郭旭堂，梁健芬，張新博

（廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，廣西南寧530000）

PI3K/Akt/m TOR信號通路與帕金森病關(guān)系的研究進展

郭旭堂，梁健芬，張新博

（廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，廣西南寧530000）

蛋白激酶類； 信號傳導(dǎo)； 帕金森??； 細胞凋亡； 綜述

帕金森病（PD）也稱為震顫麻痹，是中老年人常見的以錐體外系癥狀（靜止性震顫、動作遲緩及減少、肌張力增高、姿勢步態(tài)異常等）為表現(xiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。其病理改變主要是黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元變性、缺失。目前認為，PD的病因可能與遺傳、環(huán)境因素、年齡、細胞凋亡、氧化應(yīng)激、線粒體功能衰竭、鈣超載、興奮性氨基酸毒性等有關(guān)。而越來越多的研究證明其發(fā)生的根本原因是多巴胺神經(jīng)元進行性凋亡[1]。磷脂肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物西羅莫司靶蛋白（PI3K/ Akt/mTOR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是機體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的重要信號通路，在調(diào)控細胞分化、凋亡等過程中發(fā)揮重要作用[2]，適當(dāng)調(diào)節(jié)傳導(dǎo)通路相關(guān)位點可對抗神經(jīng)元凋亡并促進神經(jīng)元存活。本文對當(dāng)前PI3K/Akt/mTOR信號通路與PD的關(guān)系研究進行綜述。

1 PI3 K/Akt/m TOR結(jié)構(gòu)與功能

PI3K是重要的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶，是由調(diào)節(jié)亞基p85和催化亞基p110兩個結(jié)合位點構(gòu)成的異二聚體蛋白[3]。當(dāng)與具有酪氨酸蛋白激酶（PTK）活性的膜受體和非膜受體如神經(jīng)生長因子[血小板衍生生長因子（PDGF）、胰島素樣生長因子（IGF）、表皮生長因子（EGF）]、胰島素受體等細胞外信號分子作用后，能使識別并結(jié)合P85的SH2結(jié)構(gòu)域的相應(yīng)位點磷酸化，從而解除調(diào)節(jié)亞基P85對催化亞基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水平的增加使細胞膜在募集PKB/AKT及激活因子磷脂酰肌醇依賴的蛋白激酶（PDK）作用下激活A(yù)kt[5]。另外，根據(jù)PI3K的p110結(jié)構(gòu)特點和底物分子不同，可將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3種亞型，Ⅰ型以PI、PIP及PIP2為底物，Ⅱ型以PI及PIP為底物，Ⅲ型PI3K以PI為底物，研究最廣泛的是Ⅰ型PI3K，其同時具有磷脂酰肌醇激酶和絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶的活性。

Akt又稱蛋白激酶B（PKB），是相對分子質(zhì)量為57× 103的Ser/Thr蛋白激酶，由約480個氨基酸殘基構(gòu)成，是PI3K信號通路下游重要的信號傳導(dǎo)分子，主要功能是調(diào)節(jié)細胞生長和細胞轉(zhuǎn)運。Akt也分為3種亞型：Akt1、Akt2和Akt3，而位于氨基端的PH結(jié)構(gòu)域能識別和作用于活化后PI3K的產(chǎn)物PIP3，致使在靜息狀態(tài)下的Akt從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞膜上[6]。因此，PH結(jié)構(gòu)域的缺失或突變會導(dǎo)致Akt活性喪失或降低，其在Akt激活過程中的膜轉(zhuǎn)位問題上有著重要作用[7]。如在生長因子、胰島素受體等細胞外因子的刺激下，PI3K會激活，活化的PI3K生成PIP3進一步激活A(yù)kt。PIP3與Akt相互識別并結(jié)合，Akt的構(gòu)象發(fā)生變化，在PDK的參與下，磷酸化Thr308和Ser473兩個殘基后激活A(yù)kt。Akt信號通路是細胞內(nèi)重要的促存活信號通路，Akt及細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）磷酸化水平的增加可對抗神經(jīng)元凋亡并促進神經(jīng)元存活[8]。目前研究Akt主要通過磷酸化Bad、mTOR、Caspase 3、GSK-3等下游底物而發(fā)揮抗細胞凋亡、促進細胞生存等生物學(xué)效應(yīng)[9]。Akt是PI3K/Akt信號通路的中心環(huán)節(jié)，PI3K/Akt信號通路對多種生命活動的調(diào)控，均依賴Akt蛋白的磷酸化[10]。

mTOR是PI3K/Akt信號通路下游的一個效應(yīng)蛋白因子，它有2種結(jié)構(gòu)和功能均不同的復(fù)合體mTORC1和mTORC2，而活化的Akt直接激活mTORC1或通過TSC1/2復(fù)合物進一步激活其下游分子mTORC1，而且mTORC2可在活化的Akt中Ser473位點上完全被活化?；罨膍TOR進一步使其的2個下游分子磷酸化，即翻譯抑制分子elF-4E結(jié)合蛋白1（4E-BP1）和核糖體蛋白p70s6k，從而滅活翻譯抑制蛋白或增強mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯，激活的信號傳導(dǎo)通路能抑制由多種因素誘導(dǎo)的細胞凋亡和自噬，從而調(diào)控細胞的增長和周期[11]。

2 PI3 K/Akt/m TOR信號通路與PD的關(guān)系

細胞凋亡已被證實是參與PD發(fā)病過程的重要致病因子。隨著相關(guān)研究的不斷深入，神經(jīng)元保護的治療策略越來越受到重視，有效的神經(jīng)保護策略將明顯挽救神經(jīng)元[12]。安利佳等[13]研究表明，PD的發(fā)病與細胞凋亡有關(guān)，而多種信號傳導(dǎo)途徑參與了細胞凋亡的調(diào)控。PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一條在神經(jīng)元的發(fā)育、生存和功能方面十分重要的信號傳導(dǎo)途徑，多種基因蛋白（如α-synuclein、DJ-1、LRRK2、PINK1、Bcl-2等）參與了PD的發(fā)病，直接影響中腦黑質(zhì)多巴胺的含量。有研究表明，PD患者黑質(zhì)致密部Akt出現(xiàn)嚴重衰竭[14]。研究家族性PD基因DJ-1的學(xué)者，利用PD果蠅模型發(fā)現(xiàn)抑制DJ-lA的表達能夠達到減少多巴胺能神經(jīng)元和腦內(nèi)多巴胺含量的作用，果蠅腦內(nèi)磷酸化Akt的量顯著減少在DJ-lA表達受干擾的情況下，DJ-lA表達的減少可起到下調(diào)磷酸化Akt水平的作用，并減弱Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在腦內(nèi)的保護作用[15]。在果蠅Parkin模型中，抑制Parkin基因的功能同樣可達到下調(diào)Akt磷酸化水平的作用。1-甲基-4-苯基吡啶離子誘導(dǎo)的PD小鼠模型中，通過上調(diào)對mTOR具有抑制作用的發(fā)育及DNA損傷反應(yīng)調(diào)節(jié)基因1蛋白，可抑制mTORC2對Akt的磷酸化，起到加速細胞死亡的作用[16-17]。治療PD最主要的是多巴胺系統(tǒng)藥物，可以通過激活PI3K/Akt途徑來發(fā)揮多巴能神經(jīng)保護作用。例如雷沙吉蘭治療由6-OHDA誘導(dǎo)的噴齒類1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）模型中，通過上調(diào)磷酸Ser473激活A(yù)kt，對細胞死亡有保護作用[18]。王雪等[19]研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺D1受體激動劑SKF38393能保護剝奪血清所致的PD體外模型PC12細胞損傷，其保護作用可能與激活PI3K/Akt和ERK信號通路有關(guān)，SKF38393可以顯著增加Akt和ERK的磷酸化水平，加入Akt及ERK抑制劑后均可顯著減弱SKF38393的神經(jīng)保護作用，進一步提示SKF38393可以通過或者是部分通過激活PI3K/Akt及ERK信號通路而對抗剝奪血清所誘導(dǎo)的細胞損傷，而p38MAPK信號通路抑制劑則未能有效阻斷SKF38393的神經(jīng)保護作用。

PI3K/Akt/mTOR信號通路還參與細胞自噬（Ⅱ型程序性細胞死亡）和分解異常蛋白，在對抗神經(jīng)退行性疾?。ㄈ鏟D、AD等）中神經(jīng)元凋亡發(fā)揮了非常重要的作用[20]。PI3K是調(diào)節(jié)細胞凋亡的負調(diào)節(jié)分子，PI3K被激活后，生成PIP3結(jié)合Akt及其活化分子PDK1，對自噬的發(fā)生起負向調(diào)節(jié)。結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1（TSC1）和TSC2蛋白位于PI3K/Akt途徑的下游，可通過抑制小G蛋白Rheb，抑制西羅莫司靶位點（TOR）激酶的活性，對自噬發(fā)揮正向調(diào)節(jié)作用[21]。而磷酸化的TSC1/2激活Rheb，同時Rheb又是激活mTORC1所必需的，當(dāng)TSC2磷酸化激活后，可激活mTORC1，從而抑制細胞自噬，所以激活PI3K/AKT/mTOR通路而抑制自噬促進細胞壞死[22]。下游的mTOR是調(diào)節(jié)多巴胺能神經(jīng)元細胞凋亡的重要節(jié)點，mTOR的抑制和自噬增強可能保護多巴胺能神經(jīng)元。在PD小鼠模型中，通過mTOR抑制劑抑制mTOR而增強自噬可降解有毒的突觸核蛋白聚集和變性神經(jīng)細胞[23]。有研究者建立 6-羥基多巴胺（6-OHDA）誘導(dǎo)PC12細胞制造PD體外模型，發(fā)現(xiàn)REDD1蛋白的表達上調(diào)，再給予mTOR抑制劑西羅莫司處理，可降低6-OHDA對PC12細胞的毒性作用[24]。在神經(jīng)退行性變疾病中已證實PI3K/Akt/mTOR信號通路激活自噬促進神經(jīng)元的存活，但在各種病理狀態(tài)下該信號通路促進病變細胞存活的作用機制還有待進一步研究。

治療PD的關(guān)鍵在于抑制多巴胺能神經(jīng)元的死亡，PI3K/Akt/mTOR通路有許多位點和信號分子目前尚未完全認識清楚，對PI3K/Akt/mTOR通路中的部分途徑調(diào)節(jié)可起到保護作用，如應(yīng)用西羅莫司干預(yù)起到保護神經(jīng)元的作用僅僅依賴于Akt的活化，而與mTOR信號無關(guān)[24]。mTOR的過度激活可能導(dǎo)致PD患者的運動障礙。因此表明，PI3K是上游基礎(chǔ)物質(zhì)構(gòu)造，調(diào)控Akt可能是保護神經(jīng)元的中心靶點，而增強或抑制mTOR在調(diào)節(jié)信號通路中發(fā)揮量變到質(zhì)變的反饋作用。

3 中醫(yī)藥干預(yù)PI3 K/AKT/m TOR對PD的研究

在中醫(yī)藥防治PD的研究方面，也已對PI3K/AKT/ mTOR通路展開研究，表明中藥不僅僅表現(xiàn)在增效減毒的基本作用上，單味中藥或中藥組方具有保護多巴胺能神經(jīng)元凋亡的作用，其作用機制與調(diào)節(jié)PI3K/AKT-mTOR信號通路有關(guān)。人參皂苷Rg1可明顯對抗6-OHDA對MES23.5（雜交瘤性多巴胺能神經(jīng)細胞株）神經(jīng)細胞的損傷，其機制可能與PI3K/Akt途徑激活有關(guān)[25]。淫羊藿黃酮及其主要活性成分淫羊藿總苷可明顯對抗MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠黑質(zhì)紋狀系統(tǒng)多巴胺能神經(jīng)元的毒性作用，其作用機制可能與PI3K/Akt信號通路的激活有關(guān)[26]。趙彩燕等[27]通過帕病1號方顆粒對6-OHDA誘導(dǎo)的PD大鼠模型的研究結(jié)果顯示，高、低劑量組P-Akt蛋白表達、bcl-2蛋白表達，Bcl-2/Bax比值均不同程度升高，而Bax蛋白表達則不同程度下降，其發(fā)揮抗細胞凋亡作用的關(guān)鍵機制可能為Akt通過磷酸化抑制Bax蛋白的活性，上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2表達，從而使得細胞存活。因此，調(diào)節(jié)P-Akt蛋白表達，激活PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，亦是中藥治療PD的重要靶點所在，有待進一步研究。

4 展 望

目前，PD的治療難度仍很大，無論是西醫(yī)還是中醫(yī)都在積極尋找新的方向，PI3K/Akt/mTOR信號通路的傳導(dǎo)機制為PD提供了新的方向和思路，有助于進一步尋找新的PD治療的靶點，尤其在PI3K/Akt/mTOR作為細胞自噬重要通路方面，已成為目前研究的熱點。當(dāng)然，即使PI3K/Akt/mTOR信號傳導(dǎo)通路與細胞存活、自噬存在關(guān)系，但是在與PD關(guān)系的研究仍有許多問題，傳導(dǎo)通路與多巴胺能神經(jīng)元損害方面仍缺乏系統(tǒng)的研究，對具體作用靶點方面的研究仍摸石頭過河，不能選擇性抑制信號傳導(dǎo)通路來保護神經(jīng)元細胞，有待進一步研究。

[1]Mattson MP.Neuronal life-and-death signaling，apoptosis，and neurodegenerative disorders[J].Antioxid Redox Signal，2006，8（11/12）：1997-2006.

[2]俞媛，陳曉蓉.PI3K/Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在肝細胞癌發(fā)生發(fā)展中的作用[J].臨床肝膽病雜志，2014，30（9）：954-957.

[3] 王麗麗，畢經(jīng)旺.PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制劑治療結(jié)直腸癌的研究進展[J].中國腫瘤生物治療雜志，2014，21（3）：348-352.

[4]Zhao L，Vogt PK.Hot-spotmutations in p110alpha of phosphatidylinositol 3-kinase p I3K）：differential interactionswith the regulatory subunit p85 andwith RAS[J].CellCycle，2010，9（3）：596-600.

[5]Maiese K，Chong ZZ，Wang S，etal.Oxidant stress and signal transduction in the nervous system with the PI 3-K，Akt，and mTOR cascade[J].Int J MolSci，2012，13（11）：13830-13866.

[6]代文博，曾亮.PI3K/Akt信號通路與阿爾茨海默病關(guān)系的研究進展[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2014，30（10）：1499-1501.

[7]Burke RE.Inhibition ofmitogen-activated protein kinaseand stimulation of Aktkinase signaling pathways：Twoapproacheswith therapeutic potential in the treatment of neurodegenerative disease[J].Pharmacol Ther，2007，114（3）：261-277.

[8]ZhengWH，Kar S，Quirion R.Insulin-like growth factor-1-induced phosphorylation of transcription factor FKHRL1 ismediated by phosphatidylinositol3-kinase/Aktkinaseand roleof thispathway in insulin-likegrowth factor-1-induced survival of cultured hippocampal neurons[J].Mol Pharmacol，2002，62（2）：225-233.

[9]郭琳，王強.PI3K/Akt/mTOR信號傳導(dǎo)通路與惡性腫瘤浸潤和轉(zhuǎn)移的研究進展[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2009，17（8）：1585-1589.

[10]郭潤麗，雅健，李新春，等.PI3K/Akt信號通路在腫瘤中的表達及其與增殖和凋亡的作用[J].河北醫(yī)藥，2012，34（12）：1863-1864.

[11]Weber JD，Gutmann DH.Deconvolutingm TOR biology[J].CellCycle，2012，11（2）：236-248.

[12]Schapira AH.Future strategies for neuroprotection in Parkinson′sdisease[J]. Neurodegener Dis，2010，7（1/2/3）：210-212.

[13]安利佳，李志剛，姜波.帕金森病與細胞凋亡[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2006，16（7）：1032-1036.

[14]TimmonsS，CoakleyMF，Moloney AM，etal.Aktsignal transduction dysfunction in Parkinson′sdisease[J].Neurosci Lett，2009，467（1）：30-35.

[15]Yang Y，Gehrke S，HaqueME，etal.Inactivation of Drosophila DJ-1 leads to impairments of oxidative stress response and phosphatidylinositol 3-kinase/Aktsignaling[J].Proc Natl Acad SciUSA，2005，102（38）：13665-13670.

[16]Malagelada C，Ryu EJ，Biswas SC，etal.RTP801 iselevated in Parkinson brain substantia nigral neurons and mediates death in cellular models of Parkinson′sdisease by amechanism involvingmammalian targetof rapamycin inactivation[J].JNeurosci，2006，26（39）：9996-10005.

[17]Hsuan SL，Klintworth HM，Xia Z.Basic fibroblast growth factor protects against rotenone-induced dopaminergic cell death through activation of extracellular signal-regulated kinases 1/2 and phosphatidylinositol-3 kinase pathways[J].JNeurosci，2006，26（17）：4481-4491.

[18]Xiromerisiou G，Hadjigeorgiou GM，PaPadimitriou A，et al.Association between AKT1 gene and Parkinson′s disease：a protective haplotype[J]. NeurosciLett，2008，436（2）：232-234.

[19]王雪，汪海濤，任艷囡，等.多巴胺D1受體激動劑SKF38393對剝奪血清條件下PC12細胞的保護作用[J].中國神經(jīng)精神疾病雜志，2011，37（9）：554-558.

[20]趙明明，趙永博，羅鵬，等.PI3K/Akt信號通路對神經(jīng)元機械性損傷誘導(dǎo)的自噬調(diào)節(jié)作用[J].中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2012，11（6）：491-494.

[21]姜凌，常誠.自噬與神經(jīng)退行性疾病[J].卒中與神經(jīng)疾病，2014，21（2）：125-128.

[22]Wu YT，Tan HL，Huang Q，et al.Activation of the PI3K-Akt-mTOR signaling Pathway Promotesnecrotic celldeath via suppression of antophagy[J]. Autophagy，2009，5（6）：824-834.

[23]Crews L，Spencer B，Desplats P，etal.Selectivemolecular alterations in the autophagy pathway in patientswith Lewy body disease and inmodels ofalpha-synucleinopathy[J].PLoSOne，2010，5（2）：e9313.

[24]Malagelada C，Jin ZH，Jackson-Lewis V，et al.Rapamycin protects against neuron death in in vitro and in vivomodels of Parkinson′s disease[J].J Neurosci，2010，30（3）：1166-1175.

[25]葛科立.人參皂苷Rg1通過激活PI3K/Akt與ERK信號通路對抗6-OHDA的毒性作用[D].青島：青島大學(xué)，2009.

[26]吳林.淫羊藿總黃酮及其主要活性成分淫羊藿苷抗帕金森病作用的分子機制研究[D].青島：青島大學(xué)，2013.

[27]趙彩燕，雒曉東，林明欣，等.帕病1號方對帕金森病模型大鼠的神經(jīng)保護作用[J].中國康復(fù)理論與實踐，2013，19（5）：440-443.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.07.022

：A

：1009-5519（2015）07-1019-03

2014-10-26）

郭旭堂（1987-），男，甘肅張掖人，碩士研究生，主要從事中醫(yī)藥防治帕金森病的研究；E-mail：542678298@qq.com。

梁健芬（E-mail：Ljy-3827@163.com）。