蛋白磷酸酶PHLPP与PI3K／Akt信号通路的研究进展

蛋白磷酸酶PHLPP与PI3K／Akt信号通路的研究进展近年来有关肿瘤形成机制的研究发现，多数肿瘤细胞中促细胞生存基因Akt的活性升高，并且证实Akt激酶活性的平衡对细胞生长与凋亡具有重要的调节作用。

如何抑制Akt活性随之成为抑制肿瘤生长研究的热点。

2005年新发现的一种天然抗癌基因——PHLPP(PH domain Leucine-rich repeat Protein Phosphatase)能特异性地使Akt C末端的疏水基团去磷酸化，降低Akt的活性和表达水平，从而抑制肿瘤的生长。

这为抗肿瘤药物的研制提供了新的方向，PHLPP 的研究也日益受到重视。

现将PHLPP与PI3K/Akt信号通路的研究进展综述如下。

Akt/蛋白激酶B（PKB）即丝/羟丁氨酸蛋白激酶，作为磷脂酰肌醇激酶-3（PI3K）的一个靶分子被发现至今已有十余年[1]。

Akt基因所表达的蛋白激酶，可被PI3K磷酸化激活。

生理状态下，PI3K/Akt信号通路作为细胞内重要信号转导通路之一，通过影响下游多种效应分子的活化状态，在细胞内发挥着抑制凋亡、促进增殖的关键作用。

但是，如Akt基因表达异常增高时，则导致细胞生长与凋亡失衡，不仅可使正常细胞生长分裂加速，并且可抑制细胞凋亡，从而参与肿瘤生成，与人类多种肿瘤的发生、发展密切相关。

研究表明，该信号通路在人类大多数恶性肿瘤中都出现异常，在肿瘤的增殖、存活和抵抗凋亡、血管发生以及细胞运动中发挥了重要作用。

2005年由美国加州大学圣地亚哥分校医学院药理学系的科研人员在人体中发现的PHLPP基因位于人体18号和16号染色体上，它所编码的PHLPP蛋白为蛋白磷酸酶，其生理作用是特异性地将磷酸化激活的Akt脱磷酸化而失去蛋白激酶活性，从而抑制Akt的促细胞生长作用。

而且，PHLPP在人体各组织器官及细胞中均有广泛表达。

通过对人体多种肿瘤细胞进行分子和生化分析，发现某些肿瘤（如结肠癌）细胞中PHLPP水平显著降低，而Akt的磷酸化水平明显升高。

提示，PHLPP可能参与肿瘤生长的负性调节。

因此，PHLPP作为肿瘤抑制因子将可能用于所有与Akt水平升高的有关癌症的治疗。

1 PI3K/Akt信号转导通路的组成及其功能1.1 PI3K的结构和功能由Whitman M等首先发现的磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）是参与细胞内信号转导的信号分子之一。

根据其作用底物的不同，PI3K一般被分为Ⅰ型（ⅠA型，ⅠB型)、Ⅱ型、Ⅲ型3个亚型[2]。

Ⅰ型PI3K在细胞内主要磷酸化PI-4，5-P2，此酶的产物主要是磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸。

Ⅱ型PI3K主要能磷酸化PI及PI4P；Ⅲ型PI3K仅能磷酸化PI，生成PI3P。

以上三种PI3K除磷脂酶活性外，Ⅰ、Ⅲ型还具有内源性蛋白激酶活性，可使其自身或调节蛋白磷酸化，进而影响磷脂激酶的活性。

PI3K含有85KD的调节亚单位和110KD的催化亚单位组成的异二聚体，是Akt活化的首要调节者。

其调节亚基P85分子由以下几个结构域构成：SH3区域、2个富含脯氨酸的区域和2个Src同源结构域。

该非编码区是P85和P110相互作用的区域，2个SH2结构域是PI3K与受体酪氨酸激酶结合的区域，通过与磷酸化的酪氨酸残基结合来传导酪氨酸信号[3]。

在生长因子、胰岛素或受体酪氨酸激酶(PTK)的相互作用下，PI3K的P85调节亚单位募集P110催化亚单位到细胞膜。

而P110通过使磷脂酰肌醇肌醇环上的D-3位点磷酸化而产生第二信使作用。

PI3P水平受PTEN等磷酸酶的调控。

值得注意的是，PI3P并不能直接活化Akt，而是使Akt聚集到细胞膜，从而发生构象变化，使其得以被PDK-1磷酸化，引起后续的细胞内信号传导过程[4]。

1.2 Akt的结构和功能Akt是由于其与蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)及蛋白激酶C(protein kinase C)有很高的同源性。

目前发现Akt共有AktⅠ、AktⅡ、AktⅢ3种亚型，三者之间有很高的同源性。

但表达水平不同，AktⅠ在组织中广泛表达；AktⅡ主要存在于胰岛素效应组织，如心肌、骨骼肌等；AktⅢ高表达于睾丸和脑组织中。

Akt结构由三部分组成：位于氨基端的PH结构域、中间催化域和位于羧基端的调节域。

Akt激活的主要机制是磷酸化，其调节主要依赖于PI3K-磷酸肌醇依赖性激酶(PDK)信号通路。

Akt的催化域和调节域具有Thr308和Ser473两个磷酸化位点，只有两个位点同时磷酸化才能使Akt充分活化从而达到最大活化状态。

Akt在PI3K受到细胞外胰岛素及胰岛素样生长因子等的作用下激活并在细胞膜产生的PIP2的作用下产生同二聚体并达到部分激活的状态，进而Akt/PKB转位到细胞膜，使Akt/PKB本身获得催化活性，催化其自身的Ser124和Thr450磷酸化，并且使Akt/PKB和PDK-1通过它们的PH结构域与Ptdlns(3，4，5)P3直接结合锚定在细胞膜上，这样PDK-1就能催化Akt/PKB 的Ser473和Thr308磷酸化，使Akt/PKB完全活化。

活化的Akt由细胞膜释放入胞引起信号转导的级联反应过程[5]。

2 PI3K/Akt信号通路与肿瘤Akt是PI3K/Akt信号通路的关键分子，活化的Akt通过调节下游多种信号途径而发挥促细胞生存抑制细胞凋亡等作用。

近年来，关于Akt的异常激活与肿瘤的发生、发展的研究取得了重大进展。

2.1 抑制细胞凋亡2.1.1 Bad Bad是Bcl-2家族成员之一，主要分布于线粒体外膜。

Bad是第一个被发现的Akt下游靶分子，在细胞凋亡的调控上发挥重要作用。

Bad可与Bcl-2或Bcl-xL形成复合体促细胞凋亡，当Akt将Bad的Ser136位点磷酸化，即引起Bad与伴侣蛋白（Chaperone）14-3-3结合，从而阻断Bad与Bcl-2或Bcl-xL形成二聚体，使Bad不能发挥促细胞凋亡作用。

同样也有研究表明，Akt也能将Bcl-2家族成员Bax的Ser184位点磷酸化，使Bax停留在细胞质中，促进它和Mcl-1、Bcl-xL形成异源二聚体，因此抑制凋亡。

2.1.2 caspase-9 在细胞凋亡中，caspase-9前体能与Apaf-1等蛋白结合而自我激活，从而启动天冬氨酸蛋白水解酶级联反应。

Akt 可将caspase-9前体的Ser196位点磷酸化，抑制其蛋白酶活性，阻止其促凋亡作用。

相应的，若细胞中caspase-9前体的Ser196位点发生突变，Akt对caspase-9的抑制作用消失。

2.1.3 FKHR1 有报道，Akt也可通过Forkhead家族转录因子如Forkhead受体、FKHR等调节促细胞死亡基因转录。

研究证实，在没有Akt作用下，Forkhead 家族主要定位于核内，通过结合到特异顺式作用元件促进Fas-L、IGFBP1和Bim 等凋亡相关基因的转录。

在生长因子刺激下，Akt 可将Forkhead家族转录因子磷酸化，改变其胞内定位。

在Akt作用后，FKHRL1从核内移出，被14-3-3蛋白隔离在胞质区并在此堆积，从而阻止其发挥调节凋亡相关基因转录功能[6~8]。

2.2 促进细胞周期进展Akt通过增加c-myc的转录，上调该基因的表达，这是最早明确由Akt直接作用影响细胞周期的是抑癌基因[9]。

当c-myc过度活化或过度表达时，是一种较强的细胞周期促进因子，它通过使细胞逃离G0期而引起细胞增殖。

后来研究发现，Akt还可以作用于多种细胞周期调控因子，如Cyclin D1、p21、Mdm2、mTOR等，通过多种途径促进细胞周期的进展。

Akt作用于GSK-3，引起由GSK-3介导的Cyclin D1降解，致使其半衰期很短，从而延长G1期；Akt可以磷酸化p21，使其移位到胞质，丧失抑制作用，从而促进细胞周期进展；Akt还能结合Mdm2并磷酸化其Ser166、186位点，诱导核输入或上调泛素连接酶的活性，进而促进p53的失活或降解，阻断p53介导的促凋亡转录反应[10]。

2.3 促进细胞侵袭和转移Akt磷酸化激活后能够增加转录因子NF-KB的转录活性，使MMP-9产量增加，且细胞运动增强，有助于癌细胞侵袭，NF-KB还能上调COX-2的表达，促进细胞侵袭的发生；Akt也可经过mTOR/p70s6k途径促进肌动蛋白的细丝重构，促进细胞运动。

有研究表明，用持续活化的Akt 转染的鳞状上皮细胞癌细胞株，Akt可诱导上皮间叶细胞转换，细胞转而获得纤维原细胞样特性，而且E-钙黏素的转录下调，有效减少细胞间的黏附，增加了细胞的运动性和侵袭性[11，12]。

3 PI3K/Akt信号通路的负调控近年来研究发现，细胞内存在蛋白磷酸酶2A（PP2A）、钙调蛋白磷酸酶（PP2B）以及肿瘤抑制因子PTEN等多种信号分子能够使Akt去磷酸化。

PP2A 和PP2B 的底物特异性低，而PTEN是通过脱磷酸化Akt的上游调节酶PI3P来实现对Akt活化的抑制。

但是，多数实验发现，某些细胞，如LN229细胞对PI3K、PTEN并不敏感。

另一方面，仅应用PTEN来阻止PI3K-PI3P途径，只能在上游部分抑制Akt的活化，不能抑制已经活化的Akt，例如，2005年由Sarbassov等报道，哺乳动物中一种Rapamycin不敏感的蛋白激酶复合物也能够磷酸化Akt 的Ser473。

上述情况降低了PTEN等蛋白磷酸酶在肿瘤抑制等方面的应用[13]，寻找Akt特异的蛋白磷酸酶及其负性调控因子对于肿瘤的生长调控具有重要意义。

4 PHLPP的结构和功能4.1 PHLPP的结构PHLPP家族有三种磷酸酶亚型：PHLPP1-α、PHLPP1-β和PHLPP2。

PHLPP1-α和PHLPP1-β是由位于18号染色体上的同一基因（18q21.33）表达的不同亚型，而编码PHLPP2 的基因位于16号染色体上（16q22.3）。

PHLPP1-β比PHLPP1-α在N末端多出一个大约56KD的区域，这两个亚型在对Akt信号通路的调控上发挥着不同的作用。

PHLPP1和PHLPP2在PH结构域之后都含有一个亮氨酸重复基序（LRR），另外均含有一个PP2C磷酸酶结构域和C末端的PDZ结合区[14]。

此外，PHLPP1-β和PHLPP2在PH结构域前还有一个Ras结合区（RA结构域）。

PHLPP1和PHLPP2在PH结构域和PP2C磷酸酶结构域中分别存在63%和58%相同的氨基酸基序。

4.2 PHLPP的表达研究表明，PHLPP1和PHLPP2均可广泛表达于细胞质、细胞核和部分膜结构上，在人体的大部分组织器官中都有表达。

但在肿瘤细胞（如乳腺癌细胞）中，PHLPP的表达水平却明显降低。