PI3K/Akt信號(hào)通路在腫瘤研究中的進(jìn)展

李建，周懷君

(1.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院,江蘇 南京 210009; 2.南京大學(xué)附屬鼓樓醫(yī)院 婦產(chǎn)科,江蘇 南京 210008)

磷酯酰肌醇- 3激酶/蛋白激酶B(Phosphatidylinositol 3- kinase/Protein Kinase B,PI3K/Akt)信號(hào)通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。該通路中相關(guān)基因和分子異常表達(dá)所致的功能獲得或缺失能夠引起腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡及侵襲的異常。近年來的研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt信號(hào)通路在多種腫瘤組織中過度表達(dá)和活化,針對(duì)該信號(hào)通路的靶向抑制劑已進(jìn)入臨床研究階段,為腫瘤的基因治療、抗腫瘤藥物的研發(fā)提供新的方向。

1 磷酯酰肌醇- 3激酶(phosphatidylinositol 3- kinase,PI3K)

PI3K家族是一類特異性催化磷酯酰肌醇脂物質(zhì)的激酶,廣泛存在于細(xì)胞中,能被多種因子(PDGF、EGF、IGF等)激活,促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化、黏附及遷移,抑制細(xì)胞的凋亡。根據(jù)PI3K的催化亞單位及其作用底物的不同,PI3K分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型[1],其中Ⅰ型又分為ⅠA和ⅠB兩型,目前PI3K眾多亞型與腫瘤生物學(xué)行為相關(guān)的研究主要集中在PI3K ⅠA型。PI3K ⅠA型又由p85α/β/γ調(diào)節(jié)亞基及p110α/β/δ/γ催化亞基異二聚體構(gòu)成。其中PI3K p85α和p110β是PI3K ⅠA型中表達(dá)量最多的亞基[2]。

PI3K通過p85α的SH2區(qū)與上游酪氨酸受體激酶結(jié)合,引起p85α/p110β二聚體構(gòu)象改變而被激活;此外,還可以通過Ras和p110β直接結(jié)合導(dǎo)致PI3K的活化[3],或者通過p110β直接與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合而被激活[4]。PI3K一旦被激活,其活化底物PIP2、PIP3作為第二信使,結(jié)合并激活多種細(xì)胞內(nèi)的靶蛋白,形成一個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)復(fù)合物,通過磷酸化激活A(yù)kt,最終調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化及遷移等。

2 蛋白激酶B(Protein Kinase B,PKB)

PKB又稱Akt,是致小鼠白血病的病毒癌基因v- Akt所編碼的癌蛋白在正常細(xì)胞內(nèi)的同源物,是PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中重要的蛋白激酶,為PI3K下游的靶分子之一。Akt是一種Ser/Thr蛋白,多種生長(zhǎng)因子、激素、細(xì)胞因子、PTEN的失活和Ras的激活等均可刺激Akt的活化。PI3K通過磷酸化Thr308和Ser473位點(diǎn)激活A(yù)kt。具體過程如下：上游分子激活PI3K,活化的PI3K催化3位上的PI(4)P和PI(4,5)P2磷酸化,分別轉(zhuǎn)變成PI(3,4)P2與PI(3,4,5)P3,后兩者作為Akt的配體存在于細(xì)胞膜上,募集Akt[5]。Akt被募集到細(xì)胞膜上后,可直接被PI(3,4)P2激活;而PI(3,4,5)P3則是激活磷脂酰肌醇依賴性激酶- I(PDK- 1),PDK1使Akt的Thr308磷酸化,在PDK- 2的存在下,Akt的Ser473再被磷酸化從而完全被激活。抑癌基因PTEN則是使PI3K/Akt途徑中PI(4,5)P向PI(3,4,5)P的轉(zhuǎn)化發(fā)生逆轉(zhuǎn),維持細(xì)胞內(nèi)較低水平的PI(3,4,5)P濃度,從而抑制Akt的磷酸化,阻斷Akt及其下游激酶的活化,從而影響細(xì)胞的增殖、分化、轉(zhuǎn)移和凋亡。此外,也有研究證實(shí),Akt被激活的途徑也可不依賴于PI3K,胰島素等刺激因子可通過激活鈣- 鈣調(diào)蛋白激酶直接磷酸化Akt的Thr308位點(diǎn)導(dǎo)致其活化;環(huán)磷酸腺苷可通過PKA激活A(yù)kt,此過程僅需要Thr308位點(diǎn)的磷酸化,并不需要激活PI3K[6- 7]。磷酸化的Akt激活其下游分子,參與腫瘤、炎癥等調(diào)控通路。研究顯示,活化的Akt可調(diào)控多個(gè)與細(xì)胞凋亡有關(guān)的家族,如促凋亡基因(Bad)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶- 9(caspase- 9)前體、I- KB激酶(IKK)、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、cAMP反應(yīng)原件綁定蛋白(CREB)、大鼠肉瘤蛋白(Raf)、B淋巴細(xì)胞瘤- 2基因(Bcl- 2)家族、糖原合成酶3(GSK3)、叉頭轉(zhuǎn)錄因子和S6蛋白激酶等,從而參與腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為的調(diào)控,PI3K/Akt通路的持續(xù)活化與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[8- 10]。通過抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡發(fā)揮作用,相關(guān)研究亦吸引眾多學(xué)者致力于此類研究。Song等[11]發(fā)現(xiàn),Bad蛋白主要通過與Bcl- 2或Bcl- xl形成二聚體,從而發(fā)揮促凋亡作用,而活化的Akt通過磷酸化作用使Bad與其伴侶蛋白14- 3- 3蛋白相互結(jié)合,從而阻斷Bad與Bcl- 2或Bcl- xl形成二聚體,使Bad喪失促凋亡作用。Xin等[12]則發(fā)現(xiàn),Akt可以磷酸化Bax等Bcl- 2家族成員,從而抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡。另外有研究報(bào)道,促凋亡相關(guān)因子caspase- 9、叉頭轉(zhuǎn)錄因子等有抑制腫瘤細(xì)胞凋亡的作用,而活化的Akt可以通過磷酸化caspase- 9和叉頭轉(zhuǎn)錄因子mTOR等從而使其失活,進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤細(xì)胞凋亡作用[13- 15]。

3 PI3K/Akt信號(hào)通路在腫瘤中的表達(dá)

PI3K/Akt信號(hào)通路在大多數(shù)惡性腫瘤中的表達(dá)都發(fā)生了改變。近年來的研究發(fā)現(xiàn)在多種腫瘤組織如卵巢癌、結(jié)直腸癌、淋巴瘤、胰腺癌、非小細(xì)胞肺癌、淋巴瘤及胃癌等中都有PI3K/Akt的過度表達(dá)和活化[6- 21]。Zhang等[22]通過免疫組化和熒光定量檢測(cè)53例小腸腺癌及11例正常組織發(fā)現(xiàn),小腸腺癌中PI3K/Akt信號(hào)通路高度活化,提示PI3K/Akt信號(hào)通路可以作為臨床潛在治療靶點(diǎn)。Yothaisong等[23]則發(fā)現(xiàn),在膽管上皮癌中PI3K/Akt信號(hào)通路過度活化,且PI3Kp85α、mTOR的表達(dá)與腫瘤的轉(zhuǎn)移能力呈正相關(guān),Akt、mTOR磷酸化抑制劑NVP- BEZ235能顯著抑制膽管上皮癌細(xì)胞株的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移,這提示PI3K/Akt信號(hào)通路抑制劑有潛在抑制腫瘤生長(zhǎng)的能力。Uegak等[24]研究發(fā)現(xiàn),Akt磷酸化及PTEN缺失與子宮內(nèi)膜癌發(fā)生有關(guān),PTEN陰性、p- Akt水平升高的子宮內(nèi)膜癌患者預(yù)后較差,生存率顯著低于PTEN陽性的子宮內(nèi)膜癌患者,提示PTEN/Akt的表達(dá)水平是判斷子宮內(nèi)膜癌預(yù)后一個(gè)重要因子。另一方面,該研究也證實(shí),Akt的磷酸化水平與子宮內(nèi)膜癌的病理分期、組織學(xué)分級(jí)、肌層浸潤(rùn)深度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān),這提示Akt的磷酸化可能與子宮內(nèi)膜癌的進(jìn)展有關(guān)。

目前研究證實(shí)PI3K/Akt信號(hào)通路在多種腫瘤中表達(dá)異常,且與腫瘤的轉(zhuǎn)移、預(yù)后等密切相關(guān)。此外,PI3K/Akt信號(hào)通路還與腫瘤的耐藥性有關(guān)。張勁遠(yuǎn)等[25]研究發(fā)現(xiàn),PI3K- AKT信號(hào)通路可能通過促進(jìn)人大腸癌hct- 8/FU耐藥細(xì)胞P- 糖蛋白(P- GP)的表達(dá),增加其對(duì)5- FU的耐藥性,降低腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性?？梢奝I3K/Akt信號(hào)通路在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及治療過程中發(fā)揮重要作用,因此,靶向該信號(hào)通路的研究越來越多,多種PI3K/Akt信號(hào)通路抑制劑應(yīng)運(yùn)而生。

4 PI3K/Akt信號(hào)通路抑制劑與腫瘤

PI3K/Akt信號(hào)通路在抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及腫瘤的血管生成、侵襲及轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮重要作用,與腫瘤的生長(zhǎng)、血管生成、患者的預(yù)后及治療密切相關(guān)。目前靶向PI3K/Akt信號(hào)通路各節(jié)點(diǎn)的抑制劑及藥物吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注,相關(guān)機(jī)制及療效方面的研究成為熱點(diǎn),PI3K/Akt信號(hào)通路抑制劑有較好的臨床應(yīng)用前景。

PI3Kp85α、p110β亞基以及下游的相關(guān)分子作為PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中重要的成員,阻斷PI3K的亞基可作為阻斷該信號(hào)通路的一個(gè)重要決策。PI3K的特異性抑制劑Wortmannin、LY294002可拮抗PDK活性從而阻斷Akt的活化。Wortmannin作為高選擇性的PI3K抑制劑,與P110β催化亞基結(jié)合而不可逆地抑制PI3K;LY294002則可競(jìng)爭(zhēng)地、不可逆地抑制PI3K的ATP結(jié)合位點(diǎn),抑制PI3K活性,從而抑制Akt的磷酸化,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡,抑制其生長(zhǎng)。最近,Leung等[26- 27]發(fā)現(xiàn)抑制劑NVP- BZ235能共同靶向作用于腎細(xì)胞癌細(xì)胞株以及乳腺癌MCF- 7細(xì)胞株的PI3K/Akt信號(hào)通路中的PI3Kp110α和mTOR兩種分子,其抑瘤效果比單一LY294002好。Ohtat等[28]發(fā)現(xiàn),接種人卵巢癌細(xì)胞的裸鼠,經(jīng)PI3K特異性抑制劑處理后,不僅能直接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡,而且能提高順鉑的化療療效,提示PI3K/Akt通路參與卵巢癌的發(fā)生,且抑制PI3K/Akt信號(hào)通路對(duì)腫瘤的化療有一定的作用。

此外,靶向PI3K調(diào)節(jié)亞基p85的結(jié)構(gòu)域(包括SH2、SH3結(jié)構(gòu)域等)的特異性抑制劑PI3K- SH2- OMT多肽制劑及LV- 1的報(bào)道雖然較少,但其亦有較好的腫瘤抑制作用[29- 30]。除此之外,PI103、GSK2126458等許多同時(shí)靶向PI3K和mTOR的藥物正處于Ⅰ期臨床試驗(yàn)中。應(yīng)用PI3Kp85αsiRNA技術(shù)轉(zhuǎn)染人乳腺癌細(xì)胞系MCF- 7細(xì)胞、卵巢癌細(xì)胞、大腸癌細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)其可抑制腫瘤細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外,也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),漆樹黃酮、異黃體酮等靶向調(diào)節(jié)PI3K/Akt及其下游信號(hào)通路,單獨(dú)或與臨床化療藥物聯(lián)合使用,能有效地控制黑色素瘤及前列腺癌等腫瘤的生長(zhǎng)[31- 32]。

目前關(guān)于靶向PI3K/Akt的抗腫瘤藥物單獨(dú)或聯(lián)合其他藥物在腫瘤治療方面的研究已經(jīng)展開,相關(guān)臨床試驗(yàn)也在進(jìn)行,其臨床抗腫瘤作用有待進(jìn)一步的證實(shí),但針對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路的靶向藥物的研發(fā),為腫瘤患者帶來了福音。

5 結(jié) 語

綜綜上所述,PI3K/Akt信號(hào)通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。上游分子與PI3K的調(diào)節(jié)亞基p85α結(jié)合,解除對(duì)催化亞基p110β的抑制作用,從而激活PI3K。活化的PI3K在PDK1及PDK2作用下激活A(yù)kt,Akt作用于下游分子,調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡。應(yīng)用siRNA技術(shù)及相應(yīng)拮抗劑,可以抑制這一過程中多個(gè)分子的表達(dá),從而阻斷這一通路,達(dá)到抑制腫瘤生長(zhǎng)的目的。目前,分子靶向治療是腫瘤治療中新的研究和應(yīng)用熱點(diǎn),隨著對(duì)PI3K/Akt信號(hào)通路研究的深入,著眼于該信號(hào)通路的靶向治療也吸引了研究者的極大興趣。可以預(yù)見,以PI3K/Akt信號(hào)節(jié)點(diǎn)為治療靶點(diǎn)的藥物開發(fā)將會(huì)為腫瘤的治療提供新的思路和方法,多節(jié)點(diǎn)的靶向聯(lián)合治療則會(huì)有更廣闊的研究空間。

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