李东哲，刘美晓，宋成军△，陈志宏△

（1.承德医学院人体解剖学教研室，河北承德 067000；2.沧州医学高等专科学校）

PI3K/Akt信号通路及PTEN与糖尿病肾病研究进展

李东哲1，刘美晓2，宋成军1△，陈志宏1△

（1.承德医学院人体解剖学教研室，河北承德 067000；2.沧州医学高等专科学校）

糖尿病肾病；PI3K/Akt；PTEN；研究进展

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病发展过程中最常见的微血管病变，也是糖尿病严重的慢性并发症之一，其最终导致的终末期肾功能衰竭(ESRD)是糖尿病高病死率的主要原因，严重威胁着人类的健康[1-2]。DN的致病因素复杂多变，具体的分子机制尚不明确。近年来，国内外学者认为，DN的发生发展与PI3K/Akt的过度激活关系密切。PI3K/Akt信号转导通路在细胞生长、增殖、凋亡、分化及葡萄糖代谢过程中发挥重要作用[3]，它受到上游多种分子的调节以维持细胞和生命的稳态，例如胰岛素、生长因子的正向调节及PTEN的负向调节[4-5]。PTEN是迄今发现的第一个也是唯一一个具有磷酸酶活性的抑癌基因。然而近年来研究表明，PTEN基因的功能不只局限于抑癌作用，其在DN发病机制中的调节功能日益受到重视。为此，现将PI3K/Akt信号通路及PTEN与DN的关系进行综述。

1 PI3K/Akt信号转导通路

PI3K/Akt信号通路是体内的一个基础信号通路，在细胞的生长、分化、增殖、凋亡及糖代谢等一系列活动发挥了重要作用；同时，PI3K/Akt信号通路也是胰岛素的主要下游通路。胰岛β细胞分泌的胰岛素首先与肝细胞膜表面的IR结合，激活的IR使IRS-1/2酪氨酸位点磷酸化而激活，进而激活PI3K。活化后的PI3K可以特异性催化磷酯酰肌醇（PI）3位羟基磷酸化进而产生具有第二信使作用的激酶，进一步激活Akt。而Akt位于这一通路的中心环节，活化的Akt通过调节包括GSK3、FoxO1、Bad在内的一系列下游分子，灵活地参与细胞的增殖、分化、凋亡及代谢等活动。PI3K/Akt信号通路的上游除了受胰岛素调控之外，还受生长因子、PTEN等其它因子的调节。

1.1 PI3K PI3K是参与细胞内信号转导的重要信号分子之一，根据其结构和作用底物的特异性，一般分为3个亚型：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型[6]，研究最为广泛的是直接能被细胞表面受体激活的Ⅰ型。三型PI3K均具有磷脂酶活性，其中Ⅰ型PI3K在细胞内主要磷酸化磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸(phosphatidyalinositol-4，5-bisphosphate，PI-4，5-P2，PIP2)的3位羟基生成磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(phosphatidyalinositol-3，4，5-triphosphate，PI-3，4，5-P3，PIP3)[7]。PIP3在细胞内作为第二信使结合并激活多种靶蛋白，引起信号级联反应，最终调节细胞的功能[8-9]。除Ⅱ型PI3K外，其它两型还具有内源性蛋白激酶活性，使其自身或其它调节蛋白磷酸化，Ⅰ型PI3K还可通过自磷酸化水平调节其磷脂激酶活性。Ⅰ型PI3K又分为ⅠA和ⅠB两种亚型，ⅠA亚型的PI3K能被受体酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase，PTK)、G蛋白偶联受体及小G蛋白RAS激活，而ⅠB亚型PI3K的激活是直接与G蛋白偶联受体结合实现的[10]。PI3K是调节许多生命活动的关键酶，由调节亚基p85(包括p85α/β/γ)和催化亚基p110(包括p110α/β/γ/δ)组成的异二聚体。哺乳动物PI3K的调节亚基p85主要介导受体的结合及酶的定位；催化亚基p110α/β在多种组织中广泛表达，而p110γ/δ主要在白细胞中表达[11]。在胰岛素、生长因子和PTK的相互作用下，PI3K的调节亚单位p85将催化亚单位p110招募到细胞膜上并激活，顺利催化PIP2生成PIP3[12]，这一过程是激活Akt的首要调节。

1.2 Akt 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine-threonine kinase，Akt)是存在于人类染色体中的反转录病毒鼠类胸腺瘤病毒(T-8 strain from AKR/J mouse，Akt8)V-Akt致癌基因的同源物，因其与蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)有很高的同源性，故又被称为蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)。Akt是PI3K下游的一个重要的靶激酶，共有3种亚型：Akt1/PKBα、Akt2/PKBβ和Akt3/PKBγ。其中，Akt1广泛表达于多种组织，Akt2主要表达于胰岛素敏感型组织，Akt3则主要高表达于大脑和睾丸。这3种亚型的Akt在氨基酸序列上约有80%的同源性，结构也非常相似，均由N端的PH结构域、中间的激酶催化域和C端的调节域3个不同的功能域组成。完整的PH结构域是Akt激活的必要条件，可调节蛋白质-蛋白质或蛋白质-脂质的相互作用。中部的激酶区包含Thr308磷酸化位点，而Akt完全活化所需磷酸化的另一位点Ser473则位于羧基端的调节域[13-14]。PIP3不能直接激活Akt，只能使Akt转位到细胞膜上并使Akt的结构发生改变，进一步被磷酸肌醇依赖性激酶(phosphoinositide-dependent kinase ，PDK)磷酸化。PDK同时催化Ser473和Thr308两个位点磷酸化，才能完全激活Akt[15]，活化的Akt随后从细胞膜释放到细胞浆，进一步磷酸化GSK-3、FoxOs、Bad、mTOR等蛋白引起信号通路的级联反应，介导胰岛素及多种生长因子诱发的细胞生长、增殖、凋亡及糖代谢等[16]。

2 PTEN

PTEN(人第10号染色体缺失的磷酸酶，phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN)基因是与磷酸酶及张力蛋白同源的人类第10号染色体丢失的磷酸酶基因，该基因编码的蛋白质同时具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶双重特异性磷酸酶活性[17]。PTEN自1997年被不同的研究小组分别用不同的实验方法发现以来，迅速引起广泛关注，一直是国内外研究的热点[18-20]。早期研究[18]已成功将PTEN基因定位于人染色体杂合性缺失高发区10q23.3上，全长200kb，有9个外显子和8个内含子，其转录产物编码由403个氨基酸组成的蛋白质。PTEN主要包含两个功能区域（氨基酸磷酸酶区域和与脂质结合的C2区域）和三个结构区域（氨基端、羧基端和羧基端尾区的PDZ接口）。PTEN的N端包含磷酸酯酶区域和简短的PIP2结合区域，C段包含C2区域和2个PEST序列，及1个包含PDZ结构域蛋白的结合位点。PTEN的N端的非编码区含有多个重复的CGG序列，这为甲基化提供了基础。而PTEN的高甲基化会使基因处于静止状态，进而导致PTEN转录效率降低及PTEN蛋白的减少和缺失。非编码区后是开放读框，其中第5外显子编码的氨基酸包含酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase，PTPs）区，该区含有双重特异性磷酸酶（dual specificity phosphatase，DSPs）催化序列，该序列是PTEN蛋白的核心。若此区发生突变，PTEN磷酸酶活性则消失，而且基本残基的突变使得C2区结合膜磷脂的作用减弱，降低PTEN的膜亲和力，从而使PTEN不能发挥正常的功能。C末端尾区含有PDZ(PSD95/Dlg/ZO-l)结构域和CK2磷酸化位点（如S370、S380、和T382等），对PTEN蛋白稳定性和磷酸酶活性有非常重要的调节作用。PDZ区的突变将会改变第8或9外显子编码的蛋白质表型，影响突变体的稳定性和生物酶活性。PTEN蛋白C端尾部磷酸化位点的磷酸化/去磷酸化修饰与PTEN的稳定性及活性有关[21]。当PTEN被磷酸化时，其结构稳定性增高，而酶活性显著降低[22]；当其去磷酸化时，酶活性增强[23]。因此，分子构象的改变也是PTEN灭活的机制之一。PTEN基因是评价众多肿瘤预后的指标，研究其作用机制对肿瘤的诊断及基因治疗具有重要意义。另外，PTEN在细胞生长、凋亡、黏附、迁移及浸润等方面也具有重要作用。

3 PTEN与PI3K/Akt通路

磷酸化和去磷酸化是细胞调控的重要方式。PTEN具有蛋白磷酸酶和脂质磷酸酶双重活性，它可通过去磷酸化修饰其它的蛋白质和脂质。PTEN作为PI3K/Akt信号转导通路的上游抑制因子，正是依赖其脂质磷酸酶活性通过去除磷酸基参与细胞活动的调节[24]。目前，医学界普遍认为，PI3K的脂质产物PIP3是PTEN的生理底物[25]。在体内，PTEN可特异性地使PIP3(PI-3，4，5-P3)的3’位磷酸基团脱磷酸成为PIP2(PI-4，5-P2)，降低细胞内PIP3的浓度，拮抗PI3K的信号传导，从而抑制Akt的激活[26]。PTEN正是借此调控PI3K/Akt信号通路的活化以及下游信号因子级联反应在体内的平衡。一旦PTEN基因发生突变或缺失，导致其蛋白质合成异常或受阻，使得PTEN蛋白表达水平降低，使PIP3去磷酸化为PIP2的作用减弱，以致PIP3在细胞内过度积聚，必将使PI3K/Akt转导通路持续处于活化状态，最终导致细胞的增殖或凋亡失去控制，引发一系列疾病[27-28]。因此，PTEN常被认为是PI3K/Akt信号通路的“开关”。

4 PI3K/Akt信号通路和PTEN与糖尿病肾病

4.1 PI3K/Akt信号通路与糖尿病肾病 PI3K/Akt信号通路是DN中一条重要的信号转导途径，调控疾病的发生发展。近年来研究发现，DN的发生发展与PI3K/Akt信号通路的过度激活密切相关。张翠香等[29]免疫组化染色结果显示，DN模型组大鼠肾组织中PI3K与AKT均被激活；Kasinath等[30]研究发现，与正常对照组相比，DN模型组大鼠肾皮质中PI3K及Akt活性升高。蛋白尿是DN重要的临床特征，研究表明[31]，足细胞，即肾小球脏层上皮细胞结构和功能的异常是造成DN患者出现蛋白尿的主要因素。邢玲玲等[32]的研究结果提示，PI3K/Akt信号通路的激活可介导足细胞的损伤，与国外Wang等[33]的研究结论一致。另有国外研究者观察到[34]，在DN病情进展过程中，转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）过度激活PI3K/Akt信号通路，参与了肾小管上皮细胞向间质细胞的转分化过程。

4.2 PTEN与糖尿病肾病 体内外实验[43-44]均表明，PTEN的降低可能与DN的发生发展有关。国内研究结果也证实[29]，与正常对照组相比，DN模型组大鼠肾小球中PTEN蛋白表达下降，并且随着PTEN在DN肾脏表达的下调，足细胞损伤和尿蛋白逐渐加重[35]，与国外相关报道[36]一致，提示PTEN可能是肾脏的一个保护基因。足细胞特异的胰岛素信号通路受损，参与DN的发生[38]。有研究显示[42]，在某些疾病状态下，通过稳定PI3K/Akt信号通路能有效缓解足细胞的损伤，降低蛋白尿发生率。杨辰等[37]的研究显示，中药黄芪菟箭合剂可通过提高DN大鼠肾脏PTEN的活性和mRNA表达水平，调节PI3K/Akt信号通路的活性，降低Akt和p-Akt的表达。另外，国内研究者[39，41]采用转染、重组等技术表明，PTEN能抑制TGF-β1诱导的PI3K/Akt通路的激活及所产生的致纤维化效应，与Shemesh等[40]的研究结论一致。

综上所述，DN的发病机制与PI3K/Akt信号通路密切相关，而PTEN可能通过抑制PI3K/Akt的过度激活来调控DN的发生发展。进一步了解PTEN与PI3K/Akt信号通路，探索二者相互作用的分子机制及其它下游靶分子，并以此开发出PTEN/PI3K/Akt通路特异性药物，可能给DN的治疗带来新的启发。

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R692.6

A

1004-6879（2018）01-0069-05

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2017-09-19）

(综述讲座栏目编辑：张玉亭)