PI3K/Akt/mTOR信號通路在腫瘤中的研究進展

肖亮 綜述，殷小成 審校

（南華大學附屬第一醫院兒科，湖南衡陽421001）

PI3K/Akt/mTOR信號通路在腫瘤中的研究進展

肖亮 綜述，殷小成 審校

（南華大學附屬第一醫院兒科，湖南衡陽421001）

磷脂酰肌醇類；蛋白激酶類；信號傳導；腫瘤；綜述

磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和哺乳動物雷帕霉素蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路對許多生理和病理過程是至關重要的，如細胞增殖、血管生成、新陳代謝、分化和存活，因此，被認為是癌癥的主調節器。有研究表明，PI3K信號通路的異常活化與多種實體瘤和血液惡性腫瘤的發生、進展及耐藥相關，靶向PI3K途徑作為治療策略成為腫瘤研究的熱點?，F將PI3K/Akt/mTOR信號通路組成及其功能、PI3K/ Akt信號通路的調節及其相關研究綜述如下。

1　PI3K/Akt/mTOR信號通路

1.1PI3K及其活化PI3K是具有磷酸化磷脂酰肌醇3羥基的一類脂類激酶，目前，已知有3種同工酶，其中Ⅰ型PI3K在信號傳導中的研究最為廣泛包括ⅠA、ⅠB兩種亞群，Ⅰ類PI3K是由調節亞基p85和催化亞基p110組成的具有絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶和磷脂酰肌醇激酶雙重活性的異源二聚體。細胞外多種生長因子，如胰島素樣生長因子、白介素-7、血管內皮生長因子等結合其在細胞表面的膜蛋白酪氨酸激酶受體并誘導細胞內PI3K激活。也可被Ras蛋白與其p110亞基結合激活。PI3K磷酸化產生第二信使——3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇［3，4，5-three phosphate，PI（3，4，5）P3］。PI3K激活后募集細胞蛋白激酶，激活丙酮酸脫氫酶激酶1（pyruvate dehydrogenase kinase1，PDK1）和絲氨酸/蘇氨酸激酶Akt蛋白。

1.2Akt及其活化Akt是調節大量下游目標最終能控制關鍵細胞存活和代謝過程的一種絲氨酸蘇氨酸激酶，也稱為蛋白激酶B，是PI3K重要的下游分子。Akt激酶屬于AGC激酶家族，有3個Akt基因，即Akt1、Akt2、Akt3亞型，分別由3種不同基因編碼。Akt1參與細胞增殖及存活，Akt2與胰島素共同參與糖類物質代謝，Akt3調節細胞大小及數目［1］。均由3個功能域組成：N-末端PH結構域、一個中央激酶結構域CAT和含有調節疏水基序的C-末端EXT域。N-末端PH結構域介導蛋白質、脂質之間相互作用；CAT中有Akt活化所必需的腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）結合的蘇氨酸位點（Thr308）；EXT結構域中具有另一個所必需的絲氨酸位點（Ser473）。PI3K的活化促使PI（3，4）P2和PI（3，4，5）P3作為Akt的配體募集Akt至細胞膜上，使Akt構象發生改變，暴露Akt中ATP結合位點——Thr308、Ser473（分別位于激酶活性區和羧基末端調節區），在磷酸肌醇依賴性蛋白激酶——PDK1和PDK2的參與下使Ser473、Thr308位點磷酸化，從而促進Akt激活?；罨腁kt從細胞膜進入細胞質及細胞核，作用于Akt下游底物——mTOR，其是目前已知的具有高度復雜信號傳導途徑的一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，控制細胞生長、增殖、代謝和細胞凋亡的關鍵調節物［2］。mTOR由mTORC1和mTORC2兩種多蛋白復合體組成。mTORC1對雷帕霉素（西羅莫司）非常敏感［3］。相反，mTORC2被認為對雷帕霉素耐受［4］。mTORC1控制細胞基因轉錄、蛋白質合成和細胞增殖［5］，所以，mTOR失調將導致人類諸多疾病的發生包括癌癥?；罨膍TORC1可誘導核糖體S6激酶（Thr389）、真核翻譯啟動因子4E（Ser209）及4EBP1磷酸化［6］。mTORC2參與細胞骨架的調節，從而最終控制關鍵細胞的存活和代謝過程。

2　PI3K/Akt信號通路的調節

PI3K途徑受多種因子的內源性負調節。參與PI3K/ Akt信號通路的調節因子主要有腫瘤抑制基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）、C末端調節蛋白（C terminal regulatory protehiin，CTMP）、肌醇5′-磷酸酶（SH2 domain containing inositol 5′-phosphatase，SHIP2）等。類脂磷酸酶——PTEN為第10號染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白的抑癌基因，是多種細胞生長、分化和維持生存的抑制物。PTEN抑制PIP3去磷酸化回到PIP2，使細胞內PI（3，4，5）P維持較低水平，從而阻斷Akt及其下游分子活化［7］。PTEN發生突變或失活可使PI3K/Akt信號通路過度活化，PTEN突變生殖細胞系產生已知的罕見遺傳性綜合征，如考登病，以及與高風險相關的其他癌癥包括乳腺癌、甲狀腺癌和子宮內膜癌［8］。因此，PTEN活性的損失將導致永久性PI3K/Akt通路激活。另外PIK3CA編碼PI3K的催化亞基p110，而p110突變可引起PI3K激活，從而誘導Akt活化［9］。此外SHIP2是一種磷酸酯酶，從PIP3的5′去除磷酸而轉變為PI（3，4）P2降解，從而阻斷Akt及其下游效應分子的有效活化。CTMP通過與Akt蛋白結合抑制其活性從而阻斷下游信號傳導。

3　PI3K/Akt信號通路在腫瘤中的表達

PI3K信號途徑失調幾乎涉及所有人類癌癥。PIK3CA基因擴增及獲得性基因突變在癌癥中極為普遍，且通過PI3K通路促進信號的激活。事實上PIK3CA是人類腫瘤中最常見的突變致癌基因之一［10-12］。PTEN基因突變、缺失和表達水平降低也在人類腫瘤中經常被觀察到［13］。PI3K在卵巢和子宮頸癌中過度表達，其突變在乳腺癌、膠質母細胞瘤和胃癌中被觀察到，雖然Akt蛋白本身突變是罕見的，Carpten等［14］描述了Akt1酶也發生在人類一小部分乳腺癌、卵巢癌和結腸直腸癌細胞中。此外激活PI3K可上調ATP結合轉運蛋白G超家族成員2的表達及增加腫瘤干細胞樣細胞在急性髓細胞白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）和急性淋巴細胞白血病的比例［15］。有研究表明，PI3K/Akt信號通路在白血病的發生、發展中也存在過度激活，其具有調控腫瘤細胞增殖、存活、轉化、黏附和細胞外基質的降解等生物學功能［16］。在大部分AML細胞中存在PI3K/Akt/mTOR信號通路活化且對AML原始細胞的存活是必不可缺的［17］。慢性粒細胞白血病中t（9；22）（q34；q11）染色體轉位形成融合基因BCR/ABL，可持續激活PI3K/Akt信號通路，促進腫瘤細胞增殖，使凋亡受阻，促進腫瘤的發生［18］。因此，可預測PI3K/Akt信號通路能作為臨床治療的靶點。

4　以PI3K/Akt信號通路分子為靶點的腫瘤治療策略

隨著對PI3K/Akt信號通路研究的深入，已取得了PI3K/Akt信號通路在細胞生長和腫瘤發生中的功能。目前，靶向PI3K/Akt信號通路各節點的抑制劑及藥物的研究已成為熱點，同時也為抗癌治療提供了針對性靶點。在前期的科研試驗及早期臨床應用中多種PI3K/ Akt信號途徑“關鍵點”的小分子抑制劑已取得明顯的應用效果。

4.1PI3K抑制劑PI3K抑制劑大體分為PI3K亞型特異性抑制劑、泛PI3K抑制劑和PI3K/mTOR雙重抑制劑。第1代PI3K抑制劑包括類化合物——渥曼青霉素和LY294002，其能結合所有的Ⅰ類PI3K，因此，被稱為“泛抑制劑”。第2代抑制劑的特征在于具有更大的選擇特異性［19］。有研究表明，ZSTK474聯合放療較單獨應用ZSTK474或單獨放療效果更加顯著，且無明顯不良反應［20］。LY294002能特異性抑制PI3K的p110亞基活性，阻斷PI3K/Ak信號通路活化，從而增加化療藥物對腫瘤細胞的敏感性，逆轉腫瘤細胞耐藥。這些化合物被廣泛應用于臨床前模型。然而，由于非常差的藥代動力學性質，其從來沒有完全被開發作為抗癌藥臨床應用［21］，多用于PI3K抑制劑的研究。此外近年來，有研究合成了一類新的PI3K抑制劑，可選擇性抑制不同亞型PI3K，從而降低了藥物不良反應，如BYL719、GDC-0032和INK1117，均能抑制p110α，還可抑制p110δ的CAL-101［22］。

4.2Akt抑制劑Akt抑制劑通過臨床開發穩步推進。Akt作用于mTOR上游，預期其能更有效地降低信號傳導，從而提高抗腫瘤作用。Akt抑制劑主要包括Akt變構抑制劑及ATP競爭劑等?？傊?，Akt抑制劑是具有ATP競爭特點的，而該類抑制劑，如AT-1314和A-443654正處于臨床觀察中。與ATP競爭抑制劑比較，Akt變構抑制劑更具有特異性。Akt變構抑制劑——MK-2206在多種腫瘤細胞系的臨床前研究顯示了抗腫瘤活性，當前已進入Ⅱ期臨床試驗［23］。且在肝癌的研究中發現，其可使抗血管生成治療無效或是不耐受的肝癌晚期患者有所緩解，ATP競爭催化抑制劑——GSK690693也進入了晚期實體瘤試驗中［24］。這2種變構和催化的Akt抑制劑的毒性已被證明與mTOR抑制劑觀察到的不良事件包括高血糖癥、皮疹、口腔炎和胃腸道反應類似。

4.3mTOR抑制劑mTOR抑制劑在治療肺癌、卵巢癌、淋巴瘤時觀察到了較好的療效。目前，已開發的PI3K/ Akt/mTOR信號通路抑制劑有選擇抑制劑及干擾該途徑的不同組成部分的抑制劑，會產生不同的生物效果。第1代mTOR抑制劑，如變構的mTORC1抑制劑——雷帕霉素和RAD001顯示出主要體內外的抗增殖作用，從而延緩腫瘤細胞生長、繁殖，但對腫瘤細胞凋亡的效果不佳，原因之一是雷帕霉素抑制mTORC1的同時反饋性提高PI3K信號活躍度，導致細胞存活。第2代是以mTOR激酶域的ATP結合點為靶點，對mTORC1和mTORC2復合體均產生抑制作用，能阻斷Akt-Ser473位點的磷酸化，如PP242。PP242抗癌效果優于雷帕霉素是由于PP242額外對mTORC2具有抑制效應，而這正是雷帕霉素所沒有的，但該類抑制劑不能避免反饋效應對PI3K的影響。

4.4PI3K/mTOR抑制劑第3代化合物包括所謂的雙PI3K/mTOR抑制劑，其被認為具有強大的抗癌效應。且不僅抑制PI3K的所有Ⅰ類亞型，同樣抑制mTORC1和mTORC2（更值得注意）。從理論上講，這種結合在整個抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路中作用最強［25］。NVPBEZ235是一種新型PI3K/mTOR雙重抑制劑，抗腫瘤作用包括感應吞噬、細胞凋亡、細胞周期阻滯、預防和DNA修復［26］。其是最早進入臨床試驗的雙重抑制劑，現正處于Ⅱ期臨床試驗中。BEZ235是新的咪唑并喹啉衍生物，在不考慮PI3KCα亞基突變的情況下BEZ235表現出更好的抗細胞增殖作用［27］，同時還抑制體內血管生成。OSI-027抑制AML患者原始白血病前體較雷帕霉素體外抗白血病作用有效得多［28］。PF-04691502通過使用雙PI3K/mTOR抑制劑阻斷PI3K/mTOR信號通路可抑制腸癌細胞體外及體內異種移植物腫瘤的生長［29］。PI3K/mTOR雙重抑制劑對PI3K/Akt/mTOR信號通路的抑制作用強于抑制單個位點的作用，因此，該類藥物可產生更嚴重的不良反應。到目前為止，這些抑制劑與泛PI3K抑制劑的不良反應相似包括惡心、嘔吐、腹瀉等。在細胞環境中PI3K/Akt/mTOR信號通路各部件在細胞增殖和生存的相對貢獻尚有待于進一步解決，如對PI3K/ mTOR通路信號在腫瘤細胞中作用機制的研究優先于其在臨床有限的應用，這些研究揭示了PI3K/mTOR通路信號抑制劑具有巨大的發展潛力。

5　展望

PI3K/Akt信號通路的過度活化在人類惡性腫瘤進展中具有關鍵作用。因此，抑制PI3K/Akt信號通路為癌癥治療提供了可能。然而，目前對PI3K/Akt信號通路的詳細途徑的認識非常有限，大大限制了PI3K/Akt抑制劑的抗癌功效。因此，對PI3K/Akt信號通路機制的研究及其阻斷劑的開發應用是目前面臨的最大挑戰。相信隨著PI3K/Akt信號通路分子機制的逐步明朗，將更加有利于深入理解腫瘤發生及發展的本質，為腫瘤治療提供新的方法。

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1009-5519（2016）12-1858-04

（2016-01-10）