PI3K/AKT/mTOR信號通路在卵巢癌中的研究進展

吳　夢(綜述)，王　芳(審校)

(南京醫科大學第一附屬醫院醫學檢驗科，南京210029)

腫瘤醫學

PI3K/AKT/mTOR信號通路在卵巢癌中的研究進展

吳夢(綜述)，王芳※(審校)

(南京醫科大學第一附屬醫院醫學檢驗科，南京210029)

摘要：卵巢癌的發生過程中存在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/AKT/mTOR)信號通路的激活，該通路的異常激活可促進細胞增殖、抑制細胞凋亡、促進腫瘤侵襲和轉移。PI3K/AKT/mTOR通路靶向抑制劑對卵巢癌顯示出一定的療效，目前該靶向藥物的臨床試驗已開展，并顯示出良好的安全性和有效性。針對PI3K/AKT/mTOR的靶向藥物將為卵巢癌的治療指明新方向。

關鍵詞：卵巢癌；磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路；抑制劑

卵巢癌的發病率和病死率在女性腫瘤中較高， 5年生存率僅為45%，復發率為70%[1]。研究發現，70%的卵巢癌存在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(phosphoinositide-3 kinase，PI3K/protein kinase B，PKB，又稱AKT/mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路的激活，該途徑的活化與耐藥性相關[2]。PI3K激動劑作用于卵巢癌細胞系會增加紫杉醇的耐藥性，激活AKT可減弱順鉑誘導的細胞凋亡[3-4]。研究PI3K/AKT/mTOR信號通路對于揭示卵巢癌的生長及轉移過程具有重要意義，現總結PI3K/AKT/mTOR信號通路在卵巢癌發生、發展中的作用以及該通路抑制劑在臨床上的應用。

1PI3K/AKT/mTOR信號通路

PI3K/AKT/mTOR信號通路主要包括PI3K、AKT以及mTOR。PI3K是一種脂酶，靜息狀態下主要存在于胞質中。根據作用的底物及催化亞單位，PI3K可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其中Ⅰ型又包括ⅠA和ⅠB兩類。PI3KⅠA類是由調節亞基p85α/β/γ與催化亞基p110α/β/δ/γ構成的異源二聚體，與腫瘤最為相關；PI3KⅠB類由p101和p110-γ亞基組成。PI3K有3條活化途徑，①上游的酪氨酸受體激酶與p85α上的SH2區結合，引起PI3KⅠA二聚體構象改變而激活PI3K；②是基因Ras與p110β直接結合致PI3K活化[5]；③p110β與G蛋白偶聯受體直接結合從而激活PI3K[6]。PI3K被完全激活后催化底物磷脂酰肌醇4,5-二磷酸[PI(4,5)P2]轉變為PI(3,4,5)P3，PIP3作為第二信使激活下游的AKT。

AKT是PI3K/AKT/mTOR信號通路中主要的蛋白激酶，為PI3K下游靶分子之一。AKT是一種絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)蛋白，靜息狀態下多位于細胞質中。AKT存在一個脂質結合域，即PH結構域，PH結構域可特異性結合第二信使PIP3，從而誘導AKT三級結構的構象發生改變，引起AKT向細胞膜轉位，繼而使AKT兩個主要的磷酸化殘基暴露，即AKT催化區的Thr308被PI3K依賴激酶1(PI3K-dependent kinase 1，PDK1)磷酸化，C′端疏水區的Ser473被PDK2磷酸化。激活后的AKT再次轉移至細胞質或細胞核內，通過磷酸化mTOR的Ser-448位點，直接激活mTOR或通過抑制結節性硬化復合物1/2(tuberous sclerosis complex-1/tuberous sclerosis complex-2，TSC1/TSC2)的復合物激活mTOR，從而促進細胞生長與蛋白質合成。

由于mTOR的 C′端與PI3K催化區具有高度同源性，因此mTOR被認為是屬于PI3K相關蛋白激酶家族的一個分子質量為289 000的絲氨酸/蘇氨酸激酶。mTOR存在兩種復合物即mTORC1(mTOR complex 1)和mTORC2[7]。mTORC1由raptor(regulatory associated protein of mTOR)、mTOR、PRAS40，mLST8/GβL和deptor組成，mTORC2由ricotr(rapamycin-insensitive companion of mTOR)、mTOR、mLST8/GβL、Sin1、protor-1和deptor組成[8]。mTORC1與mTORC2不僅在分子組成上存在差別，且mTORC1對雷帕霉素敏感，而mTORC2對雷帕霉素耐受。mTORC1可以整合到生長因子或能量等激發的信號通路，通過磷酸化下游靶蛋白40S核糖體S6蛋白激酶和翻譯抑制分子elF-4E結合蛋白1調節翻譯起始，介導細胞質量控制和蛋白質合成。mTORC2在Ser-473處完全磷酸化AKT，磷酸化的AKT從細胞膜上分離并轉移至細胞核和細胞質中發揮作用，進而參與細胞的存活與增殖[9]。

2PI3K/AKT/mTOR信號通路與卵巢癌

PI3KCA是PI3K催化亞基p110的編碼基因，PTEN是位于人第10號染色體長臂上的一種抑癌基因。Kinross等[10]利用基因工程技術培育出PI3KCAH1047R突變小鼠發現，僅卵巢上皮發生增生，而將PTEN基因敲除后直接導入至PI3KCAH1047R突變小鼠的卵巢囊內，小鼠發展為卵巢漿液性腺癌和顆粒細胞瘤，表明PI3KCAH1047R突變與PTEN丟失同時發生時會導致卵巢癌的發生。

以PI3K和AKT1為靶向的干擾小RNA(small interfering RNA，siRNA)能夠明顯抑制卵巢癌細胞系OVCAR-3的增殖、遷移及侵襲，但與靶向AKT1的siRNA的抑制作用相比，靶向PI3K的抑制程度更強[11]。此外，siRNA靶向沉默PI3KCA基因不僅可降低卵巢癌細胞系OVCAR-8、UPN251、A2008的增殖能力，還會導致增殖標志物細胞周期蛋白D1、細胞周期蛋白依賴性激酶2、細胞周期蛋白E、細胞周期蛋白依賴性激酶4表達的降低以及細胞周期蛋白抑制基因p27表達的升高。siRNA靶向沉默mTORC1的raptor時，PS6與磷酸化真核翻譯起始因子4E結合蛋白1的水平降低，而敲除raptor基因會增加P-AKT的激活，表明mTORC1途徑的失活會代償性引起mTORC2磷酸化AKT；相反，敲除rictor基因會降低P-AKT和PS6的表達。與敲除rictor基因相比，敲除raptor基因抑制增殖的作用更大，表明在卵巢癌細胞增殖方面mTORC1占主要作用[7]。

基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一種鋅依賴性內肽酶，具有降解胞外基質的能力，其參與了細胞表面受體的裂解，進而促進細胞轉移。金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitors of matrix metalloproteinases，TIMPs)是MMPs的組織抑制劑，具有抑制MMPs家族的功能，但TIMP1與TIMP2卻可以活化MMP-2與MMP-9參與卵巢癌的侵襲和轉移[12]。He等[13]研究發現，類黃酮芹菜素通過AKT磷酸化導致MMP-9的活性降低，最終抑制卵巢癌細胞生長，減少腫瘤轉移。而Karam等[14]研究發現，低水平的P-AKT可使MMP-2活化減少，進而發揮降低腫瘤轉移的作用。但無論是MMP-2還是MMP-9活性降低，抑制AKT磷酸化最終均會減少卵巢癌細胞的侵襲和轉移。

3PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制劑在治療卵巢癌方面的進展

PI3K/AKT/mTOR信號通路的活化在卵巢癌的發生、發展中起重要作用，因此抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路對卵巢癌的治療有重大意義。

3.1PI3K抑制劑與卵巢癌治療第1代PI3K抑制劑的代表有LY294002和Wortmannin。Wortmannin是一種甾體類真菌代謝產物，而LY294002是從槲皮素中獲得的。LY294002和Wortmannin可以減少卵巢癌細胞系在體內、外的生長，其與紫杉醇、順鉑聯合應用時具有協同作用[15-17]。但LY294002與Wortmannin的生物利用度低、穩定性差、治療指數低、毒性大且選擇性差，妨礙了其在臨床中的應用[18]。盡管如此，其仍然開啟了PI3K抑制劑作為單一或聯合抗腫瘤藥物應用的開端。

第2代PI3K抑制劑的出現給卵巢癌的治療帶來了新希望，主要包括泛PI3K抑制劑和PI3K亞型特異性抑制劑。泛PI3K抑制劑的代表有GDC-0941、XL-147和PX-866。GDC-0941 對PI3K家族蛋白有高選擇性，主要通過競爭性結合ATP核糖區域發揮作用，是ATP競爭性抑制劑[19]。GDC-0941 可抑制80%的IGROV-1卵巢癌異種移植腫瘤的生長[19]。GDC-0941已經進入臨床Ⅰ期試驗，其在卵巢癌、乳腺癌及黑色素瘤中表現出良好的耐受性和抗腫瘤作用[20]。

XL-147是可逆性的高選擇性PI3K抑制劑。在前期臨床試驗中，XL-147單一給藥可阻斷腫瘤細胞PI3K/AKT/mTOR信號通路的傳導，并使腫瘤細胞增殖降低、凋亡增加，但是存在劑量依賴性[21]。XL-147與紫杉醇或卡鉑聯合用于晚期實體瘤治療的研究目前正處于臨床Ⅰ期和Ⅱ期試驗。研究結果顯示，聯合用藥具有良好的耐受性，并可促進腫瘤衰退，但其用于卵巢癌的治療時需增大劑量才能達到更好的治療效果[22]。

PX-866是目前臨床試驗中唯一一個不可逆的PI3K抑制劑，其可降低人卵巢癌細胞系OVCAR-3的生長，并提高細胞對放射治療的敏感性[23]。PX-866正處于臨床Ⅰ期試驗階段，具有良好的耐受性，但是存在惡心、嘔吐、腹瀉等不良反應[24]。

TGX-221是PI3K催化亞基p110β的特異性抑制劑，其僅對有特定基因背景的腫瘤(不表達PTEN)以及特定細胞系起作用，對其他的腫瘤細胞無效或作用很弱[25]。p110α亞型是第1個被明確指出對于多種腫瘤的發生、發展都起作用的亞型，且可能與受體酪氨酸激酶信號途徑和癌基因Ras有關，因此很多公司都努力研發p110α亞型復合物的抑制劑。

泛PI3K抑制劑在體內具有良好的抗腫瘤活性，且毒性較低，而PI3K亞型特異性抑制劑引起的不良反應少，可減少對免疫系統的損壞。但特異性亞型抑制劑沒有泛抑制劑的效果好，這可能與抑制效應外的其他途徑的代償作用有關。此外，亞型特異性抑制劑濃度與其抵達細胞內發揮作用的藥物濃度間存在差異，且各亞型抑制劑的半抑制濃度存在細微差別，故目前用于臨床試驗的PI3K抑制劑幾乎都是泛PI3K抑制劑[21]。

3.2AKT抑制劑與卵巢癌治療AKT的活化對腫瘤的發生、發展十分重要，抑制mTOR會導致P-AKT上調。因此，在卵巢癌的治療中抑制AKT很必要。AKT抑制劑的代表是哌立福辛[26]，其毒性低且活性好，可阻斷PIP3與AKT PH結構域的結合，抑制AKT從胞質轉移至胞膜發生磷酸化的激活過程。哌立福辛與多西他賽聯合用于復發性卵巢癌的治療正處于臨床Ⅰ期試驗階段。此外，MK2206、GSK690693等AKT抑制劑也正處于臨床試驗中[27-28]。

3.3mTOR抑制劑與卵巢癌治療mTOR是AKT最主要的調控目標。mTOR抑制劑抑制mTOR磷酸化下游靶基因，進而阻斷mRNA翻譯，使細胞不能從G1期進入S期，最終阻滯細胞周期，導致細胞凋亡。雷帕霉素作為單一抑制劑時可抑制不同類別的卵巢癌細胞系的生長和轉移，當與其他藥物聯合時也表現出協同作用。Huynh等[29]研究發現，與單獨用藥相比，雷帕霉素與貝伐抗體聯合可增強抑制卵巢癌細胞生長的作用。雷帕霉素由于水溶性不好、化學穩定性差以及體內生物利用率低等問題，使其在臨床上的應用受到限制。學者們以雷帕霉素為先導化合物構建出穩定性較好的新化合物，目前臨床上雷帕霉素的衍生物有依維莫司(RAD001)，西羅莫司(CCI-779)和AP23573。

研究表明，體外單獨給予RAD001對高表達AKT的卵巢癌細胞系較低表達的抑制作用更顯著，并可提高細胞對順鉑的敏感性[21]。這表明RAD001選擇性針對高表達AKT的細胞。此外，RAD001與貝伐單抗聯合用于復發性或持續性卵巢癌的研究目前正處于臨床Ⅰ和Ⅱ期臨床試驗中。CCI-779作為單藥目前正處于治療應用順鉑化療復發的卵巢癌的臨床Ⅱ期試驗中，其已被美國食品藥品管理局批準用于治療晚期腎細胞癌。然而，在利用mTOR抑制劑治療卵巢癌的同時，不能僅僅抑制mTORC1通路，因為mTORC2通路會磷酸化AKT，進而發生代償性作用，使mTORC1通路失活帶來的積極效果被削弱。OSI-027、AZD8055均為ATP競爭性抑制劑，可阻止mTORC2對AKT的磷酸化，進而同時抑制mTORC1和mTORC2，此類抑制劑用于卵巢癌的治療目前正處于臨床Ⅰ期試驗中[30]。

3.4PI3K/mTOR雙重抑制劑與卵巢癌治療雙重抑制劑可以克服單靶點抑制引起的代償作用，且不容易引起耐藥。NVP-BEZ235、XL-765是PI3K/mTOR雙重抑制劑的代表藥物。NVP-BEZ235是一種口服抑制劑，其具有良好的抗腫瘤活性，并可抑制腫瘤新生血管形成，目前正處于臨床Ⅱ期試驗中[31]。XL-765是一種ATP競爭性抑制劑，可以可逆性地結合并抑制PI3K和mTOR，其具有良好的藥動學，半抑制濃度低，可增加腫瘤細胞凋亡，減少增殖和血管形成，增強紫杉醇和卡鉑的誘導的凋亡活性。

4小結

PI3K/AKT/mTOR信號通路對卵巢癌的發生、發展以及治療至關重要。該通路抑制劑用于卵巢癌的治療已進入臨床試驗階段，隨著研究的深入，這些藥物進入臨床的可能性很大，但對可能出現的腫瘤對PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制劑耐藥的問題目前尚缺乏研究，該問題如何克服將是學者們努力的方向。此外，該通路抑制劑的臨床效果評價、不良反應監測以及最佳聯合用藥組合也將是今后研究的重點。

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Research Progress of PI3K/AKT/mTOR Pathway in Ovarian CancerWUMeng,WANGFang.(DepartmentofClinicalLaboratory,theFirstAffiliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity,Nanjing210029,China)

Abstract:phosphoinositide-3 kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin(PI3K/AKT/mTOR)pathway activation exists in the process of ovarian cancer,and the abnormal activation leads to apoptosis inhibition,tumor cell proliferation promotion,tumor invasion and metastasis.PI3K/AKT/mTOR inhibitors show curative effect on ovarian cancer and the clinical trials have been conducted,as the results showed satisfactory safety and effect.The drugs targeted at PI3K/AKT/mTOR have pointed out a new way for ovarian cancer treatment.

Key words:Ovarian cancer; Phosphoinositide-3 kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin pathway; Inhibitors

收稿日期：2015-02-10修回日期：2015-04-28編輯：辛欣

基金項目：國家自然科學基金(30901344,81272324)；江蘇省醫學重點學科(實驗室)基金(XK201114)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.22.020

中圖分類號：R446.6

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)22-4085-03