PI3K/Akt/mTOR信號傳導通路與前列腺癌關系的研究進展

賈艷菊，季 暉

中國藥科大學藥理學教研室,南京 211198

PI3K/Akt/mTOR信號傳導通路與前列腺癌關系的研究進展

賈艷菊，季 暉*

中國藥科大學藥理學教研室,南京 211198

前列腺癌是威脅中老年男性健康的常見腫瘤，成為男性癌癥死因的第二位。PI3K/Akt/mTOR信號通路能夠通過維持細胞生存、抑制細胞凋亡、促進細胞周期運行及血管生成等促進前列腺癌病程發展。本文綜合國內外文獻，闡述PI3K/Akt/mTOR信號通路在前列腺癌發生發展中的作用以及和通路相關的藥物治療進展。

前列腺癌；PI3K；Akt；mTOR；靶向治療

前列腺癌是男性泌尿生殖系統最常見的惡性腫瘤，在全世界范圍內，每年有90多萬確診病例，約26萬人死于前列腺癌，且死亡率正以每年2%的驚人速度遞增。前列腺癌發病率在世界范圍內的地域分布具有顯著差異，發病率最高地區約為最低地區的25倍。中國是前列腺癌發病及死亡率較低的國家之一，但隨著我國人口老齡化加劇，生活方式及飲食結構逐漸西化，導致我國前列腺癌的發病率在近年來呈現持續快速增長趨勢，超過膀胱癌，成為我國男性泌尿生殖系統發病率最高的腫瘤[1]。

臨床診斷前列腺癌主要依靠直腸指診、血清PSA（prostate specific antigen）、經直腸前列腺超聲和盆腔MRI（magnetic resonance imaging）檢查，CT對前列腺癌早期診斷的敏感性低于MRI[2]。其中，血清PSA是國內外應用最為廣泛的前列腺癌篩查和前列腺癌治療效果評價的指標。PSA是一種由前列腺上皮細胞分泌的單鏈糖蛋白，與前列腺癌病理分級呈正相關[3]。

由于進行早期前列腺癌檢測的患者人群有限，大多患者就診時己失去進行根治性手術的機會。對于此類患者目前多采用全雄激素阻斷（去勢+抗雄激素藥物）等內分泌治療，可緩解癥狀，降低血清PSA水平。但在治療過程中起先對內分泌治療有效的雄激素依賴性前列腺癌細胞也會慢慢的轉變成雄激素非依賴性的細胞，每年大約50%的患者會發生演變，而雄激素非依賴性前列腺癌（AIPCa，Androgen indepen-dent prostate cancer）的腫瘤細胞對內分泌治療無效或效果較差，從而導致內分泌治療失敗。對雄激素非依賴性前列腺癌目前尚缺乏持續有效的治療方法，因而發展推廣治療AIPCa的有效方法勢在必行，由于前列腺癌的發病機制與PI3K/Akt/mTOR通路密切相關，所以該通路相關治療有望成為治療AIPCa的有力手段。

1 PI3K/Akt/mTOR通路在前列腺癌發生發展中的作用

由磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（Akt，也稱為PKB）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）組成的PI3K-Akt-mTOR通路作為細胞內非常重要的信號轉導途徑。如圖1所示，當接受外來信號后，PI3K即被募集到鄰近質膜的部位，將底物3，4-磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）磷酸化為3，4，5-磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）。PIP3可以使Akt從細胞質轉移到細胞膜上，促使PDK1磷酸化Akt蛋白的Thr308端，導致Akt的活化。激活后的Akt通過抑制結節性腦硬化復合物TSC-1和TSC-2形成的二聚體復合物，激活其下游的雷帕霉素靶蛋白受體mTOR（mammalian target of rapamycin）。活化后的Akt、mTOR均可通過下游多種途徑使前列腺癌細胞免于凋亡，促進癌細胞生存[4]。

1.1 抑制前列腺癌細胞凋亡、促進細胞存活

Akt可調控多個與細胞凋亡有關的蛋白家族，從而抑制細胞凋亡。例如可以抑制促凋亡蛋白BAD的活性，Bad是Bcl-2家族成員之一，分布于線粒體外膜在細胞凋亡的調控上發揮重要作用。當Akt未活化時，Bad可與Bcl-2或Bcl-xL形成復合體而表現促凋亡活性。活化的Akt磷酸化Bad絲氨酸位點，從而阻斷Bad與Bcl-2/或Bcl-xL形成二聚體，阻止Bad發揮促細胞凋亡作用；將叉頭轉錄因子FKHR（forkhead rhabdomyosarcoma transcription factor）磷酸化，FKHR從細胞核轉移到胞質中，與細胞質內核伴侶蛋白（Chaperone）14-3-3蛋白結合并滯留于胞質中，不能進入核內啟動促凋亡基因的表達；Akt能結合MDM2并磷酸化其位點，誘導上調泛素連接酶的活性，進而促進p53的失活或降解，阻斷p53介導的促凋亡轉錄反應該通路，還可下調Fas配體（FasL）誘導的凋亡過程；Akt也能通過磷酸化 mTOR及其下游分子P70S6K、4E-BP1下傳生存信號，抑制不依賴p53的細胞凋亡，促進細胞生存[5]。

1.2 促進前列腺癌細胞周期運行

活化的Akt使p21WAF1磷酸化，p21WAF1磷酸化后不能在細胞核內定位,影響對細胞核內細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶（CDK）的抑制,不能使p21WAF1介導的細胞周期中止,促進細胞周期進行。PI3K可通過Akt、mTOR將有絲分裂信號傳遞給p70S6K，使細胞周期主要蛋白如細胞周期素（cyclin）、細胞周期依賴性蛋白激酶翻譯上調，促進G1期進展,使細胞周期加速。PI3K/Akt通路還可能參與調控G2/M期轉變。Akt活化可以使細胞越過不依賴p53的G2/M期檢查點，逃逸DNA損傷誘發的凋亡[6]。因此Akt的活化類似于p53失活,可以消除細胞周期檢查點，促進細胞周期加速。

圖1 PI3K/Akt/mTOR信號傳導通路

1.3 促進血管形成

在前列腺癌中，42%的原發腫瘤及100%的腫瘤轉移灶中均出現PI3K/Akt/mTOR傳導通路中關鍵信號分子PTEN的突變。PTEN （Phoshatase and tensin homologue deletedon chromosome 10）基因是一個抑癌基因,位于人類第10號染色體上。主要作用底物是PIP3磷酸酶，對PIP3進行3位脫磷酸，喪失其功能。PTEN可使PIP3去磷酸化而減弱來自PI3K的激活信號，間接抑制Akt的功能，達到抑制細胞增殖和促進細胞凋亡的作用[7]。PTEN基因功能失常使得血管內皮生長因子VEGF（vascular endothelial growth factor）表達增加，從而引起腫瘤組織微血管密度增加；活化的Akt能提高低氧誘導因子-1a（HIF-1a）和它的轉錄靶基因VEGF的表達，使內皮細胞遷移形成新生血管，增加腫瘤細胞的血供；Akt作用于內皮細胞促進血管生成。內皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的主要功能是穩定血壓、重建血管和血管生成，Akt還能使eNOS磷酸化產生NO，促進血管生成。

1.4 促進前列腺腫瘤的侵襲和轉移

PI3K/AKt/mTOR通路與基質金屬蛋白酶（MMP）的表達有關，可以上調MMP-2（基質金屬蛋白酶-2）mRNA和蛋白質的表達。后者降解細胞外基質，在前列腺癌中參與腫瘤表皮細胞向間質細胞的轉移過程[8]。p70S6K作為mTOR的下游蛋白之一，活化后可促進肌動蛋白的細絲重構，促進細胞運動。Akt磷酸化糖原合成酶激酶GSK，拮抗人β連環蛋白/聯蛋白β-CAT的降解，胞漿中β-CAT積聚使其濃度增高，下調E-鈣黏素表達，細胞間的黏附減少，增加了腫瘤細胞的運動性和侵襲性。

2 PI3K/Akt/mTOR通路在治療前列腺癌中的應用

該條通路中多個分子的抑制劑都能夠抑制腫瘤細胞的增長，大量靶向的PI3K／Akt／mTOR信號傳導通路的藥物不僅誘導腫瘤細胞凋亡，還可通過抑制腫瘤血管生成等途徑而起效，該條通路的藥物可以分為PI3K抑制劑、mTOR抑制劑、Akt抑制劑和雙重抑制劑等等。

2.1 PI3K抑制劑

Maira等[9]的研究發現，PI3K抑制劑 GDC-0941和BKM120可以抑制雄激素非依賴型的前列腺癌細胞PC-3的增殖，且對裸鼠實驗性移植瘤PC-3M有顯著的生長抑制作用。BKM120的1期臨床結果顯示，該藥最大耐受量是100 mg·d-1，應用該藥常伴有惡心、腹瀉、皮疹、抑郁、情緒波動、疲勞等副作用。該藥在神經方面的不良反應提示BKM120可以透過血腦屏障，抑制腦內的PI3K/Akt/mTOR通路，這類不良反應是可逆的。因此，應用PI3K抑制劑時應該嚴密監視患者的精神狀態。其他的 PI3K抑制劑包括 GDC-0941、SAR245408和不可逆的PI3K抑制劑PX-866在晚期前列腺癌中具有初步的抗腫瘤活性，且耐受性良好。

2.2 AKT抑制劑

作為重要的中心信號分子，Akt長期以來都被視為治療癌癥的抑制劑的重要靶點，但由于Akt和其他激酶的同源性，選擇性Akt抑制劑的篩選變得極其困難。Akt抑制劑派立福辛可以下調Akt的磷酸化水平，上調抑癌基因p21的表達，從而抑制腫瘤細胞生長，促進癌細胞凋亡。派立福辛可以誘導PC-3和PTEN缺陷型前列腺癌細胞LNCaP的細胞周期阻滯[10]。盡管在早期的臨床實驗中，派立福辛表現出較好的安全性（患者僅出現惡心、嘔吐、腹瀉和疲勞等常見不良反應），但在去勢抵抗性的前列腺癌患者中未見放射成像檢查和血清PSA水平方面的變化。目前發現競爭ATP的選擇性Akt抑制劑如GSK6-90693和GDC-0068在前列腺癌細胞移植瘤中顯示出較好的生長抑制作用[11]。

2.3 mTOR抑制劑

mTOR抑制劑雷帕霉素和它同類型藥物如伊維莫司、替西羅莫司和地磷莫司都是最早應用于臨床的mTOR受體抑制劑[12]。替西羅莫司在體內和體外實驗中均呈劑量依賴性的抑制DU-145和PC-3前列腺癌細胞生長，并能治療對多柔比星抵抗的前列腺癌，且與多柔比星合并用藥后，增強其抗癌活性。伊維莫司能夠抑制前列腺癌細胞的增殖，并能在Akt-1轉基因小鼠中通過低氧誘導因子HIF-1a依賴性途徑，逆轉前列腺上皮內瘤變PIN（prostatic intraepithelial neo-plasia），促進瘤變的自然轉歸，且可以增強前列腺癌放射治療的敏感性。

在臨床前研究中發現，早期的mTOR受體抑制劑均可抑制小鼠前列腺上皮瘤的形成，降低體內Akt過表達，并可抑制裸小鼠異種移植瘤PC-3和DU145的生長。

雷帕霉素同類型的藥物在治療轉移性腎臟癌和胰腺癌中顯示了良好的療效，但是在治療去勢抵抗性的前列腺癌中，應用雷帕霉素的同類型藥物在臨床癥狀、放射檢測、血清PSA水平和疾病惡化時程（2～3個月）方面，均沒有顯著改善[13]。此外，藥效學研究顯示，在手術摘除局部性高風險的前列腺腫瘤前，給予病人雷帕霉素治療，70PS6K的表達減少，但在抑制腫瘤細胞增殖、促進細胞凋亡以及PSA水平方面未見變化，造成上述現象的相關機制尚在研究中。

2.4 新型雙重抑制劑

許多小分子化合物可以同時作用于兩個靶點，具有用藥劑量小，效價高的特點。BEZ235呈現劑量依賴性的抑制PI3K和mTOR信號分子的活性，且無論PTEN基因是否表達，均能抑制PC3和DU145兩類細胞增殖。在對異種移植瘤PC-3的裸鼠進行放射治療前給予BEZ235可以增強放射治療的效果。此外，在組織常氧或低氧的情況下，BEZ235均能同時抑制PI3K、mTOR的活性，且可增敏以上兩類前列腺癌細胞的放射治療，其放射增敏的效果與γH2AX聚焦修復作用的減弱和將腫瘤細胞阻滯在G2/M期有關[14]。

非瑟酮可抑制PI3K及Akt的活性，也可抑制mTOR的活性下調其下游信號p70S6K1、eIF-4E和4E-BP1的表達。非瑟酮是一種可食用的黃酮類化合物，在西紅柿、洋蔥、橙子、蘋果、桃、葡萄、獼猴桃和柿子中均含有非瑟酮。Adhamid等[15]的研究發現，非瑟酮可以促進前列腺癌細胞LNCaP、CWR22Rν1和PC-3的凋亡，但對正常的前列腺上皮細胞幾無影響。同時，對未做手術閹割的異種移植CWR22ν1的裸小鼠給予非瑟酮治療，發現腫瘤體積減小，PSA水平下降。非瑟酮通過下調mTOR復合體的組成分子aptor、Rictor、PRAS40等的水平，抑制mTOR1復合體的形成，增強細胞自噬，干擾營養因子諸如氨基酸、生長因子的生成，從而抑制腫瘤細胞的生長。非瑟酮本身毒性小，活性高，因此可單獨用藥或作為其他傳統化療藥物的佐藥，在治療前列腺癌中頗具前景。

3 與PI3K/Akt/mTOR通路相關的前列腺癌治療方法

3.1 與抗雄激素類藥物聯合用藥

雄激素通過與前列腺細胞內雄激素受體AR結合調節細胞的生長、分化、凋亡。雄激素受體屬于類固醇核受體家族具有轉錄因子活性，作為前列腺癌診斷的重要指標的PSA便是其目的基因之一，大多數前列腺癌，無論是原發腫瘤還是轉移灶，低級別的還是高級別的，還是在雄激素非依賴性前列腺癌的細胞核內都會陽性表達雄激素受體[16]。

PI3K/Akt/mTOR通路和雄激素受體的相互作用與前列腺癌的發生、進展及前列腺癌向雄激素非依賴性轉變密切相關。如果抑制PI3K通路則會激活下游的受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases），AR受體會被活化。反之，如果AR受體活性抑制，就會降低FKBP5（FK506 binding proteins 5）水平，從而減弱PHLPP（PH domain leucine rich repeat protein phosphatase）特異性地使Akt C末端的疏水基團去磷酸化的能力，增強Akt的活性和表達水平。這兩條通路相互之間的負反饋，即抑制一條通路就會激活另外一條，保證了腫瘤細胞的存活、促進腫瘤的生長。上述反饋機制為臨床上的聯合用藥提供了理論基礎。

Thomas C[17]發現Akt抑制劑AZD5363在抑制去勢抵抗性的腫瘤生長和穩定PSA水平的方面都是暫時的，在治療30天后，可出現藥物抵抗，且PSA水平會升高。AZD5363和雄激素受體抑制劑比卡魯胺聯合用藥后，對于抑制腫瘤細胞活性起到協同作用，且在去勢抵抗型的前列腺癌體內實驗中可以延緩腫瘤細胞轉移時程，穩定血清中的PSA水平。此外，PI3K抑制劑BEZ235和雄激素受體抑制劑恩雜魯胺聯用可以顯著抑制LNCaP細胞的生長，促進細胞凋亡。

3.2 與其他化療藥物聯合用藥

目前證實，多烯紫杉醇可抑制PI3K/Akt/mTOR通路的激活，Morikawa等[18]的研究發現，將PI3K/Akt/mTOR通路的抑制劑和多烯紫杉醇聯合用藥會提高臨床前多種動物模型的抗癌效果。mTOR抑制劑依維莫司和多烯紫杉醇聯合用藥治療去勢抵抗性的前列腺癌的臨床1期和2期試驗已經完成，結果顯示兩者聯合用藥取得了良好的抗癌效果，同時PI3K抑制劑BKM120與紫杉醇聯合用藥對前列腺癌晚期治療的臨床1期試驗正在進行。

在對前列腺癌的天然產物研究中，本課題組發現五環三萜類化合物齊墩果酸衍生物具有良好的抗氧化、抗炎以及抗腫瘤活性。CDDO是抗腫瘤作用較強的齊墩果烷三萜類化合物，CDDO的甲酯為CDDO-Me，該藥已于2007年10月被美國FDA批準進入2期臨床研究，用于黑色素瘤和胰腺癌的治療。

本課題組對抗腫瘤活性較強的齊墩果酸衍生物CDDOMe進行結構改造，通過體外初篩試驗最終得到抗腫瘤活性較好的化合物10 h，運用CCK-8法，測定10 h對體外培養腫瘤細胞的抑制率證實了新合成的五環三萜類化合物10 h，具有廣譜的體外抗腫瘤作用，且在一定的濃度范圍內，10 h可以選擇性的抑制腫瘤細胞增殖，而對正常細胞的抗增殖作用較弱。探究其機制發現10 h通過PI3K/AKT/mTOR信號通路誘導前列腺癌DU-145細胞的凋亡。10 h還可以顯著延長前列腺癌荷瘤DU-145裸小鼠的存活時間，且能顯著減小裸小鼠移植瘤的相對腫瘤體積，最終證實10 h有確切的體內抗腫瘤活性。齊墩果酸對雄激素非依賴性前列腺癌的研究，國外雖有相關報道，但大多只限于細胞水平，鮮有動物水平或臨床的報道。我們的課題首次從動物水平研究齊墩果酸衍生物對雄激素非依賴性前列腺癌的抑制，為今后的臨床試驗奠定了堅實的實驗基礎。

4 小結與展望

PI3K／Akt／mTOR信號傳導通路具有抑制細胞凋亡、加快細胞周期運行、促進血管形成和腫瘤侵襲轉移等的功能，在前列腺癌的發生和發展中發揮著重要的作用。目前以這條通路中的分子為靶點的許多藥物正在進行臨床前或臨床試驗研究。由于前列腺癌的發病進展是一個多基因、多步驟、多種信號通路之間相互作用的結果，因此在前列腺癌的治療中，有時出現單一化療及去勢治療抵抗的患者。聯合多種抑制劑或者尋找作用于多種信號通路、多靶點的新藥將會為前列腺癌提供新的治療策略。

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Advance in PI3K/Akt/mTOR Signaling Pathway and Its Relationship with Prostate Cancer Research

JIA Yan-ju,JI Hui*
Department of Pharmacology,China Pharmaceutical University,Nanjing 211198

Prostate cancer is the most common cancer which threatens middle and old age men's health and is the second leading cause of cancer-related mortality in men.PI3K/Akt/mTOR signaling pathway promotes the progression of prostate cancer through maintaining cell survival,inhibiting cell apoptosis,accelerating cell cycle and angiogenesis.Here,we review the role of the PI3K/Akt/mTOR pathway in prostate cancer and discuss the potential use of pathway inhibitors in the evolving treatment landscape of prostate cancer.

Prostate cancer;PI3K;Akt;mTOR;Targeted therapy

R737.25

A

1673-7806（2015）02-160-04

賈艷菊，女，碩士生 E-mail:jia681448@163.com

*通訊作者季暉，女，教授，博士生導師，研究方向：生化藥理E-mail:huijicpu@163.com

2014-09-25

2014-12-01