《PI3KAKT信号通路在中枢神经系统损伤中的保护作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PI3KAKT信号通路在中枢神经系统损伤中的保护作用（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PI3-K/AKT信号通路在中枢神经系统损伤中的保护作用*杨帆# 综述 周其全& 审校(第三军医大学高原军事医学系高原疾病学教研室；教育部高原医学重点实验室，全军高原医学重点实验室， 重庆 400038)摘要：PI3-K/AKT通路是由磷脂酰肌醇-3羟基激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K）始动的生物信号传导通路，其在细胞增殖、周期调控、凋亡的启动、血管生成等方面发挥关键性作用。此外，PI3-K/AKT通路还与中枢神经系统损伤的保护机制密切相关。通过对PI3-K/AKT、下游分子及其调控机制的深入研究，不仅可以进一步了解细胞生命活动规律，而且可为脑损伤的
2、治疗提供新的思路和方法。关键词：PI3-K、AKT、BBB、脑损伤、脑保护The protection of PI3-K/AKT signal routing in central lesionYang Fan and Zhou QiquanDepartment of High Altitude Diseases, College of High Altitude Military Medicine, Third Military Medical University; Key Laboratory of High Altitude Medicine of Education Ministry
3、, Key Laboratory of High Altitude Medicine of PLA, Chongqing 400038, China; Abstract: PI3-K/AKT routing is a biological signaling routing activated by phosphatidylinositol 3-kinase, playing a key role in cell proliferation, Cycle regulation, Apoptosis start, Angiogenesis, etc. In addition, PI3-K/AKT
4、 routing is bound up with the Protection mechanism of central lesion. By lucubrating about PI3-K/AKT, Downstream molecules and its regulation mechanisms, not only can we know more about cell behaviors ,but also obtain new ideas and methods for treatment of brain injury.Keywords: PI3-K、AKT、BBB, cereb
5、ral damage, cerebral protectionPI3-K/AKT通路是由磷脂酰肌醇-3羟基激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K）始动的生物信号传导通路，PKA和PKC相关的蛋白激酶（related to the A and C kinase, Rac) AKT处于这一通路的中心环节，其功能涉及细胞增殖、周期调控、凋亡的启动、血管生成、端粒酶活性和细胞侵袭性等诸多方面，并在大脑缺血缺氧性损伤的保护中凸现出日益重要的作用。本文就PI3-K/AKT信号通路相关分子的结构、功能调控、下游信号以及对中枢神经系统保护作用研究进展作一综述。1PI3-K
6、/AKT的结构及活化1.1 AKT基本结构AKT，属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是鼠类胸腺瘤病毒(T-8 strain from AKR/J mouse，AKT8)V-AKT致癌基因的同源物，因与PKA、PKC高度同源故被命名为蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）。AKT由480个氨基酸组成，其蛋白结构包括PH结构域、催化结构域以及尾部调节结构域。氨基端的PH同源结构域可以完成蛋白质之间的相互识别，中间的催化结构域具有ATP的结合位点，羧基端的调节部分有利于与其他疏水基团相互作用1。未激活的AKT以失活状态存在于胞浆中，当其受到上游分子调节发生磷酸化激活，AKT激活后募集至胞膜，
7、随后转位至胞质和胞核，并与相应的蛋白底物发生特定部位的丝/苏氨酸磷酸化2。1.2 PI3-K 始动激活PI3-K是由一个调节亚基（p85）和催化亚基（p110）组成的异源二聚体，是一种具有第二信使特征的脂类衍生物，除具有磷脂酰激酶活性外，还具有丝/苏氨酸蛋白激酶活性，能够激活AKT。PI3-K在上游激活因子的作用下激活并在细胞膜产生3，4二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）和3，4，5三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3），PIP2的作用于并AKT使之达到部分激活状态；PIP3能与磷脂酰肌醇依赖的激酶-1（phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）结合磷酸化AKT的Thr
8、308位点，另一方面PDK2磷酸化AKT的Ser473位点，AKT两个位点同时磷酸化后被完全活化，活化的AKT由细胞膜上释放下来，通过一系列的底物磷酸化活化或抑制下游靶蛋白2，进而调节细胞增殖、分化、凋亡和侵袭。2.ATK下游信号分子2.1 mTOR蛋白活化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一种高度保守的非典型丝/苏氨酸激酶。根据结构及功能差异，mTOR可分为mTORC1和mTORC2两类。mTORC1通过核糖体S6激酶-1（S6K1）和起始因子4E(eIF-4E)结合蛋白-1（4E-BP1）磷酸化，促进蛋白质翻译和细胞增殖，mTO
9、RC2通过AKT的磷酸化激活调节细胞骨架构成及细胞存活。另外，mTORC1通过抑制S6K下调IRS-1/2表达，阻碍PI3-K激活，形成负反馈环路3。正常情况下，结节性硬化复合物1（tuberous sclerosis complex 1，TSC1）与TSC2结合形成复合物，TSC1/TSC2复合物是小GTP酶Rheb的抑制剂，而Rheb是mTOR活化所必需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情况下抑制mTOR的功能；过度暴露生长因子，AKT通过PI3-K/AKT激活，活化的AKT可直接激活mTOR，进而磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，抑制TSC1/TSC2复合物的形成
10、，从而解除Rheb的抑制作用，激活mTOR4；活化的mTOR通过磷酸化蛋白翻译过程中的某些因子来参与细胞功能，mTOR激活P70S6K与促进细胞生长和细胞自噬相关；同时激活的mTOR也可直接作用于HIF-1、PGC-1等核转录因子，调控下游基因表达5。最近研究发现，作为缺氧应答产物，缺氧诱导因子HIF-1可通过HIF-1-REDD1轴，促进TSC1/TSC2复合物形成，阻断mTORC1，因此缺氧可能成为TSC1/2-mTOR信号的直接调控途径6。2.2 GSK-3磷酸化糖原合成酶激酶-3 (Glycogen synthase kinase-3，GSK-3) 是一种多功能的丝氨酸/苏氨酸类蛋白激
11、酶，参与组成PI3-K/AKT，Wnt/wingless和Hedgehog 等信号转导通路。AKT可直接将GSK-3的Ser9磷酸化，磷酸化的GSK-3可进一步使cyclin D1蛋白的Thr286磷酸化，进而抑制cyclin D1细胞核输出和胞质内蛋白酶体途径降解。Tan等在观察G1/S期细胞中通过激活的AKT抑制GSK-3，导致核内cyclin D1蛋白积累7。而在长期培养的FR细胞中，通过连续激活AKT/GSK-3途径，下调cyclin D1蛋白降解，进而引起G1/S 细胞周期检查点扰乱 8。此外，AKT/GSK-3与细胞的存活和增殖过程有关，其激活后可能增加化学、辐射和缺氧等特殊环境的
12、敏感性而增强细胞存活增殖能力9。2.3 CREB活化cAMP反应元件结合蛋白(cyclic-AMP response binding protein, CREB)是富含含亮氨酸拉链结构（bZIP）的超家族成员。其二级结构含两个功能区，C端富含碱性氨基酸的DNA 结合区；N 端是富含酸性氨基酸的转录调节区,结构包括具有多种激酶诱导结构域KD区、具有拮抗KD区的功能X区、能增强CREB转录功能的区、刺激转录活性的关键部位Q3区以及具有辅助转录作用的Q2区和PRO 区。受上游因子调控，活化的AKT 转入细胞核, 磷酸化CREB的Ser133位点并使之激活，活化后的CREB相互聚合后具有生物学活性，若
13、磷酸化的CREB与其他蛋白聚合，则形成无活性异源二聚体, CREB活化后与真核生物启动子中的CRE 结合, 并在其辅因子CREB 结合蛋白（CBP）磷酸化的协同作用下, 共同调控CREB 靶基因转录10。4. PI3-K/AKT对中枢神经系统的保护4.1 PI3-K/AKT对神经元的保护作用PI3-K/AKT是经典的细胞存活信号通路，其保护神经元细胞存活的机制主要包括以下几个方面：1）通过产生神经生长因子和神经营养因子抑制神经元细胞凋亡；2）磷酸化激活下游的底物caspases、P53、CREB和 FHKRL1等抑制细胞凋亡；3）通过线粒体途径干预神经细胞凋亡；4）通过EPO/EPOR系统保护
14、神经元。血管内皮生长因子（VEGF）、肝细胞生长因子（HGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）可激活PI3-K/AKT起始神经元保护效应。Lu等发现脂肪间充质干细胞可释放VEGF、HGF、BDNF，这些细胞因子与相应受体结合后激活PI3-K/AKT信号通路。引起AKT磷酸化，凋亡抑制蛋白（XIAP）上调，裂解活化的Caspase-3使其水平下降，从而降低谷氨酸的兴奋性毒性引起的神经细胞凋亡11。半胱天冬酶(caspase) 是细胞凋亡的启动者和效应者。通过依赖Ras的方式，caspase-9被PI3-K/AKT磷酸化，因而不能被细胞色素C 诱导切割，不被功能性胱天蛋白酶消化，促进了细胞存活。A
15、KT磷酸化caspase-9的ser196使之失活，抑制下游联级放大反应从而抑制凋亡过程，caspase-9激活酶原caspase-3，caspase-3活化后特异性切割DNA，使DNA 损伤修复所需的聚ADP 核糖聚合酶(PARP)和DNA 依赖的蛋白激酶(DNA-PK)等失活，导致染色质凝聚和核酶激活，引起细胞凋亡。辅酶Q10(CoQ10)通过增加p85aPI3-K的表达，上调AKT磷酸化水平，AKT活化后可直接磷酸化Caspase-3、GSK-3以及神经元细胞存活相关的热休克蛋白转录因子，Caspase-3磷酸化后裂解活化受抑制 ，促进神经细胞存活12。此外，激活AKT可以使caspas
16、e-9（Serl96）磷酸化失活，抑制其促凋亡作用；同样道理，活化PI3-K/AKT，可减少下游caspase-9 等蛋白的磷酸化，促进神经干细胞的存活13。P53是AKT下游重要的应答信号，在神经细胞的凋亡、衰老以及细胞周期阻滞中具有重要意义。P53通过上调IGF-BP3,PTEN,TSC2,AMPK,以及Sestrin1/2负性调节PI3-K/AKT通路，mTORC1能够激活PP2A磷酸化造成p53（Ser15）去磷酸化导致p53功能抑制，而AMPK磷酸化p53（Ser15）将其激活，p53-PTEN-AKT-MDM2形成正反馈环路激活p53，而AKT-MDM2-p53形成负反馈环路负性调节p53，促进p53 的失活或降解，阻断p53 介导的促凋亡转录反应14。这些p53和PI3-K/AKT之间广泛的交互作用可以减少应激反应错误积累，促进应激后胞内稳态的恢复，
