PI3K-AKT-mTOR信号通路的分子机制与功能解析
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一、通路概述与核心组成

PI3K-AKT-mTOR信号通路是细胞内一条至关重要的信号转导途径,广泛参与调控细胞的生长、增殖、代谢、存活与运动。该通路的异常活化与多种人类疾病,尤其是肿瘤的发生发展密切相关。

该通路的核心分子包括:

 PI3K:即磷脂酰肌醇3-激酶,通常为由调节亚基p85和催化亚基p110构成的异源二聚体。其激活可将细胞膜上的磷脂酰肌醇二磷酸转化为第二信使——磷脂酰肌醇三磷酸,从而启动下游信号级联反应。

 AKT:又称蛋白激酶B,是PI3K下游的关键丝氨酸/苏氨酸激酶。细胞中存在AKT1、AKT2和AKT3等多种亚型,通过磷酸化众多下游底物,在调控细胞存活、增殖与代谢中发挥核心作用。

 mTOR:即哺乳动物雷帕霉素靶蛋白,作为PI3K/AKT信号下游重要的激酶,以两种结构和功能不同的复合体形式存在:

   mTORC1:对雷帕霉素敏感,主要应答于生长因子、营养、能量与应激等信号,调控蛋白质、脂质合成与细胞自噬等生物过程。

   mTORC2:对雷帕霉素不敏感,主要参与调控细胞骨架重组、细胞存活与代谢。

 PTEN:作为该通路的关键负调控因子,可通过去磷酸化PIP3,将其还原为PIP2,从而终止PI3K介导的下游信号传导,是重要的抑癌蛋白。

 

二、信号传导的核心机制

该通路的激活始于细胞外信号(如生长因子)与受体结合,其核心传导过程如下:

 信号启动与PI3K激活:胞外配体与受体酪氨酸激酶结合,引发受体二聚化及自身磷酸化,进而招募并激活PI3K。活化的PI3K催化膜磷脂PIP2生成第二信使PIP3。

 AKT的募集与激活:PIP3在膜上积聚,募集含有PH结构域的AKT和PDK1至细胞膜。PDK1在Thr308位点磷酸化AKT,使其部分激活。mTORC2则可通过在Ser473位点磷酸化AKT,使其完全活化。

 mTORC1的激活:活化的AKT通过磷酸化mTORC1的抑制蛋白(如TSC2和PRAS40),解除其对mTORC1的抑制作用,从而激活mTORC1通路。

下游生物学效应的执行

   mTORC1下游:主要通过磷酸化其关键底物核糖体S6激酶与4E-BP1,来促进核糖体生物合成、蛋白质翻译起始,进而驱动细胞生长与增殖。

   mTORC2下游:通过磷酸化AGC激酶家族成员(如AKT、PKCα、SGK1),调控细胞骨架动力学、细胞存活与代谢平衡。

 

三、通路的生物学功能与病理意义

PI3K-AKT-mTOR通路通过整合来自生长因子、营养、能量水平及应激信号等多种胞内外刺激,精密调控一系列关键的细胞生命活动:

  1. 调控细胞生长与增殖:该通路是促进合成代谢的核心,通过mTORC1增强蛋白质与脂质合成,为细胞分裂提供物质基础。

  2. 维持细胞存活与抑制凋亡:AKT可通过磷酸化促凋亡蛋白(如Bad、Caspase-9等),直接抑制细胞凋亡程序,促进细胞存活。

  3. 影响细胞代谢:该通路能促进葡萄糖摄取与糖酵解,在细胞能量代谢重编程中扮演关键角色。

  4. 参与免疫调节:在T淋巴细胞中,mTOR信号通路通过调控代谢状态与细胞因子表达,深度影响T细胞的分化与功能,参与免疫应答的调节。

鉴于其在细胞功能中的核心地位,该通路的异常激活(如PI3K催化亚基突变、AKT扩增或PTEN缺失)是驱动肿瘤发生发展的常见事件。因此,PI3K-AKT-mTOR通路已成为极具吸引力的抗肿瘤治疗靶标,针对其各个节点的抑制剂正在被广泛研发与临床应用探索。

 

四、乐备实(LabEx)提供PI3K-AKT-mTOR 信号通路技术服务

PI3K-AKT-mTOR 信号通路技术服务哪里有?

技术名称 核心特性 在 PI3K-AKT-mTOR 信号通路研究中的应用场景 核心作用
PCR Array(PCR 芯片) 高通量实时定量 PCR,覆盖 200 + 信号通路、最多 384 个基因,支持人 / 小鼠等多物种 1. 一次性检测 PI3K-AKT-mTOR 通路上下游核心基因(如 PI3K、AKT1/2、mTOR、PTEN、S6K1 等)的表达量;
2. 筛选通路激活 / 抑制后(如药物干预、基因编辑)的差异表达基因;
3. 关联通路与下游效应通路(如代谢通路、增殖通路)的基因协同变化
高通量解析通路整体基因表达谱,快速定位通路调控关键基因,揭示通路激活或异常的分子机制
逆转录 RT-PCR(real time RT-PCR) 结合 RT-PCR 与 qPCR,精准定量 mRNA 表达,含探针法 / 染料法两种检测方式 1. 验证 PCR Array 筛选出的通路关键基因(如 AKT、mTOR、PTEN)的 mRNA 表达水平;
2. 定量分析干预措施(如抑制剂处理、基因沉默)对通路核心基因转录的影响;
3. 检测通路下游靶基因(如 Cyclin D1、Bcl-2)的 mRNA 变化
高灵敏度、高特异性定量单个 / 少数关键基因,验证通路激活状态及调控效果
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2. 为通路基因的分子克隆(如构建过表达载体)提供模板;
3. 对通路相关基因进行分型(如区分野生型与突变型基因)
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