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09｜信号通路指标系列：PI3K/AKT 通路篇——生长因子与存活信号 readout

发布日期: 2026-01-06 访问次数: 428

1. PI3K/AKT 通路在“指标库”里的定位

PI3K/AKT 通路是几乎所有“生长因子–代谢–存活”课题中都会遇到的中枢节点：受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 或 G 蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）激活 class I phosphoinositide 3-kinase（PI3K），生成 phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate（PIP3），招募 3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1（PDK1） 与 AKT 至膜上，完成 AKT Thr308 与 Ser473 双位点磷酸化，进一步调控 mechanistic target of rapamycin complex 1（mTORC1）、 glycogen synthase kinase 3 beta（GSK3β）、forkhead box O（FOXO）、BCL2-associated agonist of cell death（BAD）等多种下游靶点。[1–4]

本篇只关心：PI3K/AKT 通路要测哪些指标？各自代表什么？在什么实验平台上最好用？

快速印象： 可以把 PI3K/AKT 通路的 readout 拆成三段： 上游受体/PI3K 激活 → AKT 双位点磷酸化 → mTORC1/代谢/存活下游（S6K1、4E-BP1、GSK3β、FOXO 等）。[1–4]
上游受体 RTKs / GPCRs 常见：p-EGFR、p-IGF-1R PI3K 激活 PIP2 → PIP3 （膜上脂质信号） PTEN（负调控） PIP3 → PIP2 膜上激活模块 PDK1 → AKT Thr308 mTORC2 → AKT Ser473 （双位点决定 AKT 活性） AKT 核心 readout p-AKT Thr308 p-AKT Ser473 建议配 total AKT mTORC1 / 翻译与生长 p-S6K1 Thr389 p-S6 Ser235/236 或 240/244 p-4E-BP1 Thr37/46、Ser65 （条带位移也常用） 存活/代谢分支 p-GSK3β Ser9 p-FOXO（核/浆定位） p-BAD Ser136 抑制 PIP3
图1. PI3K/AKT 级联的“最常用读法”：受体→PI3K（PIP3）→PDK1/mTORC2→AKT（Thr308/Ser473）→mTORC1（S6K1、4E-BP1）与存活/代谢分支（GSK3β、FOXO、BAD）。[1–4]

2. 一眼看懂：PI3K/AKT 通路核心 readout 列表

指标 常用位点 / 读出 代表意义 推荐样本 / 方法 使用提示
上游受体激活 p-RTKs（示例：p-EGFR Tyr1068、p-IGF-1R Tyr1135/1136） 受体层是否被有效激活，是 PI3K/AKT 与 MAPK 的共同上游 Western blot 适合“找阻断点”：确认问题在受体层还是下游 PI3K/AKT 层。[1,2]
AKT 磷酸化（核心双位点） p-AKT (Thr308)、p-AKT (Ser473) Thr308 多由 PDK1 催化，Ser473 多由 mTORC2 催化，是 AKT 激活最经典 readout Western blot；流式磷酸化检测（phospho-flow） 建议与 total AKT 配对，读 p-AKT/total AKT；很多项目用这两条带作为“通路是否拉起”的起点。[2–4]
PDK1 激活 p-PDK1 (Ser241) PI3K–PIP3 轴是否有效招募并激活 PDK1 Western blot 更偏机制拆解（Thr308 vs Ser473 差异来源）；常规 panel 可选做。[2,4]
mTORC1 下游：S6K1 / S6 p-S6K1 (Thr389)；p-S6 (Ser235/236 或 Ser240/244) mTORC1 活性 readout：蛋白翻译与生长状态 Western blot p-S6 更直观；与 p-4E-BP1 组合可提升说服力。[5,6]
mTORC1 下游：4E-BP1 p-4E-BP1 (Thr37/46、Ser65 等)；条带位移 释放 eIF4E、促进帽依赖翻译，是 mTORC1 的另一关键 readout Western blot 同一张膜上观察“位点磷酸化 + 条带位移”，常用于区分激活强弱。[5,6]
mTOR 本身（参考项） p-mTOR (Ser2448、Ser2481) 作为复合体状态的辅助线索（需与下游 readout 联合解读） Western blot 更建议把重点放在“AKT + S6K1/4E-BP1”。[5,6]
GSK3β 抑制 p-GSK3β (Ser9) AKT 经典底物；磷酸化后 GSK3β 活性被抑制（代谢/分化/神经等课题常用） Western blot 适合与 p-AKT 联用，构成“AKT→底物”的闭环证据。[7]
FOXO 转录因子 p-FOXO1 (Thr24)、p-FOXO3a (Thr32)；核/浆定位 AKT 介导 FOXO 磷酸化促其胞浆滞留，降低促凋亡/代谢相关基因转录 Western blot；免疫荧光（定位） “磷酸化 + 定位”一起做更直观。[8]
BAD 等存活相关靶点 p-BAD (Ser136 等) 存活信号与凋亡机器的连接点之一 Western blot 建议与凋亡 readout（Cleaved Caspase-3、Annexin V）联用讲故事。[9]
PTEN（负调控因子） PTEN 蛋白表达；PTEN 缺失/突变状态 降解 PIP3 的脂质磷酸酶；决定基础 p-AKT 背景高低的重要因素 Western blot、免疫组化、基因测序 肿瘤模型里强烈建议纳入“背景解释变量”。[10]

3. 组合搭配思路：按刺激类型与药物机制选 panel

PI3K/AKT 通路贯穿生长因子刺激、营养感应与多种靶向药物机制。设计 panel 时优先围绕 p-AKT + mTORC1 下游这条主线，再按课题需要加上 PTEN、FOXO、GSK3β 或凋亡 readout。[2,5,6]

3.1 Panel A：生长因子 / 胰岛素急性刺激

  • 推荐组合：p-RTK（如 p-IGF-1R）+ p-AKT (Thr308/Ser473) + p-S6K1 + p-4E-BP1
  • 适用问题：IGF-1、EGF、胰岛素等是否有效拉起 PI3K/AKT–mTORC1 轴？
  • 读图习惯：5–30 分钟范围内常见 p-AKT 与下游快速升高，随后逐渐回落。[2,4]

3.2 Panel B：肿瘤模型中的基础激活状态

  • 推荐组合：PTEN 表达 + p-AKT (Ser473) + p-S6K1 + p-4E-BP1 ± p-GSK3β
  • 适用问题：样本是否存在 PI3K/AKT 轴高活性表型？与 PTEN 状态是否相关？
  • 读图习惯：PTEN 缺失背景往往伴随更高的基础 p-AKT。[10]

3.3 Panel C：PI3K/AKT/mTOR 抑制剂药效验证

  • 推荐组合：p-AKT (Thr308/Ser473) + p-S6K1 + p-4E-BP1 + 凋亡 readout（Cleaved PARP / Cleaved Caspase-3）
  • 适用问题：抑制剂是否在预期节点发挥作用，并最终体现为抑制生长或诱导细胞死亡？
  • 读图习惯：不同靶点抑制剂对 p-AKT 与 p-S6K1/p-4E-BP1 的影响模式不同，建议以“主线 readout + 功能 readout”组合定稿。[5,6]

3.4 Panel D：代谢与存活轴（AKT–FOXO–GSK3β）

  • 推荐组合：p-AKT + p-FOXO1/3a（或定位）+ p-GSK3β + 代谢/存活 readout（葡萄糖摄取、增殖、凋亡）
  • 适用问题：AKT 是否通过 FOXO 与 GSK3β 改变细胞命运或代谢状态？
  • 读图习惯：AKT 激活→FOXO 被磷酸化并胞浆滞留，GSK3β 被抑制；配合功能读数更完整。[7,8]

4. 不同实验平台怎么选 PI3K/AKT 指标？

图2. PI3K/AKT 指标与平台匹配：优先用“p-AKT + mTORC1 下游”作为主线 指标类型 Western blot 免疫荧光/组化 流式（phospho） 功能读数 上游受体/PI3K p-RTKs（可选） 可做 组织分布 较少 — AKT 激活主线 p-AKT T308/S473 强推荐 空间信息 单细胞分群 — mTORC1 下游 p-S6K1 / p-4E-BP1 强推荐 可选 可做 p-S6 增殖/凋亡
图2. 平台选择建议：用 Western blot 建“主线证据”（p-AKT + p-S6K1/p-4E-BP1），用 phospho-flow 在异质细胞群中做“单细胞分群”，并用增殖/凋亡等功能读数闭环。[2,5,6]

4.1 Western blot：p-AKT + mTORC1 下游是最常用组合

  • 优势：可同时检测 p-AKT (Thr308/Ser473)、total AKT、p-S6K1、p-S6、p-4E-BP1、p-GSK3β、PTEN 等。
  • 典型组合：p-AKT + total AKT + p-S6K1 + p-4E-BP1 ± p-GSK3β / PTEN。
  • 操作提醒：短时间点（5、15、30 分钟）适合抓磷酸化峰；长时间点适合观察 mTORC1 下游与凋亡 readout。[2,5,6]

4.2 流式细胞术（Phospho-flow）：单细胞分群看 p-AKT

  • 优势：在 PBMC、肿瘤浸润免疫细胞等异质群体中，分群（T/B/NK/髓系）读取 p-AKT 与（可选）p-S6。
  • 适合指标：p-AKT (Ser473)；常配合 p-S6。
  • 典型应用：评估刺激或抑制剂在不同亚群中的敏感性，或免疫细胞活化状态。[2]

4.3 免疫荧光 / 免疫组化：p-AKT 与 PTEN 在组织中的分布

  • 优势：保留空间结构信息，适合做“p-AKT 高表达区 vs PTEN 丢失区”的对照。
  • 适合指标：p-AKT、PTEN、p-S6 等。
  • 典型应用：在肿瘤切片中定位 PI3K/AKT 轴的空间异质性。[2,10]

4.4 功能实验：把 PI3K/AKT 信号和“生长–代谢–存活”连在一起

  • 常见 readout：细胞增殖（EdU、Ki-67）、凋亡（Annexin V、Cleaved Caspase-3）、葡萄糖摄取、乳酸产生、克隆形成等。
  • 联用思路：把“p-AKT + p-S6K1/p-4E-BP1”等信号 readout 与“增殖/存活/代谢”表型 readout 联合，形成可复述的效应链。[2,5,6]

5. 小结：PI3K/AKT 通路的「必备四件套」

如果只想用最少的指标覆盖 PI3K/AKT 通路，建议优先考虑：

  • p-AKT (Thr308/Ser473) + total AKT：PI3K/AKT 激活的核心双 readout。[2–4]
  • p-S6K1 + p-4E-BP1（或 p-S6）：mTORC1 下游翻译/生长状态。[5,6]
  • PTEN 状态：解释基础 p-AKT 背景高低（尤其肿瘤模型）。[10]
  • 一个功能 readout（增殖或凋亡）：把信号改变与生物学效应挂钩，形成“机制 + 功能”闭环。

 

参考文献

  1. Cantley LC. The phosphoinositide 3-kinase pathway. Science. 2002;296(5573):1655–1657. doi:10.1126/science.296.5573.1655.
  2. Hemmings BA, Restuccia DF. PI3K-PKB/Akt pathway. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2012;4(9):a011189. doi:10.1101/cshperspect.a011189.
  3. Manning BD, Toker A. AKT/PKB Signaling: Navigating the Network. Cell. 2017;169(3):381–405. doi:10.1016/j.cell.2017.04.001.
  4. Sarbassov DD, Guertin DA, Ali SM, Sabatini DM. Phosphorylation and regulation of Akt/PKB by the rictor-mTOR complex. Science. 2005;307(5712):1098–1101. doi:10.1126/science.1106148.
  5. Laplante M, Sabatini DM. mTOR signaling in growth control and disease. Cell. 2012;149(2):274–293. doi:10.1016/j.cell.2012.03.017.
  6. Saxton RA, Sabatini DM. mTOR Signaling in Growth, Metabolism, and Disease. Cell. 2017;168(6):960–976. doi:10.1016/j.cell.2017.02.004.
  7. Cross DAE, Alessi DR, Cohen P, Andjelkovich M, Hemmings BA. Inhibition of glycogen synthase kinase-3 by insulin mediated by protein kinase B. Nature. 1995;378:785–789. doi:10.1038/378785a0.
  8. Brunet A, Bonni A, Zigmond MJ, et al. Akt promotes cell survival by phosphorylating and inhibiting a Forkhead transcription factor. Cell. 1999;96(6):857–868. doi:10.1016/S0092-8674(00)80595-4.
  9. Datta SR, Dudek H, Tao X, et al. Akt phosphorylation of BAD couples survival signals to the cell-intrinsic death machinery. Cell. 1997;91(2):231–241. doi:10.1016/S0092-8674(00)80405-7.
  10. Maehama T, Dixon JE. The tumor suppressor, PTEN/MMAC1, dephosphorylates the lipid second messenger, phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate. Journal of Biological Chemistry. 1998;273(22):13375–13378. doi:10.1074/jbc.273.22.13375.

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