磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B信号通路在常见子宫内膜疾病中的研究进展

时灿灿，王乾兴

(遵义医学院 细胞生物学教研室，贵州 遵义 563099)

综 述

磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B信号通路在常见子宫内膜疾病中的研究进展

时灿灿，王乾兴

(遵义医学院 细胞生物学教研室，贵州 遵义 563099)

磷脂酰肌醇 -3激酶/蛋白激酶 B(PI3k/Akt)信号通路是细胞内重要的信号转导途径之一，在调节细胞增殖、分化、凋亡、迁移、新陈代谢和血管生成等机体生理活动中具有重要作用。PI3K/Akt通路通过一系列信号级联反应精确调控子宫内膜细胞的增殖与凋亡，该通路异常可能导致子宫内膜细胞功能紊乱，引发子宫内膜疾病的发生。本文就PI3K/Akt信号通路及其下游相关分子在常见子宫内膜疾病中的表达变化及作用进行综述。

PI3K/Akt信号通路 ；凋亡；血管生成 ；子宫内膜疾病

磷脂酰肌醇 -3激酶/蛋白激酶 B( phosphatidylinotidol 3-kinase/protein kinase B，PI3k/Akt)信号通路是经典的细胞抗凋亡途径，可通过细胞膜受体的识别将信号转导到细胞内，然后影响下游效应分子(如细胞周期蛋白和凋亡相关蛋白)的表达而参与调节细胞增殖和抑制细胞凋亡。近年来研究发现该信号转导途径参与调控子宫内膜细胞的增殖、凋亡及炎症反应和血管生成，对维持子宫内膜规律、周期性变化具有重要作用。由于细胞信号传导的网络性和复杂性，虽然子宫内膜疾病的发病机制尚未完全阐述清楚，但PI3K/Akt信号通路在常见子宫内膜疾病发生、发展中所起到的关键性作用已经得到肯定。本文综述了PI3K/Akt信号通路及其下游相关分子在常见子宫内膜疾病中的表达变化及作用，为进一步研究子宫内膜疾病的发病机制和治疗提供依据。

1 PI3K/Akt信号通路

PI3Ks是一类特异性磷酸化肌醇磷脂3位羟基的激酶,根据底物结构和脂质特性不同分为3个亚型：I型、II型和III型。I型PI3K是由一个催化亚基和一个调节亚基组成的异源二聚体,催化亚基又分为Ia和Ib两个亚型，其中Ia是由调节亚单位p85和催化亚单位p110组成的二聚体蛋白，具有丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶及磷脂酰肌醇激酶双重活性[1]，Ib亚型催化亚单位P110γ并不与调节亚基P85结合，而是与接头蛋白结合后介导G蛋白亚基活化；II型PI3K具有C2结构域，活化后与细胞膜结合；III型PI3K由调节亚基p150和催化亚基Vps34组成，参与调控细胞生长和存活。目前，对可被细胞表面受体激活的I型PI3K研究最为广泛，该文主要是对I型PI3Ks及其下游分子调控的信号通路进行综述。哺乳动物细胞的此类型PI3K通过与具有磷酸化酪氨酸残基的生长因子受体或连接蛋白相互作用,引起二聚体构象改变；或通过Ras和p110直接结合，亦或被G蛋白的β和γ二聚体所激活。被激活的PI3K可催化细胞膜上的磷脂酰肌醇(PtdIns)D3位磷酸化，将磷酸肌醇二磷酸(PIP2)转化为磷酸肌醇三磷酸(PIP3),PIP3作为第二信使激活下游分子蛋白激酶B(PKB，Akt)等参与调节细胞增殖、分化、凋亡、血管生成、新陈代谢及迁移等[2]。

蛋白激酶B(PKB/Akt)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其激酶催化结构域与蛋白激酶A和蛋白激酶C具有较高的相似性。目前已发现3种Akt亚型：Akt1(PKBα)、Akt2(PKBβ)和Akt3(PKBγ)。这3种亚型在氨基酸序列上具有高度同源性且结构相似，均包括N-端的PH结构域、中间的激酶催化结构域和C-末端的调节结构域[3]。Akt激酶催化结构域苏氨酸残基(Thr308)位点磷酸化是活化Akt所必需的，其调节区域含有的第二个磷酸化位点(Ser473)磷酸化则可使Akt获得最高活性。活化的PI3K催化产生的PIP3与含有PH结构域的Akt和3-磷脂酰肌醇依赖性蛋白激酶1(phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1)结合，使Akt从细胞质向细胞膜聚集，并在活化的PDK1辅助下磷酸化Akt苏氨酸位点(Thr308)，而AKT的C-末端疏水区丝氨酸473位点(Ser-473)磷酸化机制目前尚不确定。激活后的Akt转位到胞浆或细胞核内，通过磷酸化哺乳动物雷帕霉素靶向复合物(mammalian target of rapamycin,mTOR)、糖原合成激酶-3β(glycogen synthase kinase,GSK-3β)、p70核糖体s6激酶(p70s6k)、p90核糖体s6激酶(p90s6k)、核转录因子κB(NF-κB)或Caspase9等下游分子,逐级放大细胞外的刺激信号进而调节细胞增殖、分化、凋亡、血管生成、新陈代谢及迁移等。

同源性磷酸酶-张力蛋白(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)是目前发现的PI3K/Akt信号通路最主要的负性调节因子。研究发现，该基因定位于人类染色体10q23.3,编码产物具有双重特异性磷酸酶活性，可使 PIP3 在 D3 位去磷酸化生成 PIP2，从而负调节PI3K/Akt信号通路的活性，被称为肿瘤抑制基因。PTEN在乳腺癌、子宫内膜癌和前列腺癌等多种激素依赖性肿瘤细胞中发生基因突变、杂合性缺失和启动子甲基化，使 PI3K/Akt通路过度激活，细胞异常增生。此外，有研究表明PTEN 蛋白可通过下调细胞内底物Shc和酪氨酸残基的磷酸化水平，使细胞停止于 Gl期， 对抗PI3K/Akt 的抗凋亡和细胞增殖相关的信号传递[4]。

2 PI3K/Akt信号通路与月经周期及着床

子宫内膜经历连续的周期性变化涉及子宫内膜重塑和细胞内、外基质替换,这一过程对子宫内膜蜕膜化和受精卵着床是必不可少的，而磷酸化Akt(p-Akt)是这一过程的高度特异性分子生物标志物。正常月经周期中，子宫内膜功能层总Akt表达量在各阶段无明显差异，而p-Akt呈周期性变化[5]。p-Akt蛋白水平在分泌早期和中期表达较增殖期降低，分泌晚期又逐渐增加，但均低于蜕膜组织。p-Akt在增殖期子宫内膜腺上皮细胞核和功能层基质细胞核中强表达，虽然在分泌期p-Akt表达水平下降，但在间质细胞质和细胞核中的表达增加，与子宫内膜蜕膜化呈正相关；相关报道显示，雌激素和孕激素通过PI3K-AKT-Ser-9使GSK-3β磷酸化失活对子宫内膜上皮细胞增殖的作用是相反的。增殖期，雌激素通过非基因机制快速激活PI3K/Akt信号通路促进子宫内膜细胞增殖。分泌期，孕激素可能通过PI3K/Akt信号通路促进一氧化氮合酶(eNOS)的表达，使NO在子宫内膜腺体和细胞中的水平显著增加，从而促进子宫内膜增厚、血管扩张和血流灌注，子宫内膜由增殖期向分泌期转变[5]。月经期，基质金属蛋白酶在子宫内膜崩解和修复中具有重要作用[6],其中MMP-9启动子与活化的NF-κB p65结合后可促进子宫内膜组织崩解、脱落。NF-κB p65的氨基酸序列包含了多个潜在的PI3K/Akt信号通路下游分子GSK3β磷酸化的共同序列，简而言之，GSK3β是NF-κB活化必不可少的。月经后期，子宫内膜中抑微管装配蛋白通过PI3K/Akt信号通路促进HIF-1α蛋白聚积和VEGF表达，参与调控子宫内膜重塑。所以PI3K/Akt信号通路对于维持正常月经周期具有重要作用。

子宫内膜上皮细胞增殖向间质细胞增殖进行转换是子宫内膜蜕膜化和卵泡植入的必要条件。在卵泡植入前，p-Akt表达增加且主要分布于子宫内膜上皮细胞腔和腺体以及子宫内膜蜕膜化基质细胞中调节子宫内膜细胞增殖、分化和迁移[7]。胎盘滋养层细胞分泌的绒毛膜促性腺激素直接作用于子宫内膜上皮细胞并激活PI3K/Akt依赖性Raf-ERK-EIK通路促进生成微粒体酶PGE2合成酶(microsomal enzyme PGE2 synthase，mPTGES)，前列腺素合成增加使早期妊娠的子宫内膜在高配体浓度的环境下对绒毛膜促性腺激素仍然敏感，增加子宫内膜容受性为胚胎植入做好准备工作[8]。胚胎/子宫内膜分泌的纤维母细胞生长因子4(Fibroblast Growth Factor4，FGF4)通过PI3K-Akt-P90RSK-RPS6信号通路激活滋养外胚层细胞的纤维母细胞生长因子受体，最终影响猪围着床期滋养层外胚层细胞发育和迁移所需蛋白质的合成[9]。另外有研究发现猪围着床期子宫内膜中VEGF、VEGFR-1和VEGFR-2 mRNA显著增加，与p-Akt1、p-ERK1/2、p-P70RSK、p-RPS6及p-4EBP1表达增加程度具有时间依赖性[10]。说明VEGF在妊娠早期通过调控PI3K/Akt及MAPK信号通路可促进滋养外胚层细胞生长发育。此外，小鼠妊娠子宫内膜组织中PTEN的表达明显高于未妊娠的子宫内膜组织,且随着妊娠天数逐渐升高,于第5天达到高峰。而在小鼠子宫角注射PTEN反义寡核苷酸则会减少胚泡着床率[11]。说明PTEN对早期胚胎发育及着床具有重要的调控作用。PTEN异常升高抑制 PI3k/Akt 的激活，进而使该信号通路下游的基质金属蛋白酶-9(matrix metalloprotein 9,MMP-9)表达下调，引起滋养层细胞对子宫内膜侵袭力不足，影响胎盘形成导致流产[12]。综上所述，PTEN和PI3K/Akt信号通路的平衡表达是早期胚胎发育和成功着床的关键。

3 PI3K/Akt信号通路与子宫内膜疾病

3.1 子宫内膜异位症 子宫内膜异位症是指有活性的子宫内膜细胞种植在子宫内膜以外的位置而形成的一种雌激素依赖性的良性疾病，以痛经和不孕为主要症状，好发于育龄期、绝经期以及卵巢摘除的女性。粘附、侵袭和血管生成是子宫内膜异位症发生的三个基本病理过程，而PI3K/Akt 信号通路在细胞增殖、抗细胞凋亡及新生血管形成中具有重要作用。荧光素酶报告基因检测和电泳迁移率实验发现，在水通道蛋白5(Aquaporin5,AQP5)基因启动子区域存在雌激素受体反应元件(estrogen-response element，ERE)。AQP5主要位于子宫内膜基质和腺上皮细胞，其表达与月经周期有关，在增殖晚期和分泌早期表达最高，可促进子宫内膜细胞迁移、侵袭和增殖。Jiang等[13]通过构建AQP5 shRNA慢病毒载体敲除AQP5基因，可显著抑制子宫内膜细胞的侵袭和增殖能力，以及减少子宫内膜异位病灶的形成。PI3K抑制剂LY294002可减弱雌激素对AQP5蛋白表达的促进作用，说明雌激素是通过激活AQP5基因启动子区域的ERE和PI3K/Akt信号通路诱导AQP5表达的。此外，研究发现子宫内膜异位组织细胞中Akt磷酸化水平显著高于正常子宫内膜，以及在小鼠深部浸润子宫内膜异位症模型中应用Akt特异性抑制剂可以使子宫内膜异位症(endometriosis,EMS)细胞增殖率下降，减少子宫内膜异位症的形成，提示子宫内膜异位症患者异位病灶的形成与PI3K/Akt信号通路异常激活密切相关[14]。而PI3K/Akt信号通路异常激活的主要原因是PTEN功能缺失，子宫内膜异位囊肿患者中PTEN染色体10q23.3杂合型缺失和突变率分别占56.5%和21%，与子宫内膜异位症的恶性转化有关[15]。17β-E2通过NF-κB信号通路可以使PTEN表达下调，因此Zhang[16]等提出子宫内膜异位存在一个正反馈循环：高雌激素→PI3K活性增高→NF-κB活性增加→PTEN表达下降→PI3K活性升高，最终促进异位子宫内膜细胞增殖、迁移和血管生成。这一假设有利于进一步探索发现合适的信号通路抑制剂，为子宫内膜异位症的治疗寻找新的药物作用靶点。

3.2 子宫腺肌症 子宫内膜腺体和间质侵入子宫肌层形成弥漫或局限性病灶被称为子宫腺肌症，曾称内在性子宫内膜异位症，好发于30～50岁经产妇，以月经过多、进行性痛经为主要表现。子宫腺肌症患者约50%合并子宫肌瘤，15%合并子宫内膜异位症，属于妇科常见病和疑难病，与子宫内膜损伤有关。最新研究发现与癌症和帕金森疾病有关的DJ-1蛋白在子宫内膜异位细胞中高表达，通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路增加子宫内膜异位上皮细胞的增殖、迁移和血管生成潜能，促进子宫腺肌症形成[17]。此外，Zhang[18]等采用免疫组织化学法检测同源性磷酸酶-张力蛋白(PTEN)、蛋白磷酸酶2A(PP2A)、生存素(Survivin)在子宫腺肌症异位病灶中的表达，发现PP2A和PTEN在子宫腺肌症异位组织中表达减少伴随Survivin表达增加，特别是在增生期。Survivin是目前发现的最强凋亡抑制因子，是PI3K/Akt信号通路的直接靶基因，受雌激素调控，在正常月经周期子宫内膜中呈周期性变化[19]。PTEN和PP2A是该信号通路的负性调节蛋白，表明PI3K/PP2A/Survivin信号通路级联反应参与了子宫腺肌症的发病和发展。

3.3 子宫内膜癌 子宫内膜癌是发达国家最常见的女性生殖系统恶性疾病，居欧洲和北美女性恶性肿瘤第四位，转移性和复发性子宫内膜癌预后不良。研究发现子宫内膜癌是所有实体肿瘤中PI3K通路改变率最高的疾病。癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas，TCGA)数据显示：在肿瘤极的71%、65%和94%分别发生PIK3CA、PIK3R1催化亚基功能获得性突变和 PTEN突变，影响子宫内膜癌的组织学变异[20]。30%～60%子宫内膜癌患者的PTEN功能缺失以及约40%出现PIK3CA基因表达增加，通过增加mTOR表达影响子宫内膜组织学改变[21]。PI3K/Akt通路异常激活促进糖原合成激酶3β(glycogen syn-thase kinase3β，GSK3β)磷酸化，抑制其生物活性，从而阻止Wnt信号转导通路中的关键调节因子β-连环素(β-catenin)降解。胞质内游离型β-catenin聚集并与转录因子Tef/Lef相互作用进入细胞核调控基因转录，使细胞周期素CyclinD1表达升高,驱动细胞由G1期加速进入S期,细胞增殖逐渐失控,促进肿瘤发生。由于孕激素可以抑制子宫内膜癌细胞增殖并促使其向正常细胞转化，所以成为有生育要求和晚期不能手术切除及复发患者的首选治疗方法。但近年来研究发现，乙酸甲羟孕酮(MPA)可抑制孕激素敏感型子宫内膜癌Ishikawa细胞株的PI3K/Akt信号通路和细胞增殖，而在低或无孕激素受体(progestrone receptor,PR)表达的孕激素抵抗型子宫内膜癌Ishikawa细胞株会活化PI3K/Akt信号通路且对细胞增殖无抑制作用[22]。所以，孕激素抵抗是年轻子宫内膜癌患者保守治疗的主要障碍。幸运的是，最新研究发现应用PI3K抑制剂LY294002可恢复PR表达及对孕激素的敏感性。因此，对有生育要求的子宫内膜癌孕激素抵抗患者采用孕激素和PI3K抑制剂联合治疗可能是一个有效的保守治疗方案。

3.4 子宫内膜薄 子宫内膜薄是指女性在月经周期和性激素水平正常的情况下，镜检发现黄体中期(排卵后6～10d)子宫内膜苍白、光滑、粘附力差、厚度<7mm，主要表现为不明原因的月经量过少(<30mL)。子宫内膜薄患者的子宫内膜血流阻力增加和腺上皮生长延迟，从而抑制血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达，导致血管生长发育缓慢、子宫内膜灌注减少。Le AW等[23]研究发现，虽然PI3K/Akt信号通路在正常子宫内膜和子宫内膜薄患者的内膜组织中均处于活跃状态，但子宫内膜薄患者增生期子宫内膜中 PI3K,AKT和 P-AKT蛋白表达量明显低于正常子宫内膜组。另外，spearman相关分析结果显示：Akt、p-Akt和PI3K在子宫内膜薄组和正常组中的表达均呈正相关。由于雌激素可直接激活子宫内膜PI3K/Akt/ GSK3β信号通路，促进子宫内膜增殖和修复[24]，所以推测由于子宫内膜薄组的p-Akt水平相对较低,PI3K/Akt信号通路活性也相对正常组低，因此对子宫内膜细胞的增殖、分化和凋亡的调控能力可能也更弱。

4 展望

近年来细胞生存信号通路的负向调控受到医学研究越来越多的关注，以PI3K、Akt 为靶点的药物因针对信号传导枢纽成为目前的热点。迄今为止，已经有一些分子靶向药物在临床研究中表现出较好的疗效，如新一代mTORC1/mTORC2抑制剂、pan-PI3K 或AKT抑制剂和应用mTORs抑制剂与抗血管生成药物的联合治疗。因此，对PI3K/Akt信号通路在子宫内膜疾病中表达的进一步研究不仅有助于揭示子宫内膜疾病的发病机制，而且为其诊断和靶向治疗提供了新的方向。

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[收稿2016-09-17;修回2016-11-12]

(编辑：谭秀荣)

Research progress of PI3K/Akt signaling pathway in common endometrial diseases

ShiCancan,WangQianxing

(Department of Cell Biology,Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563099,China)

PI3K/Akt signaling pathway is an important intracellular signal transduction pathway.It plays an important role in the body which contributes to the cell proliferation,differentiation,apoptosis,metabolism and angiogenesis etc.PI3K/Akt pathway regulates the proliferation and apoptosis of endometrial cells through a series of signal cascades.The abnormal expression of the pathway would lead to disorder in endometrial cell function,and cause endometrial disease.In this article,we reviewed the effects and changes of PI3K/Akt signaling pathway and the downstream related molecules in the common endometrial diseases.

PI3K/Akt signaling pathway; apoptosis; angiogenesis; endometrial diseases

贵州省科技厅联合基金项目(NO：黔科合J字LKZ[2010]33)；贵州省科学技术基金资助项目(NO：黔科合J字[2011]2282)。

王乾兴，男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：生殖医学，E-mail:317002641@qq.com。

R34

A

1000-2715(2017)01-0110-05