PI3K/AKt信号通路在胰岛素抵抗所致非酒精性脂肪性肝病中作用机制的研究进展

王 宁， 李京涛， 常占杰， 魏海梁， 闫曙光， 惠 毅， 李 倩

1.陕西中医药大学，陕西 咸阳 712046；2.陕西中医药大学附属医院肝病科

近些年来，随着不良的生活方式和饮食西化的全球传播，非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)患病的概率不断上升，日益影响着我国广大民众的健康状况。从全球范围看，30%的成年人患NAFLD[1]；其中，欧美等发达国家NAFLD的患病率为25%～30%，我国NAFLD患病率为15%～20%[2]，且以每年0.594%的速度增长[3]。但在肥胖人群中，NAFLD患病率为75%～100%[4]，且NAFLD近年来呈低龄化的趋势非常明显[5]，如未进行有效干预，患者将会进展为肝硬化、肝癌。NAFLD正在成为全球最常见的肝病。

NAFLD是由代谢应激诱导的肝损伤性疾病，与胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)关系密切，肝脏脂质沉积是其最大的特点。NAFLD是一系列疾病，从非酒精性脂肪变性(NAFL)，无肝细胞损伤的证据，到非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，肝细胞受损伴有或不伴有纤维化[6]，进而NASH可能发展为肝硬化和/或肝细胞癌(HCC)[7]。NAFLD的病因有很多，但对其发病的机制却无一致的结论。近年来国际上的“多重平行命中”学说获得了大多数学者的认同[8]，即IR及其代谢紊乱构成了脂肪浸润肝脏的首次打击，IR和高胰岛素血症的共同作用导致肝脏内的游离脂肪酸(FFA)和甘油三酯(TG)增加，大量的FFA进入血液[9]，使得细胞色素酶P450IIE1(CYP2E1)表达增加，造成过量的氧自由基(ROS)生成，多次平行撞击出现，氧化应激增加，脂质过氧化作用增强导致肝细胞损伤，引起炎症细胞的聚集，引起肝脏的炎症和从NAFL到NASH和纤维化的进展，从而起到双重作用，影响NAFLD的发病进程。

大量数据显示，PI3K/AKt传导通路与NAFLD的发生息息相关，PI3K/AKt通路的障碍易导致IR，从而促进NAFLD的发生、发展[10-12]，现概述如下。

1 PI3K/AKt信号通路

PI3K/AKt通路是胰岛素信息进行传导的主要通路，广泛存在于哺乳动物的组织和器官中，在细胞的增殖、分化、凋亡、蛋白质的形成及代谢等多种细胞生物学过程中发挥着重要作用[13]。

1.1 PI3KPI3K，亦称磷脂酰肌醇3-激酶，是磷脂酶家族中重要的成员。PI3K家族，作为机体生长因子信号传导过程中的一类重要分子，可被多种细胞因子和理化因素激活，可催化磷酯酰肌醇，使其羟基端发生磷酸化，继而出现具有信使作用的肌醇类激酶[14]。它是由调节亚基P85和催化亚基P110构成的异二聚体[15]，基于序列同源性和脂质底物偏好的差异，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个亚型，都具有PI3K与AKt的双重活性。由于Ⅰ型PI3K和细胞外刺激联系最为密切，故对于Ⅰ型的研究最为广泛[16]。Ⅰ类PI3K的p110α是PI3K调控机体内胰岛素信号传递最关键的分子[17]。Ⅰ类PI3K是由催化亚基(PIK3R)与调节亚基(PIK3C)构成的一种异二聚体，由于分子结构的不同，分为ⅠA和ⅠB两类，皆以PI、PIP及PIP2为下游底物分子。其中ⅠA亚类由p85和p110α、β/δ之一组成，由受体酪氨酸激酶(RTKs)激活；ⅠB亚类由p101和p110δ构成，依赖G蛋白偶联受体(GPCRs)激活。Ⅱ型以PI及PIP为底物，不形成异二聚体。Ⅲ类为酵母Vps同源物，以PI为下游底物，由p150和豆蔻酰化的P100组成[18]。

1.2 AKtAKt作为PI3K/AKt信号传导通路的中心环节，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(PKB)，是各种基本生理细胞过程的关键调节因子，包括细胞增殖、存活、运动、代谢和分化及致癌转化等，在各种信号级联中充当PI3K下游的主要信号传导物[19]，受PI3K的磷酸化调控，是PI3K信号传导重要的下游靶激酶。目前发现，AKt共有3种亚型：AKt1、AKt2和AKt3。AKt1和AKt2在经典的肝脏、肌肉等显著表达，而AKt3则在男性生殖器官和人类大脑中高表达。AKt主要由PH结构域、催化域和调节域3个部分组成。

1.3 PI3K/AKt信号通路的激活过程PI3K可通过多种途径活化。一些生长因子(如PDGF、IGF、Insulin、EGF、FGF)、细胞因子(如VEGF、血管紧张素Ⅰ)、激素等不同类型的配体，可激活RTKs和GPCR，从而诱发PI3K信号通路的活动[20]。

众所周知，多步骤过程激活AKt，PIP3将AKt转化为PDK-1磷酸化的底物，只有当催化域的Thr308和调节域的Ser473发生磷酸化，才能使AKt达到最大程度的激活。

受体酪氨酸激酶(RTKs)激活后，可以产生衔接蛋白复合物，诱导PI3K在细胞膜上聚集，复合物的残基与PI3K的调节亚基P85的SH2结合，将底物磷脂酰肌醇-2磷酸(PIP2)转化为3-磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)。PIP3在细胞内有着不可或缺的传导作用，它能够把含有PH结合域的下游分子都聚集起来，如蛋白激酶B(pKB)/AKt和磷酸肌醇依赖性激酶-1(PDK-1)，直接结合锚定在细胞膜上，使AKt转移到细胞膜上，并在PDK-1的协助下，使AKt分子上的Thr308和Ser473两个位点磷酸化，从而使AKt完全活化[21]。激活的AKt随后由细胞膜上释放出来，向胞浆内继续传递生物学信号，参与机体细胞代谢过程中的多种生物学过程。

2 胰岛素与PI3K/AKt信号通路

胰岛素是调控机体内部糖与脂类代谢的重要激素，研究资料表明，人体内的胰岛素主要经过PI3K/AKt传导通路来维持糖脂代谢的平衡。

胰岛素是在各种刺激(尤其是胰岛β细胞)下分泌的一种激素，它能调控机体内的糖脂代谢，从而使其达到平衡[22]。机体内的胰岛素到达作用的组织器官后，首先与胰岛素受体(InsR)的α亚基结合，诱导β亚基的酪氨酸蛋白激酶(PTK)被激活，随后PTK又使InsR的底物(IRS)磷酸化，继而活化它的催化亚基p110，随后生成PIP3，并与PDK1结合并激活3种已知的AKt异构体，AKt被激活后从质膜上释放出来，转移到胞核、胞质和线粒体中。此后PI3K/AKt联级通路通过以下途径参与胰岛素的调节机制。

2.1 PI3K/AKt通过GSK-3、FoxO1和GLUT4调节葡萄糖代谢(1)研究发现，PI3K、PDK、AKt和GSK-3构成了胰岛素调控体内糖代谢的关键道路[23]。GSK-3(糖原合成酶激酶)作为一种多功能蛋白，是最早被证实的PKB/AKt的下游底物分子，主要功能是促进糖原合成，受PI3K/AKt的负性调节，GSK3的两种亚型(GSK3α和GSK3β)都具有最大程度活化AKt的两个磷酸化位点，AKt抑制GSK3β磷酸化，使得体内的糖原合成酶1(GYS1)无法降解，糖原的合成增多，机体内的血糖降低[24]。(2)FoxO蛋白，特别是FoxO1，是AKt的主要靶标，是受胰岛素信号负性调节的转录因子[25]，影响全身的能量稳态。FoxO1可使非糖物质转化过程中关键酶表达的增加，促进葡萄糖的增多。而AKt可直接抑制FoxO1，降低体内的葡萄糖水平。(3)葡萄糖转运蛋白4(GLUT-4)是肝脏糖代谢的主要蛋白，活化的AKt2在胰岛素刺激下，促进GLUT-4的易位，诱导葡萄糖转运增多，加速葡萄糖的代谢，从而增强机体组织器官对于胰岛素的敏感性。研究[26]显示，在IR的患者体内，细胞中GLUT-4的含量相对较低，对葡萄糖的摄取能力较差。

2.2 PI3K/AKt传导通路通过PDE3B、mTORC1和SREBP调节脂质代谢(1)磷酸二酯酶3B(PDE3B)是PI3K/AKt传导途径的一个下游分子，激活后的PDE3B使得cAMP(环磷酸腺苷)的水平下降，从而使得PKA(cAMP依赖性蛋白激酶)活化减少，进而抑制脂肪分解[27]。(2)mTORC1信号传导复合物作为一种整合器，通过整合上游的生长因子和营养信号来调节细胞的合成和分解，维持代谢稳态[28]。FoxO1激活AKt后，能量增加，并抑制mTORC1，以减少脂质和蛋白质的产生。(3)SREBP是基于PI3K/AKt通路调节脂质代谢的重要底物，介导促脂肪生成基因的上调及损伤肝细胞脂肪酸的代谢，推动肝脏和外周糖原生成和脂肪生成的增加[29]。

3 IR与PI3K/AKt

IR是指各种要素作用下，在骨骼、肌肉、肝脏等组织中，胰岛素的敏感性下降，反应能力降低的一种状态。诸多因素，包括先天性因素(遗传缺陷、基因突变等)和后天性因素(不健康的生活方式、肥胖、环境等)，都能影响PI3K/AKt信号传导途径而引起IR。CHO等[30]研究发现，体内缺失AKt2的小鼠，某些器官对胰岛素的敏感程度有不同程度的降低，且该类小鼠糖原的合成减少，对血糖的吸收减少，证明AKt2是维持糖代谢平衡的必不可少的基因。有研究[31]发现，桑葚提取物可以激活PI3K/AKt传导通路，减轻由高糖饮食诱导的小鼠IR所导致的功能障碍。因此，PI3K/AKt信号传导障碍及下游靶分子功能异常均可引发糖脂代谢异常，产生IR[32]。

正常情况下，胰岛素首先活化PI3K/AKt传导通路，提高葡萄糖利用率，减少糖异生，减少脂质在体内的累积，减少脂肪组织中的FFA，促进胰岛素的产生，调节糖脂代谢的平衡。

各种因素包括遗传和表观遗传途径，如久坐不动的生活方式，睡眠和高能量进食导致：(1)高脂血症，机体内的大量脂质活动增加，大量FFA进入肝脏，诱使其转化成脂酰辅酶(Acy-CoA)，使得机体内的二酰甘油(DAG)增多，激活PKC，导致IRS磷酸化显著降低，抑制PI3K的活动；(2)FFA的过度氧化使肝脏内乙酰辅酶A的含量上升，激活体内的丙酮酸羧化酶，体内的葡萄糖增多，DAG水平上升，切断了PI3K/AKt通路并加剧IR；(3)体内大量的FFA还可造成GLUT4向细胞膜易位的减少，扰乱体内的葡萄糖转运。上述原因都会干扰PI3K/AKt通路的正常传导，引起IR，从而诱发和加重NAFLD[33]。

综上所述，PI3K/AKt作为传递胰岛素信号的关键通路，通过调控胰岛素水平参与体内的糖脂代谢。而各种因素导致的PI3K/AKt信号传导障碍，均可引起IR，促进NAFLD的发生与发展。随着PI3K/AKt信号通路影响NAFLD研究的不断深入，将进一步揭示出其发病机制，并为临床治疗和基础转化提供更多帮助。