揭秘 PI3K/AKT 信号通路与功能性淀粉样聚集体形成的关联：为疾病研究开辟新路径

本文通过高通量筛选，发现 PI3K/AKT 信号通路可激活 c-Myc，促进应激诱导的功能性淀粉样聚集体（A 体）形成。这揭示了该通路在细胞应激反应中的新功能，为研究相关疾病（如阿尔茨海默病）的发病机制提供了重要线索。

　　

研究背景

细胞会对外界刺激做出反应，改变代谢行为，这通常通过激活信号级联来实现。生物分子凝聚物在真核细胞应激反应中扮演重要角色，其中核仁是一种特殊的凝聚物，在正常和应激条件下功能不同。当受到应激刺激时，核仁会发生结构和功能变化，形成淀粉样体（A 体）。A 体由非编码 RNA（ncRNA）招募细胞蛋白形成，与神经退行性疾病中的淀粉样斑块有相似特征，但 A 体具有保护细胞的功能，能诱导细胞进入休眠状态，增强细胞在恶劣环境下的生存能力。此前，虽已明确介导 A 体形成的 ncRNA 的作用，但 A 体生物发生信号轴的其他成分尚未确定。

研究方法

为了找到调控 A 体生物发生的上游调节因子，研究人员开发了一种基于图像的高通量筛选方法。他们用 4344 种生物活性化合物处理稳定表达 GFP 标记的 A 体靶向序列（ATS-GFP）的细胞，这些化合物作用于多种细胞途径。在热休克处理后，通过成像和评分，筛选出 147 种能显著减少 A 体聚集的化合物。之后，对部分候选化合物进行单独验证，评估其对 A 体招募的影响。

研究结果

1. PI3K/AKT 信号级联促进应激诱导的 A 体形成：近一半的候选化合物靶向 PI3K/AKT 信号轴或细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）家族。研究重点关注 PI3K/AKT 信号通路，发现该通路在 A 体形成的相同温度下被激活。用抗体检测发现，在约 42 - 43°C 时，AKT 磷酸化水平升高，与 A 体形成动力学一致。用 PH (AKT)-GFP 融合报告构建体检测发现，热休克会使 PH (AKT)-GFP 重新定位到细胞表面，表明细胞膜上 PIP3 水平升高。缩短化合物预处理时间后发现，PI3K、mTOR 和 AKT1 抑制剂会损害 ATS-GFP 聚集，抑制内源性 A 体成分的招募和刚果红结合，证明这些信号抑制剂广泛破坏 A 体形成。此外，在多种细胞系和不同应激条件下验证，发现 PI3K/AKT 信号通路在 A 体形成中具有保守性。
2. PI3K/AKT 信号通过抑制 GSK3α/β 调节 rIGS₁₆RNA 表达：应激诱导的 rIGS₁₆RNA 表达对 A 体生物发生至关重要，但此前其细胞调节因子未明确。研究发现，AKT 磷酸化先于 rIGS₁₆RNA 表达，PI3K、mTORC1/2 和 AKT 抑制剂以及 AKT1 的 siRNA 介导的消耗都会显著降低热介导的 rIGS₁₆RNA 诱导。通过对高通量筛选数据的分析，发现糖原合成酶激酶 3（GSK3α/β）抑制剂可增强 A 体生物发生，促进 CDC73 和 MDM2 招募，提高 rIGS₁₆RNA 水平。PI3K/AKT 介导的 GSK3α/β 失活可促进 rIGS₁₆RNA 表达，从而调节热休克期间 A 体的形成。
3. c-Myc 在热休克期间积累在核仁中以诱导 rIGS₁₆RNA 表达：GSK3α/β 的底物中有很多转录因子，研究人员在高通量筛选结果中发现 c-Myc 可能是相关转录因子。热休克时，c-Myc 迅速积累在核仁中，且早于 rIGS₁₆RNA 表达。c-Myc 的 siRNA 介导的消耗会显著减少 A 体形成和 rIGS₁₆RNA 表达。PI3K/AKT 通路抑制剂会降低 c-Myc 在细胞核 / 核仁中的水平，而 GSK3α/β 失活会导致 c-Myc 蛋白进一步积累。染色质免疫沉淀（ChIP）数据表明，c-Myc 能与 rIGS₁₆RNA 编码区域结合，且这种结合在高温下增强，PI3K 抑制会阻碍这种结合。Max 是 c-Myc 结合 E-box 元件的关键伴侣，其消耗会产生与 c-Myc 消耗类似的结果，证明 PI3K/AKT 介导的 GSK3α/β 失活稳定 c-Myc 蛋白，增强其与 rIGS₁₆RNA 位点的结合，上调驱动生理淀粉样聚集的 ncRNA。

研究讨论

本研究确定了 PI3K、mTORC2、AKT、GSK3、c-Myc 和 Max 等在功能性淀粉样聚集体形成中的作用，构建了驱动 A 体生物发生的细胞调节因子级联。激活 PI3K 通路通常与细胞增殖相关，但在恶劣环境下却诱导细胞休眠，这种差异的机制尚不清楚，可能存在未发现的信号成分和串扰分子。此外，目前还不清楚是哪些细胞因子感知环境变化激活 PI3K/AKT 信号通路，瞬态受体电位（TRP）通道可能是潜在的候选者。研究还发现，A 体形成和 PI3K/AKT 激活仅在热休克和缺氧 / 酸中毒等特定应激条件下发生，缺氧 / 酸中毒与中风和阿尔茨海默病相关，提示该通路与疾病可能存在联系。c-Myc 在肿瘤中既促进又抑制细胞增殖的机制也有待进一步研究，可能与 c-Myc 优先结合特定位点以及染色质可及性等因素有关。本研究揭示的 PI3K/AKT 信号通路与 A 体生物发生的关系，可能为阿尔茨海默病等神经退行性疾病的病因研究提供线索，但还需要更多研究验证。

研究局限性

本研究通过高通量筛选确定了 PI3K/AKT 信号轴在 A 体生物发生中的作用，但由于使用化合物阵列，研究局限于可被现有小分子抑制剂作用的细胞因子，可能遗漏了其他参与 A 体形成的细胞因子。目前还缺乏能特异性靶向 PI3K/AKT 通路上游激活剂的化合物，限制了对该应激诱导信号通路的进一步研究。未来可利用针对膜受体的基因敲低文库来深入了解这一现象。