【doc】 蛋白激酶B在糖代谢中的作用及药物干预

【doc】 蛋白激酶B在糖代谢中的作用及药物干预 蛋白激酶B在糖代谢中的作用及药物干预 ? 352?福州总医院攀植2005年l2月第l2卷第4,5期 蛋白激酶B在糖代谢中的作用及药物干预 陈鸳颖史道华 蛋白激酶B(proteinkinaseB.PKB)为原癌基因c— Akt的达产物.是细胞内外磷脂酰肌醇3激酶(phospho— inositide3kinase,PI3K)信号通路中重要的激酶之一.具 有调节葡萄糖转运,参与糖原合成,促进蛋白质合成及抗 细胞凋亡等多种作用. 1PKB的生化特征及内源性调控 PKB属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员,已发现 ,口,7三种异构体.PKBa和PI(]印分布广泛.PKB7的表 达则有组织特异性,在脑及睾丸组织中表达量较高.在心 脏,脾,肺及骨髓中表达量较低,所有组织中至少含有一 种形式的PKB. PKB由480个氨基酸残基组成.氨基端1,147氨基酸 的保守序列构成N端的调节区,其中1,106氨基酸残基是 多种蛋白激酶同源的PH结构域(pleekstrinhomologydo— main),7个B折叠反向平行构成(片层并组成一个”疏水 袋”.PH结构域与3.4一二磷酸肌醇(PIP2)和3.4,5 一 三磷酸肌醇(PIP3)呈高亲和性结合,促进PKB向质膜 移位并锚定于细胞膜,产生构象改变.暴露出Thr位点和 Ser位点.从而被磷酸肌醇脂依赖性蛋白激酶(PDK)激 活.研究证实,外源性PIP2,PIP3等也可调控PKB的活 性.而PH域突变的PKB不能被PI3K及脂产物活化【?. 148—4l1氨基酸残基构成激酶区,其中包含一个保守的苏 氨酸位点(PKBa,PK即,PKB7分别为Thr308,Thr309, Thr305),该位点的磷酸化是PKB活化所必需的.412, 480氨基酸残基构成C末端调节区.富含疏水氨基酸和脯 氨酸,形成一个n螺旋,盖在”疏水袋”的上面,可以和 癌基因Src同源序列3(SH3)区域结合.PKBa和PKBt3在 这一区域均有一个丝氨酸位点(Ser473/Ser474). 细胞因子及多种生长因子主要通过PI3K途径激活 PKB.胰岛素等还可通过增加胞浆Ca2+浓度,激活Ca2 +/钙调蛋白依赖的激激酶,直接磷酸化PKB的Thr位点. PKB的Thr308磷酸化可通过PDK1回路实现,而Ser473 磷酸化特征尚不清楚.有学者认为Ser473的磷酸化可以促 进Thr308的磷酸化,并可使PKB与底物产生相互作用, 导致PKB稳定.基因敲除实验表明Ser473磷酸化激酶不是 PDK1,ILK及PKB自身,而是rlctor—mTOR复合物.此 作者单位:福州总医院药学科 复合物对PKB的疏水模体磷酸化是必需的,长期用rflTOR (哺乳动物雷帕霉素靶)抑制剂雷帕霉素处理可部分抑制该 复合物活性,从而抑制PKB活性【2J PKBa的Asp462处酶解可导致PKB分解,Asp462突变 为Ash可维持IL一3缺乏时PKB的稳定.而不影响PKB活 性【3】.PKBa疏水模体的酪氨酸磷酸化位点(Tyr474)调控 PKB活性[4】.结合蛋白Ftl与PKB反应.可促进上游激酶 PDK1对PKB的磷酸化【.哺乳动物体内TRB3能直接与 PKB结合并干预其活性.调控胰岛素的信号通路,改善胰 岛素抵抗(insulinreslstanee.IR)【6】.PKB在蛋白磷酸酶 2A的去磷酸化作用下失活.蛋白磷酸酶抑制剂Okadaic酸 可直接激活PKB,增加葡萄糖的摄取. 2PKB信号通路在糖代谢中的作用 胰岛素与受体结合后,通过PI3K途径主要激活PK即. 使细胞内特定的GLUT4储存囊泡(GSvs)释放囊泡相关 膜蛋白一2,导致GLUT4易位,促进组织摄取葡萄糖,从 而维持血糖稳定[引.糖原合成酶激酶3((3)是PKB的 直接底物,活化的PKB可使GSK3的Ser位点磷酸化,导 致糖原合成酶不能被磷酸化.糖原合成增加.糖尿病小鼠 肝脏二磷酸果糖(FDP)含量较低,并且表现为PKB的 Ser473磷酸化严重受损.增加FDP可增加PKB蛋白含量及 其磷酸化水平,上调肝葡萄糖激酶的基因表达,降低葡萄 糖一6一磷酸酶的基因表达,从而影响糖酵解和糖原异生. 由此可见,PKB的磷酸化可通过胰岛索依赖或胰岛素不依 赖的两种方式进行【8J. 2.1PKB基因突变 Lys179,Thr308,Ser473均突变为Ala形成结构域阴 性的PKBa(AAA,PKB),能取消胰岛素刺激的GLUT4易 位,而Thr308,Ser473突变为Ala(从一PKB)或仅 Lys179突变为Ala(A—PKB)对GLUT4易位的抑制作用 明显低于A一PKB.人PKB8Arg274突变为His的杂合 子表现为重度高胰岛素皿症及IR,还可导致糖尿病,其机 制可能是这种突变以负调控方式抑制了其它PKB异构体的 表达.或者干预了上游激酶PDK1的功能【9J. 2.2PKB基因沉默 Katome等通过基因沉默方法(即RNA干扰实验)研 究了胰岛素对葡萄糖摄取的作用,发现RNA干扰抑制中国 仓鼠卵巢细胞或3”1”3一L1细胞PKBa的作用,明显减少 GLUr4的表达及胰岛索刺激的糖摄取.三种异构体中, 福州总医院学拄2005年12月第12卷第4,5期 卿基因沉默抑制糖摄取的作用最强.而PKBa与腿B口 基因沉默对糖原合成的抑制作用相似[to].在3”I”3一L1脂肪 细胞中,PKBa与PKB口两基因同时沉默,减少糖摄取和 GSK3a磷酸化的作用更为明显,进一步说明糖代谢过程中 PKBa也起着一定的作用【llJ. 2.3PKB基因敲除 PKBa可使胰岛B细胞体积增大并导致胰岛索合成增 多,PKBa敲除小鼠无明显的IR.仅表现生长缓慢而无代 谢障碍.无卿基因小鼠胰岛荣刺激的已糖摄取与利用 均明显下降,GLUT4易位减少,与人葡萄糖耐量异常非常 相似.胰岛素信号传递缺陷的PKB8一/一动物可导致中度 IR,且重新表达PKB口后上述作用完全恢复【12】.另外, PK即敲除小鼠表现出的生长迟缓与PKBa敲除小鼠相似, 同时敲除PKBa和PKB口基因小鼠则表现出严重的生长障 碍,并幼年夭折,而PKB口+/一鼠表型正常.无代谢障碍. 提示两种异构体均参与机体的生长调控.但又传递着不同 的生物学信号.关于PKB7敲除小鼠的研究少见报道. 2.4PKB酶活性改变 结构性激活PKB能使体外培养脂肪细胞的GLUT4持 久易位.还可增加GLUT1的表达.增加糖转运.PKB在 多种胰岛索靶向细胞中过度表达可模拟胰岛素抑制胰高血 糖素启动子(如Pax6和CBP)的活性,抑制胰高血糖素基 因转录,从而维持体内正常的糖稳态【t3].在3T3一LI脂肪 细胞中,微注射PKB底物多肽或PKB抗体,胰岛索刺激的 GLUT4易位约60%被抑制.胰岛索可上调人骨骼肌PKBa 和卿两者的磷酸化,而IR时,只有PKBa可被激活, 卿和PKB7的激活均受损【?J. 抑制PKB活性的药物可引起细胞周期静止,促进凋 亡,可诱发IR或糖尿病.激活PKB的药物可治疗糖尿病. 长期用药则易促发肿瘤形成.坎地沙坦通过阻断血管紧张 索?受体抑制胰岛素刺激的PKB磷酸化.从而改善IR【l5J. 二氮嗪能增加肥胖Zueker大鼠脂肪组织中PKB的活性,增 加GLUT4的表达.从而增加糖摄取【1引.研究发现钠一葡 萄糖同向转运体抑制荆根皮苷及其衍生物T一1095的应用, 可使PI3K和PKB的活化通路恢复正常,从而增加尿中葡 萄糖的排出.降低血糖,持续应用还可增加胰岛素分泌及 改善高血糖诱导的肌肉和肝脏IR[iT].鞣酸通过胰岛素受体 及PFJ3的磷酸化刺激GLUT4易位从而降低血糖,可望成 为无肥胖副作用的抗糖尿病药物【1s】. 噻唑烷二酮类药物是PPAR7激动剂,具有胰岛素增敏 作用,其改善IR的机制尚未完全明了.有报道指出,曲格 列酮可促进糖尿病前期或2型糖尿病患者脂肪组织及骨骨2} 肌中胰岛素介导的糖处置,并增加PKB的磷酸化.罗格列 酮增加心肌葡萄糖氧化,且增加胰岛紊刺激的PKB活性, 从而降低Zucker糖尿病肥胖大鼠血糖,甘油三酯及游离脂 肪酸水平【l9J. 实验表明,wortrnannln(PI3K抑制剂)能完全抑制脂 肪细胞中胰岛素介导的糖转运.外源性氨基酸可减弱这一 ?353? 作用,恢复胰岛索的信号通路.且糖转运的恢复与PKB的 磷酸化增加呈正相关,可见氨基酸尤其是亮氨酸可能在治 疗和预防人类的IR方面具有重要意义【20】. 近年来,有关PKB抑制荆的研究已有进展.植物提取 的姜黄索可减少PKBSer473磷酸化【21】,天然植物鱼藤酮 在不影响PI3K活性的浓度下抑制PKB的活性【22】,脱氧磷 酰肌醇类可结合到PKB的PH结构域,阻断PDGF对PKB 的激活【23】.KP372—1,ML9等也是PKB的抑制荆【圳.黄 酮类,多酚类化合物可通过抑制PKB信号分子.损伤脂肪 组织的葡萄糖摄取,从而恶化或加重易感个体的IR[25】.目 前.针对PKB三种异构体的特异性抑制剂罕见报道. 4结语 综上所述,PKB在糖代谢障碍的发生与发展中起着重 要作用.药物干预PKB的表达或活性是否可以特异性地改 善IR以及PKB移位至胞膜被激活的详细机制都有待阐明, PI3K/PKB通路与MAPK通路交互影响的程度亦未完全明 了.此外.若能找到内源性PKB抑制物,并能加以阻断, 可为糖代谢障碍及IR的防治提供新的药物靶标. 参考文献 1SweeneyG,GargRR,CeddlaRB,LiD,IshikiM,SomwarR, eta1.IntraeeUulardeliveryofphosphatid),linositol(3.4,5)一 trisphosphatecaLise8incorporationofglucosetransporter4intothe plasmamerfxbraneofmuscleandfatcellswithoutincreasingglucose 42 uptake[J].JB-olchem,2004;279:32233— 2SarbassovDD,GuexfinDA,AliSM,SabatiniDM.Phosphoryla- tionandregulationofPKBbythefictor—mTORcomplex[J]. 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