《食品科学》：宁夏大学罗瑞明教授等：PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间细胞凋亡的影响

磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信号通路是一条重要的信号途径，参与调控多种生物学过程，包括细胞增殖、存活和凋亡等。AKT是PI3K信号通路最重要的下游效应器之一，是参与调控细胞增殖、存活、凋亡的重要蛋白。AKT的激活可以抑制凋亡，促进细胞生长和增殖。而另一方面，PI3K/AKT信号通路的异常活化则会抑制凋亡信号的传递，从而抑制细胞凋亡，造成肿瘤的发生和发展。因此，PI3K/AKT调节细胞凋亡的机制十分复杂，在细胞程序性死亡过程中至关重要。对PI3K/AKT在细胞代谢中作用的研究发现，PI3K/AKT还可以通过代谢途径调节细胞的凋亡。PI3K/AKT信号通路与细胞凋亡密切相关，目前已有多项研究揭示了该通路在各种癌症中的作用，如肺癌、乳腺癌、结肠癌等，其研究重点主要集中在信号通路的调控、靶向治疗的开发及临床应用等方面。虽然大量文献报道指出PI3K/AKT信号通路在细胞凋亡途径中具有重要的调控作用，但目前仍不明确PI3K/AKT信号途径如何调控冷却滩羊肉贮藏期间肌细胞凋亡途径，及其对凋亡级联反应产生何种作用。

宁夏大学食品与葡萄酒学院的张倩、罗瑞明*、陈雪妍等人以4 ℃条件下不同贮藏期滩羊后腿肉为研究对象，采用10 μmol/L PI3K抑制剂LY294002溶液对滩羊肉进行注射处理，分别贮藏0、2、4、6、8 d，通过WB分析PI3K、AKT蛋白的表达情况，以此验证PI3K/AKT信号通路抑制的有效性，同时测定滩羊肉贮藏期间能量因子、氧化应激水平、线粒体损伤程度以及Caspase-3活性的变化，以探索PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间细胞凋亡途径的影响。

1 冷却滩羊肉贮藏期间PI3K和AKT蛋白的表达量变化

WB结果显示，对照组和LY294002组PI3K蛋白在贮藏过程中逐渐降解，8 d时几乎完全降解（图1A）；同时发现对照组的条带始终深于LY294002组，表明LY294002促进了PI3K蛋白的降解，验证了PI3K/AKT通路受到抑制的有效性。

WB结果显示，对照组和LY294002组AKT蛋白的表达随贮藏时间的延长逐渐减弱，而内参蛋白GAPDH并未变化（图1B）；同时发现对照组的条带始终深于LY294002组，表明LY294002抑制 了AKT蛋白的表达，再次验证了PI3K/AKT信号通路受到阻碍。如图2所示，滩羊对照组和LY294002组PI3K和AKT蛋白表达量随贮藏时间的延长逐渐减少，且LY294002组蛋白相对表达量整体低于对照组，表明LY2940002抑制剂促进了PI3K和AKT蛋白在贮藏期间的分解，有效验证了PI3K/AKT信号通路被LY294002抑制。

2 PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间能量因子的影响

由图3可知，贮藏0～2 d时，LY294002组的ATP含量以更快的速率下降，随后缓慢下降，但ATP仍会被消耗；8 d时滩羊肉对照组和LY294002处理组ATP含量分别降 至140.15、110.26 μmol/mg，是由于ATP合成减少和ATP消耗增加所致。结果表明，LY294002可有效促进ATP的降低，其作用于PI3K/AKT信号通路后，加速ATP的减少而影响细胞凋亡，主要是由于ATP与细胞膜上的ATP受体相结合，抑制PI3K，进而抑制AKT，促进BAX的表达和Bcl-2基因相关启动子磷酸化，从而加速凋亡信号的传递，抑制细胞生长和增殖，揭示了PI3K/AKT信号途径可通过促进ATP的减少而影响细胞凋亡。

冷却滩羊肉贮藏期间，LY294002处理组和对照组糖原含量变化如图4所示。对照组和LY294002处理组糖原含量随贮藏时间的延长整体呈下降趋势。贮藏初期2 d时，对照组糖原含量显 著高于LY294002处理组（P＜0.05），表明注射抑制剂LY294002后加速了糖原分解，由于抑制PI3K/AKT信号途径可以降低细胞内的葡萄糖利用率，从而降低糖原合成的速率，因此导致糖原含量的下降。研究表明，抑制PI3K/AKT信号途径后降低糖原含量有助于促进细胞凋亡。具体而言，降低糖原含量可以增加细胞内单磷酸腺苷（AMP）∶ATP比值，进而激活下游的AMP依赖的蛋白激酶（AMPK）信号途径，抑制mTOR信号途径，提高细胞凋亡的水平。

3PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间线粒体标志酶活性的影响

S DH是衡量线粒体功能的标志酶。如图5所示，贮藏初始状态下（0 d）滩羊肉线粒体中SDH活力为140.27 U/L，且LY294002组在贮藏过程中（4～8 d）显著低于对照组（P＜0.05）。SDH活性随着贮藏时间的延长呈逐渐降低的趋势。贮藏6 d时对照组和LY294002组线粒体SDH的活性分别为96.21 U/L和81.03 U/L，相比于初始状态分别降低了31.41%和42.23%（P＜0.05），SDH活力的下降说明随着贮藏时间的延长，线粒体的生理功能逐渐下降。主要是因为抑制PI3K/AKT信号途径会降 低细胞内的氧化磷酸化过程，从而影响线粒体内的SDH活性，导致LY294002处理组SDH活性低于对照组，同时会使细胞代谢受到影响，进而促进细胞凋亡。CS是三羧酸循环中一个重要的调节酶。由图6可知，对照组和LY294002组的CS活性在贮藏0～2、4～8 d均显著下降，2～4 d显著上升（P＜0.05），其原因是在贮藏过程中，可能发生基因的表达，导致CS活性上升。贮藏0～4 d，对照组CS活性显著高于LY294002组（P＜0.05），表明PI3K/AKT通路被阻断后会降低细胞内的氧化磷酸化过程，并降低CS活性，进而影响线粒体细胞凋亡。

4PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间线粒体氧化应激水平的影响

如图7所示，贮藏期间，LY294002组线粒体ROS水平整体呈上升趋势，贮藏6 d时，LY294002组R OS水平明显高于对照组（P＜0.05），主要因为PI3K/AKT信号途径参与线粒体逆转运输，防止线粒体内过多的ROS产生，但是当该信号途径受到抑制时，线粒体功能可能会受到破坏，导致ROS的升高。研究表明，PI3K/AKT信号通路的抑制会加重线粒体的氧化损伤，从而导致细胞凋亡。

5PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间线粒体损伤程度的影响

由图8可知，冷却贮藏0～8 d期间，对照组和LY294002组光密度值均呈降低趋势，而光密度值与MPTP开放程度成反比，说明MPTP开放程度显著增大（P＜0.05），原因可能是抑制PI3K/AKT信号途径会引发线粒体内外膜电位的破坏、ROS的产生和细胞凋亡等一系列反应，多种因素诱导MPTP呈不可逆的开放状态，进而导致线粒体内氧化磷酸化和ATP的产生下降，从而产生ROS、Ca 2＋ 等物质，导致线粒体外膜通透性改变，并释放一系列细胞凋亡相关蛋白，例如细胞色素c等，最终引发细胞凋亡。整个贮藏过程中，与对照组相比，LY294002组MPTP开放程度变化显著（P＜0.05），表明PI3K/AKT通路抑制后可能直接作用于构成MPTP的分子蛋白，使丝/苏氨酸残基发生磷酸化，影响MPTP的结构和功能，促进其开放。

由图9可知，对照组和LY294002组线粒体膜电位随贮藏时间的延长均呈下降趋势，LY294002组0～2 d和4～6 d线粒体膜电位下降率分别为29.17%和69.23%，对照组0～2 d和6～8 d呈显著下降趋势（P＜0.05）；贮藏期间，对照组线粒体膜电位整体高于LY294002组。以上结果表明，抑制PI3K/AKT信号途径后对线粒体膜电位 的稳定性产生一定的影响，使线粒体膜电位下降，进而导致Ca2＋的过多积累，激活凋亡途径中的酶、蛋白酶等，损伤线粒体膜以及DNA等重要细胞器件，从而引起细胞凋亡。此外，线粒体膜电位下降也会导致细胞色素c等细胞中与凋亡相关蛋白的释放，进而启动凋亡途径。

6PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间Caspase-3活性的影响

由图10所示，对照组和LY294002组Caspase-3活性均在贮藏2 d时达到峰值，之后呈明显降低的趋势；与对照组相比，LY294002组贮藏0～6 d时的Caspase-3活力较高 ，主要由于PI3K/AKT信号途径可以调节Caspase-3的表达和活性，Caspase-3能够靶向并降解多种细胞蛋白质，引发细胞形态学和功能性变化，以及间接激活其他的Caspase，进而引发细胞凋亡。说明LY294002抑制PI3K/AKT信号途径后会导致Caspase-3活性增加，促进细胞凋亡。

结论

WB结果表明，随着贮藏时间的延长，PI3K和AKT蛋白表达量均减少，验证了PI3K/AKT信号通路被抑制的有效性。贮藏期间，与对照组相比，LY294002处理使线粒体ATP、糖原含量、SDH和CS活性显著下降（P＜0.05）；线粒体ROS水平不断增加，细胞内氧化应激水平和MPTP开放程度增加，膜电位显著下降；凋亡因子Caspase-3活性显著高于对照组（P＜0.05），表明PI3K/AKT信号途径通过促进ROS产生并与PI3K相互作用，介导了下游Caspase-3的活化，导致线粒体结构和功能的损伤，进一步诱导细胞凋亡途径的发生。

作者简介

通信作者：

罗瑞明，博士，宁夏大学二级教授，博士生导师，享受国务院政府特殊津贴专家。中国畜产品加工学会常务理事，国家羊肉加工技术研发分中心主任，宁夏肉品加工及质量安全控制工程技术研究中心主任。近五年主持"十二五“国家科技支撑计划课题2项，"十三五"国家重点研发计划课题1项，主持国家自然科学基金项目3项。发表SCI/EI收录论文60余篇，在科学出版社出版专著1部，所发明专利及软件等成果在国内多家企业应用。

第一作者：

张倩，宁夏大学2021级食品加工与安全专业硕士研究生，研究方向为肉品加工与质量安全控制。

本文《PI3K/AKT信号通路对冷却滩羊肉贮藏期间细胞凋亡的影响》来源于《食品科学》2024年45卷第9期173-180页，作者：张倩，罗瑞明，陈雪妍，李荣，王金霞，胡丽筠。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230512-111。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：俞逸岚 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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