PI3K-Akt通路

PI3K-Akt信号通路 是细胞内调控细胞存活、增殖、代谢和迁移的核心信号传导网络，其异常激活与癌症、糖尿病、神经退行性疾病等多种疾病密切相关。以下是该通路的系统性解析：

一、通路的核心组成与激活机制

1. 核心分子

• PI3K（磷脂酰肌醇3-激酶）：

  • 结构：由调节亚基（p85）和催化亚基（p110）组成。

  • 功能：被受体酪氨酸激酶（RTK）或G蛋白偶联受体（GPCR）激活后，催化磷脂酰肌醇二磷酸（PIP₂）生成磷脂酰肌醇三磷酸（PIP₃）。

• Akt（蛋白激酶B，PKB）：

  • 结构：PH结构域（结合PIP₃）、激酶结构域。

  • 激活步骤：

    1. PIP₃募集Akt至细胞膜；

    2. PDK1磷酸化Akt Thr308位点；

    3. mTORC2磷酸化Akt Ser473位点（完全激活）。

• PTEN（磷酸酶与张力蛋白同源物）：

  • 功能：拮抗PI3K，将PIP₃水解回PIP₂，负调控通路活性。

2. 上游激活信号

• 生长因子：如胰岛素（激活胰岛素受体）、EGF（激活EGFR）。

• 细胞外基质：整合素介导的黏附信号。

• 致癌突变：PIK3CA（编码p110α）突变、PTEN缺失或失活。

二、下游效应与生物学功能

1. 细胞存活与抗凋亡

• 抑制促凋亡蛋白：Akt磷酸化BAD（使其失活）、抑制Caspase-9。

• 激活NF-κB：促进生存基因（如Bcl-2）表达。

2. 细胞增殖与生长

• mTORC1激活：Akt抑制TSC复合体，解除对Rheb的抑制→mTORC1促进蛋白质合成。

• 细胞周期推进：Akt磷酸化抑制p21/p27，促进Cyclin D-CDK4复合体形成。

3. 葡萄糖代谢

• GLUT4转运：Akt促进GLUT4囊泡向细胞膜转运，增加葡萄糖摄取。

• 糖原合成：Akt抑制GSK3β，解除对糖原合酶的抑制。

4. 细胞迁移与侵袭

• 调控Rho GTP酶：Akt激活Rac1/Cdc42，促进伪足形成（癌症转移关键步骤）。

三、PI3K-Akt通路的调控异常与疾病

1. 癌症

• 高频突变：

  • PIK3CA突变（如E545K、H1047R）→持续激活PI3K，见于乳腺癌、结直肠癌。

  • PTEN缺失：前列腺癌、胶质母细胞瘤中常见，导致PIP₃积累。

• 治疗靶点：

  • PI3K抑制剂：Alpelisib（用于PIK3CA突变乳腺癌）。

  • Akt抑制剂：Ipatasertib（联合化疗用于三阴性乳腺癌）。

  • mTOR抑制剂：Everolimus（用于肾细胞癌）。

2. 糖尿病与胰岛素抵抗

• 胰岛素信号受阻：Akt活性降低→GLUT4膜转运障碍→血糖升高。

• 骨骼肌与脂肪组织：PI3K-Akt通路抑制导致胰岛素抵抗（2型糖尿病核心机制）。

3. 神经退行性疾病

• Akt信号减弱：神经元凋亡增加（如阿尔茨海默病中Aβ毒性抑制Akt活性）。

四、靶向PI3K-Akt通路的治疗策略

1. 抑制剂分类

2. 联合治疗

• 与免疫治疗联用：PI3K抑制剂增强PD-1抗体疗效（临床前模型显示协同效应）。

• 与MEK抑制剂联用：克服KRAS突变肿瘤的耐药性（如结直肠癌）。

3. 耐药机制与应对

• 反馈激活：如mTOR抑制剂导致PI3K-Akt信号代偿性增强→需联合抑制。

• 旁路激活：IGF-1R或HER2信号补偿→开发多靶点抑制剂。

五、研究前沿与新技术

• 亚型选择性抑制剂：针对PI3Kδ（淋巴瘤）或PI3Kα（实体瘤）的高选择性药物。

• PROTAC技术：降解Akt或PI3K的蛋白降解靶向嵌合体（如ARV-471）。

• 液体活检监测：检测PIK3CA突变或PTEN缺失的动态变化，指导精准用药。

总结

PI3K-Akt通路作为细胞功能的核心调控者，其异常激活是癌症等疾病的重要驱动因素。尽管靶向治疗面临耐药性挑战，但通过亚型选择性药物、联合策略及新技术（如PROTAC），未来有望实现更精准的干预。理解其分子机制与调控网络，将为开发新型疗法提供关键科学依据。