[摘要] PI3K是一種脂質激酶，控制著細胞生長、增殖、遷移、存活和血管生成，以及通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)、AKT和雷帕霉素靶蛋白(mTOR)促進腫瘤發展。哺乳動物mTOR的作用靶點是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它在細胞中廣泛地表達，是一種治療癌癥的靶向目標。本文將主要論述癌癥細胞系PI3K-mTOR信號通路的改變，包括乳腺癌、前列腺癌、肺癌、胰腺癌、肝癌等的作用機制。PI3K-mTOR是腫瘤治療的有前途的靶向目標。多靶點抑制是腫瘤治療最有效的方法，通過討論臨床試驗中研究的PI3K-mTOR抑制劑藥物，為將來臨床抗腫瘤藥物的研發提供新途徑。

　　[關鍵詞] 中華臨床營養雜志論文發表,PI3K-mTOR,PI3K-mTOR抑制劑,腫瘤治療

　　Research new progress on inhibitors antitumor of PI3K-mTOR signaling pathway

　　WU SONG1 YU Guiping1 XUE Tao2

　　1.Department of Thoracic Surgery， Jiangyin Hospital Affiliated to Medical School of Southeast University， Jiangsu Province， Jiangyin 214400， China; 2.Department of Thoracic Surgery， Zhongda Hospital Affiliated to Medical School of Southeast University， Jiangsu Province， Nanjing 210000， China

　　[Abstract] PI3K is a kind of lipid kinase， controlling the cell growth， proliferation， migration， survival， angiogenesis and by activating PI3K， and AKT and mTOR to promote the development of tumor. mTOR for mammals rapamycin targets is a serine/threonine protein kinase， which is widely expressed in the cell， is a kind of targeted target for the treatment of cancer. This paper mainly shows PI3K cancer cell line-the change of the mTOR signaling pathways， including the mechanism of action of breast cancer， prostate cancer， lung cancer， pancreatic cancer， liver cancer， etc.. PI3K-mTOR is promising targeting tumor treatment goals. Multiple targets for inhibiting tumor is the most effective method of treatment， by discussing research in clinical trials of PI3K-mTOR inhibitor drugs， for the future clinical antitumor drug research and development to provide a new way.

　　[Key words] PI3K-mTOR; PI3K-mTOR inhibitors; Cancer treatment

　　哺乳動物的雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rap-amycin，mTOR)是一種磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)相關激酶，可通過mTOR信號復合物(mTOR complex，mTORC)1和mTORC2參與腫瘤細胞周期、細胞凋亡、細胞自噬等多種生物學過程，進而調節腫瘤細胞的存活、生長和增殖。在一些腫瘤細胞中經常出現mTOR信號通路的異常活化。例如DNA損傷、饑餓和缺氧都可以抑制mTORC1的活性，但另一方面，腫瘤細胞中多種因素可激活mTOR，使得胞內mTOR信號通路異常。本文介紹細胞內mTORC1與mTOR2上下游相關的胞內信號轉導途徑，為進一步基于mTOR為靶點的腫瘤藥物研究與開發提供思路。

　　1 PI3K-AKT-mTOR信號通路的組成

　　PI3K-AKT-mTOR信號通路是細胞內三大主要信號通路之一，包括RTK-P13K-PKB/AKT-TSC2/TSCl-Rheb-mTOR1/mTOR2-S6Ks/4E-BP1[1]。酪氨酸蛋白激酶受體(receptor tyrosine kinases，RTK)位于細胞表面，它通過接收胞外多種生長因子[如胰島素(Insulin)、成纖維細胞生長因子(FGF)、人生長因子(HGF)、血管內皮生長因子(VEGF)、血管位蛋白Ⅰ(AngⅠ)[3]]等配體的信號刺激而被激活[2]，激活的RTK通過PI3K將信號轉遞到細胞內，再次激活蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)，又稱為AKT，屬于PI3K重要的下游分子，包括AKT1、AKT2和AKT3至少3種形式[4]，其中AKT1促進細胞增殖和存活;AKT2參與胰島素調節的糖類物質代謝;AKT3則對細胞的數目以及大小起著關鍵的調節作用。AKT作用廣泛：一方面AKT可以通過多種途徑對下游靶蛋白進行磷酸化而發揮細胞抗凋亡作用[5]，例如AKT磷酸化Bcl-2家族成員BAD，阻止其與Bcl-XL結合起始凋亡;ATK激活IκB激酶(IKKα)進而導致NF-κB的抑制劑IκB的降解，使NF-κB從細胞質中釋放出來進行核轉位，激活其靶基因使細胞存活。另一方面AKT能抑制蛋白水解酶Caspase-9的活性，阻止凋亡級聯反應的激活。同時AKT可以通過磷酸化p53結合蛋白MDM2來調節p53的活性，促進p53蛋白的降解而影響細胞存活[6]，以及AKT可以磷酸化FoxO1，抑制其核轉位而阻止其轉錄激活作用。 　　mTOR屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族，是一個細胞生長和增殖的重要調節因子[7]。當細胞受到外界營養因素或生長因子信號刺激時，胞內mTOR可以激活下游一些相關靶蛋白，進而對整個細胞的代謝與生長進行正向或負向調控。該過程中pS6K和4E-BP1是兩個重要的下游蛋白[8]。其中pS6K活化后可以促進核糖體蛋白的合成。另一方面4E-BPl可以與elF4E結合發揮抑制其活性的作用，進而抑制了翻譯的開始[9]。當活化的mTOR磷酸化4E-BPl后，可以解除eIF4E/4E-BPl的結合，進而激活蛋白質的轉錄翻譯。

　　PI3K-AKT-mTOR信號通路在腫瘤發生發展中起重要作用，其中PI3K/AKT下游的mTOR是該通路的關鍵激酶，主要調節腫瘤細胞的增殖、生長、存活和血管生成等生物學作用[10]。主要機制有：①通過磷酸化作用激活PI3K-AKT-mTOR信號通路，抑制凋亡因子活性，同時激活抗凋亡因子表達。②通過抑癌基因PTEN的磷酸化作用實現PI3K的負反饋調節，PTEN表達的減少間接刺激PI3K-AKT-mTOR活動從而導致腫瘤形成。③最近研究表明，PI3K-AKT-mTOR信號通路在腫瘤干細胞自我更新和抗化療或放療中也起著重要的作用[11]，被認為是腫瘤復發和轉移的一個重要原因。

　　2 PI3K和mTOR通路及其抑制劑的抗腫瘤作用

　　2.1泌尿生殖系統腫瘤

　　Everolimus于2003年在歐洲首次獲得批準，主要用來預防心臟移植和腎移植手術后的排斥反應。主要機制包括抗腫瘤作用、免疫抑制作用、血管保護作用、抗病毒作用。在一項針對晚期子宮內膜癌的治療過程中，研究表明對于胞內PI3K-mTOR信號通路中的某些蛋白表達量的檢測(如PI3K、PTEN等)，并不能推導出Everolimus的臨床治療效果，二者之間并沒有存在一定的相關性。另外，子宮內膜癌中K-RAS基因突變患者也不能從Everolimus臨床藥物治療中受益[12]。

　　先前研究表明男性前列腺癌的發展與抑癌基因PTEN的缺失有關，進而引起的細胞內PI3K-AKT-mTOR信號通路的異常激活，進而導致對各種治療產生耐受，當使用AKT抑制劑AZD5363治療過程中，可引起前列腺癌PC-3細胞發生自噬和細胞周期阻滯，同時聯用自噬抑制劑阻斷細胞自噬時，可顯著增加AZD5363誘導的前列腺癌PC-3細胞的凋亡。體內研究表明當AZD5363與氯喹連用時，可明顯減少荷瘤小鼠體內的腫瘤體積，這為一些前列腺癌患者的臨床治療提供了新的思路[13-14]。

　　腫瘤轉移性腎細胞癌(metastatic renal cell carcinoma，mRCC)是泌尿生殖系統中另外一種常見的轉移性腫瘤，其發病率在泌尿系腫瘤中居第2位，僅次于膀胱癌。針對腫瘤細胞內PI3K-mTOR信號通路靶向治療抑制劑藥物，已經成為RCC標準治療方案。針對胞內mTOR信號通路中其他蛋白為靶點的抑制劑藥物，正在積極進行Ⅰ～Ⅲ期臨床藥物試驗，測試單獨或聯合應用治療RCC的臨床藥物作用。在原發性乳腺腫瘤的研究中Nagai等[15]發現， 聯合應用PI3K-mTOR信號通路抑制劑與JAK2信號抑制劑可產生藥物協同作用，明顯降低乳腺癌細胞的數量并抑制腫瘤的生長，同時可以降低腫瘤種植和轉移，大大提高了乳腺癌患者的整體生存率。另外，在三陰性乳腺癌治療中，聯用PI3K-mTOR通路抑制劑和JAK2-STAT5通路抑制劑，同樣取得較好的臨床治療效果。

　　另外一項研究也證實對PI3K-mTOR耐藥的乳腺癌細胞，其耐藥機制可能是通過激活JAK2信號途徑，即當PI3K-mTOR信號通路受抑制時，可以激活IRS1依賴的JAK2/STAT5和IL-8的分泌，進而獲得的耐藥，有學者認為針對JAK2通路的抑制劑，或許是解決臨床上腫瘤患者使用PI3K-mTOR通路抑制劑過程中，頻發出現藥物耐藥的新思路[16-17]。使用計算機生物信息學方法，對既往發表論文中的臨床數據進行分析后發現，當腫瘤細胞內PI3K-AKT-mTOR信號通路發生突變時，尤其是PIK3CA的突變，反而可能會使部分乳腺癌患者對PI3K-AKT-mTOR通路抑制劑藥物，獲得高度敏感[18]。另外，在對與宮頸癌相關的HPV16病毒感染性疾病研究中發現，病毒通過感染宿主宮頸上皮細胞過程中，HPV16病毒與細胞之間的相互作用可以異常激活細胞內PI3K-AKT-mTOR信號通路，同時病毒可以抑制被感染細胞的自噬，研究顯示針對細胞內PI3K-AKT-mTOR信號通路的臨床靶向治療，可能對由于某些病毒慢性感染引起的腫瘤疾病，發揮一定的阻斷或預防作用[19]。

　　2.2 血液系統腫瘤

　　在探討白介素(IL)-7對急性急性T淋巴細胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL)或慢性粒細胞白血病發病機制中的作用時，研究發現細胞內PI3K-AKT-mTOR和JAK-STAT5信號通路被異常激活，同時證據顯示IL-7及其受體專遞的相關信號能參與T-ALL疾病的發展，因此PI3K-mTOR信號通路抑制劑，或許具有治療T-ALL的潛在的應用潛力[20]。同時也有學者發現，在急性粒細胞白血病和淋巴系白血病等惡性或預后較差的疾病治療過程中，患者體內的PI3K-AKT-mTOR信號通路的高度活化常常引起普通化療藥物的耐藥，同時PI3K和mTOR共享的催化位點的序列的同源性高，所以像PI-103、NVP-BEZ235等針對mTOR和PI3K的一些小分子雙效抑制劑，在殺傷白血病細胞的療效和細胞毒作用，效果要顯著高于單獨使用PI3K或mTOR單一位點抑制劑，其主要藥理作用機制是能夠同時抑制mTORC1和mTORC2兩個位點，因此這種針對PI3K-mTOR通路的雙效抑制劑，是一項非常具有臨床應用前景的血液系統腫瘤治療策略[21]。 　　另外一項針對彌漫性大B細胞淋巴瘤的發病機制研究中，也發現細胞內PI3K-AKT-mTOR信號通路異常激活并持續活化，臨床使用單一mTOR抑制劑如RAD001治療過程中，只能抑制胞內mTOR的活化，但NVP-BEZ235是PI3K和mTOR雙效抑制劑，機制是通過抑制Mcl-1的表達以及誘導4EBP1去磷酸化，進而引起B細胞淋巴瘤DLBCL細胞發生凋亡[22]，該研究顯示雙效抑制劑的作用與上述一致。

　　多發性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)是一種血液系統中的惡性腫瘤，未治療患者的生存期只有7～8個月。研究發現臨床治療MM過程中時常發生耐藥，其主要機制與胞內PI3K-AKT-mTOR信號通路異常活化有關，并且使用mTORC1單一抑制劑的治療效果并不理想，因為活化的AKT可以反饋性激活mTORC2。使用AKT單一抑制劑MK-2206，雖然在原代腫瘤細胞或MM細胞系能夠很好抑制腫瘤增殖和誘導細胞凋亡，但是個體差異波動較大。同時聯合使用MEK1/2抑制劑U0126和mTORC1抑制劑LY294002，可以顯著抑制ERK介導的下的AKT抑制劑耐藥的發生，這種選擇性治療策略可能是未來臨床治療中新的備選方案[23]。在分子靶向藥物以外，選擇運用其他的治療策略如BCL-2等基因敲除，可以顯著的大幅提升PI3K-mTOR抑制劑BEZ235、AKT抑制劑ABT-737等藥物的治療效果，極大豐富了腫瘤分子靶向治療的理論[24]。

　　2.3消化系統腫瘤

　　在研究PI3K-mTOR雙效抑制劑BEZ235對人胰腺導管癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)中發現，單獨應用BEZ235或聯用泛組蛋白去乙酰化酶抑制Panobinostat均可得到顯著的療效，其主要機制是通過誘導p21WAF1和p27kip1細胞周期抑制性蛋白的表達，進而阻滯了腫瘤細胞周期的進程。同時體內實驗研究發現兩者聯合應用更能有效減少PDAC荷瘤小鼠腫瘤模型的增長[25]。

　　在胃癌組織研究中同樣也發現，腫瘤細胞內mTOR信號的表達與PTEN呈現一定的負相關，但是在胃癌的腫瘤分期侵潤、發展和轉移過程中卻呈現一定的正相關，因此聯合檢測PTEN和mTOR信號表達情況，臨床可適用于評估腫瘤的轉移和惡性程度，兩個指標的檢測將來可能用于胃癌的早期診斷及預后評估[26]。一項對肝癌臨床病理標本進行數據分析發現，肝癌細胞中mTOR表達量顯著升高同時伴有細胞周期抑制性蛋白p27kip1的表達缺失[27]。mTOR信號通路的活化情況，同時也可以作為肝癌治療評估的一個靶標，雖然mTOR的抑制劑RAD001在肝癌治療過程中，表現較為溫和的抗腫瘤效果，其機制這可能與AKT活化mTOR信號的反饋相關。當RAD001聯合AKT通路抑制劑MK-2206聯合給藥治療時，體內和體外結果顯示能較大幅度提高RAD001的治療效果，證明多種抑制劑聯合療法，在原發性肝癌臨床治療過程中可能是一個潛在的治療策略[97]。

　　對結腸癌體外研究發現，使用順鉑藥物干預結腸癌細胞株RKO、HCT116、SW620和KM12C治療后，腫瘤細胞可通過激活mTOR信號，進而誘導AKT1、4EBP1等磷酸化并促進Livin抗凋亡蛋白表達，應用PI3K抑制劑LY294002與順鉑聯用，可顯著降低順鉑單用所致腫瘤耐藥的發生[28]。運用組織染色方法分析食管腺癌OAC病理標本結果顯示，約19.7%食管腺癌患者組織標本中的高表達p-mTOR，同時伴有OAC患者的低生存率，提示p-mTOR可能是食管腺癌分子靶向藥物開發中一個重要的生物學靶點[29]。

　　2.4 呼吸系統腫瘤

　　體外肺癌研究發現，使用AKT信號抑制劑GSK690693和mTOR信號抑制劑替Sirolimus，聯合應用處理NCI-H460和A549肺癌細胞系，結果顯示兩者可以協同誘導細胞凋亡同時伴有細胞自噬的升高，而當抑制細胞自噬情況下，則可以顯著增強藥物聯合應用藥用效果[30]。使用巖藻多糖處理肺癌細胞系A549，結果顯示可下調ERK1、ERK2的表達量，和抑制PI3K-AKT-mTOR通路，進而抑制肺癌細胞的增殖與侵襲轉移[31]。對小細胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)的臨床研究發現，肺癌病理組織標本中PI3K的異構體p110-α和p110-β過度表達，使用藥物抑制p110-α的表達可大大減弱mTOR信號通路，進而抑制SCLC細胞增殖和提高凋亡率，針對PI3K異構體p110-α的靶標抑制劑，可能是治療這種惡性度較高肺癌的策略[32]。

　　2.5 其他系統腫瘤

　　在皮膚腫瘤研究中，惡性黑色素瘤組織標本發現PI3K-AKT-mTOR通路常常高度激活，雙效的抑制劑NVP-BEZ235可能是惡性黑色素瘤臨床治療中非常具有前景的藥物之一[33]。使用microRNA技術發現miR-223可通過調節HSP90的表達，顯著漸弱PI3K-mTOR的活化程度，抑制骨肉瘤細胞MG63的生長[34]。另外，細胞內miR-125b的異位過表達可抑制Hela細胞的增殖，其機制是通過下調PI3K-AKT-mTOR的活性，誘導宮頸癌細胞凋亡[35-37]。

　　3 小結與展望

　　過去十年， PI3K-mTOR通路信號抑制劑和針對mTOR的抗癌療法的潛力，在TSC、和腎癌T細胞淋巴瘤有關的腫瘤治療過程中，已經展示出良好的治療效果。對PI3K-mTOR通路信號抑制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，也包括mTORC1底物選擇性抑制和激活的反饋回路等，這些研究揭示了mTOR激酶抑制劑具有巨大的發展潛力。

　　關于mTOR和PI3K的抑制是否也能通過新的途徑引起反饋回路激活，是否還存在尚未發現的自動調節機制，這些都需要臨床試驗、應用腫瘤活檢等進行信號分子相關研究來求證或發現。此外通過對TOR-KIS和PI3K/TOR-KIs進行分析和評估，來確定臨床上腫瘤治療藥物的有效性和耐藥性的概率也將成為新的研究熱點。目前已有學者建立起PI3K-AKT-mTOR的信號通路計算模型，可用于計算通路中AKT在腫瘤細胞糖酵解及能量代謝中的作用[38]。 　　[參考文獻]

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