PI3K/AKt信號通路在胰島素抵抗所致非酒精性脂肪性肝病中作用機制的研究進(jìn)展

王 寧， 李京濤， 常占杰， 魏海梁， 閆曙光， 惠 毅， 李 倩

1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院肝病科

近些年來，隨著不良的生活方式和飲食西化的全球傳播，非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)患病的概率不斷上升，日益影響著我國廣大民眾的健康狀況。從全球范圍看，30%的成年人患NAFLD[1]；其中，歐美等發(fā)達(dá)國家NAFLD的患病率為25%～30%，我國NAFLD患病率為15%～20%[2]，且以每年0.594%的速度增長[3]。但在肥胖人群中，NAFLD患病率為75%～100%[4]，且NAFLD近年來呈低齡化的趨勢非常明顯[5]，如未進(jìn)行有效干預(yù)，患者將會進(jìn)展為肝硬化、肝癌。NAFLD正在成為全球最常見的肝病。

NAFLD是由代謝應(yīng)激誘導(dǎo)的肝損傷性疾病，與胰島素抵抗(insulin resistance，IR)關(guān)系密切，肝臟脂質(zhì)沉積是其最大的特點。NAFLD是一系列疾病，從非酒精性脂肪變性(NAFL)，無肝細(xì)胞損傷的證據(jù)，到非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，肝細(xì)胞受損伴有或不伴有纖維化[6]，進(jìn)而NASH可能發(fā)展為肝硬化和/或肝細(xì)胞癌(HCC)[7]。NAFLD的病因有很多，但對其發(fā)病的機制卻無一致的結(jié)論。近年來國際上的“多重平行命中”學(xué)說獲得了大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)同[8]，即IR及其代謝紊亂構(gòu)成了脂肪浸潤肝臟的首次打擊，IR和高胰島素血癥的共同作用導(dǎo)致肝臟內(nèi)的游離脂肪酸(FFA)和甘油三酯(TG)增加，大量的FFA進(jìn)入血液[9]，使得細(xì)胞色素酶P450IIE1(CYP2E1)表達(dá)增加，造成過量的氧自由基(ROS)生成，多次平行撞擊出現(xiàn)，氧化應(yīng)激增加，脂質(zhì)過氧化作用增強導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷，引起炎癥細(xì)胞的聚集，引起肝臟的炎癥和從NAFL到NASH和纖維化的進(jìn)展，從而起到雙重作用，影響NAFLD的發(fā)病進(jìn)程。

大量數(shù)據(jù)顯示，PI3K/AKt傳導(dǎo)通路與NAFLD的發(fā)生息息相關(guān)，PI3K/AKt通路的障礙易導(dǎo)致IR，從而促進(jìn)NAFLD的發(fā)生、發(fā)展[10-12]，現(xiàn)概述如下。

1 PI3K/AKt信號通路

PI3K/AKt通路是胰島素信息進(jìn)行傳導(dǎo)的主要通路，廣泛存在于哺乳動物的組織和器官中，在細(xì)胞的增殖、分化、凋亡、蛋白質(zhì)的形成及代謝等多種細(xì)胞生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用[13]。

1.1 PI3KPI3K，亦稱磷脂酰肌醇3-激酶，是磷脂酶家族中重要的成員。PI3K家族，作為機體生長因子信號傳導(dǎo)過程中的一類重要分子，可被多種細(xì)胞因子和理化因素激活，可催化磷酯酰肌醇，使其羥基端發(fā)生磷酸化，繼而出現(xiàn)具有信使作用的肌醇類激酶[14]。它是由調(diào)節(jié)亞基P85和催化亞基P110構(gòu)成的異二聚體[15]，基于序列同源性和脂質(zhì)底物偏好的差異，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個亞型，都具有PI3K與AKt的雙重活性。由于Ⅰ型PI3K和細(xì)胞外刺激聯(lián)系最為密切，故對于Ⅰ型的研究最為廣泛[16]。Ⅰ類PI3K的p110α是PI3K調(diào)控機體內(nèi)胰島素信號傳遞最關(guān)鍵的分子[17]。Ⅰ類PI3K是由催化亞基(PIK3R)與調(diào)節(jié)亞基(PIK3C)構(gòu)成的一種異二聚體，由于分子結(jié)構(gòu)的不同，分為ⅠA和ⅠB兩類，皆以PI、PIP及PIP2為下游底物分子。其中ⅠA亞類由p85和p110α、β/δ之一組成，由受體酪氨酸激酶(RTKs)激活；ⅠB亞類由p101和p110δ構(gòu)成，依賴G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)激活。Ⅱ型以PI及PIP為底物，不形成異二聚體。Ⅲ類為酵母Vps同源物，以PI為下游底物，由p150和豆蔻酰化的P100組成[18]。

1.2 AKtAKt作為PI3K/AKt信號傳導(dǎo)通路的中心環(huán)節(jié)，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(PKB)，是各種基本生理細(xì)胞過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，包括細(xì)胞增殖、存活、運動、代謝和分化及致癌轉(zhuǎn)化等，在各種信號級聯(lián)中充當(dāng)PI3K下游的主要信號傳導(dǎo)物[19]，受PI3K的磷酸化調(diào)控，是PI3K信號傳導(dǎo)重要的下游靶激酶。目前發(fā)現(xiàn)，AKt共有3種亞型：AKt1、AKt2和AKt3。AKt1和AKt2在經(jīng)典的肝臟、肌肉等顯著表達(dá)，而AKt3則在男性生殖器官和人類大腦中高表達(dá)。AKt主要由PH結(jié)構(gòu)域、催化域和調(diào)節(jié)域3個部分組成。

1.3 PI3K/AKt信號通路的激活過程PI3K可通過多種途徑活化。一些生長因子(如PDGF、IGF、Insulin、EGF、FGF)、細(xì)胞因子(如VEGF、血管緊張素Ⅰ)、激素等不同類型的配體，可激活RTKs和GPCR，從而誘發(fā)PI3K信號通路的活動[20]。

眾所周知，多步驟過程激活A(yù)Kt，PIP3將AKt轉(zhuǎn)化為PDK-1磷酸化的底物，只有當(dāng)催化域的Thr308和調(diào)節(jié)域的Ser473發(fā)生磷酸化，才能使AKt達(dá)到最大程度的激活。

受體酪氨酸激酶(RTKs)激活后，可以產(chǎn)生銜接蛋白復(fù)合物，誘導(dǎo)PI3K在細(xì)胞膜上聚集，復(fù)合物的殘基與PI3K的調(diào)節(jié)亞基P85的SH2結(jié)合，將底物磷脂酰肌醇-2磷酸(PIP2)轉(zhuǎn)化為3-磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)。PIP3在細(xì)胞內(nèi)有著不可或缺的傳導(dǎo)作用，它能夠把含有PH結(jié)合域的下游分子都聚集起來，如蛋白激酶B(pKB)/AKt和磷酸肌醇依賴性激酶-1(PDK-1)，直接結(jié)合錨定在細(xì)胞膜上，使AKt轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，并在PDK-1的協(xié)助下，使AKt分子上的Thr308和Ser473兩個位點磷酸化，從而使AKt完全活化[21]。激活的AKt隨后由細(xì)胞膜上釋放出來，向胞漿內(nèi)繼續(xù)傳遞生物學(xué)信號，參與機體細(xì)胞代謝過程中的多種生物學(xué)過程。

2 胰島素與PI3K/AKt信號通路

胰島素是調(diào)控機體內(nèi)部糖與脂類代謝的重要激素，研究資料表明，人體內(nèi)的胰島素主要經(jīng)過PI3K/AKt傳導(dǎo)通路來維持糖脂代謝的平衡。

胰島素是在各種刺激(尤其是胰島β細(xì)胞)下分泌的一種激素，它能調(diào)控機體內(nèi)的糖脂代謝，從而使其達(dá)到平衡[22]。機體內(nèi)的胰島素到達(dá)作用的組織器官后，首先與胰島素受體(InsR)的α亞基結(jié)合，誘導(dǎo)β亞基的酪氨酸蛋白激酶(PTK)被激活，隨后PTK又使InsR的底物(IRS)磷酸化，繼而活化它的催化亞基p110，隨后生成PIP3，并與PDK1結(jié)合并激活3種已知的AKt異構(gòu)體，AKt被激活后從質(zhì)膜上釋放出來，轉(zhuǎn)移到胞核、胞質(zhì)和線粒體中。此后PI3K/AKt聯(lián)級通路通過以下途徑參與胰島素的調(diào)節(jié)機制。

2.1 PI3K/AKt通過GSK-3、FoxO1和GLUT4調(diào)節(jié)葡萄糖代謝(1)研究發(fā)現(xiàn)，PI3K、PDK、AKt和GSK-3構(gòu)成了胰島素調(diào)控體內(nèi)糖代謝的關(guān)鍵道路[23]。GSK-3(糖原合成酶激酶)作為一種多功能蛋白，是最早被證實的PKB/AKt的下游底物分子，主要功能是促進(jìn)糖原合成，受PI3K/AKt的負(fù)性調(diào)節(jié)，GSK3的兩種亞型(GSK3α和GSK3β)都具有最大程度活化AKt的兩個磷酸化位點，AKt抑制GSK3β磷酸化，使得體內(nèi)的糖原合成酶1(GYS1)無法降解，糖原的合成增多，機體內(nèi)的血糖降低[24]。(2)FoxO蛋白，特別是FoxO1，是AKt的主要靶標(biāo)，是受胰島素信號負(fù)性調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子[25]，影響全身的能量穩(wěn)態(tài)。FoxO1可使非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中關(guān)鍵酶表達(dá)的增加，促進(jìn)葡萄糖的增多。而AKt可直接抑制FoxO1，降低體內(nèi)的葡萄糖水平。(3)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT-4)是肝臟糖代謝的主要蛋白，活化的AKt2在胰島素刺激下，促進(jìn)GLUT-4的易位，誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運增多，加速葡萄糖的代謝，從而增強機體組織器官對于胰島素的敏感性。研究[26]顯示，在IR的患者體內(nèi)，細(xì)胞中GLUT-4的含量相對較低，對葡萄糖的攝取能力較差。

2.2 PI3K/AKt傳導(dǎo)通路通過PDE3B、mTORC1和SREBP調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝(1)磷酸二酯酶3B(PDE3B)是PI3K/AKt傳導(dǎo)途徑的一個下游分子，激活后的PDE3B使得cAMP(環(huán)磷酸腺苷)的水平下降，從而使得PKA(cAMP依賴性蛋白激酶)活化減少，進(jìn)而抑制脂肪分解[27]。(2)mTORC1信號傳導(dǎo)復(fù)合物作為一種整合器，通過整合上游的生長因子和營養(yǎng)信號來調(diào)節(jié)細(xì)胞的合成和分解，維持代謝穩(wěn)態(tài)[28]。FoxO1激活A(yù)Kt后，能量增加，并抑制mTORC1，以減少脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。(3)SREBP是基于PI3K/AKt通路調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的重要底物，介導(dǎo)促脂肪生成基因的上調(diào)及損傷肝細(xì)胞脂肪酸的代謝，推動肝臟和外周糖原生成和脂肪生成的增加[29]。

3 IR與PI3K/AKt

IR是指各種要素作用下，在骨骼、肌肉、肝臟等組織中，胰島素的敏感性下降，反應(yīng)能力降低的一種狀態(tài)。諸多因素，包括先天性因素(遺傳缺陷、基因突變等)和后天性因素(不健康的生活方式、肥胖、環(huán)境等)，都能影響PI3K/AKt信號傳導(dǎo)途徑而引起IR。CHO等[30]研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)缺失AKt2的小鼠，某些器官對胰島素的敏感程度有不同程度的降低，且該類小鼠糖原的合成減少，對血糖的吸收減少，證明AKt2是維持糖代謝平衡的必不可少的基因。有研究[31]發(fā)現(xiàn)，桑葚提取物可以激活PI3K/AKt傳導(dǎo)通路，減輕由高糖飲食誘導(dǎo)的小鼠IR所導(dǎo)致的功能障礙。因此，PI3K/AKt信號傳導(dǎo)障礙及下游靶分子功能異常均可引發(fā)糖脂代謝異常，產(chǎn)生IR[32]。

正常情況下，胰島素首先活化PI3K/AKt傳導(dǎo)通路，提高葡萄糖利用率，減少糖異生，減少脂質(zhì)在體內(nèi)的累積，減少脂肪組織中的FFA，促進(jìn)胰島素的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)糖脂代謝的平衡。

各種因素包括遺傳和表觀遺傳途徑，如久坐不動的生活方式，睡眠和高能量進(jìn)食導(dǎo)致：(1)高脂血癥，機體內(nèi)的大量脂質(zhì)活動增加，大量FFA進(jìn)入肝臟，誘使其轉(zhuǎn)化成脂酰輔酶(Acy-CoA)，使得機體內(nèi)的二酰甘油(DAG)增多，激活PKC，導(dǎo)致IRS磷酸化顯著降低，抑制PI3K的活動；(2)FFA的過度氧化使肝臟內(nèi)乙酰輔酶A的含量上升，激活體內(nèi)的丙酮酸羧化酶，體內(nèi)的葡萄糖增多，DAG水平上升，切斷了PI3K/AKt通路并加劇IR；(3)體內(nèi)大量的FFA還可造成GLUT4向細(xì)胞膜易位的減少，擾亂體內(nèi)的葡萄糖轉(zhuǎn)運。上述原因都會干擾PI3K/AKt通路的正常傳導(dǎo)，引起IR，從而誘發(fā)和加重NAFLD[33]。

綜上所述，PI3K/AKt作為傳遞胰島素信號的關(guān)鍵通路，通過調(diào)控胰島素水平參與體內(nèi)的糖脂代謝。而各種因素導(dǎo)致的PI3K/AKt信號傳導(dǎo)障礙，均可引起IR，促進(jìn)NAFLD的發(fā)生與發(fā)展。隨著PI3K/AKt信號通路影響NAFLD研究的不斷深入，將進(jìn)一步揭示出其發(fā)病機制，并為臨床治療和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化提供更多幫助。