陈　培1(综述)/张钦宪2(审校)

(1.淮阴卫生高等职业技术学校基础部解剖教研室，江苏 淮安 223300； 2.郑州大学基础医学院组织学与胚胎学教研室，河南 郑州 450052)

　　【摘要】 PTEN基因是近年来发现的一种新的肿瘤抑制基因，其产物PTEN蛋白具有脂质磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性。PI3K/AKT信号通路为生物体内重要的生存信号通路。实验证实PTEN主要是通过其脂质磷酸酶活性作用于PI3K的下游靶分子PIP3从而阻断PI3K/AKT信号通路来实现其抑癌作用，故有学者将它们称为PTEN_PI3K/AKT信号转导通路。本文中从细胞凋亡、细胞周期调节、细胞迁移与侵袭、血管形成、肿瘤耐药、肿瘤免疫逃逸等多个角度综述了PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与肿瘤的关系。

　　【关键词】 PTEN; PI3K; AKT; 肿瘤

　　中图分类号： R730.231　　　　文献标识码： A　　　　文章编号： 1004－616X(2010)06－0484－04

　　作为一种新的肿瘤抑制基因，PTEN(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten)自1997年问世以来即颇受研究者们青睐，并被视为p53后时代最重要的抑癌基因。最初PTEN基因被一个研究小组作为蛋白酪氨酸磷酸酯酶而被克隆，其后的研究表明，其基因产物对蛋白底物的催化作用较弱，却对磷脂酰肌醇底物有很强的催化作用。Maehama等[1]发现PTEN蛋白无论在体外还是体内都能使磷脂酰肌醇磷酸酯类3位脱磷酸，进一步研究证实，PTEN最重要的底物是磷脂酰肌醇(3，4，5)_三磷酸[phosphatidylinositol(3,4,5)_trisphosphate, PIP3]，PIP3为磷酯酰肌醇_3激酶(phosphatidylinositol_3'kinase, PI3K)的产物并介导AKT(又称PKB，protein kinase B)的活化，PTEN则使PIP3脱磷酸，来维持PIP3的低水平，从而下调PI3K /AKT通路。故有学者将其称之为PTEN_PI3K/AKT信号转导通路。现已证实，在人类多种恶性肿瘤组织和肿瘤细胞株中，存在着PTEN表达和功能的异常[2－7]，包括神经胶质瘤、卵巢癌、子宫内膜癌、前列腺癌、黑色素瘤、肝癌、肾癌等，PTEN的失活必然导致PI3K/AKT通路活化[8]，而活化的AKT具有多种生物学活性，可通过催化一系列蛋白质磷酸化促进肿瘤细胞生长、增殖，抑制凋亡，促进侵袭和转移，调控内皮生长、血管生成等[9－10]，可见PTEN_PI3K/AKT信号转导通路的失调与肿瘤发生、发展密切相关。

1　PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与细胞凋亡

　　活化的AKT是细胞存活因子，能降低凋亡因子与增加抗凋亡蛋白的活性[11]。其通过以下途径发挥作用：①AKT能够直接磷酸化促凋亡分子BAD(Bcl_2/Bcl_xl associated death promoter)第136位丝氨酸残基，磷酸化的BAD与Bcl_2或Bcl_xl发生解聚，而与磷酸丝氨酸结合蛋白14_3_3形成复合物，Bcl_2或Bcl_xl为抗凋亡因子，游离的Bcl_2或Bcl_xl发挥抗凋亡作用；磷酸化的BAD还通过阻断细胞色素C的释放参与抗凋亡[12－13]。②AKT还可以磷酸化forkhead家族转录因子，3个已经鉴定的forkhead家族成员FKHR、FKHRL1和AFX，均含有AKT磷酸化序列，能被AKT直接磷酸化从而抑制凋亡相关基因如Fas_L、IGFBP1和Bim的转录[14]。在没有AKT作用下，forkhead家族主要定位于核内，通过结合特异顺式作用元件促进凋亡相关基因的转录，而在AKT作用后，FKHRL1等从核内移出，与14_3_3蛋白相互作用，滞留在细胞浆，不能进入细胞核发挥转录激活作用，从而抑制凋亡相关基因的表达。③AKT除负性调节forkhead活性外，还可正性调节其他转录因子如NF_κB和CREB促进抗凋亡基因转录。AKT是NF_κB依赖的基因转录的重要调节因素，AKT可直接磷酸化IKKs使之激活，活化的IKKs使I_κB降解，从而使原本和I_κB结合并定位于胞浆的NF_κB移位至核内，促进包括一些抗凋亡基因的靶基因的转录，现已证实AKT对于IKKs介导的I_κB降解和NF_κB激活是必需的[15]。AKT可直接磷酸化环磷腺苷反应元件连接蛋白(cAMP response element binding protein, CREB)，磷酸化的CREB通过与相应的启动区结合，诱导cAMP反应元件、Bcl_2和Mcl_1等相关基因表达。④AKT还可磷酸化鼠双微染色体2(murine double mimute2, MDM2)第166位和168位丝氨酸残基，MDM2是一种可引起p53降解的E3泛素连接酶，众所周知，p53的主要功能是诱导细胞凋亡和诱导细胞周期停滞，AKT磷酸化MDM2可促进MDM2转位至细胞核下调p53的功能。⑤AKT还可以通过诱导细胞死亡信号通路中Caspase9前体第196位丝氨酸残基磷酸化，使之失活，从而抑制凋亡。⑥另外，AKT可通过激活己糖激酶维持线粒体的稳定性抑制凋亡[16]；AKT还可通过磷酸化糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase_3, GSK3)使其失活，解除其对Mcl_1的降解作用，上调Mcl_1水平，Mcl_1是Bcl_2家族蛋白中的一个抗凋亡的成员，在凋亡的调控中具有重要作用[17]。

　　PTEN与PI3K协调作用，使细胞内PIP3的浓度处于适当水平，保持AKT适中的活性。PTEN的丢失使细胞内PIP3积聚，PTEN_PI3K/AKT信号转导通路失衡，AKT持续活化，从而使细胞抗凋亡。PTEN的过表达则可抑制AKT活化从而促进细胞凋亡，因此转染PTEN可诱导凋亡。李侠等[18]报道， PTEN转染神经胶质瘤细胞，可以诱导细胞的凋亡。

2　PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与细胞周期调节

　　PI3K/AKT信号通路的活化可通过多种途径调节细胞周期：①磷酸化周期素依赖性激酶(cyclin dependent kinase, CDK)抑制剂P21CIP1和P27KIP1[19－22]，使它们在胞浆内堆积，无法连接到CDKs和增殖细胞核抗原，从而促进细胞从G1期进入S期，加速细胞周期进程。②通过磷酸化负性调节forkhead家族转录因子AFX降低P27KIP1基因的转录[23]。③增加Cyclin D1转录。通过活化mTOR(mammalian target of rapamycin)增加Cyclin D1 mRNA翻译。④磷酸化GSK3而使其失活，从而抑制GSK3降解Cyclin D、 Cyclin E和转录因子c_jun和c_myc，而这些因子在G1/S时相转换中发挥着核心作用[9]。可见PI3K/AKT信号转导通路的活化可加速细胞周期进程。PTEN可通过抑制PI3K/AKT通路诱导细胞周期停滞。一旦PTEN功能缺失，失去对PI3K/AKT的负调控致使AKT过度活化必然导致细胞周期加速，细胞生长繁殖增快。另外，PI3K/AKT信号转导通路的活化也可促进细胞在有DNA损伤的情况下进入有丝分裂期[24－25]。其机制是活化的AKT可直接磷酸化DNA损伤监测点激酶Chk1的Ser280位点，Ser280的磷酸化使Chk1转位至胞浆从而使Chk1远离ATM和ATR，从而抑制G2/M DNA损伤监测点的功能。因此，PTEN的缺失可通过AKT的活化和Chk1的磷酸化引起DNA损伤监测点缺陷，使细胞在有DNA损伤的情况下仍可进入有丝分裂期，这将导致基因组的不稳定[26－27]。

3　PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与细胞迁移与侵袭

　　PI3K/AKT信号通路在生长性的细胞迁移和癌细胞迁移中均发挥重要作用。在哺乳类细胞，PI3K/AKT信号通路通过其下游的效应因子如Rho，Racl和cdc42使细胞骨架重排，调节褶皱运动、细胞运动和细胞蔓延。PI3K/AKT信号通路还可通过多种途径上调基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2, MMP2)，促进细胞侵袭[28]。研究表明，PTEN 缺失或PIK3A突变等原因导致的PI3K/AKT通路的活化使肿瘤细胞的迁移和侵袭能力增强，而PTEN的过表达则可抑制细胞迁移。另外，PTEN除可通过抑制PI3K/AKT通路抑制细胞迁移与侵袭外，还可通过其蛋白磷酸酶活性负调控FAK/P130CAS 和整合素相关激酶信号的转导，在整合素介导的细胞粘附、迁移和侵袭过程中起抑制作用。

4　PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与血管形成

　　PI3K/AKT信号通路在生理的和病理的血管生成过程中均发挥着重要作用[9]。Jiang BH等[29]发现在小鸡胚胎中过表达PI3K或AKT能诱导广泛的新血管生成及增大已存在的血管，而过表达PTEN则抑制这种效应，首次直接证明了PI3K/AKT信号通路参与了血管生成。PI3K/AKT通路促进血管形成的机制为：活化的AKT可磷酸化内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)使之激活，产生NO，NO可刺激血管舒张、血管重塑和血管生成[30]；PI3K/AKT信号还可通过多种途径上调氧诱导因子1α(hypoxia_inducible factor 1α, HIF_1α)[31]，HIF_1α可促进VEGF及其他血管生成因子的表达和分泌，VEGF是一个强大的血管生成诱导剂，同时其本身又可活化PI3K/AKT信号通路，从而通过自分泌和旁分泌两种途径刺激血管生成；活化的AKT还可通过磷酸化IKKs，使I_κB降解，激活NF_κB，从而上调血管生成因子。PTEN则可通过抑制PI3K/AKT信号通路抑制血管形成[32]，肿瘤的生长及转移有赖于血管的形成，因此PTEN的表达可有效的控制肿瘤发展，PTEN表达缺失和PI3K/AKT通路的过度活化必然促进肿瘤的发展。

5　PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与肿瘤耐药

　　各种研究表明PI3K/AKT信号通路也与肿瘤对化疗、放疗的耐受有关。实验证实联合应用AKT抑制剂可提高癌细胞对化疗、放疗的敏感性[33－34]。多药耐药相关蛋白1(multidrug resistance associated protein1, MRP_1)是一种跨膜药泵，可通过多种方式将化疗药物泵出细胞，现已证实在多种肿瘤如进展期前列腺癌和急性粒细胞白血病中MRP_1的表达依赖于PI3K/AKT信号通路的活化[35－36]。并有研究表明PTEN的低表达通过引起PI3K/AKT信号通路的活化，导致了卵巢癌OVCAR_3细胞对顺铂的耐药[37]，Liu LZ 等[38]的研究也表明AKT的活化与肺癌对顺铂的耐药有关，并提出AKT活化介导的顺铂耐药是通过其下游的mTOR途径实现的。

6　PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与肿瘤免疫逃逸

　　近年来研究表明PTEN_PI3K/AKT信号转导通路可通过调节B7_H1蛋白的表达而参与肿瘤免疫逃逸。B7_H1又称PD_L1(programmed cell death ligand 1)，是新近克隆的B7家族成员，其受体是PD_1。 B7_H1可在肿瘤细胞和肿瘤组织树突状细胞上表达，并在诱导特异性T细胞凋亡和肿瘤免疫逃逸过程中发挥重要作用。研究表明，虽然人的正常组织中表达B7_H1的转录产物，但却很难检测到B7_H1蛋白的表达。相反，在大多数实体肿瘤中可以检测到B7_H1蛋白的高表达，提示可能在肿瘤发生的某一阶段B7_H1的转录后翻译过程明显增加。Parsa等[39]研究表明神经胶质瘤中PTEN的缺失通过PI3K/AKT下游的mTOR_S6K1通路实现对B7_H1基因翻译水平的调控，导致B7_H1蛋白表达增加，从而促进肿瘤免疫逃逸。随后，在乳腺癌和前列腺癌中的研究也表明PTEN 缺失导致的PI3K/AKT通路的活化使B7_H1蛋白表达增加，促进了肿瘤的免疫抵抗，并证实在乳腺癌和前列腺癌中PI3K/AKT通路的活化也是通过活化其下游的S6K1分子导致B7_H1基因的多核糖体mRNA大大增加，从而导致B7_H1蛋白表达增加的[40]。

7　PTEN_PI3K/AKT通路与其他潜在参与肿瘤形成的因素

　　近年来有学者在黑色素瘤细胞中发现端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)中包含两个AKT磷酸化位点，这两个位点磷酸化可使TERT活性增加，提示AKT可增加端粒酶的活性，维持细胞永生化。PI3K/AKT通路还可介导一些生长因子引起的雌激素非依赖性雌激素受体(estrogen receptor, ER)激活，PI3K/AKT通路活化将增加抗雌激素治疗抗性。另外，在前列腺癌细胞株中还发现AKT可通过磷酸化雄激素受体(androgen receptor, AR)的两个位点抑制AR的活性，阻止雄激素依赖性凋亡[41]。

8　结　语

　　综上所述，PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与肿瘤有着广泛而密切的关系，其失衡不仅促进肿瘤的发生与发展，而且可促进肿瘤的侵袭与转移，并参与肿瘤的免疫逃逸，由此PTEN_PI3K/AKT信号转导通路成为了肿瘤研究的热点，也为抗癌治疗提供了极具针对性的靶点。重新使失衡的PTEN_PI3K/AKT通路恢复平衡为癌症治疗开辟了新的途径，目前对PI3K、AKT及mTOR抑制剂的研究和开发正方兴未艾。虽然对PTEN_PI3K/AKT信号转导通路研究较多，但目前对其作用的详细途径仍未完全清楚，尚需要深入研究。而且活化的AKT的作用底物尚有待进一步扩展，随着PI3K/AKT下游分子的进一步阐明，PTEN_PI3K/AKT信号转导通路与肿瘤的关系也将更加明朗化，将有助于我们更深入的理解肿瘤发生发展的本质，为治疗肿瘤提供新的策略。

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收稿日期： 2010－03－08； 修订日期： 2010－05－31

作者简介： 陈　培(1983－　)，女，助教，硕士，研究方向：消化道肿瘤的分子生物学研究。

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