PI3K/Akt信號通路在腫瘤研究中的進展

2014-03-22 16:27:43李建周懷君

東南大學學報(醫學版) 2014年3期

李建，周懷君

(1.東南大學醫學院,江蘇南京 210009; 2.南京大學附屬鼓樓醫院婦產科,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)信號通路在腫瘤的發生、發展過程中發揮重要作用。該通路中相關基因和分子異常表達所致的功能獲得或缺失能夠引起腫瘤細胞增殖、凋亡及侵襲的異常。近年來的研究發現PI3K/Akt信號通路在多種腫瘤組織中過度表達和活化,針對該信號通路的靶向抑制劑已進入臨床研究階段,為腫瘤的基因治療、抗腫瘤藥物的研發提供新的方向。

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的激酶,廣泛存在于細胞中,能被多種因子(PDGF、EGF、IGF等)激活,促進細胞的增殖、分化、黏附及遷移,抑制細胞的凋亡。根據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行為相關的研究主要集中在PI3K ⅠA型。PI3K ⅠA型又由p85α/β/γ調節亞基及p110α/β/δ/γ催化亞基異二聚體構成。其中PI3K p85α和p110β是PI3K ⅠA型中表達量最多的亞基[2]。

PI3K通過p85α的SH2區與上游酪氨酸受體激酶結合,引起p85α/p110β二聚體構象改變而被激活;此外,還可以通過Ras和p110β直接結合導致PI3K的活化[3],或者通過p110β直接與G蛋白偶聯受體結合而被激活[4]。PI3K一旦被激活,其活化底物PIP2、PIP3作為第二信使,結合并激活多種細胞內的靶蛋白,形成一個信號級聯復合物,通過磷酸化激活Akt,最終調節細胞的增殖、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胞內的同源物,是PI3K/Akt信號轉導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,多種生長因子、激素、細胞因子、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位點激活Akt。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的配體存在于細胞膜上,募集Akt[5]。Akt被募集到細胞膜上后,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的轉化發生逆轉,維持細胞內較低水平的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,從而影響細胞的增殖、分化、轉移和凋亡。此外,也有研究證實,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- 鈣調蛋白激酶直接磷酸化Akt的Thr308位點導致其活化;環磷酸腺苷可通過PKA激活Akt,此過程僅需要Thr308位點的磷酸化,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、炎癥等調控通路。研究顯示,活化的Akt可調控多個與細胞凋亡有關的家族,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)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、cAMP反應原件綁定蛋白(CREB)、大鼠肉瘤蛋白(Raf)、B淋巴細胞瘤- 2基因(Bcl- 2)家族、糖原合成酶3(GSK3)、叉頭轉錄因子和S6蛋白激酶等,從而參與腫瘤細胞生物學行為的調控,PI3K/Akt通路的持續活化與腫瘤的發生發展密切相關[8- 10]。通過抑制腫瘤細胞的凋亡發揮作用,相關研究亦吸引眾多學者致力于此類研究。Song等[11]發現,Bad蛋白主要通過與Bcl- 2或Bcl- xl形成二聚體,從而發揮促凋亡作用,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]則發現,Akt可以磷酸化Bax等Bcl- 2家族成員,從而抑制腫瘤細胞的凋亡。另外有研究報道,促凋亡相關因子caspase- 9、叉頭轉錄因子等有抑制腫瘤細胞凋亡的作用,而活化的Akt可以通過磷酸化caspase- 9和叉頭轉錄因子mTOR等從而使其失活,進而發揮抗腫瘤細胞凋亡作用[13- 15]。

3 PI3K/Akt信號通路在腫瘤中的表達

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

目前研究證實PI3K/Akt信號通路在多種腫瘤中表達異常,且與腫瘤的轉移、預后等密切相關。此外,PI3K/Akt信號通路還與腫瘤的耐藥性有關。張勁遠等[25]研究發現,PI3K- AKT信號通路可能通過促進人大腸癌hct- 8/FU耐藥細胞P- 糖蛋白(P- GP)的表達,增加其對5- FU的耐藥性,降低腫瘤細胞對藥物的敏感性。可見PI3K/Akt信號通路在腫瘤發生、發展及治療過程中發揮重要作用,因此,靶向該信號通路的研究越來越多,多種PI3K/Akt信號通路抑制劑應運而生。

4 PI3K/Akt信號通路抑制劑與腫瘤

PI3K/Akt信號通路在抑制腫瘤細胞凋亡，促進腫瘤細胞生長，調節細胞周期及腫瘤的血管生成、侵襲及轉移方面發揮重要作用,與腫瘤的生長、血管生成、患者的預后及治療密切相關。目前靶向PI3K/Akt信號通路各節點的抑制劑及藥物吸引了眾多學者的關注,相關機制及療效方面的研究成為熱點,PI3K/Akt信號通路抑制劑有較好的臨床應用前景。

PI3Kp85α、p110β亞基以及下游的相關分子作為PI3K/Akt信號轉導途徑中重要的成員,阻斷PI3K的亞基可作為阻斷該信號通路的一個重要決策。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催化亞基結合而不可逆地抑制PI3K;LY294002則可競爭地、不可逆地抑制PI3K的ATP結合位點,抑制PI3K活性,從而抑制Akt的磷酸化,促進腫瘤細胞的凋亡,抑制其生長。最近,Leung等[26- 27]發現抑制劑NVP- BZ235能共同靶向作用于腎細胞癌細胞株以及乳腺癌MCF- 7細胞株的PI3K/Akt信號通路中的PI3Kp110α和mTOR兩種分子,其抑瘤效果比單一LY294002好。Ohtat等[28]發現,接種人卵巢癌細胞的裸鼠,經PI3K特異性抑制劑處理后,不僅能直接促進腫瘤細胞的凋亡,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生,且抑制PI3K/Akt信號通路對腫瘤的化療有一定的作用。

此外,靶向PI3K調節亞基p85的結構域(包括SH2、SH3結構域等)的特異性抑制劑PI3K- SH2- OMT多肽制劑及LV- 1的報道雖然較少,但其亦有較好的腫瘤抑制作用[29- 30]。除此之外,PI103、GSK2126458等許多同時靶向PI3K和mTOR的藥物正處于Ⅰ期臨床試驗中。應用PI3Kp85αsiRNA技術轉染人乳腺癌細胞系MCF- 7細胞、卵巢癌細胞、大腸癌細胞,發現其可抑制腫瘤細胞增殖和誘導細胞凋亡。此外,也有學者研究發現,漆樹黃酮、異黃體酮等靶向調節PI3K/Akt及其下游信號通路,單獨或與臨床化療藥物聯合使用,能有效地控制黑色素瘤及前列腺癌等腫瘤的生長[31- 32]。

目前關于靶向PI3K/Akt的抗腫瘤藥物單獨或聯合其他藥物在腫瘤治療方面的研究已經展開,相關臨床試驗也在進行,其臨床抗腫瘤作用有待進一步的證實,但針對PI3K/Akt信號通路的靶向藥物的研發,為腫瘤患者帶來了福音。

5 結語

綜綜上所述,PI3K/Akt信號通路在腫瘤的發生、發展過程中發揮至關重要的作用。上游分子與PI3K的調節亞基p85α結合,解除對催化亞基p110β的抑制作用,從而激活PI3K?；罨腜I3K在PDK1及PDK2作用下激活Akt,Akt作用于下游分子,調控腫瘤細胞的增殖、凋亡。應用siRNA技術及相應拮抗劑,可以抑制這一過程中多個分子的表達,從而阻斷這一通路,達到抑制腫瘤生長的目的。目前,分子靶向治療是腫瘤治療中新的研究和應用熱點,隨著對PI3K/Akt信號通路研究的深入,著眼于該信號通路的靶向治療也吸引了研究者的極大興趣?？梢灶A見,以PI3K/Akt信號節點為治療靶點的藥物開發將會為腫瘤的治療提供新的思路和方法,多節點的靶向聯合治療則會有更廣闊的研究空間。

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