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该信号传导通路的异常激活与恶性肿瘤的发生发展十分密切，在肿瘤细胞增殖、迁移及代谢过程中扮演着重要作用PI3K是一种可使肌醇环第三位羟基磷酸化的磷脂酰肌醇激酶，此外还具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性；根据结构和底物特异性不同可将PI3K分为Ι型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中与肿瘤关系最为密切的是Ι型，也是目前研究最为广泛的类型；Ι型PI3K由催化亚基P110和调节亚基P85组成，其中催化亚基有4种，即P110α、β、δ、γ，分别由不同的基因控制；其中P110α是肿瘤细胞增殖、迁移和入侵所必需的，而P110β是细胞存活和肿瘤生成的关键；调节亚基有p85α，p85β，p55α，p55γ，p50α，p101和p87共7个，由可选择的起始密码子和不同的基因共同编码；根据催化亚基P110结构及作用底物的不同，Ι型PI3K又分为ΙA、ΙB两种亚型，分别由受体酪氨酸激酶(RTKs)和G蛋白偶联受体(GPCR)激活PI3K的激活有两种方式，一是磷酸化的酪氨酸残基与P85的SH2结构域作用，解除P85对P110的抑制，二是通过Ras与P110直接识别激活；激活后将PIP2转化成PIP3Akt又称为蛋白激酶B(PKB)，在哺乳动物中有Akt1、Akt2和Akt3三个亚型，分别由PKBα、PKBβ和PKBγ编码；Akt由氨基末端PH部分、中央激酶CAT部分(含有Thr308)和带有疏水基团的羧基末端扩展部分(EXT域，含有Ser473)三部分组成；Akt1有31个磷酸化位点，可以促进细胞的增殖和存活；Akt2有22个磷酸化位点，主要参与胰岛素对糖类物质代谢的调节；Akt3有18个磷酸化位点，对细胞大小及数目起着重要调节作用 2 一般激活途径 外界信号激活RTKs及GPCR时，I型PI3K磷酸化3,4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)上的3'羟基，产生3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)，活化的PIP3募集胞质内的丝氨酸/苏氨酸激酶(AKT)，通过与AKT N端的PH结构域结合将其从胞浆转运到细胞膜上，PI3K协同3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(PDK1)和PDK2分别磷酸化AKT的Thr308和Ser473，激活AKT活化后的AKT进入细胞核，激活或抑制下游多种蛋白质如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、促凋亡蛋白Bad、叉头框转录因子O亚家族FOXO、Caspase-9、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)及NF-κB等，参与调节细胞存活、增殖、凋亡以及血管生成等；磷酸酶张力蛋白同源物(PTEN)是PI3K/AKT信号通路的负调控基因，属于抑癌因子，通过去磷酸化PIP3生成PIP2，抑制PI3K对细胞存活、增殖及代谢的影响3 PI3K/Akt信号通路与肿瘤的发生发展 3.1 参与肿瘤发生 激活的Akt一方面能使雷帕霉素靶蛋白(mTOR)磷酸化而激活，mTOR促进细胞周期蛋白(cyclin D1)与细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)的结合，cyclin D1高表达可促进G1/S期转变，加速肿瘤发展；同时，Akt增加细胞周期促进因子(c-myc)的转录，并抑制GSK3β激酶活性，维持cyclin D1水平；另一方面，P27kip1是一种CDK抑制蛋白，负调控CDK的活性和细胞周期，阻断细胞的增殖和肿瘤发生过程，Akt可使P27kip1磷酸化而起负调控作用，促进细胞周期、细胞增殖和分化；有报道AKT激活后直接抑制p21cip1，释放PCNA、解除p21cip1对细胞周期蛋白激酶复合物(cyclinD1-CDK4-CDK6)形成的抑制作用，促进G1/S期转变此外，mTOR还还参与调控生物大分子如蛋白质、核苷酸、脂质等的合成过程，为肿瘤细胞生长提供了必要的物质基础3.2 参与肿瘤侵袭和转移 其促进肿瘤细胞侵袭转移的机制主要包括：①活化的Akt增加核转录因子(NF-κB)的转录活性，促进肿瘤细胞的转运能力，利于肿瘤的侵袭；②促进细胞肌动蛋白(actin)的极化，palladin是一种肌动蛋白相关蛋白，参与细胞骨架的形成和调节，在细胞迁移中发挥作用，AKT1能磷酸化palladin的Ser507，调控肿瘤细胞侵袭和转移；③激活基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)，后者(主要是MMP-2和MMP-9)可降解细胞外基质，PI3K/Akt上调MMP-2的mRNA水平和蛋白水平，调控肿瘤细胞侵袭和转移已报道其促存活机制有三条：①直接调节细胞凋亡，Bad通过与Bcl-2或Bcl-xl形成复合物发挥促凋亡作用，活化的Akt磷酸化Bad的Ser126/Ser112，使其与伴侣蛋白14-3-3结合，阻断Bad与Bcl-2或Bcl-xl结合形成二聚体，Bcl-2发挥抗凋亡作用从而促进肿瘤细胞的存活，另外，活化的Akt还被报道能磷酸化Bax的Ser184、caspase-9的Ser196，并活化X连锁凋亡抑制蛋白(XIAP)，从而抑制凋亡；②防止线粒体释放凋亡因子，凋亡信号刺激MPTP过度开放，此时活化的AKT阻止Cyt C等凋亡诱导因子的释放，从而阻止Caspase级联反应和内源性凋亡途径；③通过激活mTOR进而活化核糖体S6蛋白激酶1(S6K1)和真核生物启动因子4E结合蛋白1(4E-BP1)，调控细胞周期，影响细胞增殖；此外，Akt通过对p53上的结合蛋白MDM2磷酸化而促进p53蛋白降解，进而影响细胞存活PI3K/Akt信号通路还被报道促进正常血管发育和肿瘤血管生成，活化的AKT一方面磷酸化S1177，激活分布于血管内皮的内皮型一氧化氮合酶(eNOS)，参与血管功能、扩张、重塑和新生；另一方面引起HIF-1的高表达，后者调控血管表皮生长因子(VEGF)和其他血管生成因子的表达，促进血管形成4 PI3K/Akt信号通路与肿瘤细胞能量代谢 在肿瘤细胞中，葡萄糖主要进入糖酵解途径为细胞供能的现象称为“Warburg”效应，PI3K/Akt信号通路在此过程发挥了重要作用在葡萄糖摄取和糖原合成方面，活化的AKT能促进葡萄糖转运子(Glut)的膜转位，增加葡萄糖摄取，促进糖酵解；并通过磷酸化糖原合酶激酶3β(GSK3β)使其失活，降低糖原合成酶(GS)磷酸化水平使其活性增高，糖原合成增加在对糖酵解的调控方面，PIP3激活鸟苷酸转换因子(GEF)进而介导肌动蛋白的重塑，Ras相关的C3肉毒素底物1(Rac-1)也参与这一过程，即Rho/Rac/CDC42家族；醛缩酶A以低活性状态镶嵌在肌动蛋白上，PI3K/Akt通路被激活后发生细胞骨架肌动蛋白纤维束的动态变化，释放出醛缩酶A，引起糖酵解通量变化，给肿瘤细胞供能HIF-1被报道除了参与血管生成和细胞存活，还参与调控葡萄糖转运蛋白1(Gluts1)、磷酸果糖激酶2(PFK2)、乳酸脱氢酶A(LDHA)、醛缩酶A等；有报道常氧条件下PI3K/Akt激活的mTOR进一步激活HIF-1，后者介导丙酮酸激酶(PKM)基因转录及c-Myc-hnRNPs所介导的PKM前体RNA的选择性剪切来调节PKM2的表达，调控肿瘤细胞糖酵解水平5 PI3K/Akt信号通路抑制剂 目前研究较为火热的PI3K抑制剂分三种：(1)泛PI3K抑制剂，如XL147，主要作用于PI3Kα/δ/γ；(2)PI3K亚型抑制剂，如BYL719，选择性抑制PI3Kα；(3)Akt抑制剂，如P529；(4)mTOR抑制剂，如雷帕霉素；(5)PI3K/mTOR双重抑制剂，如BEZ235，可将细胞周期阻滞于G1期，抑制肿瘤细胞的增殖6 PI3K/Akt/mTOR通路与细胞自噬 PI3K /Akt /mTOR通路中，主要是Ⅰ型PI3K参与，其通过信号转导磷酸化Akt激活mTOR而发挥自噬抑制功能，此外，Ⅲ型PI3K在自噬发生的早期也发挥作用P110α可以通过Nrf2-ARE依赖的途径促进细胞的抗氧化系统，防止ROS的积累，将ROS水平限制在理想范围内，同时可激活AKT蛋白，起到抑制细胞自噬的作用；P110β具有独立的激酶和细胞自噬活性，激酶活性作用于AKT，P110β与RAS相关蛋白5(Rab5)结合，P110β-Rab5-GTP可与Vps15/Vps34 形成复合体，启动细胞自噬(另一途径是激活转录因子家族叉头盒蛋白O(FoxO))；当ROS水平较高时，p85优先与PTEN蛋白结合而使催化亚基p110β与Rab5结合，导致细胞自噬增加AKT具有独立于mTORC1抑制细胞自噬的能力，其介导的FoxO3活性抑制作用阻碍了 FoxO1蛋白的表达，从而阻碍细胞自噬的启动；研究表明AKT的活性需要中等水平的ROS存在，ROS水平的升高同时也下调了FoxO 蛋白的表达，从而抑制细胞自噬的发生；另外，AKT诱导转录因子激活蛋白1(AP-1)家族蛋白(如Jun-B、c-Fos等)的表达，后者抑制细胞自噬基因的表达从而抑制细胞自噬；AKT还在蛋白水平上磷酸化ULK1的S774和Beclin-1的S295使其失活，抑制细胞自噬mTOR是是自噬负性调节激酶，也是细胞中能量感受器，当营养充足时，mTORC1可以通过磷酸化ULK1、ATG13、ATG14、蛋白质核受体结合因子2(NRBF2)及转录因子EB/转录因子E3(TFEB/TFE3)等蛋白，起到抑制自噬的作用；当养分缺乏时，ROS水平上调并激活mTORC1抑制蛋白AMPK，NRBF2结合到Beclin-1-ATG14复合体上，并结合PIK3C3-PIK3R4复合体，使自噬作用上调以补充营养；此外，mTORC1①可磷酸化组蛋白乙酰转移酶(p300)，使微管相关蛋白1轻链3(LC3)乙酰化并失活，②使WD重复结构域磷脂酰肌醇相互作用蛋白2(WI-PI2)磷酸化并泛素化降解，抑制WI-PI2与ATG12-ATG5-ATG16L1复合体之间相互作用，影响自噬膜泡的发育和线粒体内稳态的维持mTORC2由生长因子激活，重点参与调控细胞骨架的重建和细胞存活，同样具有抑制和激活细胞自噬的双重作用；mTORC2磷酸化AKT的S473并使其激活，AKT激活mTORC1发挥抑制自噬的作用，mTORC2还被报道通过磷酸化激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶sgk1 (SGK1)蛋白，磷酸化FoxO3，并抑制线粒体ROS的释放，以非AKT依赖性的方式抑制细胞自噬和凋亡；mTORC2/SGK1还以Nrf2依赖的方式维持氧化还原稳态，促进细胞存活；应急条件下，mTORC2/SGK1激活线粒体膜外电压依赖性阴离子选择通道蛋白1(VDAC-1)，使线粒体膜电位紊乱、ROS水平上升、Cyt c释放，促进细胞自噬在此基础上，研究开发了一系列基于PI3K/Akt/mTOR通路的自噬抑制剂和诱导剂，其中包括针对mTOR1复合体的雷帕霉素类抑制剂；mTOR1复合体由mTOR、raptor、mLST8和PRAS40构成，其对雷帕霉素较为敏感，雷帕霉素与FKBP12蛋白络合物键合到mTOR1上时，雷帕霉素嵌合到由FKBP12和FRB所形成的活性腔内
PI3K/Akt信号通路主要受到肿瘤抑制基因(如PTEN)、肌醇5'-磷酸酶(SHIP)、C末端调节蛋白(CTMP) 等多种基因的调控；PTEN能够抑制PIP3去磷酸化转变为PIP2，抑制Akt及其下游分子的激活；CTMP与Akt结合，通过抑制其磷酸化阻断下游信号传导；SHIP从PIP3的5'去除磷酸而将其转变成PIP2降解，降低PIP3水平(2)增加血管通透性，引起血浆蛋白外渗，纤维素支架形成，帮助血管内皮细胞迁移，为血管生长提供支持；(3)激活蛋白水解酶系统，降解细胞外基质，促进血管新生B细胞淋巴瘤-2蛋白(Bcl-2)由239个氨基酸组成，分子量为25～26 kD，位于线粒体膜、内质网和核膜等，按剪切方式的不同，翻译成26kD的Bcl-2α和21kD的Bcl-2β，发挥凋亡抑制作用的是Bcl-2αBcl-2蛋白由4个Bcl-2(BH1～BH4)同源结构域、灵活环域(FLD)、跨膜锚定区(TM)和 X 结构域构成，其中BH 结构域提供结构支持，FLD通过与JNK-1、PKC、磷酸化PP2A和 caspase-3等相互作用调节凋亡，是Bcl-2发挥抗凋亡作用的关键结构，TM由疏水性肽段及两个带电荷残基组成，可将Bcl-2锚定在线粒体外膜上，能够阻止Cyt C从线粒体中释放和caspase-3激活，也是Bcl-2调控凋亡的必需结构Bcl-2在线粒体外膜上阻断细胞色素C从线粒体中释放以及防止caspase凋亡蛋白的激活，PI3K/Akt通路激活Bcl-2，这是其促进肿瘤细胞存活的机制；有研究报道，氧化应激产生的H2O2在Bcl-2半胱氨酸氧化作用中直接调节细胞凋亡mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其羧基末端与PI3K的催化区域具有高度同源性，因此属于磷脂酰肌醇激酶相关激酶(PIKK)家族；主要包括5个结构域：HEAT重复序列、FAT、FRB、NRD及FATC结构域，FAT在空间上与FATC相互作用，暴露mTOR的催化区域，FATC结构域中任何一个氨基酸残基的缺失都导致mTOR催化能力的丧失；FRB与FKBP12-雷帕霉素复合物相互作用；NRD是mTOR的负性调节结构域在哺乳动物中，mTOR以mTORC1、mTORC2复合物的形式存在，受到不同信号传导通路调节；mTORC1由mTOR和raptor蛋白结合形成，主要促进合成代谢、限制分解代谢，调控细胞生长、增殖和存活；mTORC2由mTOR和rictor蛋白结合形成，通过对小GTP酶 Rho、Rac的作用，提高蛋白激酶C(PKC)磷酸化水平，进而调控肌动蛋白细胞骨架，未发现对雷帕霉素的敏感性Akt激活mTORC1后产生的下游产物S6K1对Akt进行负反馈，而激活的mTORC2对Akt具有正反馈PTEN(phosphatase and tensin homologue)是一种47kd的双重特异性磷酸酶，可以编码具有脂质磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性的蛋白，它是PI3K/AKT通路的重要上游始动分子，在受到类泛素化修饰蛋白SUMO1的共价修饰后可增强与磷酸膜的相互结合作用，将膜上的PIP3去磷酸化为PIP2使PI3K/AKT信号通路失活PTEN的N端磷酸酶结构域包含一个一致的PI(4,5)P2结合基序，C端结构域含有脂质结合C2结构域，在体外对磷脂膜具有亲和力，是PTEN在质膜上的正确定位所必需的，而且还含有对蛋白质稳定性至关重要的磷酸化位点在细胞质中，PTEN与细胞质靶点相互作用，调控细胞增殖、细胞周期进展、细胞凋亡、细胞粘附、迁移和侵袭；在细胞核中，PTEN在维持染色体稳定性和DNA双链断裂修复中发挥作用，维持基因组的完整性；PTEN的亚细胞定位和核质分配受到严格调控，由于其没有典型的NLS，单泛素化、主动输运和被动扩散被认为是其转位的机制，有研究报道，PTEN N端的细胞质定位序列和某些位点磷酸化会影响其核定位PTEN的转录受到包括EGR1、PPARγ、ATF2、p53、CBF-1、c-Jun、NF-κB、PTENP1(AS)在内的多种转录因子的调控，其中p53和PTEN共享调控因子并互相调控；同时，PTEN还受到miRNA的负调控，已知的miRNAs包括miR-17、miR-19、miR-21、miR-26和miR-214PTEN的翻译后修饰包括磷酸化、泛素化、氧化、乙酰化、SUMO化等；有报道磷酸化(Ser380、Thr382、Thr383和Ser385)→磷酸酶活性降低→PTEN稳定性和半衰期更高；氧化是指H2O2等使Cys124和Cys71之间形成二硫键而失去PTEN磷酸酶活性，这一过程是可逆的；乙酰化是在生长因子的刺激下，赖氨酸乙酰转移酶2B(KAT2B，也称PCAF)乙酰化PTEN催化部位的Lys125、Lys128，或由CREB结合蛋白乙酰化Lys402，使PTEN失去磷酸酶活性，后者能被sirtuin1逆转；多泛素化使PTEN的稳定性降低，而单泛素化(Lys13、Lys289)促进PTEN核转位；PTEN上Lys266、Lys289的SUMO化有助于其向质膜募集，而Lys254的SUMO化参与控制PTEN的核定位PTEN1是PTEN的假基因，编码区有18个错配碱基，表达的1个正义和2个反义转录本与PTEN的细胞丰度呈正相关，可以与PTEN的调控miRNAs结合，对PTEN进行转录水平和转录后水平调控；·RTK家族由多个亚家族组成，包括表皮生长因子受体(EGFR)、血小板衍生生长因子受体(PDGFR)、成纤维细胞生长因子受体(FGFRs)、血管内皮生长因子受体(VEGFRs)、胰岛素生长因子受体(IGFRs)、肝细胞生长因子受体(HGFRs)·Ⅱ类PI3K包含Ras结合基序，可以通过细胞因子受体、RTK和整合素激活，影响葡萄糖转运、细胞迁移、膜转运调控、胰岛素信号传导和受体内化·Ⅲ类PI3K，目前已知的只有一种——Vps34，被认为控制几个膜运输功能，包括核内体-溶酶体成熟，核内体蛋白分选，自噬通量和细胞分裂，下游靶点也受到氨基酸可用性和细胞应激的调控，并参与细胞的生长和生存
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