PI3K_Akt信号通路与胰岛素抵抗的研究进展
Vol.14No.7
CuidingJournalofTraditionalChineseMedicineandPharmacyJuly.2008
PI3K/Akt信号通路与胰岛素抵抗的研究进展
常盛
(浙江中医药大学2005级硕士研究生,浙江杭州
310053)
[摘要]胰岛素信号转导在胰岛素生理作用的发挥中起着至关重要的作用,其减弱或受阻,使得胰岛素生理作用减弱,导致
本文概述了PI3K/Akt通路成员及功能,与IR关系及临床药物应用等研究进展。IR形成。
[关键词]PI3K/Akt信号通路,胰岛素抵抗,研究进展[中图分类号]R335+.6
[文献标识码]B
(2008)07-0113-03[文章编号]1672-951X
ProgressinStudyingtheRelationshipBetweenPI3K/AktSignalAccessandInsulinResistance
CHANGShen
Masterof2005Grades,ZhejiangUniversityofTraditionalChineseMedicine,Hangzhou,China,310053
[Abstract]
Insulinsignaltransductionplayanimprotantroleinthephysiologicalfunctionofinsulin.Itsweakeningor
disordercanmakethephysiologicalfunctionofinsulinweaken,andcausetheformationofIR,thepapersummarizedthemembersofPI3K/Aktaccessanditsfunction,relationswithIRandclinicalapplicationofdrugs,andsoon.
[Keywords]PI3K/Aktaccess;Insulinresistance;Studyprogress
磷酯酰肌醇3激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)家族,是生长因子超家族信号传导过程中的重要分子,可被多种细胞因子和理化因素激活,是一类特异性地催化磷酯酰肌醇
85KD的调节亚单位和110KD的催化亚单位组成的异二聚体;
调节亚基P85分子包含以下几个重要的结构域:1个SH3区域、
2个富含脯氨酸的区域、2个Src同源结构域(Srchomologydo-
该非编码区是异二聚体P85main2,SH2)被一非编码区分开。
和P110相互作用的区域,2个SH2结构域是P85/P110异二聚体与受体酪氨酸激酶结合的区域,可与磷酸化的酪氨酸残基结合,传导酪氨酸信号[2-3]。在胰岛素、生长因子和受体酪氨酸激酶(PTK)的相互作用下,PI3K的P85调节亚单位召募P110催化亚单位到细胞膜[4]。后者使磷脂酰肌醇(PtdIns)肌醇环上的D-
(phos-phatidylinositol,PI)3位羟基磷酸化,产生具有第二信使
作用的肌醇脂物质的激酶。丝/苏氨酸激酶(ser-inethreonine
kinase,AKT)通路主要负责由PI3K始动的生物信息的传导,AKT处于这一通路的中心环节,它在细胞代谢、细胞周期调
控、细胞生长凋亡等多种生物学过程中发挥着重要作用,与IR的发生发展密切相关[1],近年来相关研究日渐增多。本文就该通路结构功能特点以及与IR的研究近况作一综述。
3位点磷酸化产生第二信使:PtdIns(3,4)P2和PtdIns(3,4,5)P3。PIP3水平受PTEN等磷酸酶活动的调控,它并不能直接活化PKB/Akt,只是使PKB/Akt聚集到细胞膜,并发生构象变化,从
而得以被PDK-1磷酸化,引起后续的信号瀑布反应。
1PI3K/Akt细胞信号通路概述
磷脂酰肌醇-3激酶(phospho-
1.1PI3K的分型,结构和功能
inositide3-kinase,PI3K)最早由WhitmanM等发现,是参与细
胞内信号转导的信号分子之一。PI3K根据其作用底物不同,一般分为3个亚型,I型(又分为IA型,IB型)、Ⅱ型、Ⅲ型。I型磷脂酰肌PI3K可磷酸化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)、
醇-4-磷酸(phosphatidylinositol-4-bisphosphate,PI4P)和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PI-
1.2Akt的分型,结构及功能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-8strainfromAKR/Jmouse,
Akt8)V-Akt致癌基因的同源物,与蛋白激酶A(proteinkinaseA,PKA)及蛋白激酶C(proteinkinaseC)有很高的同源性,故又
称PKB[5]。目前发现Akt共有3种亚型,Akt1、Akt2、Akt3,三者之间有将近80%的同源性。Akt1在大部分组织中表达,而Akt2主要存在于胰岛素效应组织,Akt3则在睾丸和脑组织中高表达。中间催化域和位于羧Akt结构由位于氨基端的PH结构域、基端的调节域3部分组成。磷酸化是Akt激活的主要机制,其调节主要依赖于磷脂酰肌醇3激酶(PI3-K)-磷酸肌醇依赖性激酶(PDK)信号通路。其有两个磷酸化位点,分别位于催化域和调节域,即Thr308和Ser473,只有两个位点的磷酸化才能使
4,5-P2),但在细胞内却主要以PI-4,5-P2为主,此酶的产物主
要是磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(phosphatidylinositol-
3,4,5bisphosphate,PI-3,4,5-P3)。II型PI3K主要能磷酸化PI及PI4P;III型PI3K仅能磷酸化PI,生成PI3P;上述三种PI3K除磷
脂酶活性外,I、III型具有内源性蛋白激酶活性,可使其自身或调节蛋白磷酸化,IA型PI3K可通过其自磷酸化水平来影响磷脂激酶的活性。PI3K功能上是Akt活化的首要调节者,该酶为
113
Vol.14No.7
CuidingJournalofTraditionalChineseMedicineandPharmacy
基因的表达,从而调节肝脏糖脂代谢过程[12]。
July.2008
Akt充分活化从而达到最大活化状态。当PI3-K受到细胞外胰
岛素及胰岛素样生长因子等的作用下激活并在细胞膜产生
2.2PI3K-Akt信号通路与IRIR是指外周组织和靶器官对
PIP2及PIP3,后者是下游底物分子磷脂酰肌醇依赖性激酶(Phosphoinositide-dependentkinase,PDK)的变构激活剂。Akt在PIP2的作用下产生同二聚体并达到部分激活的状态,进而Pt-dIns(3,4,5)P3使Akt/PKB转位到细胞膜,使Akt/PKB本身获得催
化活性,催化其自身的Ser124和Thr450磷酸化,并且使Akt/PKB和PDK-1通过它们的PH结构域与PtdIns(3,4,5)P3直接结合锚定在细胞膜上[6],PDK-1就能催化Akt/PKB的Ser473和Thr308磷酸化,使Akt/PKB完全活化,活化的Akt随后由细胞膜上释放出来,使其得以到胞浆内引起信号转导通路的级联反应。
内和(或)外源性胰岛素的敏感性和反应性降低的一种代谢状态,是2型糖尿病最主要的病理生理机制之一。任何环节受到因此,在这个角度上IR可干扰,均会影响胰岛素的信号转导。以定义为胰岛素信号转导的缺陷
[13]
。PI3K/Akt信号通路是胰
岛素的主要信号通路,研究表明,在IR状态,胰岛素刺激引起的PI3K信号传导途径的作用下降,而MAPK介导的信号传导作用则正常[14]。JoanneL.Thorvaldsen等人的实验表明,PI3K信号传导途径下游分子Akt2基因敲除小鼠的肝脏和骨骼肌等组织器官对胰岛素的反应较正常小鼠有不同程度的减弱,其中肝脏表现为对肝糖原的合成减少,骨骼肌则主要是减少了对血糖的吸收,证明Akt2是正常糖代谢平衡的必需基因[15]。导致胰岛素信号转导异常的因素主要可分为先天性因素和后天性因素两大类,遗传缺陷,基因突变等先天异常因素及生活方式,肥胖,环境等后天因素各种影响因子均可通过影响
22.1
PI3K-Akt信号通路与IR
PI3K-Akt信号通路与胰岛素生理功能
胰岛素是糖与
脂肪能量代谢过程中主要的调控激素。胰岛素首先与细胞表亚基的蛋白酪氨酸激酶面胰岛素受体(INSR)结合,激活其β
(proteinTyrosinekinase,PTK)。IRS作为一种锚定蛋白(dockingprotein),与含肉瘤同源区段2(srchomology2domain,SH2)结
构域的信号分子结合激活已知至少两条信号途径结合:一是通过胰岛素受体底物蛋白(insulinreceptorsubstrate,IRS)激活磷脂酰肌醇3激酶(phos-phatidylinositide-3kinase,PI-3K)途径;另一条是通过Grb2/SOS和RAS蛋白活化丝裂原激活蛋白激酶(Mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)途径。胰岛素主要通过PI3K途径介导其代谢调节作用,研究发现通过抑制
PI3K/Akt信号通路引起IR。基因异常可以导致InsR、INSRS及
其它细胞内信号蛋白的结构基因异常,从而导致IR。通过靶基因剔除的方法分别剔除小鼠IRSRS-1、IRSRS-2、PI3K基因,均可使受试小鼠发生不同程度的IR或糖尿病[16]。然而,无论用候选基因或基因组扫描的方法,在普通2型糖尿病患者中尚未发现某一特定的基因突变与其IR的发生有关。例如在
41例IR明显的非肥胖的2型糖尿病家系的中国糖尿病患者Akt2基因筛查研究结果未发现存在Akt2基因编码区突变的
家系[17]。另外,流行病学调查显示[18],丹麦人中PI3-激酶的P85亚基基因存在蛋氨酸326异亮氨酸的变异,不过,此变异并未增加患2型糖尿病的危险。而在英国人中,PI3-激酶的P85亚基基因的精氨酸409谷氨酰胺的变异被证明与IR相关。这些差异一方面可能由于2型糖尿病是多个基因轻微异常综合作用的结果;另一方面在不同民族、不同种族间存在不同的易感基因。长期以来大多学者认为IR是由于糖代谢障碍引起,但近年研究证明血中FFA增高可能是IR的主要原因。研究发现血中游离脂肪酸增多时,脂肪酸转化成脂酰辅酶(Acy-CoA),增加DAG,激活PKCθ,使IRS-1中丝氨酸残基磷酸化,IRS酪氨酸磷酸化下降,干扰了PI3K的活化。GLUT4转位到细胞表面受到影响。从而胰岛素介导的糖利用下降[19]。游离脂肪酸增多导致肌肉内脂质增多,继而干扰了胰岛素对葡萄糖的利用、储存的作用,引起IR。有氧运动则可以通过促进高脂饮食导致IR大鼠的血液循环,纠正脂代谢紊乱,降低游离脂肪酸的脂毒性作用,恢复部分受损的PKB,改善大鼠IR状态[20]。
MAPK活性而阻断后者并不降低胰岛素引起的糖转运和糖原
合成[8]。PI3K激活Akt后,后者通过以下几个途径参与发挥胰岛素的代谢调节作用。(1)通过对细胞内葡萄糖运载体囊泡(主要是GLUT4)的易位有重要作用。在胰岛素刺激下,GLUT4囊泡从细胞内池移动到细胞膜,然后与膜融合、将GLUT4分子固定在细胞膜上,从而发挥转运葡萄糖的作用[9]。(2)通过糖原合成酶激酶3(GSK3)促进糖原合成。GSK-3是第一个被发现的PKB/Akt的生理底物,PI3K、PDK、Akt和GSK3形成了胰岛素调节糖原合成的信号级联系统中的一个重要支路。两种形式的GSK3的异构体GSK3α和GSK3β的氨基端都含有Akt的磷酸化位点,胰岛素通过磷酸化和失活GSK3促进糖原合成。(3)
PDE3B是Akt的生理底物之一,在脂肪细胞,胰岛素通过PI-3K和Akt依赖的信号途径诱导PDE3的激活,降低cAMP水平,抑
制了PKA对激素敏感脂肪酶的活化,从而抑制了脂肪分解。作为反证,Wortmannin是PI-3K的阻断剂,可抑制PDE3B的活性
[10-11]。将脂肪细胞或胰腺细胞暴露于胰岛素时可使PDE3B磷
酸化,而Wortmannin可阻止该效应[11]。(4)Akt/PKB对转录因子的磷酸化会抑制脂肪酸氧化和肝细胞糖异生(gluco-PGC-1α
(蛋白激酶B(PKB-β)可与转录因子PGC-1αneogenesis)。Akt2(过氧化物酶刺激因子受体协作子,peroxisomeproliferators
3PI3K/Akt信号通路与临床药物应用研究进展
随着对PI3K/Akt信号通路及IR的深入探讨,以及大量的
相关研究,取得一系列进展。
activatedreceptorcoactivator)和FoxO1相互作用,后两者共同
刺激糖异生基因表达,和Akt可以直接抑制脂肪酸氧化相关
3.1胰岛素增敏剂研究表明噻唑烷二酮类药物(TZDs)可
以通过激活PI3K/Akt通路发挥胰岛素增敏作用。Zucker糖尿
病肥胖大鼠给予罗格列酮(3mg・・kg-1d-1),可增加心肌葡萄糖氧化,是胰岛素刺激的PKBSer473磷酸化提高2.1倍,PKB活性提高1.8倍,从而降低血糖、三酰甘油及游离脂肪酸水平,而(wortmannin)明显减弱此作用[21]。邓PI3K抑制剂渥曼青霉素
向群等的实验表明,罗格列酮能显著增加罗格列酮能显著增加骨骼肌中PKB的表达,改善受损的胰岛素信号转导,明显减轻IR,这可能是罗格列酮减轻IR的作用机制之一[22]。
PDK-1toactivateproteinkinaseB.CurrBiol.1998Jun4:8(12):684-91
[7]DattaSR,BrunetA,GreenbergME.Cellularsurvival:aplayinthreeAkts.GenesDev.1999Nov15;13(22):2905-27
[8]SahielAR,PessinJE.Signalingpathwaysininsulinac-tion:moleculartarget'sofinsulinresistance.JClinInvest,2000,106:165-169
[9]ReaS,JamesDE.MovingGLUT4:thebiogenesisandtraffickingofGLUT4storagevesicles.Diabetes1997;46:1667-1677
[10]ShethSB,ChagantiK,BastepeM,etal.CyclicAMPphosphodiesterasesinhumanlymphocytes[J].BrJHaema-to1,1997,99:784-789
[11]ChoH,Mu.J,Kim.JK,etal.Insulinresistanceandadi-abetesmellitus-likesyndromeinmiceLackingtheproteinkinaseAkt2(PKB-beta).Science2001;280(5):E816-24[11]SmithU,CarvalhoE,MosialouE,etal.PKBinhibitionpreventsthestimulatoryeffectofinsulinonglucosetransportandproteintranslocationbutnottheantilipolyt-iceffectinratadipocytes[J].BiochemBiophysResCom-mun,2000,268:315-320
[12]LiX,MonksB,GeQ,etal.Akt/PKBregulateshepaticmetabolismbydirectlyinhibitingPGC-1alphatranscrip-tionCoactivator.Nature.2007Jun21;447(7147):1012-6[13]PessinJE,
SaltielAR.
Signalingpathwaysinsulin
action:moleculartargetsofinsulinresistance[J].JClin
3.2中医中药张妍等研究表明,葛根素可增加IR大鼠骨骼
肌中PKB表达,增强胰岛素生物效应[23];而进一步研究证明,葛根素可提高IR大鼠脂肪细胞中GLU4表达,从而加强葡萄糖的摄取和利用[24];陈丹等研究表明[25],葛根素降低IR大鼠骨骼肌中GSK-3的表达,因此糖原合成酶磷酸化减少,活性增强,促进糖原合成,与PKB表达增加导致GSK-3活性下降效应一致;同时IR丝氨酸/苏氨酸磷酸化减少,酪氨酸磷酸化增多,活性增强,促进GLU-4转位,增强了葡萄糖的摄取和利用,均与上述研究一致。据此推测葛根素可能通过影响PI3k/Akt信号通路改善大鼠IR。周云枫等在研究中发现黄芪多糖可降低2型糖尿病大鼠血糖水平,并可以通过有效增加InsR,IRS-1,
PI3K水平,增加组织对胰岛素的敏感性,改善胰岛素受体和
受体后环节信号转导等[26]。
4小结与展望
综上所述,PI3K/Akt通路作为胰岛素的主要信号通路参
与体内糖脂代谢病理生理机制。进一步研究了解PI3K/Akt通路调节机制、相互作用分子和靶分子,并以此作为IR治疗的新靶点开发出PI3K/Akt信号途径特异药物,将会有很高的临床价值和应用前景。
参考文献:
[1]CantleyLC.Thephosphoinositide3-kinasepathway[J].Science,2002,296(5573):1655-1657
[2]VanhaesebroeckB,WatedfieldMD.Signalingbydistinctclassesofphos-phoinositide3-kinase.Exp1999,253(1):239-254
[3]VanhaesebroeckB,LeeversSJ,AhmadiK,etal,Synthesisandfunctionof3-phosphorylatedinositollipids.AnnuRevBiochem,2001,70:535-602
[4]WymannMP,PirolaL.Structureandfunctionofphospho-inositide3-kinases.BiochimBiophysActa,1998,1436:127-150
[5]AndersonKE,CoadwellJ,StephensLR,etal.Transloca-tionofPDK-1totheplasmamembraneisimportantinallowingPDK-1toactivateproteinkinaseB.CurrBiol.1998Jun4;8(12):684-91
[6]AndersonKE,CoadwellJ,StePhensLR,etal.TransloeationofPDK-ltotheplasmamembraneisimportantinallowing
Cell
Res,
Invest,2000,106:165-169
[14]CusiK,MaezonoK,OamanA,etal.Insulinresistancedifferentiallyaffectsthepi3-kinase-andMAPkinase-me-diated
signaling
in
human
muscle.
JClin
Invest,
2000,105311-320
[15]HanCho,JamesMu,JasonK.Kim.etal.Insulinresis-tanceandadiabetesmellitus-likesyndromeinmicelackingtheproteinkinaseAkt22001Jun1;292(5522):1728-31
[16]KadowakiT.Insightsintoinsulinresistanceandtype2diabetesfromknockoutmousemodels.JC1inIn-vest2000;106:459-466
[17]罗樱樱,安凌王,纪立农.中国高胰岛素抵抗2型糖尿病患
者Akt2基因筛查研究[J].中华医学杂志2006,9(86):增刊
(PKBbeta).Science.
[18]MAnai,MFunaki,TOgihara.Enhancedinsulin-stimu-latedactivationofphosphatidylinositol3-kinaseintheliverofhigh-fat-fedrats.1999.48:158-169
[19]GriffinME,MarcucciMJ,ClineGW.Freefattyacid-in-
115
针刺治疗耳聋的研究概况
祝礼芸,指导:陈俊军
(湖南中医药大学2001级针灸本硕连读研究生,湖南长沙
410007)
认为针刺治疗耳聋具有较好的[摘要]综合近十年的文献报道,论述针刺治疗耳聋的现状,包括针法治疗和综合疗法治疗。治疗效果,有利于耳聋的恢复。
[关键词]耳聋;针刺治疗;文献综述[中图分类号]R246.81
[文献标识码]B
(2008)07-0116-03[文章编号]1672-951X
StudyOverviewontheTreatmentofDeafnessWithAcupuncture
ZHULi-yun,Director:CHENJun-jun
Masterof2001Grades,HunanUniversityofTraditionalChineseMedicine,Changsha,410007
[Abstract]fortherecovery.
[KeyWords]Deafness;Acupuncture;Literaturereview
耳聋是指听力不同程度的减退,甚至完全丧失。耳聋及听力损失为全球性多发病。近年来,针灸、推拿、中医药等各种疗法对耳聋有肯定的治疗效果。本文仅将近10年来针灸治疗耳聋的概况综述如下。
门、听宫、听会配合体针疗法);对照组24例(浅刺耳前3穴配合体针疗法),观察和比较治疗后不同时期两组听力变化及伴随症状的变化。结果显示治疗组的有效率为87.0%,对照组的有效率为29.2%,经统计学处理,P<0.05,差异有统计学意义。金钰钧[3]对104例耳聋患者进行针刺,以比较传统针刺和矩阵针刺治疗耳聋的疗效,结果反映了矩阵针刺的效果显著优于传统针刺法。郭翠萍[4]通过管氏耳病六聪穴治疗暴聋36例,取穴:翳聪(在翳风穴后下1.5寸)、耳灵(在耳轮脚沟的中点处,与听会、角孙、翳风、听宫,并临床辨证配穴,结听宫穴相对应)、
果治愈19例,好转8例,未愈9例,总有效率75%。彭冬青[5]在针
Throughsummarizingtheseliteraturedocumentsinrecenttenyears,thepaperdiscussedtheacutulityof
acupunctureintreatingdeafness.Acupuncturetreatmentwasthoughttopossessgoodeffectintreatingdeafnessandbeneficial
1针法治疗
赵立民[1]等采用中医辨证分型来针刺治疗老年感觉神经
性耳聋,观察针刺对听力的影响。发现针刺可改善内耳微循环,又有改善机体内环境的作用,对老年感觉神经性耳聋有张翠彦[2]在深刺与浅刺治疗突发性耳聋的疗效很好的疗效。
观察中,将47例患者随机分为治疗组23例(深刺耳前3穴即耳
ducedinsulinresistanceisassociatedwithactivationofproteinkinaseCthetaandalterationsintheinsulinsig-nalingcascade.Diabetes.1999Jun;48(6):1270-1274[20]连韩,毕会民,汪保华,等.有氧运动对胰岛素抵抗大鼠肝
细胞中蛋白激酶B表达的影响[J].中国临床康复.2004,8(33):7424-7426
269-272
[23]张妍,毕会民,甘佩珍.葛根素对胰岛素抵抗大鼠骨骼肌中蛋
白激酶B表达影响[J].中国药理学通报,2004,20(3):307-310
[24]李娟娟,毕会民.葛根素对胰岛素抵抗大鼠脂肪细胞葡萄
糖转运蛋白4的影响[J].中国临床药理学与治疗学,2004,9
(8):885-888
[25]陈丹,毕会民,苏杭.葛根素对胰岛素抵抗大鼠骨骼肌中
GLUT4表达的影响[J].中药新药与临床药理,2005,7(16):233-236
[26]周云枫,吴勇,欧阳静萍.黄芪多糖对2型糖尿病大鼠肾组
织胰岛素信号转导的影响[J].武汉大学学报:医学版,
[21]YueTL,BaoW.Gu,JL,etal.RonsiglitazonetreamentinzuckerdiabeticFattVrats1Sassociatedwithameliratedcardiacinsulinresistanceandprotectionfromischemia/reperfusion-inducedmyocardialinjury[j].Dinbetes,2005,54(2):554-562
[22]邓向群,毕会民.罗格列酮对胰岛素抵抗大鼠骨骼肌蛋白
激酶B表达的影响[J].中国新药与临床杂志,2004,5(23):
2005,2(26):139-142
(收稿日期:2008-03-26
编辑:李海洋)