PI3K/Akt/mTOR信号通路及mTOR抑制剂治疗肿瘤的研究进展

PI3K/Akt/mTOR信号通路及mTOR抑制剂治疗肿瘤的研究进展

姜玮嘉孙国平(通讯作者)

姜玮嘉孙国平(通讯作者)

（安徽医科大学第一附属医院肿瘤内科安徽合肥230022）

【摘要】目前，特异性的小分子抑制剂靶向杀伤肿瘤细胞已成为研究热点。PI3K/Akt/mTOR作为一个已被证实影响肿瘤发生、发展、迁移、侵袭的信号通路，mTOR是其中一个关键的靶点。本文探讨了近年来国内外对于PI3K/Akt/mTOR信号通路的机制和以及mTOR抑制剂对于肿瘤治疗的研究。

【关键词】磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白信号通路；雷帕霉素；靶向治疗

【中图分类号】R33【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2016）21-0005-02

TheresearchprogressofPI3K/Akt/mTORsignalingpathwayandmTORinhibitorsforthetreatmentoftumorJiangWeijia,SunGuo-ping(correspondingauthor).TheFirstAffiliatedHospitalofAnhuiMedicalUniversity,AnhuiProvince,Hefei230022,China

【Abstract】Atpresent,thespecificityofsmallmoleculeinhibitorstargetingkillingtumorcellshasbecomeahotresearchtopic.PI3K/Akt/mTORinhibitorsasaprovenisinfluencetumoroccurrence,development,migrationandinvasionofsignalingpathways,mTORisoneofthekeytargets.Athomeandabroadinrecentyears,thispaperreviewedthePI3K/Akt/mTORsignalingpathwaysandthemechanismofmTORinhibitorsforcancerresearch.

【Keywords】Phosphatidylinositol3kinase/proteinkinaseB/rapamycintargetproteinsignalingpathways;Rapamycin;Targetedtherapy

近年来的研究表明，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（PI3K/Akt/mTOR，phosphoinositide3-kinase/proteinkinaseB/mammaliantargetofrapamycin）信号通路参与调控细胞的生长代谢、迁移侵袭、蛋白的组装合成、肿瘤血管的生成，并在其中起到重要的作用。该通路在多种恶性肿瘤中被发现转导异常。基于现今的肿瘤基因层面研究，PI3K/Akt/mTOR通路是人类肿瘤中最活跃的信号通路之一[1]。目前已有很多证据证明，该通路在黑色素瘤的发病中扮演了重要的角色，并与RAS/RAF/丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinasekinase,MEK）/细胞外信号调节激酶（extracellular-signal-regulatedkinase,ERK）通路共同激活了黑色素细胞的恶变[2]。现已有多种针对该通路的相关抑制剂面世，并取得了理想的临床疗效。

1.PI3K/Akt/mTOR通路的介绍

PI3K可被多种信号激活，包括酪氨酸激酶受体（ReceptorTyrosineKinase，RTKs）,RAS蛋白家族等。PI3K为一类脂激酶，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三型。生长因子作用下，Ⅰ型PI3K被激活，继而催化其底物磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-biphosphate,PIP2)磷酸化，使其转化为磷脂酰肌醇三磷酸(phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate,PIP3)。Akt（又称蛋白激酶B，PKB）是丝苏氨酸激酶，也有三种类型Akt1/2/3，与PIP3特异性结合，并通过磷脂酰肌醇依赖性激酶1,2(phosphoinositide-dependentkinase-1/2,PDKl/2)作用，在Ser473和Thr308位点被磷酸化，从而被PDK1激活，活化的Akt破坏抑制mTOR的TSC2-TSC1复合物（tuberoussclerosiscomplex2,tuberoussclerosiscomplex1），激活Rheb(Reshomologenrichedinbrain)，最后激活mTOR。mTOR和其下游控制细胞增殖、转化所必需的mRNA的翻译，因此在控制细胞的生长、迁移等方面扮演着重要的角色，与蛋白合成及调控细胞周期息息相关。Akt（又称PKB，蛋白激酶B），是PI3K/Akt/mTOR通路的重要家族成员，在人类肿瘤中常处于高度激活状态。Akt调控mTOR，在肿瘤的发生发展中起到至关重要的作用。Akt有两个负性调节因子，PTEN和TSC1/TSC2。PTEN的缺如或失活、PI3K的底物P110催化亚基高表达或基因扩增、Ras基因的持续激活突变、Akt基因的扩增及受体酪氨酸激酶活性增高都有可能导致Akt在恶性肿瘤细胞中高度激活。相对的，由于在ErbB-3上有6个结合位点，PI3K的活性可因ErbB-2/ErbB-3异二聚体受体的激活导致异常增高。可以推测，Akt高度激活的条件在很多肿瘤中都可以达到，因此这种情况十分普遍，又由此可以假设，Akt的过度激活与肿瘤的发生是否可能密切相关。

如今，有很多的研究证据表明，PI3K通路通过多种方式在黑色素细胞中被过度激活。2个最广为人知的研究是它可引起致癌基因NRAN（15～20%）的突变以及抑癌基因PTEN的失表达，另外，PI3K及Akt3的突变也见于报道。

2.mTOR的结构及功能

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammaloantargetofrapamycin,mTOR）mTOR是一类进化保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，相对分子质量为290000，含氨基酸数量为2549，有许许多多保守的结构域，N端为重复的Heat基本单位，结合区与活性区均位于C端，C端有一个磷脂酰激醇激酶相关的，具有丝苏氨酸蛋白激酶活性的激酶域。mTOR以两种重要的不同复合体形式存在：mTOR复合体1（mTORC1，mTORcomplex1）和mTOR复合体2（mTORC2，mTORcomplex2）。它调节细胞的生长代谢及细胞中蛋白的合成。如今，作为PI3K家族重要的效应分子，mTOR已经是肿瘤治疗新靶点中的研究热门。

3.mTOR抑制剂的产生

上个世纪70年代，Vezina和Sehgal在加拿大的一个名叫RapaNui的海岛的土壤中分离发现了一种具有抗真菌作用的白色晶体（C51H79NO13），这种物质不溶于水，易溶于有机物，人们把它命名为雷帕霉素（rapamycin），为一类大环内酯类抗生素，最初被应用为抗真菌药物，它具有抗白色念珠菌、黄曲菌及新型隐球菌的作用，人们从吸水性链霉菌的发酵液中提取它。1977年，有研究发现雷帕霉素具有免疫抑制的效应，后被用作器官移植后的免疫抑制剂并取得了疗效。1999年，美国FDA（食品药品管理局）批准雷帕霉素为作为器官移植后可以应用的免疫抑制剂。近年来，人们发现雷帕霉素还具有抑制肿瘤细胞生长的作用。但直到CCI-779出现，它才成为了热门的抗肿瘤药物。雷帕霉素是第一代的mTOR靶向药物，虽然在临床试验和实际应用上都取得了不错的临床疗效，但仍具有水溶性差、稳定性差的缺点。雷帕霉素及其衍生物通过与FK506-FKBP12结合形成复合物，再抑制mTOR的活性产生作用。

4.mTOR抑制剂作用于肿瘤的机制

4.1mTOR抑制剂抑制肿瘤细胞的生长

雷帕霉素可阻断细胞周期。当细胞由G0/G1期准备进入S期时，雷帕霉素可抑制cyclin-CDK的活性，阻断CDK4-cyclinD及CDK2-cyclinE活化，而这些都是细胞周期全过程的进行所必需的。因此，细胞无法进入S期，则细胞周期被阻滞。除此之外，雷帕霉素还可引起肿瘤细胞的凋亡。雷帕霉素作用于S6K1，使其在Ser136位点将促凋亡因子BAD磷酸化，引起细胞的凋亡。另一方面，mTOR抑制细胞的自噬，营养信号可激活mTOR上游的PI3K，当缺乏营养或能量时，mTOR解除对细胞自噬的抑制，细胞自噬分解。

4.2mTOR抑制剂肿瘤血管生成

Hudson等人于2002年发现，雷帕霉素在前列腺癌中抑制缺氧诱导因子（HIF-1a）的表达，进而下调其下游血管内皮生长因子（VEGF）和PDGF的表达，最终抑制肿瘤血管的生成。另有研究提示雷帕霉素可降低多发性骨髓瘤中VEGFR的表达从而抑制肿瘤中的血管生成。

5.临床上应用的mTOR抑制剂

5.1传统mTOR抑制剂

传统的mTOR抑制剂主要为雷帕霉素及其一系列结构类似的大分子衍生物，如坦西莫斯（temsirolimus,CCI-779,2）、依维莫司（everolimus,RAD001,3）等。因为雷帕霉素虽然具有极强的mTOR抑制作用，但是其水溶性和稳定性都极差，因此，开发了保留相似生物活性度但提高了利用度的雷帕霉素类似物。

5.2小分子mTOR抑制剂

近年来有一些研究发现，小分子的mTOR抑制剂具有更低的细胞毒性、更高的利用度，因此，目前有很多生物化学专家致力于寻找可与ATP竞争催化mTOR，抑制mTORC1及mTORC2的小分子功能抑制剂（如Quinostatin）。此外，某些小分子抑制剂（如PI-103、PKI-587、WYE-354等）在PI3K/Akt/mTOR信号通路中可能有多种作用靶点，从而双重甚至多重地抑制该通路，显而易见这样的药物具有极大的治疗效率，目前如上所述药物均已进入临床研究。

6.结语与展望

上文回顾了近年来对于PI3K/Akt/mTOR通路以及热门的一些mTOR抑制的研究进展。目前，mTOR作为一个已被证实与肿瘤息息相关的信号通路越来越受关注，尽管尚有许多机制不为人知。但关于已知的效应分子的抑制剂的研究，已有许多在临床上取得了不错的效果。因此，进一步研究该通路影响肿瘤增殖、生长、代谢、迁移的机制，寻找可能的标志物，研制相关的药物，并筛选出敏感的肿瘤，对整个肿瘤靶向治疗的进步，以及改善患者的预后有极其积极的意义。

【参考文献】

[1]ForbesSA,BeareD,GunasekaranP,etal.COSMIC:exploringtheworld’sknowledgeofsomaticmutationsinhumancancer.NucleicAcidsRes.2014;gku1075.

[2]BallNJ,YohnJJ,MorelliJG,etal.Rasmutationsinhumanmelanoma:amarkerofmalignantprogression.JInvestDermatol.1994;102:285-290.