PI3-K/PKB通路在2型糖尿病发病中的作用及中医药研究进展※

张海霞，常 宏，吴晨曦，高玲焕，张碧溦，王昱心，邹德辉，吴范武

(华北理工大学，河北 唐山063210)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)的发病机制主要有B细胞分泌功能受损、肝糖产生过多和胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)等[1].IR贯穿于T2DM发生、发展的始终.内分泌紊乱、炎症反应和胰岛素信号传导通路异常皆可引起IR.PI3-K/PKB作为胰岛素信号传导的主要途径之一，任何环节发生异常都可导致IR的发生.虽然目前临床有多种药物治疗T2DM，但尚无根治的方法，因此，寻找新的治疗方法是T2DM研究的重点方向.现代医学对单因素所致疾病的治疗有独到之处，但对多因素、多系统疾病的治疗暂无尽善之策，中医药因其多组分、多靶点的治疗作用，在复杂疾病的治疗中具有独特的优势.

1 PI3-K/PKB通路概述

PI3-K/PKB信号通路包括胰岛素受体(InsR)、胰岛素受体底物(IRS)家族、PI3-K及其下游的PKB等[2]，在T2DM的发生、发展中发挥着重要作用.

1．1 InsR InsR分布于全身各个组织的细胞膜，包含两个α亚基和两个β亚基.α亚基分布于细胞质膜外侧，肽链N端及含有半胱氨酸残基的结构域是胰岛素的结合位点，使InsR与胰岛素具有高亲和力；β亚基由跨膜螺旋区、近膜侧区和C端磷酸化区组成，为跨膜蛋白，具有信号传导作用.在非活化状态下，α亚基能抑制β亚基的酪氨酸激酶活性，胰岛素与α亚基结合并改变β亚基的构型后，激活酪氨酸蛋白激酶，并催化以下两个反应：将β亚基特异位点的酪氨酸残基磷酸化和将IRS上的酪氨酸残基磷酸化，使其结合并激活下游效应物.

1．2 IRS IRS指可以被激活的胰岛素受体酪氨酸激酶作用的底物，磷酸化的IRS能够结合并激活下游效应物，发挥调节能量代谢、维持细胞生长等作用.IRS家族中对IRS1、IRS2、IRS3、IRS4的报道较为多见.IRS1主要分布于骨骼肌，T2DM时IRS1的表达下调，IRS1泛素化水平的增加是引起胰岛素信号传导障碍的重要原因[3].IRS2在肝脏和胰岛B细胞中大量表达，与肝脏的胰岛素传导、胰腺发育存在密切关系，同时在骨骼肌和脂肪组织的胰岛素信号传导中发挥着重要作用.IRS3仅存在于啮齿动物体内，分布于脂肪中，是IRS家族中唯一同时存在于胞质、胞膜和胞核中的成员.IRS4分布于垂体、脑组织细胞中，IRS4增加导致胰岛素通路发生障碍，垂体细胞的胰岛素敏感性降低，导致胰岛素分泌异常[4].

1．3 PI3-K PI3-K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，可分为3类：Ⅰ 类PI3-K主要在细胞膜发挥作用，也可作用于细胞内囊泡和细胞核；Ⅱ 类PI3-K主要分布于细胞膜、细胞器膜及核膜；Ⅲ 类PI3-K发现于哺乳动物细胞内，与酵母的VPS34分子结构同源，主要分布于细胞器膜.在胰岛素的调控中，激活的InsR通过结合并磷酸化IRS而激活PI3-K.PI3-K启动的下游信号级联反应在细胞的有丝分裂、细胞骨架的构型与重塑、细胞存活与分化、血管生成、葡萄糖转运调控及囊胞的运输中发挥着重要作用[5].研究表明，PI3-K抑制剂可以完全抑制葡萄糖转运蛋白1(Glut1)和葡萄糖转运蛋白4(Glut4)的转运，证明PI3-K是葡萄糖摄取、转运的重要信号分子之一[6].

1．4 PKB PKB因其为v-Akt编码的产物，故又称为Akt[7].PKB家族的成员有 PKBα、PKBβ、PKBγ3个亚型.这3个亚型在氨基酸序列上有80%以上的同源性，且均有N端PH区域、激酶区及C端调节区3个区域.PI3-K激活后的产物与PKB的PH区结合，促使PKB由细胞质转位至细胞膜，并实现在激酶区Thr308和调节区Ser473的磷酸化.Thr308位点和/或Ser473位点的磷酸化是Akt激活的必要条件.PKB经PI3-K激活后，可以激活或抑制下游靶蛋白，包括Bad、caspase-9、FOXO等，与细胞生长、增殖及葡萄糖转运等活动密切相关.

2 PI3-K/PKB通路在T2DM发病机制中的作用

2．1 PI3-K/PKB通路在胰岛素信号传导中的作用PI3-K/PKB信号通路是胰岛素信号传导的主要通路，胰岛B细胞产生的胰岛素与细胞表面InsR的α亚基结合后，激活β亚基的酪氨酸蛋白激酶，实现β亚基的自我磷酸化和IRS酪氨酸的磷酸化，活化的IRS与细胞膜上Ⅰ 类PI3-K的p85调节亚基结合，激活PI3-K.PI3-K活化后作用于PIP2生成PIP3，PIP3与PKB的PH结构域结合，使PKB迁移至细胞膜，并固定在细胞膜上.与此同时，细胞质中蛋白激酶1(PDK1)与PIP3结合，迁移至细胞膜侧附近，与PKB结合；PKB激酶活性区中的Thr308位点和C端尾部区的Ser473位点在PDK1的催化下磷酸化，活化的PKB从细胞膜释放，通过激活下游底物，参与糖原和蛋白质的合成.

2．2 PI3-K/PKB通路在IR发生中的作用 IR是T2DM发病的重要机制之一，在IR状态下，PI3-K信号传导途径的活性降低，而有丝分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)介导的信号传导活性正常.王艳军等[8]研究表明，高脂高糖饲料诱导的IR大鼠，PI3-K的表达降低.研究结果显示，抑制IRS1和IRS2基因表达，使PI3-K和PKB失活，进而激活下游Fox O1是IR发生的重要分子机制[9].敲除小鼠PI3-K/PKB通路中IRS1、IRS2、P110α、P110β、PKBβ等基因，可导致小鼠出现不同程度的胰岛素敏感性降低[10].构成PI3-K催化亚基的P110α被认为是PI3-K家族中响应胰岛素信号最重要的分子.PKB下游分子被敲除后，表现出对胰岛素信号通路作用的组织特异性，说明下游分子可在胰岛素稳态的调节中发挥不同作用[9].

2．3 PI3-K/PKB通路对胰岛B细胞的作用 PI3-K/PKB通路在胰岛B细胞的增殖、凋亡和分泌功能中发挥着重要作用，其对细胞增殖的作用主要通过调控细胞周期完成[11].此外，PKBα可促进细胞增殖，PKBβ参与胰岛素调节的代谢过程，PKBγ对细胞的生长分化具有重要的调节作用.被激活的PKB可以使下游底物发挥作用，从而调节胰岛B细胞大小、数量及基因转录[12].在调节凋亡方面，PI3-K/PKB通路在多种因素影响下发挥调控作用[13].PI3-K/PKB通路的下游底物GSK3β和Fox O1可参与调节胰岛B细胞的凋亡过程[13].PI3-K/PKB通路参与了高FFA引起的胰岛B细胞分泌功能紊乱[14]，参与胰岛B细胞分泌功能障碍的发生，具体机制与氧化应激有关.

2．4 PI3-K/PKB通路在糖代谢中的作用 PI3-K/PKB通路在糖代谢中发挥着重要作用.研究表明，PDK1及PDK2作为PI3-K/PKB通路中的重要分子，可对血糖等发挥生物学效应[15].活化的PKB可以通过调节下游分子促进细胞摄取葡萄糖并合成糖原，同时磷酸化Fox O1使其出核失活，抑制糖异生基因G-6-pase及PEPCK的表达及糖异生，最终达到降低血糖的目的；肿瘤抑制因子PTEN能通过调控PKB的活性在葡萄糖稳态调节过程发挥重要作用[16].葡萄糖转运蛋白(GLUTs)作为细胞膜上的跨膜蛋白，能够介导细胞内外的葡萄糖转运.与糖代谢关系密切的GLUTs有GLUT-2和GLUT-4[17]，其中GLUT-4的囊泡颗粒在胰岛素的作用下由细胞内向细胞膜转移，同时内吞作用减弱，使葡萄糖摄取明显增加.

3 PI3-K/PKB通路在中药治疗T2DM中的应用

3．1 单味中药及重要活性成分 近年来，中药及其活性成分治疗T2DM IR研究进展较快，部分单味中药及重要活性成分可以通过调节PI3-K/PKB通路发挥降糖作用.如魁蒿乙醇提取物能调控GLUT-4转位，具有促进葡萄糖摄取的作用，而PI3-K抑制剂LY294002则能抑制这种作用，其还可上调PI3-K、Akt(Thr308)、PKC及AMPK的磷酸化水平[18].小檗碱能够增强PI3-K和GLUT-4在肝脏和骨骼肌中的表达，对T2DM的治疗可能与此有关[19].大黄素可以降低血糖、下调胰岛素水平、提高胰岛素敏感度，其机制可能与PI3-K、Glu T-4基因有关[20].

3．2 中药复方 T2DM IR为多环节、多层次的整体代谢障碍，针对单一靶点或环节的药物难以发挥最佳治疗效果.近年来随着现代中药药理学及分子生物学技术的发展与应用，发现中药复方具有整体调节作用及多靶点作用机制，已经成为当今T2DM IR防治研究的热点.部分中药复方可通过调节PI3-K/PKB通路发挥降糖作用.芪蛭降糖胶囊能活化PI3-K/PKB胰岛素信号传导通路，从而改善糖尿病IR[21].张先慧等[22]发现，辛开苦降方能改善KKay T2DM小鼠的IR，增加胰岛素敏感性，并认为调整肝脏IRS2/PI3-K通路相关的蛋白表达可能是辛开苦降方改善KKay T2DM小鼠的IR作用机制.当归补血汤能够增加IRS-1数目，激活PI3-K通道，从而促进GLUT-4的转位改善IR[23].六味地黄丸能抑制肝脏中糖异生关键酶PEPCK的活性，上调胰岛素信号传导通路中IRS-1、IRS-2的表达，改善肝细胞的IR[24].

4 讨论

PI3-K/PKB途径是胰岛素信号传导中的主要通路，PI3-K/PKB途径正常，体内葡萄糖、蛋白和脂肪的代谢才可以正常进行.但PI3-K向下游分子传导信号的具体机制及在IR中如何提高PI3-K的表达等问题还有待进一步研究.此外，广大学者对单味中药及其有效成分、中药复方防治T2DM IR展开了广泛研究，中药的综合性调节作用体现出良好的研究前景.但对中药复方防治T2DM IR作用及其分子机制研究尚缺乏系统性，限制了中药复方的开发及推广，基于PI3-K/PKB通路的中药复方研究进一步拓宽了中医药治疗T2DM IR机制的研究思路.