腫瘤干細胞信號通路（PI3K/AKT）研究與進展

勾 蓉

（重慶大學附屬腫瘤醫院健康體檢與腫瘤風險篩查中心，重慶400030）

腫瘤干細胞（Cancer stem cells，CSCs）是一組存在于腫瘤細胞中具有自我更新能力和多向分化潛能的小部分細胞亞群[1]，通常情況下處于相對靜止狀態，在受到外界刺激或損傷時才會進入分化狀態，加之其具有較強的抵抗凋亡和DNA 修復能力，因而可免受一般放化療方法的殺滅作用，同時會在大部分腫瘤細胞被消滅后大量增殖，是造成腫瘤治療困難和治愈后復發的主要原因之一[2-3]。因而，深入探究腫瘤干細胞自我更新與分化的分子機制在腫瘤治療中具有重要的理論意義和應用價值。PI3K/AKT 通路是一條在腫瘤細胞中持續活化的信號轉導通路，與細胞的增殖、凋亡有著極為密切的關系，對肺癌干細胞、乳腺癌干細胞、神經干細胞、間充質干細胞以及造血干細胞等的增殖、自我更新、定向分化等都具有重要調控作用。本文就腫瘤干細胞與PI3K/AKT 信號通路的關系進行綜述。

1 PI3K/AKT 信號通路介紹

PI3K（Phosphoinositide-3 kinase）屬于磷脂激酶家族，是肌醇及磷脂酰肌醇的主要激酶，具有磷酸酰基肌醇激酶和絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶雙重活性。被上游調節因子激活后，PI3K 會將質膜上的二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化生成三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）[4]。AKT（Protein kinase B）是PI3K 下游信號通路中最為重要的一個蛋白，它是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，由三個功能區域構成：氨基末端的PH結構域、激酶/催化結構域以及羧基末端的調節結構域。PIP3 可以和AKT 氨基末端的PH 結構域結合，將存在于細胞漿中的AKT 募集到質膜上被3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（PDKI）和蛋白復合物激酶mTORC2 激活，促使位于激活結構域的Thr308 位點和C 端疏水區的Ser473 位點磷酸化，從而繼續信號傳遞，調節細胞生長和存活[5]。以上過程可以被抑癌基因PTEN 逆轉。PTEN 是一種雙重特異性磷酸酶，可以編碼具有脂質磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性的蛋白，它是PI3K/AKT 通路的重要上游始動分子，在受到類泛素化修飾蛋白SUMO1的共價修飾后可增強與磷酸膜的相互結合作用，將膜上的PIP3 去磷酸化為PIP2 使PI3K/AKT 信號通路失活[6]。除了PTEN 基因，另有研究發現腎上腺素[7]、白三烯D[8]等也可以激活PI3K/AKT 信號通路從而對腫瘤細胞起到調控作用。白三烯D 可以通過激活PI3K/AKT 通路，上調CyclinD1/E、CDK4/2 等細胞周期蛋白的表達，促進胚胎干細胞的增殖和遷移。PI3K/AKT 信號通路下游的調控靶位點包括mTOR、FoxO、GSK-3、Bcl-2-caspase-3 等，其中mTOR 蛋白復合物是極為重要的一員，AKT 通過負性調控mTORC1 的蛋白復合物TSC1-TSC2 從而激活mTOR 激酶活性，調節細胞周期、DNA 損傷修復以及糖原合成等重要生命過程。

2 間充質干細胞與PI3K/AKT 信號通路

在血液系統惡性疾病或實體腫瘤中，腫瘤細胞與骨髓微環境之間存在著一個可調節的動態造血微環境即“龕”，“龕”中存在一種來源于骨髓，呈長棱形成纖維細胞樣的有別于造血干細胞但又具有干細胞特性的細胞，即間充質干細胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）[9]。MSCs 是一組具有多向分化潛能和自我復制能力的，可分化為成骨細胞、成軟骨細胞、脂肪細胞、生肌細胞等多種細胞的成體干細胞[10]，它可以促進或對抗腫瘤細胞的凋亡，可以通過產生血管生成因子或分化為毛細血管外膜細胞促進周圍血管生成和腫瘤脈管系統形成，也可以通過促進腫瘤細胞的運動性從而促使腫瘤發生遠處轉移，或通過抑制Th1 淋巴細胞、樹突狀細胞、B 細胞以及NK 細胞活性發揮免疫調節作用[11]。Zhang等實驗發現，缺氧狀態下PI3K/AKT 信號通路被激活，從而提高了血管緊張素酶II 和血管緊張素轉化酶的表達，進而刺激骨髓間充質干細胞的增殖。該通路的激活或低氧的刺激又可以使下游缺氧誘導因子-1 在轉錄和翻譯水平上積累活化，轉移到細胞核內作用于血管內皮生長因子，增強間充質干細胞的遷移能力。富血小板血漿（PRP）是一種自體源性的復合生長因子，它可以通過磷酸化AKT 進而激活其下游靶點NF-kB，抑制調亡蛋白Bad 的表達，同時提高抗凋亡蛋白Bcl-xl 的表達，從而促使MSCs在體外氧化應激條件下發生抗凋亡[13-14]。PI3K/AKT信號通路也可以調節MSCs 的成骨分化及礦化過程，參與骨質疏松癥的致病過程[15]，另外，也有研究證實PI3K/AKT 通路的激活可以明顯提高MSCs 旁分泌細胞因子的能力[16]。

3 神經干細胞與PI3K/AKT 信號通路

神經干細胞存在于中樞神經系統內，可以分化成多種神經源性細胞如神經元、星形膠質細胞、少突膠質細胞的原始母細胞等，在中樞神經受到損傷時，神經干細胞可以向系統病變部位趨行聚集并增殖分化，恢復部分缺失功能，促進機體功能重建[17-18]。神經干細胞的發現推翻了神經損傷后不可再生的理論，為腦血管意外、中樞神經退行性疾病、脊髓損傷的治療帶來了希望。但是神經干細胞的這種修復功能在自發條件下并不強，遠不能滿足神經再生的需求，所以尋找外界干預因素來刺激干細胞的修復能力充分得到發揮對神經系統疾病的治療至關重要。黃芪多糖（APS）是中藥黃芪的有效提取物之一，對神經干細胞有促進增殖和分化的作用[19]。APS 通過提高神經干細胞中的血管內皮生長因子（VEGF），促使VEGF 與其特異性受體FLK-1 結合在細胞膜上形成二聚體，從而激活PI3K-AKT 信號通路，促進神經干細胞增殖[20]。多酚類植物單體姜黃素也可以通過PI3K-AKT 信號通路促進神經干細胞增殖，抑制其凋亡[21]。另外，抑癌基因PTEN 的高表達可明顯降低抑制神經干細胞對生長因子刺激的反應，降低神經干細胞的活性和增殖能力[22]，但是抑制了PTEN 的表達后，PI3K/AKT/mTOR 活性增高，神經干細胞再生能力增強[23]。劉娜等[24]通過建立體外谷氨酸神經干細胞損傷模型，檢測銀杏內酯B（GKB）對谷氨酸損傷神經干細胞內的PI3K、p-Akt、低氧誘導因子-1α 表達及活性的影響，結果證實在低氧微環境中GKB 對神經干細胞的保護作用可能是通過激活P13K/Akt 信號通路，調控下游低氧誘導因子-1α 的轉錄及表達，從而調節神經干細胞的生存與凋亡。以上實驗結果表明不同刺激因素均可以通過PI3K/AKT 這一信號通路來促進神經干細胞增殖，抑制其凋亡，PI3K/AKT 可能是神經干細胞增殖的共同通路之一。

4 肝臟干細胞與PI3K/AKT 信號通路

肝癌是一種常見的惡性腫瘤，其發病率位于全球腫瘤發病率的第五位，死亡率位于第三位。我國是肝癌發病的高發地區之一，肝癌患者死亡率位居惡性腫瘤死亡率的第二位。因為肝癌早期診斷困難，中晚期對化、放療等傳統治療方法效果不理想，一直是其治療的一大困難。從肝癌患者的肝臟組織中分離出來的具有分化潛能的肝干細胞系，其數量在肝臟病變的部分中要比正常肝臟部分的表達多50%，說明肝干細胞可能和肝臟的病變之間存在密切關系。張小麗等[25]通過無血清懸浮球培養法從人肝癌細胞株中有效富集到肝癌干細胞樣細胞（細胞球），流式細胞儀檢測分子標記物CD90 的表達量，CD90 在肝癌干細胞中的表達明顯高于普通肝癌細胞中的表達量，且肝癌干細胞經含血清培養基刺激后分化為非肝細胞樣細胞；克隆形成與裸鼠成瘤實驗也證實高表達CD90 的肝癌干細胞樣細胞球具有較高的自我更新能力，證明無血清懸浮球培養法肝癌干細胞分離成功。肝癌干細胞樣細胞對化療藥物阿霉素具有耐藥性，PI3K/AKT 通路相關蛋白檢測發現其耐藥機制與Akt 信號通路第473 位點磷酸化AKT1 分子有關。另外，PI3K/AKT 信號通路在肝干細胞相關生物學行為中也起到重要調控作用，肝干細胞可被誘導定向分化為肝細胞或膽管細胞，當肝組織受到損傷或受其他因素影響后可刺激肝干細胞發生自我更新，增強機體的肝功能自我修復[26]，劉暉杰等[27]在用絲裂霉素（MMC）處理肝干細胞誘導其發生凋亡后發現，該作用機制與PI3K/AKT 信號通路有關，MMC 通過刺激AKT 的磷酸化從而激活PI3K/AKT 通路抑制肝干細胞增殖，誘導其凋亡發生。

5 其他腫瘤干細胞與PI3K/AKT 信號通路

芳香化酶抑制劑（AIs）是激素受體陽性絕經后乳腺癌患者的標準一線治療方案[28]，但是乳腺癌干細胞（BCSCs）對AIs 的耐受性是乳腺癌治療的一大困擾。有研究發現服用了AIs 藥物后的患者的PI3K/AKT/mTOR 通路異?；罨?，且mT0R 蛋白表達增加[29]，猜測PI3K/Akt 信號通路可能是導致乳腺癌干細胞產生內分泌治療耐受性的關鍵因素。Liu 等[30]對這一猜測做了相應研究發現，PI3K 抑制劑BKM120可有效抑制對內分泌治療耐藥的乳腺癌干細胞BCSCs，BKM120 與治療藥物聯合使用抑制效果更佳，并可下調PI3K/Akt/mTOR 通路中相關蛋白的表達，說明PI3K/AKT 通路可逆轉BCSCs 對芳香化酶抑制劑的耐藥性，有望提高AIs 對乳腺癌患者的治愈效果。

6 結語

PI3K/AKT 廣泛存在于細胞中，是腫瘤發生發展的重要啟動因子之一，它與腫瘤干細胞的相關機制一直是研究者們探索的，有望成為腫瘤治療的新靶點。越來越多的研究證實PI3K/AKT 信號通路在干細胞的增殖、自我更新及分化過程中發揮重要作用，從這一信號通路出發，探究腫瘤干細胞造成腫瘤患者治療困難、治愈后復發的相關分子機制成為尋找治愈腫瘤方法的突破口，可為人類癌癥的治愈提供新的途徑。