要的作用。PI3K-Akt-mTORC1途徑廣泛存在細胞中，PI3K作為聯(lián)系胞外信號與細胞應(yīng)答效應(yīng)的橋梁分子，在一系列上游或旁路信號分子的影響下，作用于下游的信號分子Akt及mTORC1對細胞的生長和增值起非常重要的調(diào)節(jié)作用。

1PI3K-Akt對細胞生長增殖的調(diào)節(jié)

PI3K是細胞內(nèi)的磷脂激酶家族成員之一，屬于胞內(nèi)的磷脂酰肌醇激酶，具有磷脂酰肌醇激酶的活性及絲氨酸/蘇氨酸激酶的活性。PI3K的兩個亞基p85和p110，分別具有調(diào)節(jié)功能和催化功能，是細胞內(nèi)重要的信號介導(dǎo)物質(zhì)；AKT是PI3K的主要下游信號分子，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，處于PI3K/Akt/mTOR信號通道的核心地位。PI3K-Akt信號通路能夠通過調(diào)控細胞周期實現(xiàn)對細胞增殖的調(diào)節(jié)。PI3K能夠激活細胞周期依賴性蛋白激酶-4(CDK4)和CDK2，使細胞進入S期并誘導(dǎo)DNA的合成[1]。PI3K特異抑制劑LY294002能夠抑制PI3K通路導(dǎo)致細胞阻滯在G1期，同時激活的Akt對P27和P21進行負調(diào)節(jié)，使它們不能進入細胞核發(fā)揮正常功能，影響細胞周期進程[2]。有研究發(fā)現(xiàn)mdm2是Akt通路下游的一個作用底物，Akt磷酸化可以活化mdm2，從而使細胞質(zhì)中的Akt-mdm2復(fù)合物迅速解離，mdm2進入細胞核并與p53結(jié)合，進而促進p53降解，而p53則可以通過多種通路影響細胞周期的進行[3]。在卵巢癌中的研究發(fā)現(xiàn)，PI3K可通過Akt和mTOR將有絲分裂信號傳遞給p70S6K1(核糖體蛋白S6激酶1)，使細胞周期主要蛋白如cyclin(細胞周期蛋白)的翻譯上調(diào)，促進G1期進展，使細胞周期加速，而抑制PI3K活性可以明顯降低cyclinD1、CDK4的表達，導(dǎo)致細胞G1期阻滯，抑制細胞周期進展[1]。

PI3K-Akt信號通路在細胞的生長分化中也起重要調(diào)控作用(圖1)。研究表明，PI3K可以通過激活E2鈣粘蛋白調(diào)節(jié)的細胞連接調(diào)節(jié)細胞間信號傳導(dǎo)，從而調(diào)控腸上皮細胞的分化[4]。在對脂肪來源的MSC成內(nèi)皮分化研究中，加入PI3K抑制劑LY294002可以抑制MSC向內(nèi)皮的分化[5]。對PI3K信號通路起著負向調(diào)控的PTEN缺失時，則可導(dǎo)致ES細胞增殖明顯加快。Akt至少有3種形式:Akt1、Akt2和Akt3，它們對于調(diào)控細胞的大小、生長和增殖都起著十分重要的作用。其中，Akt1促進細胞增殖，Akt2參與胰島素調(diào)節(jié)的代謝過程，而Akt3則對細胞的生長分化起著重要的調(diào)節(jié)作用[6]。此外，有研究表明PI3K可以通過GSK3β(糖原合成酶激酶3β)負反饋調(diào)節(jié)來影響P53的功能, 進而實現(xiàn)對維持干細胞原始性的重要基因Nanog功能調(diào)節(jié)[7]。

圖1 PI3K-Akt-mTORC1信號途徑對細胞生長增殖的調(diào)控

2 mTORC1對細胞生長增殖的調(diào)節(jié)

mTOR對于動物的生長和發(fā)育都是必不可少的，mTOR基因敲除的小鼠死于胚胎早期，mTOR敲除可以導(dǎo)致ES細胞的生長阻滯[8]。mTORC1復(fù)合物能夠被雷帕霉素(rapamycin)強烈的抑制，而mTORC2不受其影響，因此雷帕霉素作為mTOR1的特異性抑制劑，在實驗和臨床中都有廣泛的應(yīng)用[9]。mTORC1特異性抑制劑雷帕霉素可通過降低CDK和cyclin復(fù)合物激酶的活性導(dǎo)致細胞進程被抑制，阻止細胞周期的轉(zhuǎn)換，抑制細胞增殖。mTORC1能通過cyclin D1介導(dǎo)肝細胞的增殖分化。在原代肝細胞中過表達cyclinD1的表達能夠促進肝細胞生長，相反，cyclinD1基因水平的降低與肝細胞分化能力的降低緊密相關(guān)[10]。雷帕霉素作用骨髓瘤細胞系細胞后mTOR及cyclinD1 mRNA表達水平均下調(diào)，因此mTORC1信號途徑能通過下調(diào)cyclinD1的表達誘導(dǎo)細胞周期阻滯[11]，在HL-60細胞中的研究結(jié)果得出了類似的結(jié)論[12]。mTORC1信號傳導(dǎo)至下游至少兩個獨立靶蛋白，即S6K和4EBP1，在調(diào)節(jié)哺乳動物細胞大小時控制翻譯(圖1)。將大鼠禁食后重新飼喂能夠促進肝細胞生長增殖，同時伴隨著S6K和4EBP1磷酸化的增加，用雷帕霉素能夠通過激活S6K翻譯抑制這種誘導(dǎo)作用[13]。在大鼠妊娠期間的子宮肌層增殖中，活化的mTOR與磷酸化的P85亞基以及磷酸化S6K蛋白表達變化一致[14]。mTORC1的抑制劑能降低S6K和4EBP1的活性，并且導(dǎo)致細胞周期關(guān)鍵因子表達量的降低和活性的改變[15]。

除了對細胞增殖起作用外，mTORC1信號途徑對于分化同樣相當(dāng)重要，mTORC1信號途徑能夠明顯促進肝細胞分化[16]。mTORC1信號途徑抑制劑雷帕霉素能有效抑制肝臟部分切除后肝細胞的生長增殖，并且使G0/G1細胞受到抑制。mTORC1信號通路能夠誘導(dǎo)脂肪前體細胞3T3L1的分化，在3T3L1脂肪分化過程中，應(yīng)用mTORC1特異性抑制劑雷帕霉素可以阻礙其分化。有研究證實通過雷帕霉素抑制mTORC1后發(fā)現(xiàn)促進成肌分化，揭示mTORC1信號通路抑制骨骼肌的分化。mTORC1信號通路的活化在成骨前體細胞的分化過程中也是必需的，應(yīng)用雷帕霉素阻斷該通路在成骨細胞中的活化，觀察到成骨細胞的分化明顯受到抑制[17]。mTORC1通過誘導(dǎo)DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Id1和Id2的不同活性來影響上皮細胞的增殖和分化，研究表明雷帕霉素正是通過和Id1和Id2的相互作用而影響細胞的增殖和分化進而影響腫瘤細胞的形成[18]。

3小結(jié)

PI3K-Akt-mTORC1途徑的過度活化能夠引起細胞過度增殖，當(dāng)通路過度激活時引起與增殖相關(guān)基因mRNA的大量轉(zhuǎn)錄，合成生長增殖所需蛋白，加速細胞的增殖；Akt激活后阻礙cyclin D1的降解，使細胞周期G1/S轉(zhuǎn)換加快。在多數(shù)肝癌中都發(fā)現(xiàn)有mTOR 和S6K (mTOR復(fù)合物1的作用底物) 的過度表達[19]。通過雷帕霉素及其衍生物在小鼠模型和臨床的研究，證實mTORC1信號通路在許多腫瘤中都扮演重要角色，雷帕霉素抑制mTORC1可以通過抑制血管生成等途徑發(fā)揮強烈的抗癌作用[20]；PI3K/mTORC雙重抑制劑NVP-BEZ235通過引起細胞周期阻滯下調(diào)T細胞急性成淋巴細胞性白血病中PI3K-Akt-mTORC信號途徑的異?；罨痆21]。另外，肝臟中Akt的活性與脂肪肝的發(fā)生緊密相關(guān)[22, 23]。因此，PI3K-Akt-mTORC1信號途徑與正常細胞分化密切相關(guān)，但這條通路的異?；罨谀[瘤發(fā)生過程中起著重要的作用。

參考文獻：

[1]Gao N, Flym D C, Zhang Z, et al. G1 cell cycle progress ion and the expression of G1 cyclins are regulated by PI3K /AKT /mTOR /p70S6K1 signaling in human ovarian cancer cells[J]. Am J Physiol Cell Physiol, 2004, 287(2):281-291.

[2]Gera J F, Mellinghoff I K, Shi Y J, et al. AKT activity determines sensitivity to mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitors by regulating cyclin D1 and c-myc expression[J]. J Biol Chem, 2004, 279 (4):2737-2746.

[3]Mayo L D, Donner D B. A phosphatidylinositol 3-kinase /Akt path way promotes translocation of mdm2 from the cytoplasm to the nucleus[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2001, 98(20):11598-11603.

[4]Laprise P, Chailler P, Houde M, et al. Phosphatidylinositol 3-kinase controls human intestinal epithelial cell differentiation by promoting adherens junction assembly and p38 MAPK activation[J]. J Biol Chem, 2002, 277 (10) :8226-8234.

[5]Cao Y, Sun Z, Liao L, et al. Human adipose tissue-derived stem cells differentiate into endothelial cells in vitro and improve postnatal neovascularization in vivo[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 332 (2):370-379.

[6]Rosen N, She Q B. AKT and cancer-is it all mTOR [J] Cancer Cell, 2006, 10 (4):254-256.

[7]Storm M P, Bone H K, Beck C G, et al. Regulation of Nanog expression by phosphoinositide 3-kinase-dependent signaling in murine embryonic stem cells[J]. J Biol Chem, 2007, 282 (9): 6265-6273.

[8]Takahashi K, Murakami M, Yamanaka S. Role of the phosphoinositide 3-kinase pathway in mouse embryonic stem (ES) cells[J]. Biochem Soc Trans, 2005, 33 :1522-1525.

[9]Wu P, Hu Y Z. PI3K/Akt/mTOR pathway inhibitors in cancer: a perspective on clinical progress[J]. Curr Med Chem, 2010, 17(35):4326-4341.

[10]Zhang F, Shu R, Wu X, et al. Delayed liver injury and impaired hepatocyte proliferation after carbon tetrachloride exposure in BPOZ2-deficient mice[J]. Toxicol Lett, 2009, 188(3):201-207.

[11]師佳佳, 賈曉輝, 李曉紅, 等. 雷帕霉素對骨髓瘤細胞RPMI8226增殖、凋亡及趨化因子受體CXCR4表達的影響[J]. 中國實驗血液學(xué)雜志, 2009, 17: 385-389.

[12]崔亞蘭, 曹詩運. 雷帕霉素對HL-60 細胞增殖和凋亡的影響[J]. 南華大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版, 2008, 36: 316-319.

[13]Anand P, Gruppuso P A. Rapamycin inhibits liver growth during refeeding in rats via control of ribosomal protein translation but not cap-dependent translation initiation[J]. J Nutr, 2006, 136:27-33.

[14]Jaffer S, Shynlova O, Lye S. Mammalian target of rapamycin (mTOR) is activated in association with myometrial proliferation during pregnancy[J]. Endocrinology, 2009, 150 (10): 4672-4680.

[15]Guigon C J, Fozzatti L, Lu C, et al. Inhibition of mTORC1 signaling reduces tumor growth but does not prevent cancer progression in a mouse model of thyroid cancer[J]. Carcinogenesis, 2010, 31(7):1284-1291.

[16]Chen P, Yan H, Chen Y, et al. The variation of AkT/TSC1 TSC1/mTOR signal pathway in hepatocytes after partial hepatectomy in rats[J]. Exp Mol Pathol, 2009, 86(2):101-107.

[17]Isomoto S, Hattori K, Ohgushi H, et al. Rapamycin as an inhibitor of osteogenic differentiation in bone marrow-derived mesenchymal stem cells[J]. J Orthop Sci, 2007, 12 (1): 83-88.

[18]Jankiewicz M, Groner B, Desrivieres S. Mammalian target of rapamycin regulates the growth of mammary epithelial cells through the inhibitor of deoxyribonucleic acid binding Id1 and their functional differentiation through Id2[J]. Mol Endocrinol, 2006, 20 (10):2369-2381.

[19]Sieghart W, Fuereder T, Schmid K, et al. Mammalian target of rapamycin pathway activity in hepatocellular carcinomas of patients undergoing liver transplantation[J]. Transplantation, 2007, 83(4) :425-432.

[20]Semela D, Piguet A C, Kolev M, et al. Vascular remodeling and antitumoral effects of mTOR inhibition in a rat model of hepatocellular carcinoma[J]. J Hepatol, 2007, 46(9):840-848.

[21]Chiarini F, Grimaldi C, Ricci F, et al. Activity of the novel dual phosphatidylinositol 3-kinase/mammalian target of rapamycin inhibitor NVP-BEZ235 against T-cell acute lymphoblastic leukemia[J]. Cancer Res, 2010, 70(20):8097-107.

[22]Ono H, Shimano H, Katagiri H, et al. Hepatic Akt activation induces marked hypoglycemia, hepatomegaly, and hypertriglyceridemia with sterol regulatory element binding protein involvement[J]. Diabetes, 2003, 52: 2905-2913.

[23]Leavens K F, Easton R M, Shulman G I, et al. Akt2 is required for hepatic lipid accumulation in models of insulin resistance[J]. Cell Metab, 2009, 10: 405-418.