PI3K/Akt/m TOR信號(hào)通路與帕金森病關(guān)系的研究進(jìn)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）

PI3K/Akt/m TOR信號(hào)通路與帕金森病關(guān)系的研究進(jìn)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(hào)傳導(dǎo)； 帕金森病； 細(xì)胞凋亡； 綜述

帕金森?。≒D）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(dòng)作遲緩及減少、肌張力增高、姿勢(shì)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(rèn)為，PD的病因可能與遺傳、環(huán)境因素、年齡、細(xì)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(lái)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(jìn)行性凋亡[1]。磷脂肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物西羅莫司靶蛋白（PI3K/ Akt/mTOR）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的重要信號(hào)通路，在調(diào)控細(xì)胞分化、凋亡等過(guò)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(diǎn)可對(duì)抗神經(jīng)元凋亡并促進(jìn)神經(jīng)元存活。本文對(duì)當(dāng)前PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路與PD的關(guān)系研究進(jìn)行綜述。

1 PI3 K/Akt/m TOR結(jié)構(gòu)與功能

PI3K是重要的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶，是由調(diào)節(jié)亞基p85和催化亞基p110兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)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(zhǎng)因子[血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）、胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）、表皮生長(zhǎng)因子（EGF）]、胰島素受體等細(xì)胞外信號(hào)分子作用后，能使識(shí)別并結(jié)合P85的SH2結(jié)構(gòu)域的相應(yīng)位點(diǎn)磷酸化，從而解除調(diào)節(jié)亞基P85對(duì)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(xì)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(diǎn)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(shí)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(duì)分子質(zhì)量為57× 103的Ser/Thr蛋白激酶，由約480個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，是PI3K信號(hào)通路下游重要的信號(hào)傳導(dǎo)分子，主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。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(shí)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(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上[6]。因此，PH結(jié)構(gòu)域的缺失或突變會(huì)導(dǎo)致Akt活性喪失或降低，其在Akt激活過(guò)程中的膜轉(zhuǎn)位問(wèn)題上有著重要作用[7]。如在生長(zhǎng)因子、胰島素受體等細(xì)胞外因子的刺激下，PI3K會(huì)激活，活化的PI3K生成PIP3進(jìn)一步激活A(yù)kt。PIP3與Akt相互識(shí)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(gè)殘基后激活A(yù)kt。Akt信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)重要的促存活信號(hào)通路，Akt及細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）磷酸化水平的增加可對(duì)抗神經(jīng)元凋亡并促進(jìn)神經(jīng)元存活[8]。目前研究Akt主要通過(guò)磷酸化Bad、mTOR、Caspase 3、GSK-3等下游底物而發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞生存等生物學(xué)效應(yīng)[9]。Akt是PI3K/Akt信號(hào)通路的中心環(huán)節(jié)，PI3K/Akt信號(hào)通路對(duì)多種生命活動(dòng)的調(diào)控，均依賴Akt蛋白的磷酸化[10]。

mTOR是PI3K/Akt信號(hào)通路下游的一個(gè)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(guò)TSC1/2復(fù)合物進(jìn)一步激活其下游分子mTORC1，而且mTORC2可在活化的Akt中Ser473位點(diǎn)上完全被活化。活化的mTOR進(jìn)一步使其的2個(gè)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(qiáng)mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯，激活的信號(hào)傳導(dǎo)通路能抑制由多種因素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和自噬，從而調(diào)控細(xì)胞的增長(zhǎng)和周期[11]。

2 PI3 K/Akt/m TOR信號(hào)通路與PD的關(guān)系

細(xì)胞凋亡已被證實(shí)是參與PD發(fā)病過(guò)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(hù)的治療策略越來(lái)越受到重視，有效的神經(jīng)保護(hù)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(xì)胞凋亡有關(guān)，而多種信號(hào)傳導(dǎo)途徑參與了細(xì)胞凋亡的調(diào)控。PI3K/Akt信號(hào)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(hào)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(yán)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(dá)能夠達(dá)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(dá)受干擾的情況下，DJ-lA表達(dá)的減少可起到下調(diào)磷酸化Akt水平的作用，并減弱Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在腦內(nèi)的保護(hù)作用[15]。在果蠅Parkin模型中，抑制Parkin基因的功能同樣可達(dá)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(guò)上調(diào)對(duì)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(duì)Akt的磷酸化，起到加速細(xì)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(guò)激活PI3K/Akt途徑來(lái)發(fā)揮多巴能神經(jīng)保護(hù)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(guò)上調(diào)磷酸Ser473激活A(yù)kt，對(duì)細(xì)胞死亡有保護(hù)作用[18]。王雪等[19]研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺D1受體激動(dòng)劑SKF38393能保護(hù)剝奪血清所致的PD體外模型PC12細(xì)胞損傷，其保護(hù)作用可能與激活PI3K/Akt和ERK信號(hào)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(hù)作用，進(jìn)一步提示SKF38393可以通過(guò)或者是部分通過(guò)激活PI3K/Akt及ERK信號(hào)通路而對(duì)抗剝奪血清所誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷，而p38MAPK信號(hào)通路抑制劑則未能有效阻斷SKF38393的神經(jīng)保護(hù)作用。

PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路還參與細(xì)胞自噬（Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡）和分解異常蛋白，在對(duì)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(xì)胞凋亡的負(fù)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(duì)自噬的發(fā)生起負(fù)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(guò)抑制小G蛋白R(shí)heb，抑制西羅莫司靶位點(diǎn)（TOR）激酶的活性，對(duì)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(shí)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(xì)胞自噬，所以激活PI3K/AKT/mTOR通路而抑制自噬促進(jìn)細(xì)胞壞死[22]。下游的mTOR是調(diào)節(jié)多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的重要節(jié)點(diǎn)，mTOR的抑制和自噬增強(qiáng)可能保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元。在PD小鼠模型中，通過(guò)mTOR抑制劑抑制mTOR而增強(qiáng)自噬可降解有毒的突觸核蛋白聚集和變性神經(jīng)細(xì)胞[23]。有研究者建立 6-羥基多巴胺（6-OHDA）誘導(dǎo)PC12細(xì)胞制造PD體外模型，發(fā)現(xiàn)REDD1蛋白的表達(dá)上調(diào)，再給予mTOR抑制劑西羅莫司處理，可降低6-OHDA對(duì)PC12細(xì)胞的毒性作用[24]。在神經(jīng)退行性變疾病中已證實(shí)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路激活自噬促進(jìn)神經(jīng)元的存活，但在各種病理狀態(tài)下該信號(hào)通路促進(jìn)病變細(xì)胞存活的作用機(jī)制還有待進(jìn)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(diǎn)和信號(hào)分子目前尚未完全認(rèn)識(shí)清楚，對(duì)PI3K/Akt/mTOR通路中的部分途徑調(diào)節(jié)可起到保護(hù)作用，如應(yīng)用西羅莫司干預(yù)起到保護(hù)神經(jīng)元的作用僅僅依賴于Akt的活化，而與mTOR信號(hào)無(wú)關(guān)[24]。mTOR的過(guò)度激活可能導(dǎo)致PD患者的運(yùn)動(dòng)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(hù)神經(jīng)元的中心靶點(diǎn)，而增強(qiáng)或抑制mTOR在調(diào)節(jié)信號(hào)通路中發(fā)揮量變到質(zhì)變的反饋?zhàn)饔谩?/p>

3 中醫(yī)藥干預(yù)PI3 K/AKT/m TOR對(duì)PD的研究

在中醫(yī)藥防治PD的研究方面，也已對(duì)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(hù)多巴胺能神經(jīng)元凋亡的作用，其作用機(jī)制與調(diào)節(jié)PI3K/AKT-mTOR信號(hào)通路有關(guān)。人參皂苷Rg1可明顯對(duì)抗6-OHDA對(duì)MES23.5（雜交瘤性多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞株）神經(jīng)細(xì)胞的損傷，其機(jī)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(duì)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(jī)制可能與PI3K/Akt信號(hào)通路的激活有關(guān)[26]。趙彩燕等[27]通過(guò)帕病1號(hào)方顆粒對(duì)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(dá)、bcl-2蛋白表達(dá)，Bcl-2/Bax比值均不同程度升高，而Bax蛋白表達(dá)則不同程度下降，其發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡作用的關(guān)鍵機(jī)制可能為Akt通過(guò)磷酸化抑制Bax蛋白的活性，上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)，從而使得細(xì)胞存活。因此，調(diào)節(jié)P-Akt蛋白表達(dá)，激活PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，亦是中藥治療PD的重要靶點(diǎn)所在，有待進(jìn)一步研究。

4 展 望

目前，PD的治療難度仍很大，無(wú)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(hào)通路的傳導(dǎo)機(jī)制為PD提供了新的方向和思路，有助于進(jìn)一步尋找新的PD治療的靶點(diǎn)，尤其在PI3K/Akt/mTOR作為細(xì)胞自噬重要通路方面，已成為目前研究的熱點(diǎn)。當(dāng)然，即使PI3K/Akt/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)通路與細(xì)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(wèn)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(duì)具體作用靶點(diǎn)方面的研究仍摸石頭過(guò)河，不能選擇性抑制信號(hào)傳導(dǎo)通路來(lái)保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞，有待進(jìn)一步研究。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.07.022

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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）。