徐彥楠，周晨明（綜述），姚勝杰，趙俊霞（審校）

（1.河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)教研室，河北石家莊050017；2.河北醫(yī)科大學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)中心，河北石家莊050017）

PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤細(xì)胞增殖

徐彥楠1，周晨明2（綜述），姚勝杰1，趙俊霞1（審校）

（1.河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)教研室，河北石家莊050017；2.河北醫(yī)科大學(xué)電鏡實(shí)驗(yàn)中心，河北石家莊050017）

PI3K；Akt；細(xì)胞增殖

惡性腫瘤最突出的特征是細(xì)胞的異常增殖，細(xì)胞增殖的調(diào)控與腫瘤發(fā)生的密切關(guān)系已經(jīng)為人們所認(rèn)識(shí)。腫瘤的增殖與多條信號(hào)通路相關(guān)。近幾年研究發(fā)現(xiàn)，一些因素引起的腫瘤細(xì)胞的增殖與磷脂酰肌醇-3-羥基激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）／絲氨酸蛋白激酶（serine-threonine kinase，Akt）信號(hào)通路密切相關(guān)［1－2］?，F(xiàn)就PI3K、Akt的結(jié)構(gòu)、信號(hào)通路的組成及其與腫瘤細(xì)胞增殖關(guān)系的機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 Pl3K、Akt的結(jié)構(gòu)

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PI3K參與細(xì)胞多種信號(hào)通路，調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、凋亡與分化等生理過(guò)程。PI3K根據(jù)催化亞單位和作用底物不同分為3型，其中研究最廣泛的是能被細(xì)胞表面受體所激活的Ⅰ型PI3K。此型PI3K是由具有調(diào)節(jié)功能的亞單位p85（相對(duì)分子質(zhì)量為85 000）和具有催化功能的亞單位p110（相對(duì)分子質(zhì)量為110 000）組成的異源二聚體。根據(jù)調(diào)節(jié)亞基的不同Ⅰ型PI3K分為ⅠA和ⅠB兩個(gè)亞類(lèi)：ⅠA亞類(lèi)包括p110α、p110β、p110δ，能與p85形成二聚體；ⅠB亞類(lèi)包括p110γ，不與p85結(jié)合，它沒(méi)有特定的識(shí)別區(qū)域，只能通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體激活［3］。Ⅱ型PI3K自N端到C端依次排列著富含脯氨酸區(qū)、Ras結(jié)合區(qū)、HR區(qū)、PX結(jié)構(gòu)域及C2結(jié)構(gòu)域，其某些亞基參與胰島素的分泌、平滑肌的收縮以及網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的胞吐作用［4］。Ⅲ型PI3K是由p150和豆蔻酰化的催化亞基p100組成的異二聚體，在自噬、吞噬、溶酶體分類(lèi)和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)上都起著重要作用［5］。

Akt，又稱(chēng)蛋白激酶B（protein kinase B，PKB），因與蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）家族同源而得名。其相對(duì)分子質(zhì)量約為57 000，是PI3K下游激活的最主要的信號(hào)分子。哺乳動(dòng)物中Akt是病毒原癌基因v-Akt的同源物。Akt家族有3個(gè)亞型：Aktl／PKBα、Akt2／PKBβ、Akt3／PKBγ［6］。它們受3個(gè)完全不同的基因編碼調(diào)節(jié)，但高度相關(guān)，氨基酸序列具有80%的同源性。Akt催化區(qū)與PKA和PKC催化區(qū)的同源性分別為65%和75%，其主要不同表現(xiàn)在Akt氨基端含有PH結(jié)構(gòu)域，它包括約100個(gè)氨基酸序列和類(lèi)似于其他信號(hào)分子的3磷酸肌醇結(jié)合區(qū)域，在Akt的激活過(guò)程中介導(dǎo)Akt膜轉(zhuǎn)位，羧基端是疏水區(qū)，富含脯氨酸。

2 Pl3K／AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活

生長(zhǎng)因子刺激腫瘤細(xì)胞后，激活受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTKs）。RTKs和PI3K的調(diào)節(jié)亞單位p85結(jié)合，使PI3K蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，p85對(duì)p110的抑制效應(yīng)降低，激活的p110可催化磷脂酰肌醇-2磷酸的3羥基位點(diǎn)，使其磷酸化為磷脂酰肌醇3磷酸，后者不僅可以使膜上的磷酸肌醇依賴(lài)激酶PDK-1和PDK-2發(fā)生蛋白磷酸化，還可以作為第二信使與Akt的結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使Akt易位到細(xì)胞膜，進(jìn)而具有催化活性，催化自身的Ser124和Thr450磷酸化，同時(shí)PDK-1磷酸化Akt蛋白的Thr308，然后PDK2使Ser473磷酸化，Akt蛋白被完全激活，繼而誘發(fā)下游一系列底物改變［7］。

3 G1／S期的調(diào)節(jié)

細(xì)胞由G1期向S期轉(zhuǎn)化是細(xì)胞增殖的關(guān)鍵步驟，細(xì)胞能否成功地實(shí)現(xiàn)由G1期向S期的轉(zhuǎn)化標(biāo)志著該細(xì)胞是否能復(fù)制其DNA和其他與細(xì)胞分裂有關(guān)的生物分子，進(jìn)而完成細(xì)胞分裂的關(guān)鍵。因此，細(xì)胞周期進(jìn)程中G1／S檢測(cè)點(diǎn)很關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)表明，PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在G1／S過(guò)渡過(guò)程中發(fā)揮重要作用［8］。

G1／S檢測(cè)點(diǎn)調(diào)控途徑中涉及到的調(diào)控因子包括：細(xì)胞周期蛋白D1（cyclinD1）、細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）、糖原合成酶3（glycogen synthase kinase-3，GSK-3）、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，m TOR）、Rb蛋白、E2F蛋白等；另外，p21CIP1和p27KIP1在PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控G1期向S期的轉(zhuǎn)化過(guò)程中起重要作用。

3.1 CyclinD1 CyclinD1是細(xì)胞增殖信號(hào)的關(guān)鍵蛋白，為細(xì)胞周期從G1期到S期轉(zhuǎn)換所必需，許多人類(lèi)的癌癥特別是乳腺癌中存在CyclinD1的過(guò)度表達(dá)，過(guò)高的CyclinD1水平導(dǎo)致細(xì)胞周期的縮短，加速腫瘤的發(fā)展。CyclinD1下調(diào)可以導(dǎo)致細(xì)胞增殖的抑制［9］。PI3K／Akt可以通過(guò)激活GSK-3和m TOR／FRAP進(jìn)一步激活CyclinD1，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞周期從G1期到S期轉(zhuǎn)換。

3.1.1 GSK-3的作用 GSK-3最早發(fā)現(xiàn)是在胰島素依賴(lài)的組織中調(diào)節(jié)糖原合成的一種重要酶，為了促進(jìn)糖原的合成，胰島素通過(guò)PI3K／AKT途徑磷酸化GSK-3使其失活。盡管GSK-3在腫瘤轉(zhuǎn)化方面的機(jī)制還不完全清楚，但它可以從以下幾個(gè)方面影響CyclinDl。首先，Akt直接磷酸化抑制GSK-3的激酶活性，繼而阻止因GSK-3磷酸化促進(jìn)泛素介導(dǎo)的CyclinDl的降解。其次，CyclinD是β-連環(huán)蛋白（β-catenin）在細(xì)胞核內(nèi)激活的下游靶基因，當(dāng)βcatenin在胞質(zhì)積累時(shí)，可以激活轉(zhuǎn)錄因子LEF，而LEF可以激活CyclinDl基因轉(zhuǎn)錄。GSK-3磷酸化β-catenin并通過(guò)蛋白酶體途徑促進(jìn)其降解，Akt通過(guò)直接磷酸化抑制GSK-3的激酶活性，增加βcatenin活性，使β-atenin轉(zhuǎn)入核內(nèi)，激活轉(zhuǎn)錄因子LEF，進(jìn)而增強(qiáng)CyclinDl的活性［10］。另外，GSK-3和β-catenin與axin、APC構(gòu)成多聚復(fù)合體，這兩種蛋白對(duì)GSK-3介導(dǎo)的磷酸化和β-catenin的降解十分重要。GSK-3負(fù)調(diào)控β-catenin暗示PI3K／Akt途徑通過(guò)使GSK-3失活，促進(jìn)β-catenin穩(wěn)定性，增加CyclinD的轉(zhuǎn)錄。研究發(fā)現(xiàn)，毛地黃黃酮通過(guò)Akt-GSK-3b-Cyclin D1途徑抑制鼻咽癌細(xì)胞增殖，引起G1期阻滯［11］。

3.1.2 m TOR Akt可以通過(guò)磷酸化絲氨酸／蘇氨酸激酶m TOR影響腫瘤細(xì)胞的存活以及增殖［12－13］。通過(guò)激活m TOR和它的下游途徑來(lái)控制細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化所需要特殊蛋白質(zhì)的翻譯。m TOR能激活核糖體激酶p70S6k，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞周期G1／S期的轉(zhuǎn)換所需的關(guān)鍵核糖體蛋白的mRNA翻譯。m TOR還可促進(jìn)4E-BP-1磷酸化，解除它對(duì)翻譯起始的抑制而增加mRNA的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。研究表明，m TOR是Akt的直接靶點(diǎn)，PI3K的抑制劑LY294002和雷帕霉素可以抑制其活性，用 PI3K的抑制劑和雷帕霉素和LY294002處理T細(xì)胞白血病，可以引起細(xì)胞增殖抑制，G1期細(xì)胞阻滯，同時(shí)伴隨p70S6k和CyclinDl降低［14］。另外，在卵巢癌中也發(fā)現(xiàn)用藥物處理細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞增殖抑制，p70S6k和Cyclin Dl下調(diào)［15］。說(shuō)明，PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過(guò)激活m TOR進(jìn)一步激活p70S6k，抑制4E-BP-1，增加CyclinDl量，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。

3.2 p21CIP1和p27KIP1p21CIP1和p27KIP1是兩種重要的細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)控因子，是Cyclin-CDKs的抑制者。而Akt對(duì)p21CIP1和p27KIP1的表達(dá)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，在二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞中，Akt升高可以激活p21CIP1激酶Pak1，繼而調(diào)節(jié)p21CIP1活性，最終導(dǎo)致細(xì)胞增殖的增加［16］。Akt還能直接磷酸化p27KIP1的Thrl57，使p27KIP1在胞內(nèi)堆積，防止由p27KIP1導(dǎo)致的對(duì)細(xì)胞周期的阻滯作用［17］。研究發(fā)現(xiàn)，在卵巢癌及前列腺癌中，抑制PI3K活性可以誘導(dǎo)p21CIP1的表達(dá)，進(jìn)而阻滯細(xì)胞周期［15］。因此，PI3K／Akt信號(hào)傳導(dǎo)通路可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)控因子p21CIP1和p27KIP1的表達(dá)而促進(jìn)G1期進(jìn)展，促進(jìn)細(xì)胞增殖與分化，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

4 G2／M期的調(diào)節(jié)

PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)作用，主要發(fā)生在G1／S期，但也有一些文獻(xiàn)表明PI3K／Akt通路可能參與調(diào)控G2／M期轉(zhuǎn)變。胃癌細(xì)胞對(duì)抑制PI3K的藥物反應(yīng)表現(xiàn)為細(xì)胞周期G2期阻滯［18］。另研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用M2-A處理HL-60細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞增殖被阻滯在G2／M期，同時(shí)PI3K、Akt活性被抑制，CDK1和Cyclin B表達(dá)降低［19］。提示PI3K／Akt通路可能通過(guò)調(diào)控G2／M細(xì)胞周期蛋白及周期蛋白依賴(lài)的激酶加速G2／M期轉(zhuǎn)變，促進(jìn)細(xì)胞周期加速。

5 展 望

對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖調(diào)控的研究可以為腫瘤的治療提供理論基礎(chǔ)。近些年來(lái)研究表明，PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在腫瘤的增殖中起著重要的作用。PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過(guò)在不同水平的調(diào)節(jié)，加速細(xì)胞增殖過(guò)程中G1／S期、G2／M期的轉(zhuǎn)化，加速了腫瘤細(xì)胞增殖的進(jìn)程。這些調(diào)控點(diǎn)為腫瘤的治療提供了許多新的靶點(diǎn)。但對(duì)PI3K／Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖機(jī)制的研究還有待深入。

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（本文編輯：許卓文）

R73－37

A

1007-3205（2015）01-0107-03

2014－03－20；

2014－05－05

徐彥楠（1984－），女，河北石家莊人，河北醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師，醫(yī)學(xué)學(xué)士，從事細(xì)胞凋亡研究。

10.3969／ji.ssn.1007-3205.2015.01.042