PI3K/AKT信號通路與腫瘤放療敏感性關(guān)系

李 娟 李多杰

(蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放療科，安徽 蚌埠 233000)

由于腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥性、手術(shù)治療的局限性及許多腫瘤患者在確診時已為晚期，已經(jīng)失去最佳手術(shù)時機，因此，放射治療在腫瘤治療中的地位越來越突出。但由于輻射抵抗的存在，部分患者在接受放射治療后出現(xiàn)復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移。盡管目前存在各種提高放射治療效果的方法，例如超分割放療、同步放化療及使用輻射增敏劑等，但是這些療法的治療效果仍較差，因此，既能增加腫瘤放療敏感性且副作用較低的新治療方案正是目前所迫切需求的。多項研究表明磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)路徑與腫瘤輻射抵抗密不可分〔1,2〕，但其與細(xì)胞輻射抵抗的確切關(guān)系仍處于探索階段，本文將對其研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的組成及其活化

PI3K是一種脂質(zhì)激酶，屬于磷脂酰肌醇激酶，根據(jù)同源序列、校正模式及底物參數(shù)的不同，PI3K分為3種亞型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)，其中Ⅰ類為目前研究最為廣泛的一種，又可分為ⅠA(PI3Kα、β、δ)及ⅠB(PI3Kγ)兩種亞型〔1,2〕，ⅠA型PI3K在腫瘤中表達(dá)較多，是由催化亞基p110和調(diào)節(jié)亞基p85構(gòu)成的異二聚體，可與蛋白酪氨酸激酶連接受體和G蛋白連接受體相互作用而被激活；Ras蛋白和催化亞基p110直接結(jié)合也可直接活化PI3K。活化后的PI3K可催化PIP2磷酸化產(chǎn)生第二信使PIP3，PIP3可與細(xì)胞內(nèi)的信號蛋白AKT的PH結(jié)構(gòu)域及磷酸肌醇依賴性蛋白激酶(PDK)1相結(jié)合，進而激活A(yù)KT信號蛋白。激活后的AKT可大量活化下游效應(yīng)分子，包括結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合體(TSC)2、B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(Bcl)-2、半胱天冬酶(Caspase)-9、p27、p21、160 kD的AKT底物(As160)等，最終參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的多種生命活動過程。

PI3K信號通路在腫瘤發(fā)生及發(fā)展的作用被高度重視并研究是由于在人類大多數(shù)常見腫瘤中，編碼p110α亞單位的基因突變率較高〔3〕，其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中的作用也已得到實驗證實。目前也有研究〔4〕發(fā)現(xiàn)它與腫瘤細(xì)胞的放化療敏感性關(guān)系密切。

2 PI3K/AKT信號通路與腫瘤放療敏感性關(guān)系

放療作為目前腫瘤治療的主要手段之一，與手術(shù)及化療相比，其以局部治療為主，在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時能減少對正常組織的損傷，對身體功能的影響更小。但由于輻射抵抗的存在，整體治療效果不佳。目前，關(guān)于腫瘤輻射抵抗的機制仍不十分清楚，可能是多重因素相互作用而導(dǎo)致的，其中最重要的為固有輻射抵抗、腫瘤細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期阻滯〔5〕。

2.1固有輻射抵抗 電離輻射導(dǎo)致的細(xì)胞DNA雙鏈斷裂是一種潛在的致死性損害，DNA雙鏈斷裂后的修復(fù)能力與腫瘤細(xì)胞輻射敏感性有關(guān)。這種斷裂損傷主要通過同源重組及非同源重組兩種方式進行修復(fù)，研究發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的修復(fù)由非同源重組完成〔6〕，參與非同源重組修復(fù)機制的DNA依賴蛋白激酶催化亞基(DNA-PKcs)受表皮生長因子受體(EGFR)/PI3K/AKT通路的調(diào)控，這表明PI3K/AKT介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)可能是抗輻射的重要機制。Freudlsperger等〔7〕選擇了120例行放射治療的晚期頭頸部鱗癌患者來研究AKT的磷酸化狀態(tài)與晚期頭頸部鱗癌患者放療預(yù)后的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：輻射可以引起pAKT(Ser473)水平增加，且pAKT(Ser473)水平與總生存期和無進展生存期有顯著相關(guān)性(P<0.05)。應(yīng)用PI3K抑制劑LY294002預(yù)處理原發(fā)、復(fù)發(fā)腫瘤組織可以抑制基礎(chǔ)和輻射誘導(dǎo)的pAKT(Ser473)水平，減少細(xì)胞DNA損傷修復(fù)，增加細(xì)胞死亡。該研究認(rèn)為：抑制PI3K/AKT細(xì)胞路徑可以增加輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，減弱細(xì)胞的固有輻射抵抗起到輻射增敏作用。

眾所周知，細(xì)胞DNA雙鏈斷裂時，細(xì)胞內(nèi)磷酸化組蛋白H2AX(γ-H2AX)的含量明顯增加。Liu 等〔8〕在人肝癌細(xì)胞系(Huh7和BNL)中通過評估γ-H2AX水平來探索PI3K/AKT與輻射敏感性的關(guān)系，采用免疫熒光法觀察到單獨放療組在照射后30 min內(nèi)可檢測到腫瘤細(xì)胞內(nèi)γ-H2AX明顯增加，Huh7和BNL細(xì)胞系的γ-H2AX分別于放療后8 h和4 h 顯著減少；放療聯(lián)合PI3K/AKT抑制劑BKM120組Huh7和BNL細(xì)胞系γ-H2AX的含量分別在輻照后6 h和4 h仍存有相當(dāng)大的百分比。該研究認(rèn)為：運用 PI3K/AKT 抑制劑可以減少輻射損傷DNA雙鏈的修復(fù)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，進而降低輻射抵抗。同樣地，Liu 等〔9〕進行了類似的探索，研究了PI3K/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)雙重抑制劑GSK2126458和PKI-587對鼻咽癌細(xì)胞輻射敏感性的關(guān)系。試驗中亦通過免疫熒光法檢測γ-H2AX數(shù)量來評估細(xì)胞 DNA損傷效應(yīng)。結(jié)果顯示：單獨應(yīng)用GSK2126458、 PKI-587對γ-H2AX的影響不大，當(dāng)GSK2126458或 PKI-587結(jié)合放療時較單獨輻照γ-H2AX呈現(xiàn)持續(xù)性高表達(dá)(P<0.01)。從而得出：抑制PI3K/mTOR可以減少輻射所致細(xì)胞DNA損傷的修復(fù)，增加了電離所致DNA的損傷、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而起到輻射增敏的作用。這與Fokas等〔10〕在人內(nèi)皮細(xì)胞中的研究結(jié)果類似。以上研究表明，PI3K/AKT信號通路是腫瘤細(xì)胞的存活通路，該通路的激活與腫瘤的固有輻射抗拒有關(guān)。

2.2腫瘤細(xì)胞增殖 腫瘤細(xì)胞的增殖受多種因素影響，包括細(xì)胞分化狀態(tài)，細(xì)胞周期基因調(diào)控和細(xì)胞所處的微環(huán)境等。電離輻射導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖能力提高的機制是可誘導(dǎo)EGFR酪氨酸磷酸化，與促細(xì)胞有絲分裂的幾個關(guān)鍵組件及增殖信號通路的激活有關(guān)，其中一個主要的途徑是膜受體酪氨酸蛋白激酶信號傳遞途徑〔RAS/RAF/促分裂原活化蛋白激酶通路(MAPK)〕，可通過作用于周期素D依賴蛋白激酶調(diào)節(jié)細(xì)胞周期G1-S期的轉(zhuǎn)化，參與腫瘤細(xì)胞增殖。另外，PI3K/AKT也可以作用于周期素D依賴蛋白激酶，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖。Ettl等〔11〕在人頭頸部腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)輻射敏感細(xì)胞株P(guān)CI-9A中 pAKT的表達(dá)較弱致輻照后激活的凋亡蛋白caspase-3、caspase-7表達(dá)增強，放射抗拒細(xì)胞株P(guān)CI-15中pAKT的表達(dá)較強使輻照后抗凋亡蛋白Survivin mRNA和BCL2A1 mRNA的表達(dá)上調(diào)。結(jié)果顯示：敏感組細(xì)胞輻照后96 h仍有大量細(xì)胞死亡而不敏感組細(xì)胞在輻照后細(xì)胞凋亡數(shù)明顯減少且72 h后即出現(xiàn)再增殖(P<0.05)。研究認(rèn)為：AKT通路的上調(diào)可減少輻射引起的細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)細(xì)胞再增殖，阻斷該通路可恢復(fù)腫瘤細(xì)胞的輻射敏感性，逆轉(zhuǎn)輻射抵抗。

李萍等〔12〕應(yīng)用LY294002特異性阻斷PI3K/AKT通路在乳腺癌細(xì)胞系(MDA-MB-468、MCF-7)中行進一步研究。試驗將每種細(xì)胞均隨機分為兩組，分別為LY294002組(加入LY294002的濃度為10 μmol/L)、單純放療組。LY294002組加藥后與單純放療組同步予4 Gy輻照48 h。結(jié)果顯示：MDA-MB-468細(xì)胞、MCF-7細(xì)胞的凋亡率LY294002組分別為(14.77±2.93)%、(16.65±4.62)%，均顯著高于各自單純輻照組(P值分別為0.024、0.028)。研究認(rèn)為：阻滯PI3K/AKT通路可增加細(xì)胞的凋亡，減弱細(xì)胞的增殖活性進而增強乳腺癌細(xì)胞輻射敏感性。這與姜新等〔13〕在膠質(zhì)瘤細(xì)胞U251、Liu等〔14〕在宮頸癌HeLa細(xì)胞系中的研究結(jié)果一致。然而，Luo等〔15〕認(rèn)為喉癌的輻射抵抗不僅與PI3K/AKT路徑相關(guān)，還與葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(Glut)-1的過表達(dá)密不可分，他們在體外構(gòu)建人喉癌裸鼠移植瘤模型對不同干預(yù)條件下細(xì)胞的生長及增殖情況進行評估。結(jié)果顯示：Glut-1組、LY294002組、LY294002聯(lián)合Glut-1組、單純放療組、LY294002聯(lián)合放療組和LY294002聯(lián)合Glut-1加放療組腫瘤生長抑制率分別為37.3%、3.4%，50.0%，7.0%，67.7%和57.8%。X線照射后，LY294002組、LY294002聯(lián)合Glut-1組與單純放療相比腫瘤生長抑制顯著(P<0.05)。同樣的，wortmannin聯(lián)合Glut-1組比單純放療、wortmannin組對腫瘤生長抑制作用強(P<0.05)。LY294002組、LY294002聯(lián)合Glut-1組、wortmannin組、 wortmannin聯(lián)合Glut-1組預(yù)期值與觀測值之比(E/O值)分別為2.7、1.1、1.8、1.8。研究認(rèn)為GLUT-1的過表達(dá)與PI3K/AKT路徑共同參與了喉癌的輻射抵抗，同時抑制二者可以抑制腫瘤細(xì)胞增殖，促進細(xì)胞凋亡起到輻射增敏的作用。

相似地，Pang等〔16〕在體外建立食管癌細(xì)胞系EC109模型，隨機分為四組，分別為對照組(N)、單純放療組(R:10 Gy的單次劑量照射一次)、單純藥物組(TM:0.5 μg/ml的TM預(yù)處理)、放療聯(lián)合藥物組(R+TM)，24 h后將細(xì)胞固定、染色，用FACSort進行分析發(fā)現(xiàn)以上4組G1、G2、S期所占比例分別為(59%、18%、28%)、(70%、11%、20%)、(47%、50%、5%)、(23%、65%、18%)。另外，TM+R組相對R組，AKT的磷酸化水平明顯減低。由此認(rèn)為：TM通過抑制AKT的磷酸化，改變細(xì)胞周期所占比，增強了輻射敏感性。盧曉旭等〔17〕通過雙向調(diào)控環(huán)氧合酶(Cox)-2特異性siRNA載體對食管癌EC9706細(xì)胞的轉(zhuǎn)染，檢測不同條件下AKT蛋白和磷酸化AKT(pAKT)蛋白的表達(dá)及細(xì)胞的生長、凋亡來研究其與食管癌細(xì)胞放射敏感性的關(guān)系。結(jié)果顯示：下調(diào)組較上調(diào)組AKT蛋白、pAKT蛋白的表達(dá)明顯減少(P<0.05)，G0～G1期細(xì)胞所占比升高，而S和G2～M期所占比減低且細(xì)胞增殖抑制顯著。研究認(rèn)為：細(xì)胞Cox-2 mRNA的表達(dá)降低可改變細(xì)胞分化狀態(tài)，抑制AKT和pAKT的表達(dá)，進而影響PI3K/AKT路徑起到輻射增敏作用。Yu等〔18〕發(fā)現(xiàn)特異性阻滯PI3K/AKT下游主要靶點mTOR亦可導(dǎo)致G2期阻滯，增加細(xì)胞放射敏感性。當(dāng)然，這是否與PI3K/AKT路徑有關(guān)，仍需進一步的研究加以證實。

2.3乏氧 Sato〔19〕研究認(rèn)為氧氣是一種有效的放射增敏劑，可促進活性氧和自由基的產(chǎn)生，對輻射誘發(fā)的DNA損傷具有重要意義。然而，腫瘤細(xì)胞由于增殖迅速、血管功能異常、血流分布不均等常常引起組織內(nèi)部缺氧。腫瘤乏氧細(xì)胞的產(chǎn)生和存在不僅使腫瘤對放化療的抗拒性增加，而且使腫瘤更具有侵襲性，容易發(fā)生轉(zhuǎn)移。另外，腫瘤細(xì)胞可通過低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子(HIF)-1應(yīng)對氧濃度的降低而繼續(xù)生存及增殖。從而導(dǎo)致腫瘤整體治療效果不佳的臨床現(xiàn)狀。許多研究表明PI3K/AKT信號通路在腫瘤細(xì)胞乏氧應(yīng)答中起著重要作用，有學(xué)者提出 PI3K/AKT 是 HIF-1α 的主要調(diào)控通路〔20〕。

Miyasaka等〔21〕證實PI3K細(xì)胞路徑與子宮內(nèi)膜癌輻射抵抗相關(guān)。研究者選用8種子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞系，以克隆形成實驗在細(xì)胞水平評價細(xì)胞的輻射敏感性，用D10(腫瘤細(xì)胞數(shù)減少90%所需的輻射劑量)作為評價指標(biāo)。結(jié)果顯示：PI3K通路抑制劑 (NVP-BEZ235)對子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞具有輻射增敏效應(yīng)，且隨著NVP-BEZ235劑量的增加，增敏效應(yīng)也隨之增強。即使對于放療抗拒的細(xì)胞系，以NVP-BEZ235處理后D10亦小于2 Gy，較未處理時顯著降低(P<0.05)。同時，NVP-BEZ235亦明顯減少了輻射誘導(dǎo)的HIF-1α的表達(dá)。研究認(rèn)為：PI3K信號通路的激活可以增強子宮內(nèi)膜癌的輻射抵抗，其可能機制為抑制PI3K/mTOR通路可減少HIF-1α的表達(dá)，改善腫瘤細(xì)胞乏氧狀態(tài)，進而提高子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞輻射敏感性。

可見，PI3K/AKT信號通路可通過激活HIF參與腫瘤細(xì)胞生命活動的基因調(diào)控，阻斷該通路，可以增加腫瘤細(xì)胞的氧合，起到輻射增敏的作用。

3 展 望

PI3K/AKT信號傳導(dǎo)通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中起著十分重要的作用，并且與腫瘤細(xì)胞的治療抵抗、抗血管生成等有密切的關(guān)系。檢測PI3K蛋白在腫瘤細(xì)胞中的活化狀態(tài)，可能有助于評價放療的治療效果，并為腫瘤患者個體化治療方案的選擇提供依據(jù)。但是由于腫瘤細(xì)胞的生長、增殖是由許多信號通路共同完成的，是極其復(fù)雜的過程，且受體內(nèi)外多種因素的影響。因此，進一步的臨床實驗研究來評估PI3K蛋白在腫瘤組織的表達(dá)及活化狀態(tài)及它能否作為評價腫瘤放療敏感性的分子標(biāo)記，是今后研究的主要方向。