PI3-K/PKB通路在2型糖尿病發病中的作用及中醫藥研究進展※

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，河北 唐山063210)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)的發病機制主要有B細胞分泌功能受損、肝糖產生過多和胰島素抵抗(insulin resistance，IR)等[1].IR貫穿于T2DM發生、發展的始終.內分泌紊亂、炎癥反應和胰島素信號傳導通路異常皆可引起IR.PI3-K/PKB作為胰島素信號傳導的主要途徑之一，任何環節發生異常都可導致IR的發生.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研究的重點方向.現代醫學對單因素所致疾病的治療有獨到之處，但對多因素、多系統疾病的治療暫無盡善之策，中醫藥因其多組分、多靶點的治療作用，在復雜疾病的治療中具有獨特的優勢.

1 PI3-K/PKB通路概述

PI3-K/PKB信號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的發生、發展中發揮著重要作用.

1．1 InsR InsR分布于全身各個組織的細胞膜，包含兩個α亞基和兩個β亞基.α亞基分布于細胞質膜外側，肽鏈N端及含有半胱氨酸殘基的結構域是胰島素的結合位點，使InsR與胰島素具有高親和力；β亞基由跨膜螺旋區、近膜側區和C端磷酸化區組成，為跨膜蛋白，具有信號傳導作用.在非活化狀態下，α亞基能抑制β亞基的酪氨酸激酶活性，胰島素與α亞基結合并改變β亞基的構型后，激活酪氨酸蛋白激酶，并催化以下兩個反應：將β亞基特異位點的酪氨酸殘基磷酸化和將IRS上的酪氨酸殘基磷酸化，使其結合并激活下游效應物.

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能夠結合并激活下游效應物，發揮調節能量代謝、維持細胞生長等作用.IRS家族中對IRS1、IRS2、IRS3、IRS4的報道較為多見.IRS1主要分布于骨骼肌，T2DM時IRS1的表達下調，IRS1泛素化水平的增加是引起胰島素信號傳導障礙的重要原因[3].IRS2在肝臟和胰島B細胞中大量表達，與肝臟的胰島素傳導、胰腺發育存在密切關系，同時在骨骼肌和脂肪組織的胰島素信號傳導中發揮著重要作用.IRS3僅存在于嚙齒動物體內，分布于脂肪中，是IRS家族中唯一同時存在于胞質、胞膜和胞核中的成員.IRS4分布于垂體、腦組織細胞中，IRS4增加導致胰島素通路發生障礙，垂體細胞的胰島素敏感性降低，導致胰島素分泌異常[4].

1．3 PI3-K PI3-K是一種胞內磷脂酰肌醇激酶，可分為3類：Ⅰ 類PI3-K主要在細胞膜發揮作用，也可作用于細胞內囊泡和細胞核；Ⅱ 類PI3-K主要分布于細胞膜、細胞器膜及核膜；Ⅲ 類PI3-K發現于哺乳動物細胞內，與酵母的VPS34分子結構同源，主要分布于細胞器膜.在胰島素的調控中，激活的InsR通過結合并磷酸化IRS而激活PI3-K.PI3-K啟動的下游信號級聯反應在細胞的有絲分裂、細胞骨架的構型與重塑、細胞存活與分化、血管生成、葡萄糖轉運調控及囊胞的運輸中發揮著重要作用[5].研究表明，PI3-K抑制劑可以完全抑制葡萄糖轉運蛋白1(Glut1)和葡萄糖轉運蛋白4(Glut4)的轉運，證明PI3-K是葡萄糖攝取、轉運的重要信號分子之一[6].

1．4 PKB PKB因其為v-Akt編碼的產物，故又稱為Akt[7].PKB家族的成員有 PKBα、PKBβ、PKBγ3個亞型.這3個亞型在氨基酸序列上有80%以上的同源性，且均有N端PH區域、激酶區及C端調節區3個區域.PI3-K激活后的產物與PKB的PH區結合，促使PKB由細胞質轉位至細胞膜，并實現在激酶區Thr308和調節區Ser473的磷酸化.Thr308位點和/或Ser473位點的磷酸化是Akt激活的必要條件.PKB經PI3-K激活后，可以激活或抑制下游靶蛋白，包括Bad、caspase-9、FOXO等，與細胞生長、增殖及葡萄糖轉運等活動密切相關.

2 PI3-K/PKB通路在T2DM發病機制中的作用

2．1 PI3-K/PKB通路在胰島素信號傳導中的作用PI3-K/PKB信號通路是胰島素信號傳導的主要通路，胰島B細胞產生的胰島素與細胞表面InsR的α亞基結合后，激活β亞基的酪氨酸蛋白激酶，實現β亞基的自我磷酸化和IRS酪氨酸的磷酸化，活化的IRS與細胞膜上Ⅰ 類PI3-K的p85調節亞基結合，激活PI3-K.PI3-K活化后作用于PIP2生成PIP3，PIP3與PKB的PH結構域結合，使PKB遷移至細胞膜，并固定在細胞膜上.與此同時，細胞質中蛋白激酶1(PDK1)與PIP3結合，遷移至細胞膜側附近，與PKB結合；PKB激酶活性區中的Thr308位點和C端尾部區的Ser473位點在PDK1的催化下磷酸化，活化的PKB從細胞膜釋放，通過激活下游底物，參與糖原和蛋白質的合成.

2．2 PI3-K/PKB通路在IR發生中的作用 IR是T2DM發病的重要機制之一，在IR狀態下，PI3-K信號傳導途徑的活性降低，而有絲分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)介導的信號傳導活性正常.王艷軍等[8]研究表明，高脂高糖飼料誘導的IR大鼠，PI3-K的表達降低.研究結果顯示，抑制IRS1和IRS2基因表達，使PI3-K和PKB失活，進而激活下游Fox O1是IR發生的重要分子機制[9].敲除小鼠PI3-K/PKB通路中IRS1、IRS2、P110α、P110β、PKBβ等基因，可導致小鼠出現不同程度的胰島素敏感性降低[10].構成PI3-K催化亞基的P110α被認為是PI3-K家族中響應胰島素信號最重要的分子.PKB下游分子被敲除后，表現出對胰島素信號通路作用的組織特異性，說明下游分子可在胰島素穩態的調節中發揮不同作用[9].

2．3 PI3-K/PKB通路對胰島B細胞的作用 PI3-K/PKB通路在胰島B細胞的增殖、凋亡和分泌功能中發揮著重要作用，其對細胞增殖的作用主要通過調控細胞周期完成[11].此外，PKBα可促進細胞增殖，PKBβ參與胰島素調節的代謝過程，PKBγ對細胞的生長分化具有重要的調節作用.被激活的PKB可以使下游底物發揮作用，從而調節胰島B細胞大小、數量及基因轉錄[12].在調節凋亡方面，PI3-K/PKB通路在多種因素影響下發揮調控作用[13].PI3-K/PKB通路的下游底物GSK3β和Fox O1可參與調節胰島B細胞的凋亡過程[13].PI3-K/PKB通路參與了高FFA引起的胰島B細胞分泌功能紊亂[14]，參與胰島B細胞分泌功能障礙的發生，具體機制與氧化應激有關.

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，可對血糖等發揮生物學效應[15].活化的PKB可以通過調節下游分子促進細胞攝取葡萄糖并合成糖原，同時磷酸化Fox O1使其出核失活，抑制糖異生基因G-6-pase及PEPCK的表達及糖異生，最終達到降低血糖的目的；腫瘤抑制因子PTEN能通過調控PKB的活性在葡萄糖穩態調節過程發揮重要作用[16].葡萄糖轉運蛋白(GLUTs)作為細胞膜上的跨膜蛋白，能夠介導細胞內外的葡萄糖轉運.與糖代謝關系密切的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胞內向細胞膜轉移，同時內吞作用減弱，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研究進展較快，部分單味中藥及重要活性成分可以通過調節PI3-K/PKB通路發揮降糖作用.如魁蒿乙醇提取物能調控GLUT-4轉位，具有促進葡萄糖攝取的作用，而PI3-K抑制劑LY294002則能抑制這種作用，其還可上調PI3-K、Akt(Thr308)、PKC及AMPK的磷酸化水平[18].小檗堿能夠增強PI3-K和GLUT-4在肝臟和骨骼肌中的表達，對T2DM的治療可能與此有關[19].大黃素可以降低血糖、下調胰島素水平、提高胰島素敏感度，其機制可能與PI3-K、Glu T-4基因有關[20].

3．2 中藥復方 T2DM IR為多環節、多層次的整體代謝障礙，針對單一靶點或環節的藥物難以發揮最佳治療效果.近年來隨著現代中藥藥理學及分子生物學技術的發展與應用，發現中藥復方具有整體調節作用及多靶點作用機制，已經成為當今T2DM IR防治研究的熱點.部分中藥復方可通過調節PI3-K/PKB通路發揮降糖作用.芪蛭降糖膠囊能活化PI3-K/PKB胰島素信號傳導通路，從而改善糖尿病IR[21].張先慧等[22]發現，辛開苦降方能改善KKay T2DM小鼠的IR，增加胰島素敏感性，并認為調整肝臟IRS2/PI3-K通路相關的蛋白表達可能是辛開苦降方改善KKay T2DM小鼠的IR作用機制.當歸補血湯能夠增加IRS-1數目，激活PI3-K通道，從而促進GLUT-4的轉位改善IR[23].六味地黃丸能抑制肝臟中糖異生關鍵酶PEPCK的活性，上調胰島素信號傳導通路中IRS-1、IRS-2的表達，改善肝細胞的IR[24].

4 討論

PI3-K/PKB途徑是胰島素信號傳導中的主要通路，PI3-K/PKB途徑正常，體內葡萄糖、蛋白和脂肪的代謝才可以正常進行.但PI3-K向下游分子傳導信號的具體機制及在IR中如何提高PI3-K的表達等問題還有待進一步研究.此外，廣大學者對單味中藥及其有效成分、中藥復方防治T2DM IR展開了廣泛研究，中藥的綜合性調節作用體現出良好的研究前景.但對中藥復方防治T2DM IR作用及其分子機制研究尚缺乏系統性，限制了中藥復方的開發及推廣，基于PI3-K/PKB通路的中藥復方研究進一步拓寬了中醫藥治療T2DM IR機制的研究思路.