磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）蛋白家族參與調控多種細胞功能，包括細胞存活、生長、代謝及血糖穩態等。PI3K的活性升高通常與多種癌癥相關。如其名所示，PI3K可磷酸化膜磷脂磷脂酰肌醇（PI），具體作用于第3位碳原子。盡管PI在細胞膜中占比不大，較之磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸的含量更少，在腦細胞膜中卻較為豐富，占總磷脂的10%左右。

PI3K可分為三大類，其結構與功能各不相同。其中，I類PI3K是研究最為廣泛的一類，為異源二聚體，由調節亞基和催化亞基組成。調節亞基含有SH2和SH3結構域，能與特定靶蛋白結合，通常被稱為p85；目前已知有6種調節亞基，大小范圍從50到110kDa不等。催化亞基包括四種類型：p110α、β、δ、γ，其中僅δ限于白細胞內，其余則廣泛分布于各種細胞中。

PI3K的激活通常涉及多種生長因子和信號傳導復合物，如成纖維細胞生長因子（FGF）、血管內皮生長因子（VEGF）、肝細胞生長因子（HGF）、血管生成素I（Ang1）以及胰島素等。這些因子能通過激活受體酪氨酸激酶（RTK），引起自磷酸化，并為異源二聚化的PI3Kp85亞基提供一個停泊位點，從而啟動PI3K的活化過程。在某些情況下，如胰島素激活其受體后，則需募集胰島素受體底物蛋白（IRS）來促進PI3K結合；同樣地，在整連蛋白（非RTK）被激活時，粘著斑激酶（FAK）作為接頭蛋白將PI3K通過p85停泊。無論何種情況，p85亞基的SH2和SH3結構域均會與磷酸化位點結合。

PI3K活化后，啟動多種磷脂中間體的磷酸化反應。特別相關的如PIP2轉化為PIP3，這一過程與癌癥密切相關。AKT作為下游效應因子，通過磷酸化多種酶、激酶及轉錄因子等調控細胞功能。例如，AKT激活AS160（一種AKT底物），促進GLUT4轉運蛋白的轉位和肌細胞對葡萄糖的吸收；還磷酸化GSK3β抑制其活性，從而促進葡萄糖代謝并調節細胞周期；AKT進一步通過磷酸化TSC1/2（結節性硬化復合體）來阻止其對小G蛋白Rheb（雷帕霉素類似物腦富集同源物）的負調控，使得Rheb富集，并激活對雷帕霉素敏感的mTOR復合體（mTORC1），這些作用可增強蛋白質翻譯并促進細胞生長。

作為蛋白質激酶家族的新成員，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）屬于磷酯酰肌醇激酶相關激酶（PIKK）。mTOR是在研究免疫抑制劑雷帕霉素的過程中被發現的。科學家們在研究中發現結構相似的免疫抑制劑FK506和雷帕霉素都能與相同的靶蛋白FKBP12結合，但發揮作用機制不同。雷帕霉素-FKBP12復合物不能與鈣調素結合，并且不抑制T細胞早期激活或直接減少細胞因子合成；相反，它通過不同的細胞因子受體阻斷信號傳導，在G1期至S期阻止T淋巴細胞及其他細胞的進程。由于mTOR在細胞增殖、分化、轉移和存活中的關鍵作用，已成為癌癥治療的一個新靶點。