Akt 通路

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什么是 Akt 通路？

Akt 信号传导通路在激活 Akt/PKB (v-Akt 鼠胸苷病毒致癌基因/蛋白激酶 B)-A 丝氨酸/苏氨酸激酶之后参与抑制细胞凋亡和刺激细胞增殖。

本页内容

Akt 同源异构体
Akt 信号传导通路的激活
Akt 信号传导在细胞中的作用
Akt 通路

Akt 通路中涉及的 Akt 同源异构体

目前已知有三种哺乳动物同源异构体：Akt1/PKB-α、Akt2/PKB-β 和 Akt3/PKB-γ。Akt 的所有三种同源异构体均具有三个结构域的一种共同结构。该蛋白的 N 端是一种 PH (普列克底物蛋白同源) 结构域，可与诸如 PIP2（磷脂酰肌醇-3,4-磷酸氢盐）和 PIP3（磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸盐）之类膜脂质产物相互作用。PH 结构域约为 100 个氨基酸，并且在上游激酶的识别和 Akt 的膜易位中发挥作用。蛋白的中心区域是激酶结构域，这与其他激酶具有很高的相似性。该结构域含有保守的苏氨酸残基，需要磷酸化才能活化 Akt。该蛋白质 C 端约 40 个氨基酸形成调节结构域，其中含有一个富含脯氨酸的区域和一个具有 FXX (F/Y) (S/T) (Y/F) 保守序列的疏水基序。在哺乳动物中，该疏水基团为 FPQFSY。该基序中的丝氨酸或苏氨酸残基也必须磷酸化以激活 Akt 的激酶活性。这也是一个保守残基(1)。

Akt 信号传导通路的激活

AKT 的激活可以从多个事件开始，主要是配体与细胞膜中的受体结合。激活 Akt 的最常见配体包括生长因子、细胞因子、有丝分裂原和激素。胰岛素和多种生长因子可与 RTK (受体酪氨酸激酶) 结合，并导致受体细胞内结构域上酪氨酸残基的自磷酸化。PI3K (磷脂酰肌醇 3-激酶) 通过调节结构域 (P85) 的 SH2 结构域募集到磷酸丝氨酸残基 (共有序列 pYXXM) ，因此靶向内细胞膜。PI3K 的 p85 亚基与磷酸化 RTK 结合导致 PI3K (p110) 催化结构域的构象变化，从而激活激酶。Ras 可激活 PI3K。胰岛素还可通过 IRS1 (胰岛素受体底物-1) 激活 PI3K。GPCR (G 蛋白偶联受体) 还通过 G 蛋白的 GN-β (鸟氨酸核苷酸结合蛋白-β) 和 GN-γ (鸟氨酸核苷酸结合蛋白-γ) 亚基进行 PI3K 激活。细胞因子还可以通过 JAK1 (Janus 激酶-1) 激活 PI3K。在 B 细胞中， BCR (B 细胞受体) 通过 SYK (脾脏酪氨酸激酶) 和 BCAP (B 细胞受体相关蛋白) 激活 PI3K。然后 PI3K 磷酸化结合在膜的 PIP2 以生成 PIP3。PIP3 与普列克底物蛋白同源结构域的结合使 Akt 锚定至质膜，使其通过 PDK1 (磷酸肌醇依赖性激酶-1) 磷酸化和激活。据报告,DNA-PK、CDC37 (细胞分裂周期-37)、HSP90 (热休克蛋白-90KD) 和 PKC-Beta (蛋白激酶-C-Beta) 也可将 Akt 磷酸化。整合素还通过 FAK (焦点粘附激酶) 、桩蛋白和 ILK (整合素链接激酶) 激活 Akt。Akt 也可以在应对各种细胞应激源时被激活：如热休克、紫外线照射、缺血（血液供应减少)、缺氧（氧缺乏) 、低血糖症（血液中葡萄糖含量异常低）和氧化应激。Akt 的活性受到 PTEN (磷酸酶和莫能菌素同系物) 、SHIP (含 SH2 的肌醇磷酸酶) 和 CTMP (羧基末端调节蛋白) (2-4) 的负调节。

Akt 信号传导在细胞中的作用

Akt 在细胞中的作用众多且各不相同，但它们都导致抗细胞凋亡或促细胞增殖效应。Akt 的这些生理作用包括参与代谢、蛋白质合成、细胞凋亡通路、转录因子调节和细胞周期。

下游底物的 Akt 磷酸化

Akt 通过磷酸化各种下游底物来发挥其在细胞中的作用。Akt 的下游靶标包括 BAD (细胞死亡的 BCL2 拮抗剂) 、半胱天冬酶-9、FKHR (叉头转录因子)、GLUT (葡萄糖转运体)、 eNOS (一氧化氮合酶)、PFK2 (6-磷酸果糖-2-激酶)、PFK1（6-磷酸果糖激酶)、mTOR (哺乳动物雷帕霉素靶标)、IKK (I-κB激酶)、NF-KappaB (核因子-κB)、GSK3 (糖原合成酶激酶-3)、WNK1 (WNK 赖氨酸缺陷蛋白激酶-1)、PRAS40 (富脯氨酸 Akt 底物 40 kDa)、p47Phox、YAP (Yes 相关蛋白-1)、Htt (亨廷顿蛋白)、共济失调蛋白、AR (雄激素受体)、ASK1 (凋亡信号调节激酶-1)、MDM2 (小鼠双分钟-2)、CREB (cAMP 反应元件结合蛋白)、p21CIP1 (细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂-P21)、p27KIP1 (环状磷酸酯酶抑制剂-p27)、Chk1 (细胞周期蛋白磷酸激酶-1)、XIAP (X-3B) 抑制剂 (γ-病毒性白血病 1)、Raf1 (v-Raf1 小鼠白血病病毒癌基因同系物-1)、PDE3B (磷酸二酯酶 3B cGMP被抑制)、TSC (结节性硬化症基因) 和 GABA(A)R (γ-氨基丁酸受体-A)(5)。

Akt 通过磷酸化 BAD/BclXL (Bcl2 相关蛋白长同源异构体) 复合物的 BAD 组分来抑制细胞凋亡。磷酸化 BAD 结合至 14-3-3 ，导致 BAD/BclXL 复合物解离并允许细胞存活。Akt 激活 IKK ，最终导致 NF-κB 激活和细胞存活。AKT 的其他直接靶标是 FKHRL1 (哺乳动物转录因子-1 的叉头相关家族) 的成员。在存在存活因子的情况下，Akt1 磷酸化 FKHRL1，导致 FKHRL1 与 14-3-3 蛋白结合并使其保留在细胞质中。存活因子戒断可导致 FKHRL1 去磷酸化、核易位和靶基因活化。在细胞核内，FKHRL1 极可能通过诱导对细胞死亡至关重要的基因表达触发凋亡，如 TNFSF6 (肿瘤坏死因子配体超家族成员-6) 基因。另一种值得注意的 Akt 底物是死亡蛋白酶 Caspase-9。半胱天冬酶-9 的磷酸化可通过直接抑制蛋白酶活性来减少细胞凋亡。Akt 还激活 TERT (端粒反转录酶) ，该转录酶负责端粒维护和 DNA 稳定性。Akt 通过 eNOS 的激活与血管新生有关，该活化影响长期血管生长。Akt 可调节多种水平的葡萄糖代谢。它通过诱导 GLUT1 和 GLUT3 的表达和 GLUT4 易位至质膜上来增强胰岛素反应组织中的葡萄糖摄取；GLUT 可将葡萄糖转运至细胞中。Akt 还通过磷酸化和失活 GSK3 激活糖原合成，从而激活糖原合酶和细胞周期蛋白-D1。Akt 磷酸化在 Ser273 上的 PDE3B。在胰岛素应答中，这可激活 PDE3B ，从而调节内环核苷酸的细胞内水平。Akt 磷酸化和激活 PFK2，从而诱导糖酵解，而 PFK1 反过来活化。这些酶将果糖-6-磷酸盐转化为葡萄糖代谢中的关键步骤果糖-1,6-磷酸氢盐。AKT 也可能参与营养依赖性 Thr-Ser 激酶 mTOR 的活化。mTOR 活化会导致核糖体蛋白 S6 激酶 p70S6K 的磷酸化。Akt 还磷酸化两种肿瘤抑制基因 TSC1 和 TSC1，它们是 mTOR 通路的负调节子。TSC1 和 TSC1 磷酸化可抑制其抑制性活性，还可能靶向蛋白进行降解。mTOR 的激活还会导致翻译起始因子 eIF4E 抑制剂 eIF4EBP (真核生物启动因子-4E 结合蛋白) 的磷酸化和失活。非磷酸化 PHASI 与 eIF4E (真核生物启动因子-4E) 结合并抑制蛋白合成。Akt 还将 Ser159 上的 GAB2 (GRB2 相关结合蛋白-2) 磷酸化。Akt/PKB 磷酸化 Gab2 中的 Ser159，似乎能够负调节 ErbB 受体酪氨酸激酶对 GAC2 酪氨酸的磷酸化，但基本机制尚未解决 (6,7)。

转录因子 CREB 可在 Ser133 被 Akt 直接磷酸化。这导致 CREB 对其共激活蛋白 CRB (crumbs) 的亲和力增加。这种异源二聚体现在是一种有效转录因子，可促进转录启动子中含有 CRES (cAMP 反应元件) 的基因，如抗凋亡基因 Bcl-2 和 MCP-1。Akt 还磷酸化两个丝氨酸残基 Ser210 和 Ser270 的 AR ，从而降低 AR 对 p21 启动子上的活性。除了引起细胞周期进程外，这还可通过 AR 的其他作用导致某些细胞类型的凋亡抑制。YAP 是另一种转录因子，其通过 Akt 磷酸化且具有重要作用，因为它不含有 Akt 共有序列。Akt 在 YAP 上磷酸化 Ser127 ，其导致与 14-3-3 蛋白、细胞核导出和细胞质定位关联。在 Thr145 上，Akt 也被证明直接磷酸化 P21。P21 是 Cip/Kip 系列 CDK 抑制剂的成员，它们可以抑制细胞周期，因此限制细胞增殖。p21 还可以介导细胞周期蛋白-D1-CDK4/6 复合物的组装和活性，从而促进细胞周期进程。P27 是 Kip 家族的另一种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂。p27 可抑制 CDK2 和 CDK4/6 复合物，位于细胞核定位信号之中。NLS 通过核导入机制将蛋白靶向到细胞核，而这个 p27 区域的磷酸化导致细胞核排斥。14-3-3 蛋白结合磷酸化的 p27 并导致从细胞核主动导出。在细胞核中没有 p27 的情况下，细胞周期蛋白 CDK 复合物形成并促进细胞周期进程。

Akt 还使 MDM2 磷酸化。MDM2 在许多位点被磷酸化，其中仅两个被识别。Ser166 被 Akt 磷酸化。MDM2 的 Akt 磷酸化允许其进入细胞核，其中其靶向 p53 进行降解 (8-11)。

PRAS40 是 AKT 的 40 kDa 底物。活化的 AKT 将苏氨酸246 上的 PRAS40 磷酸化，使 PRAS40 与 14-3 结合。AKT 和 PRAS40 是 PI3K 通路的组成部分。该通路在葡萄糖摄取、细胞生长和细胞凋亡抑制中发挥作用。然而，PRAS40 的精确功能尚不清楚，但有人假设其与含有 SH3 和 WW 结构域的蛋白相互作用，并且可能改变这些蛋白的功能。Akt 在体外 和体内磷酸化 GABA(A)R，后者在哺乳动物大脑中是借到快速抑制性突触传递的主要受体。Akt 介导的磷酸化增加了质膜表面上 GABA(A)R 的数量，从而增加神经元中受体介导的突触传递。XIAP 是 Akt 的生理学底物。Akt 在丝氨酸 87 处与 XIAP 相互作用和磷酸化。Akt 磷酸化 XIAP 同时抑制其自动泛素化和顺铂诱导的泛素化。这些效应降低了 XIAP 降解，而 XIAP 水平升高与顺铂刺激的半胱天冬酶-3 活性降低和程序性细胞死亡减少相关。Htt 也是 Akt 的底物，Akt 的 Htt 磷酸化对于介导 IGF1 (胰岛素样生长因子-I) 的神经保护作用至关重要。WNK1 是一种通过 PI3K 和 AKT 的胰岛素信号传导的生理学相关靶标，它的起作用是胰岛素刺激性有丝分裂发生的负调节剂 (12-14)。

Akt 还磷酸化 Ataxin1 并调节神经退行性。14-3-3 蛋白通过结合并稳定 Ataxin-1 来介导 Ataxin-1 的神经毒性，从而减缓其正常降解。Akt 还磷酸化 ASK1 丝氨酸 83 处的共有 Akt 位点，从而降低 ASK1 激酶活性。Akt 还与 JIP1 (JNK 相互作用蛋白-1) 染色体骨架相互作用，并抑制 JIP1 形成有效 JNK 信号传导复合物的能力。Akt 与 JIP1 的结合具有同源异构体特异性；与 JIP1 相互作用的是 Akt1 而不是 Akt2。因此，Akt 可抑制 JNK 信号传导通路中的一个或多个步骤，具体取决于形成功能性 JNK 信号传导模块的组分的补充。Akt 介导 PI3K 依赖性 p47Phox 磷酸化，这导致人中性粒细胞中的呼吸爆发活性。AKT 通过磷酸化、泛素化和核定位减少来削弱 Chk1，以促进肿瘤细胞的基因组不稳定性。Akt 及其上游调节因子在多种实体肿瘤和血液恶性肿瘤中不受调节，因此据认为，Akt 通路是这些肿瘤具有生物侵袭性的关键决定因素，也是新型抗癌治疗的主要潜在靶点。