PI3-K/PKB通路在2型糖尿病發(fā)病中的作用及中醫(yī)藥研究進(jìn)展※

張海霞，常 宏，吳晨曦，高玲煥，張碧溦，王昱心，鄒德輝，吳范武

(華北理工大學(xué)，河北 唐山063210)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)的發(fā)病機(jī)制主要有B細(xì)胞分泌功能受損、肝糖產(chǎn)生過多和胰島素抵抗(insulin resistance，IR)等[1].IR貫穿于T2DM發(fā)生、發(fā)展的始終.內(nèi)分泌紊亂、炎癥反應(yīng)和胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路異常皆可引起IR.PI3-K/PKB作為胰島素信號(hào)傳導(dǎo)的主要途徑之一，任何環(huán)節(jié)發(fā)生異常都可導(dǎo)致IR的發(fā)生.雖然目前臨床有多種藥物治療T2DM，但尚無根治的方法，因此，尋找新的治療方法是T2DM研究的重點(diǎn)方向.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)單因素所致疾病的治療有獨(dú)到之處，但對(duì)多因素、多系統(tǒng)疾病的治療暫無盡善之策，中醫(yī)藥因其多組分、多靶點(diǎn)的治療作用，在復(fù)雜疾病的治療中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).

1 PI3-K/PKB通路概述

PI3-K/PKB信號(hào)通路包括胰島素受體(InsR)、胰島素受體底物(IRS)家族、PI3-K及其下游的PKB等[2]，在T2DM的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用.

1．1 InsR InsR分布于全身各個(gè)組織的細(xì)胞膜，包含兩個(gè)α亞基和兩個(gè)β亞基.α亞基分布于細(xì)胞質(zhì)膜外側(cè)，肽鏈N端及含有半胱氨酸殘基的結(jié)構(gòu)域是胰島素的結(jié)合位點(diǎn)，使InsR與胰島素具有高親和力；β亞基由跨膜螺旋區(qū)、近膜側(cè)區(qū)和C端磷酸化區(qū)組成，為跨膜蛋白，具有信號(hào)傳導(dǎo)作用.在非活化狀態(tài)下，α亞基能抑制β亞基的酪氨酸激酶活性，胰島素與α亞基結(jié)合并改變?chǔ)聛喕臉?gòu)型后，激活酪氨酸蛋白激酶，并催化以下兩個(gè)反應(yīng)：將β亞基特異位點(diǎn)的酪氨酸殘基磷酸化和將IRS上的酪氨酸殘基磷酸化，使其結(jié)合并激活下游效應(yīng)物.

1．2 IRS IRS指可以被激活的胰島素受體酪氨酸激酶作用的底物，磷酸化的IRS能夠結(jié)合并激活下游效應(yīng)物，發(fā)揮調(diào)節(jié)能量代謝、維持細(xì)胞生長等作用.IRS家族中對(duì)IRS1、IRS2、IRS3、IRS4的報(bào)道較為多見.IRS1主要分布于骨骼肌，T2DM時(shí)IRS1的表達(dá)下調(diào)，IRS1泛素化水平的增加是引起胰島素信號(hào)傳導(dǎo)障礙的重要原因[3].IRS2在肝臟和胰島B細(xì)胞中大量表達(dá)，與肝臟的胰島素傳導(dǎo)、胰腺發(fā)育存在密切關(guān)系，同時(shí)在骨骼肌和脂肪組織的胰島素信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮著重要作用.IRS3僅存在于嚙齒動(dòng)物體內(nèi)，分布于脂肪中，是IRS家族中唯一同時(shí)存在于胞質(zhì)、胞膜和胞核中的成員.IRS4分布于垂體、腦組織細(xì)胞中，IRS4增加導(dǎo)致胰島素通路發(fā)生障礙，垂體細(xì)胞的胰島素敏感性降低，導(dǎo)致胰島素分泌異常[4].

1．3 PI3-K PI3-K是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，可分為3類：Ⅰ 類PI3-K主要在細(xì)胞膜發(fā)揮作用，也可作用于細(xì)胞內(nèi)囊泡和細(xì)胞核；Ⅱ 類PI3-K主要分布于細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜及核膜；Ⅲ 類PI3-K發(fā)現(xiàn)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，與酵母的VPS34分子結(jié)構(gòu)同源，主要分布于細(xì)胞器膜.在胰島素的調(diào)控中，激活的InsR通過結(jié)合并磷酸化IRS而激活PI3-K.PI3-K啟動(dòng)的下游信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)在細(xì)胞的有絲分裂、細(xì)胞骨架的構(gòu)型與重塑、細(xì)胞存活與分化、血管生成、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控及囊胞的運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用[5].研究表明，PI3-K抑制劑可以完全抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(Glut1)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(Glut4)的轉(zhuǎn)運(yùn)，證明PI3-K是葡萄糖攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)的重要信號(hào)分子之一[6].

1．4 PKB PKB因其為v-Akt編碼的產(chǎn)物，故又稱為Akt[7].PKB家族的成員有 PKBα、PKBβ、PKBγ3個(gè)亞型.這3個(gè)亞型在氨基酸序列上有80%以上的同源性，且均有N端PH區(qū)域、激酶區(qū)及C端調(diào)節(jié)區(qū)3個(gè)區(qū)域.PI3-K激活后的產(chǎn)物與PKB的PH區(qū)結(jié)合，促使PKB由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜，并實(shí)現(xiàn)在激酶區(qū)Thr308和調(diào)節(jié)區(qū)Ser473的磷酸化.Thr308位點(diǎn)和/或Ser473位點(diǎn)的磷酸化是Akt激活的必要條件.PKB經(jīng)PI3-K激活后，可以激活或抑制下游靶蛋白，包括Bad、caspase-9、FOXO等，與細(xì)胞生長、增殖及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)等活動(dòng)密切相關(guān).

2 PI3-K/PKB通路在T2DM發(fā)病機(jī)制中的作用

2．1 PI3-K/PKB通路在胰島素信號(hào)傳導(dǎo)中的作用PI3-K/PKB信號(hào)通路是胰島素信號(hào)傳導(dǎo)的主要通路，胰島B細(xì)胞產(chǎn)生的胰島素與細(xì)胞表面InsR的α亞基結(jié)合后，激活β亞基的酪氨酸蛋白激酶，實(shí)現(xiàn)β亞基的自我磷酸化和IRS酪氨酸的磷酸化，活化的IRS與細(xì)胞膜上Ⅰ 類PI3-K的p85調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，激活PI3-K.PI3-K活化后作用于PIP2生成PIP3，PIP3與PKB的PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使PKB遷移至細(xì)胞膜，并固定在細(xì)胞膜上.與此同時(shí)，細(xì)胞質(zhì)中蛋白激酶1(PDK1)與PIP3結(jié)合，遷移至細(xì)胞膜側(cè)附近，與PKB結(jié)合；PKB激酶活性區(qū)中的Thr308位點(diǎn)和C端尾部區(qū)的Ser473位點(diǎn)在PDK1的催化下磷酸化，活化的PKB從細(xì)胞膜釋放，通過激活下游底物，參與糖原和蛋白質(zhì)的合成.

2．2 PI3-K/PKB通路在IR發(fā)生中的作用 IR是T2DM發(fā)病的重要機(jī)制之一，在IR狀態(tài)下，PI3-K信號(hào)傳導(dǎo)途徑的活性降低，而有絲分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)活性正常.王艷軍等[8]研究表明，高脂高糖飼料誘導(dǎo)的IR大鼠，PI3-K的表達(dá)降低.研究結(jié)果顯示，抑制IRS1和IRS2基因表達(dá)，使PI3-K和PKB失活，進(jìn)而激活下游Fox O1是IR發(fā)生的重要分子機(jī)制[9].敲除小鼠PI3-K/PKB通路中IRS1、IRS2、P110α、P110β、PKBβ等基因，可導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)不同程度的胰島素敏感性降低[10].構(gòu)成PI3-K催化亞基的P110α被認(rèn)為是PI3-K家族中響應(yīng)胰島素信號(hào)最重要的分子.PKB下游分子被敲除后，表現(xiàn)出對(duì)胰島素信號(hào)通路作用的組織特異性，說明下游分子可在胰島素穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮不同作用[9].

2．3 PI3-K/PKB通路對(duì)胰島B細(xì)胞的作用 PI3-K/PKB通路在胰島B細(xì)胞的增殖、凋亡和分泌功能中發(fā)揮著重要作用，其對(duì)細(xì)胞增殖的作用主要通過調(diào)控細(xì)胞周期完成[11].此外，PKBα可促進(jìn)細(xì)胞增殖，PKBβ參與胰島素調(diào)節(jié)的代謝過程，PKBγ對(duì)細(xì)胞的生長分化具有重要的調(diào)節(jié)作用.被激活的PKB可以使下游底物發(fā)揮作用，從而調(diào)節(jié)胰島B細(xì)胞大小、數(shù)量及基因轉(zhuǎn)錄[12].在調(diào)節(jié)凋亡方面，PI3-K/PKB通路在多種因素影響下發(fā)揮調(diào)控作用[13].PI3-K/PKB通路的下游底物GSK3β和Fox O1可參與調(diào)節(jié)胰島B細(xì)胞的凋亡過程[13].PI3-K/PKB通路參與了高FFA引起的胰島B細(xì)胞分泌功能紊亂[14]，參與胰島B細(xì)胞分泌功能障礙的發(fā)生，具體機(jī)制與氧化應(yīng)激有關(guān).

2．4 PI3-K/PKB通路在糖代謝中的作用 PI3-K/PKB通路在糖代謝中發(fā)揮著重要作用.研究表明，PDK1及PDK2作為PI3-K/PKB通路中的重要分子，可對(duì)血糖等發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[15].活化的PKB可以通過調(diào)節(jié)下游分子促進(jìn)細(xì)胞攝取葡萄糖并合成糖原，同時(shí)磷酸化Fox O1使其出核失活，抑制糖異生基因G-6-pase及PEPCK的表達(dá)及糖異生，最終達(dá)到降低血糖的目的；腫瘤抑制因子PTEN能通過調(diào)控PKB的活性在葡萄糖穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程發(fā)揮重要作用[16].葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUTs)作為細(xì)胞膜上的跨膜蛋白，能夠介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn).與糖代謝關(guān)系密切的GLUTs有GLUT-2和GLUT-4[17]，其中GLUT-4的囊泡顆粒在胰島素的作用下由細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移，同時(shí)內(nèi)吞作用減弱，使葡萄糖攝取明顯增加.

3 PI3-K/PKB通路在中藥治療T2DM中的應(yīng)用

3．1 單味中藥及重要活性成分 近年來，中藥及其活性成分治療T2DM IR研究進(jìn)展較快，部分單味中藥及重要活性成分可以通過調(diào)節(jié)PI3-K/PKB通路發(fā)揮降糖作用.如魁蒿乙醇提取物能調(diào)控GLUT-4轉(zhuǎn)位，具有促進(jìn)葡萄糖攝取的作用，而PI3-K抑制劑LY294002則能抑制這種作用，其還可上調(diào)PI3-K、Akt(Thr308)、PKC及AMPK的磷酸化水平[18].小檗堿能夠增強(qiáng)PI3-K和GLUT-4在肝臟和骨骼肌中的表達(dá)，對(duì)T2DM的治療可能與此有關(guān)[19].大黃素可以降低血糖、下調(diào)胰島素水平、提高胰島素敏感度，其機(jī)制可能與PI3-K、Glu T-4基因有關(guān)[20].

3．2 中藥復(fù)方 T2DM IR為多環(huán)節(jié)、多層次的整體代謝障礙，針對(duì)單一靶點(diǎn)或環(huán)節(jié)的藥物難以發(fā)揮最佳治療效果.近年來隨著現(xiàn)代中藥藥理學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)中藥復(fù)方具有整體調(diào)節(jié)作用及多靶點(diǎn)作用機(jī)制，已經(jīng)成為當(dāng)今T2DM IR防治研究的熱點(diǎn).部分中藥復(fù)方可通過調(diào)節(jié)PI3-K/PKB通路發(fā)揮降糖作用.芪蛭降糖膠囊能活化PI3-K/PKB胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路，從而改善糖尿病IR[21].張先慧等[22]發(fā)現(xiàn)，辛開苦降方能改善KKay T2DM小鼠的IR，增加胰島素敏感性，并認(rèn)為調(diào)整肝臟IRS2/PI3-K通路相關(guān)的蛋白表達(dá)可能是辛開苦降方改善KKay T2DM小鼠的IR作用機(jī)制.當(dāng)歸補(bǔ)血湯能夠增加IRS-1數(shù)目，激活PI3-K通道，從而促進(jìn)GLUT-4的轉(zhuǎn)位改善IR[23].六味地黃丸能抑制肝臟中糖異生關(guān)鍵酶PEPCK的活性，上調(diào)胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路中IRS-1、IRS-2的表達(dá)，改善肝細(xì)胞的IR[24].

4 討論

PI3-K/PKB途徑是胰島素信號(hào)傳導(dǎo)中的主要通路，PI3-K/PKB途徑正常，體內(nèi)葡萄糖、蛋白和脂肪的代謝才可以正常進(jìn)行.但PI3-K向下游分子傳導(dǎo)信號(hào)的具體機(jī)制及在IR中如何提高PI3-K的表達(dá)等問題還有待進(jìn)一步研究.此外，廣大學(xué)者對(duì)單味中藥及其有效成分、中藥復(fù)方防治T2DM IR展開了廣泛研究，中藥的綜合性調(diào)節(jié)作用體現(xiàn)出良好的研究前景.但對(duì)中藥復(fù)方防治T2DM IR作用及其分子機(jī)制研究尚缺乏系統(tǒng)性，限制了中藥復(fù)方的開發(fā)及推廣，基于PI3-K/PKB通路的中藥復(fù)方研究進(jìn)一步拓寬了中醫(yī)藥治療T2DM IR機(jī)制的研究思路.