PI3K/AKT信號通路與白血病

吳建敏 賈秀紅 張健

濱州醫學院附屬醫院兒科 256603

白血病的演變及耐藥是一系列復雜機制相互作用的結果，如細胞內信號通路異常激活在其發生發展過程中發揮了重要作用。脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）信號通路參與細胞增殖、凋亡等過程，調節白血病的發生發展及耐藥等［1-2］。PI3K/AKT 信號通路是一種胞內傳導的信號通路，與腫瘤細胞生存息息相關［3-4］。研究顯示，腫瘤演變以及多藥耐藥機制均與PI3K/AKT 信號通路有關［5］。PI3K/AKT通路異常激活會導致腫瘤的惡化及預后不良，實驗研究證明阻斷該通路的異常激活可提升腫瘤的治療效果［6］，故通過檢測該通路的活性可以評估白血病預后情況。以下就PI3K/AKT 信號通路的組成、功能、靶向抑制劑與白血病化療耐藥的關系做一綜述。

1 PI3K/AKT信號通路的組成及功能

PI3K/AKT 信號通路組成主要包括兩個部分：PI3K 和AKT。PI3K幾乎在所有哺乳動物細胞中表達，在細胞進展、生存、遷移及生長中發揮重要作用［7］。PI3K 根據結構、調控模式和底物特異性被細分為3 類，即PI3KI～Ⅲ、它們包含一個催化亞基和一個調節亞基、控制酶的活性［8］。PI3KI 催化磷脂酰肌醇（3，4，5）-三磷酸的生成，招募各種效應分子。AKT 是PI3KI 下游研究最多且被廣泛激活的分子。AKT 由3個主要部分構成，從N 端到C 端依次為PH 結構域、激酶結構域（或催化結構域）和疏水性調節結構域。每個部分都有其功能：PH 結構域主要是介導蛋白與蛋白、蛋白與脂質的相互作用；激酶結構域與PKA、PKC 高度同源，含有一個重要的蘇氨酸殘基；疏水性調節結構域是調控AKT 絲氨酸磷酸化。PI3K/AKT 信號通路下游存在多種重要的效應分子，如哺乳動物雷帕素靶蛋白（mammalian target rapamycin，mTOR）。mTOR 的結構類似于PI3K，在PI3K/AKT 信號通路中扮演著重要角色。PI3K 是該信號通路的啟動因子，在信號通路中起著承前啟后的作用。當細胞受到刺激后，先后激活PI3K、AKT［9］。激活的AKT 進入細胞核，結合下游的各種信號分子（如mTOR），調節細胞增殖、凋亡等［10-11］。

2 PI3K/AKT信號通路與白血病耐藥

白血病的發病率、病死率以及年確診率均很高，在血液系統的腫瘤中是惡性程度相對較高的一類。大量研究表明，PI3K/AKT 信號通路異常激活貫穿于白血病發生發展及耐藥等過程。該通路過度激活后，通過下調腫瘤、抑制蛋白、刺激蛋白質合成、抑制細胞凋亡等導致腫瘤細胞的無限增殖，促進細胞耐藥。大多數白血病患者在大劑量化療藥物治療后均能得到較好緩解，但由于細胞耐藥，化療效果大打折扣［12］。P 糖蛋白（P-gp）和多藥耐藥蛋白1（MRP1）均與多藥耐藥相關。Ma 等［13］通過細胞實驗探討ST6GAL1 基因與白血病多藥耐藥關系，發現在K562/ADR 細胞系中P-gp和MRP1 的水平與ST6GAL1 的表達水平以及PI3K/AKT 信號的活性呈正相關。由于ST6GAL1 是調控PI3K/AKT 信號通路活性的基因，推測ST6GAL1可能通過PI3K/AKT通路增加P-gp和MRP1的表達，從而介導白血病細胞的多藥耐藥。可見，白血病的進展以及化療耐藥的過程與PI3K/AKT 信號通路激活緊密相關，抑制該信號異常激活可進一步抑制白血病的進展以及多藥耐藥形成。

3 PI3K/AKT信號通路抑制劑與白血病預后

隨著分子靶向熱潮的興起，PI3K/AKT 信號通路的靶向抑制劑越來越多應用于臨床試驗［14］。該信號通路的靶向抑制劑以及天然提取的中藥與化療藥物聯用能明顯提升化療藥物的敏感性，進而降低化療耐藥，促進預后［3，15］。

3.1 PI3K 和AKT 抑制劑 PI3K 抑制劑主要分為廣譜和選擇性PI3K抑制劑。選擇性PI3K抑制劑具有不易脫靶、藥物相關不良反應低等優點，且患者耐受性相對較高，故選擇性PI3K 抑制劑的研究比較多［16］。AKT 抑制劑主要分為PH 結構域抑制劑、ATP 競爭性抑制劑、變構抑制劑3 類。AKT抑制劑的優勢在于不僅可以減少抑制上游信號分子所帶來的副作用，還可以減少抑制下游分子引起的負反饋機制［7］。

艾代拉里斯（CAL101）是一種選擇性PI3K抑制劑，通過選擇性作用PI3Kδ，并抑制AKT 的磷酸化而發揮作用。He等［17］通過實驗研究發現，CAL101 聯合FLT3 抑制劑能克服急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）細胞獲得性耐藥，顯著增強抗腫瘤活性，同時抑制AKT 和ERK，提升AML 療效。Furman 等［18］評估CAL101 聯合利妥昔單抗與利妥昔單抗聯合安慰劑的臨床療效，發現在復發慢性淋巴細胞白血病（chronic lymphocytic leukemia，CLL）患者CAL101 組中的總生存率優于安慰劑組（12 個月時92%比80%），由此可見聯合CAL101 治療CLL 可提升患者的生存率。雖然CAL101能提升白血病療效，但由于其有一定的細胞毒性［19］，故在臨床應用還有一定的局限。

哌立福新（Perifosine）是首個用于臨床研究的AKT抑制劑，靶向作用于AKT的PH結構域。哌立福新可選擇性作用于白血病細胞，抑制其增殖，誘導其凋亡，但對正常CD34+細胞并沒影響［20］，這是一大優勢，其機制有待深入研究。Martelli 等［21］在臨床試驗中聯合哌立福新和依托泊苷治療白血病患者，發現哌立福新可增強依托泊苷在白血病細胞中的敏感性，延緩患者病情的發展。Lin［22］在一項細胞實驗中，用哌立福新處理HL-60 白血病細胞，發現可增加HL-60 白血病細胞早期凋亡細胞和凋亡樣壞死細胞數量。但哌立福新溶解性差、易聚集、藥動力學性質較差，目前的研究也相對比較緩慢。

MK2206 是一種高選擇AKT 變構抑制劑，主要作用于AKT1、2［23］，通過誘導細胞自噬［24］，促進CLL 細胞的凋亡。在CLL中MK2206選擇性殺傷癌細胞，并對正常細胞無毒性作用［25］。Konopleva 等［26］通過實驗及臨床前研究發現，MK2206 在較低濃度下就可以抑制AKT 磷酸化，誘導白血病細胞的凋亡并抑制其進一步發展。Piovan 等［27］研究表明，AKT1可以通過直接抑制糖皮質激素受體來驅動對糖皮質激素的抗性；在體外和體內，用MK2206 抑制AKT 可有效恢復糖皮質激素誘導的NR3C1 轉位，增加T-ALL 細胞對糖皮質激素治療的反應，有效逆轉糖皮質激素抵抗，提升T-ALL 患者療效。綜合以上，MK2206 作為AKT 抑制劑，在逆轉耐藥方面有重要作用。

3.2 PI3K/mTOR 雙重抑制劑 PI3K/mTOR 通路的改變在所有白血病類型中是主要的，這也是治療失敗和復發的原因。PI3K、mTOR均屬于PI3K相關激酶家族的成員，基于它們的結構類似，所以研發能同時抑制PI3K 和mTOR 的雙重靶向抑制劑成為可能［28］。此類雙重靶向抑制劑比單一靶點抑制劑更具有優勢，如使用劑量小、效果更強、產生耐藥概率小等。

NVPBZE235 是雙重抑制劑，直接靶向作用于PI3K、mTOR 催化結構域。Chapuis 等［29］設計實驗檢測AML 細胞中NVP-BEZ235的活性，發現它可爭結合ATP 位點，進而減少AML 細胞的增殖，促進AML 細胞的凋亡；并證實NVP-BEZ235 化合物有抗白血病作用。Yu 等［30］研究發現NVPBZE235 能降低抗癌藥物引起的AKT 磷酸化水平，促進抗癌藥物的療效。Airiau等［25］發現在某些BCR-ABL基因突變的慢性粒細胞白血病（chronicmyelogcnousleukemia，CML）細胞中，BEZ235 與尼洛替尼聯合作用于細胞，可加強尼洛替尼對CML 細胞毒性，促進CML 細胞凋亡。綜合以上研究，NVP-BEZ235 是未來白血病靶向治療的一個很有前途的選擇。

PKI-587 是一種新的PI3K、mTOR 雙重靶向抑制劑，它直接選擇性靶向作用PI3K、mTOR，降低信號通路的活性，發揮作用。Gazi 等［31］通過設計急性淋巴細胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，TALL）細胞體外和體內實驗，發現在用更高濃度的PKI-587 處理時，觀察到AKT 和S6K 磷酸化水平下降，但對ERK1/2 和p38 的體外磷酸化沒有影響；臨床前小鼠模型研究中發現PKI-587 選擇性地抑制了體內AKT和S6K的磷酸化，PKI-587不論在體內或體外都選擇性地抑制PI3K/mTOR 信號活化，這些結果強烈表明PKI-587 是PI3K/mTOR 通路的選擇性抑制劑。這項臨床前研究顯示了PKI-587 對TALL 的有益作用。但目前為止，PKI-587 仍在臨床前研究中，建議采取進一步的臨床前試驗和早期臨床試驗。

3.3 天然提取的中藥 靶向抑制劑中還有一些天然提取的中藥成分，這類藥物具有毒性低、生物活性廣泛等優勢，也通過降低PI3K/AKT 信號通路的活性而促進白血病細胞的凋亡。下面重點介紹近兩年來的研究熱點青蒿琥酯。青蒿琥酯（Artemisinin）是青蒿素衍生物之一，是衍生物中唯一一種在堿性條件下可溶的物質，最先被當作一種抗瘧疾藥物使用，后有研究表明它可用于降低PI3K/AKT信號通路的激活，具有抑制癌細胞的增殖、遷移、侵襲作用。青蒿琥酯聯合化療藥物共同用于治療白血病時，觀察到白血病細胞對化療的敏感性增加［32］。王朦等［33］研究44 例AML 患兒的原代細胞及K562 細胞株4 株，發現青蒿琥酯上調PTEN抑癌基因表達而抑制AKT信號通路；PTEN抗腫瘤作用主要通過其脂質磷酸酶活性，調控信號分子AKT 去磷酸化而實現降低通路活性；該信號通路調節相關凋亡蛋白的表達，促進AML細胞的凋亡。Tan等［34］從院內診斷出的30例急性骨髓性白血病患者中各自提取2 ml 骨髓，分離了單核細胞做實驗研究，發現青蒿琥酯以劑量依賴性和時間依賴性方式顯著抑制該細胞的增殖并增加其凋亡。綜上，青蒿琥酯等天然提取中藥是未來白血病治療領域的研究熱點，值得期待。

綜上所述，白血病的演變及化療耐藥的產生均與PI3K/AKT 信號通路異常激活聯系密切。大量研究顯示，聯合PI3K/AKT 信號通路抑制劑與化療藥物治療白血病，可增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感度，增強療效。但基于白血病發病機制的復雜，靶向抑制劑以及天然藥物的研制尚未成熟，更多靶向抑制劑及天然藥物的研究處于實驗室或者臨床研究階段。因此，深入探索PI3K/AKT 信號通路在白血病的發病機制，研制更高效、安全的靶向PI3K/AKT 信號通路抑制劑及探索更多、更有效的天然提取物，與化療聯合用于治療白血病，有望提高白血病患者的緩解率以及降低化療耐藥率，更好地提高白血病患者的生活質量。