PI3K/Akt 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與神經(jīng)細(xì)胞凋亡研究進(jìn)展

仇志富，顏 勇綜述，吳曉光審校

腦缺血再灌注損傷中最常出現(xiàn)的是細(xì)胞凋亡，細(xì)胞凋亡的機(jī)制復(fù)雜多樣，在眾多細(xì)胞凋亡機(jī)制涉及的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，PI3K/Akt 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是最為重要的，其發(fā)揮抑制細(xì)胞凋亡作用的機(jī)制可通過調(diào)控凋亡蛋白和凋亡基因來實(shí)現(xiàn)，也可以影響線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等發(fā)生相應(yīng)變化實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子激活了PI3K/Akt 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，但是它作為大分子，通過血腦屏障很難，探究一種既能夠穿透血腦屏障又能夠?qū)I3K/Akt 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路高效激活的藥物迫在眉睫。

1 PI3K/AKT 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

1.1 PI3K/AKT 信號(hào)通路組成和功能 PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase，磷脂酰肌醇3 激酶)/AKT(serinethreonine kinase，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶)信號(hào)通路作為細(xì)胞生存的信號(hào)通路之一，其在細(xì)胞增殖、分化、抑制細(xì)胞凋亡方面起到了重要的作用［1］，與腦缺血再灌注損傷中的神經(jīng)細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。

1.2 PI3K-Akt 信號(hào)通路激活 PI3K 具有脂類激酶活性的同時(shí)，又擁有蛋白激酶的活性。腦缺血發(fā)生后，機(jī)體本身可以釋放出一些能夠?qū)⒕哂欣野彼峒っ富钚允荏w激活的物質(zhì)，這類物質(zhì)如:神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)因子、整合素等，受體經(jīng)過其磷酸化以后會(huì)特異性的結(jié)合PI3K 的調(diào)節(jié)亞基，從而將PI3K 激活。PI3K 激活后可以使細(xì)胞膜上的肌醇發(fā)生磷酸化，生成第二信使PI3K，Akt 作為PI3K 下游的效應(yīng)分子，PI3K 結(jié)合Akt 的PH 結(jié)構(gòu)域，在既能夠使Akt 從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位的同時(shí)，又能夠改變其構(gòu)象，如此一來便可使Akt的Thr308 位點(diǎn)發(fā)生磷酸化、Ser473 位點(diǎn)發(fā)生磷酸化，使其由抑制狀態(tài)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)。作為調(diào)節(jié)位點(diǎn)的Thr308 和Ser473，其磷酸化作用的進(jìn)行是一前一后、互相獨(dú)立的［2］，AKT 活性的最終實(shí)現(xiàn)需要依賴Ser473 的磷酸化，Akt 磷酸化激活后即成為p-Akt，其可以衡量該通路的活化程度，通過參與多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來起到促進(jìn)細(xì)胞增殖和阻止細(xì)胞凋亡發(fā)生的作用。Akt 活化后控制凋亡的方式是通過直接將凋亡相關(guān)蛋白磷酸化或者間接改變、編碼凋亡相關(guān)蛋白的基因表達(dá)水平來實(shí)現(xiàn)的，活化后的Akt，通過磷酸化作用將其下游靶蛋白Bad、caspase、NF-κB 等激活或抑制，實(shí)現(xiàn)調(diào)控多種生長(zhǎng)因子來誘發(fā)細(xì)胞生長(zhǎng)、促進(jìn)細(xì)胞存活的生物學(xué)效應(yīng)［3～5］。

1.3 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子與PI3K/Akt 信號(hào)通路 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族(NTFs)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和存活都具有重要的營(yíng)養(yǎng)支持作用，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族(NTFs)的具體分類可分為兩種:一種是腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-de-rived neurotrophic factor，BDNF)家族;另一種是外源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3(neurotrophin 3，NT-3)家族，BDNF 作為腦內(nèi)合成的一種蛋白，在腦內(nèi)分布最為廣泛，它是神經(jīng)元維持生存和執(zhí)行正常功能所必需的。NTFs 家族中最早發(fā)現(xiàn)的調(diào)控因子-神經(jīng)生長(zhǎng)因子NGF(nerve growth factor)不僅對(duì)多種神經(jīng)元的分化、增殖和存活起重要作用，而且能夠抑制腦缺血及創(chuàng)傷等腦損傷中神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。當(dāng)周圍神經(jīng)損傷后神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子分泌減少時(shí)，給予外源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3，會(huì)對(duì)促進(jìn)神經(jīng)再生及保護(hù)肌萎縮均產(chǎn)生作用［6］。NGF 的合成與分泌是在發(fā)育期和成熟的細(xì)胞中進(jìn)行的，NGF 與TrkA 結(jié)合后引起PI3K-Akt通路的激活，從而發(fā)揮其對(duì)應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)［7］。謝飛等發(fā)現(xiàn)NGF 發(fā)揮的細(xì)胞保護(hù)作用可能的機(jī)制是NGF 與它的特異性受體TrkA 結(jié)合后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外將PI3k/Akt 信號(hào)通路激活了，激活后的PI3K/Akt 信號(hào)通路中p-Akt 水平上調(diào)，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的凋亡受到抑制［8］。

2 討論

2.1 PI3K/AKT 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制概述 PI3K 下游有許許多多效應(yīng)分子，其中Akt 是通路的中心環(huán)節(jié)，Akt 激活既可作用于下游的NF-κB［9］家族、bcl-2［10］家族、caspase［11］蛋白家族等眾多個(gè)靶點(diǎn)，通過使使凋亡蛋白發(fā)生磷酸化后失去其自身活性，從而達(dá)到促進(jìn)抗凋亡基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的效應(yīng);又可以通過減少線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)的開放，來實(shí)現(xiàn)對(duì)線粒體能量生成的調(diào)控，從而產(chǎn)生清除細(xì)胞內(nèi)活性氧、使其充分發(fā)揮抗凋亡作用，進(jìn)而達(dá)到促使細(xì)胞存活的作用。

2.2 PI3K/AKT 信號(hào)通路與相關(guān)凋亡蛋白

2.2.1 PI3K/AKT 信號(hào)通路與caspase-3、caspase-9 Akt 主要是通過對(duì)細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)上游細(xì)胞色素C 的釋放進(jìn)行干預(yù)來實(shí)現(xiàn)促進(jìn)細(xì)胞存活作用的，Akt 不僅能保證線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的穩(wěn)定性，而且能對(duì)bcl-2 家族成員形成的線粒體跨膜通道發(fā)揮抑制作用，從而減少了細(xì)胞色素C［12，13］從線粒體的釋放量。Akt 磷酸化后能夠在caspase-9的Ser196 位點(diǎn)磷酸化caspase-9 而使其失去活性，進(jìn)而達(dá)到抑制凋亡的效果。已有［14］研究表明，腦保護(hù)的作用可以通過有效抑制線粒體細(xì)胞色素C 的釋放量而實(shí)現(xiàn)。caspase-9在Ser196 位點(diǎn)失活，抑制caspase-3 下游分子的一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而達(dá)到抑制細(xì)胞凋亡的效果。

2.2.2 PI3K/AKT 信號(hào)通路與bcl-2 家族蛋白 Akt 磷酸化后能夠促使Ser136 位點(diǎn)的Bad 發(fā)生磷酸化，形成一個(gè)可以與伴侶蛋白14-3-3 結(jié)合的位點(diǎn)進(jìn)而形成復(fù)合物，當(dāng)復(fù)合物形成時(shí)，Bcl-2 或者bcl-xL 形成的異源二聚體中的Bad 便會(huì)脫落下來，從而增加胞質(zhì)中的bcl-2 或者bcl-xL 等的游離狀態(tài)，以此來發(fā)揮抗凋亡的作用［15］。人們?cè)趯?duì)小鼠進(jìn)行Akt 基因剔除后發(fā)現(xiàn)，Akt 的磷酸化水平降低了，導(dǎo)致了胞質(zhì)中bcl-2 的表達(dá)下調(diào)、bax 的表達(dá)上調(diào)，使腦損害程度［16］進(jìn)一步加重。Akt 通過將Bad 磷酸化而將其激活，從而發(fā)揮抑制Bad加重腦損傷的作用;同時(shí)，又將bcl-2 和bcl-xl 解離，而發(fā)揮抗凋亡作用。用特異的PI3K 抑制劑處理后，會(huì)在一定程度上降低Akt 對(duì)Bad 的磷酸化效果。同時(shí)，Akt 也能將Ser184 位點(diǎn)的Bax 磷酸化，阻止Bax 形成二聚體，抑制其促凋亡功能。

2.2.3 PI3K/AKT 信號(hào)通路與NF-κB Thr23 是核因子κB 激酶的抑制劑，PI3K/Akt 活化后能夠?qū)⑵淞姿峄?，使核因子κB 激酶激活;IκB(inhibitor of nuclear fac-tor kappa-B)是核因κB 的抑制劑，核因κB 激酶激活后能夠?qū)⑵淞姿峄?，IκB被磷酸化后改變IκB 與核因子κB 形成的復(fù)合物的構(gòu)象，復(fù)合物的構(gòu)象發(fā)生改變后，IκB 便會(huì)從核因子κB 上脫落下來，其狀態(tài)會(huì)從抑制狀態(tài)變成激活狀態(tài)，隨后通過轉(zhuǎn)位方式從細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞核去結(jié)合DNA，啟動(dòng)bcl-2、bcl-xL［17，18］凋亡蛋白抑制因子等有關(guān)抗凋亡基因的轉(zhuǎn)錄。如bcl-2 和bcl-xL 的抗凋亡作用是通過抑制線粒體細(xì)胞色素C 的釋放實(shí)現(xiàn)的，凋亡蛋白抑制因子可能是通過特異性地抑制caspase-3/7/9 的活化而發(fā)揮其抗凋亡作用的。

3 小結(jié)與展望

腦缺血再灌注損傷會(huì)引發(fā)其缺血中心區(qū)神經(jīng)細(xì)胞的壞死和缺血半暗帶區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡［19］。腦組織缺血缺氧后，機(jī)體本身釋放一系列細(xì)胞生長(zhǎng)因子，整合素等，通過將PI3K、AKT 進(jìn)行一些列磷酸化后，將效應(yīng)分子激活，效應(yīng)分子再通過一系列凋亡蛋白如:bcl-2 家族蛋白、caspase 家族蛋白;凋亡基因如:NF-κB;也可以通過線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等進(jìn)行調(diào)控，從而發(fā)揮抗凋亡作用。但是，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的調(diào)控因子-神經(jīng)生長(zhǎng)因子NGF，通過與其特異性受體TrkA 結(jié)合后，才能夠在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外將PI3k/Akt 信號(hào)通路激活，PI3k/Akt信號(hào)通路中激活后才會(huì)出現(xiàn)p-Akt 水平上調(diào)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的凋亡受到抑制。也就是說PI3K/Akt 信號(hào)通路的激活必須依賴神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的刺激而發(fā)揮腦保護(hù)作用，而神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子是一種大分子，難以通過血腦屏障，如何篩選一種既能夠激活PI3K/Akt 信號(hào)通路，又能夠穿透血腦屏障的小分子物質(zhì)，將會(huì)打開腦缺血損傷治療的新篇章。隨著我們對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡更加深入的研究，和與其相關(guān)機(jī)制密切相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的闡明，將會(huì)使我們更好地認(rèn)識(shí)腦缺血，為腦缺血的臨床治療提供更加明確的方向和靶點(diǎn)。

［1］張?zhí)A珊，李娟娟，吳春云.腦缺血的損傷機(jī)制及相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展［J］.神經(jīng)解剖學(xué)雜志，2014，30(6):729-732.

［2］郁 迪，莫緒明.PI3K/Akt 和MAPK 信號(hào)通路在缺血性腦損傷中的保護(hù)作用［J］.醫(yī)學(xué)綜述，2015，21(2):210-213.

［3］黃雄峰，汪建民.葛根素的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制研究進(jìn)展［J］.中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2015，21(4):224-230.

［4］王小雄，司 瑞，邵 虹，等.紅景天苷抑制缺血/再灌注誘導(dǎo)的心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡［J］.中國(guó)心血管雜志，2015，20(1):57-61.

［5］秦寶寧，滕文靜，劉瑞娟，等.大黃蟲丸對(duì)慢性粒細(xì)胞白血病K562細(xì)胞增殖凋亡及PI3K/AKT 信號(hào)傳導(dǎo)通路的影響［J］.時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2015，26(3):522-525.

［6］吳澤宇，孫晉民，蔡冬梅.神經(jīng)生長(zhǎng)因子在非神經(jīng)系統(tǒng)中的作用研究進(jìn)展［J］.西北藥學(xué)雜志，2015，30(1):104-106.

［7］李明明，李林林，季曉燕.神經(jīng)生長(zhǎng)因子治療周圍神經(jīng)損傷的療效觀察［J］.中國(guó)實(shí)用神經(jīng)疾病雜志，2015，18(4):24-26.

［8］謝 飛，魏 珂，閔 蘇，等.神經(jīng)生長(zhǎng)因子對(duì)H9c2 心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧后凋亡的保護(hù)作用及其機(jī)制［J］.中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2014，30(4):506-510.

［9］隋 華，付曉伶，潘樹芳，等.PI3K/Akt/NF-κB 通路調(diào)控ABCB1/P-gp 介導(dǎo)的人結(jié)腸癌細(xì)胞多藥耐藥的研究［J］.中國(guó)癌癥雜志，2014，24(2):106-111.

［10］韓 軍，宣佳利，胡浩然，等.金絲桃苷預(yù)處理減輕大鼠心肌缺血再灌注損傷作用與PI3K/Akt 信號(hào)通路的關(guān)系［J］.中國(guó)中藥雜志，2015，40(1):118-123.

［11］李 歡，于皆平，于紅剛，等.PI3K/AKT 通路抑制劑對(duì)人胃癌細(xì)胞Caspase-9 表達(dá)的影響［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)，2008，29(1):38-40.

［12］宋瑞霞，熊詠民，陳 群，等.急性心肌缺血損傷中PI3K/Akt 信號(hào)通路表達(dá)的研究［J］.衛(wèi)生研究，2009，38(3):257-259.

［13］李 婧，韓沖芳，任倩倩，等.七氟烷后處理對(duì)大鼠腦缺血再灌注損傷PI3K/Akt 通道的影響［J］.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)生，2012，50(11):6-7.

［14］何曉敏，莫緒明，顧 群，等.二氮嗓預(yù)處理對(duì)幼齡大鼠深低溫腦缺血/再灌注損傷的影響［J］.江蘇醫(yī)藥，2008，34(3):248-251.

［15］馬 娜，郭瑞珍，阮 媛，等.PI3K-AKT-Bcl-2 抗凋亡途徑與瘢痕癌癌細(xì)胞凋亡相關(guān)性探討［J］.中華腫瘤防治雜志，2014，21(8):599-604.

［16］鄒志堅(jiān)，高增光，王曉敏，等.姜黃素對(duì)肺腺癌A549 細(xì)胞PI3K/Akt/Bcl-2 信號(hào)通路的作用［J］.江西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，25(5):15-17.

［17］王文權(quán)，張韶輝，趙立波，等.二苯乙烯苷抑制人乳腺癌MCF-7細(xì)胞增殖及對(duì)PI3K/Akt 信號(hào)通路的影響［J］.腫瘤，2009，29(1):26-30.

［18］李曉娟，李新娟，朱曉謙，等.孕酮通過PI3K/Akt 信號(hào)通路減輕新生大鼠缺血缺氧性腦損傷［J］.中風(fēng)與神經(jīng)疾病雜志，2014，31(6):488-491.

［19］林海平，王 永，沈 燕，等.大鼠腦缺血再灌注損傷中細(xì)胞凋亡相關(guān)調(diào)控因子的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)老年學(xué)雜志，2014，34(9):2589-2592.