PI3K/AKT/mTOR信號通路及其相關抑制劑在急性髓系白血病中的作用

劉夢 綜述 陳琦 審校

(遵義醫學院附屬醫院血液內科，貴州 遵義 563000)

PI3K/AKT/mTOR信號通路及其相關抑制劑在急性髓系白血病中的作用

劉夢 綜述 陳琦 審校

(遵義醫學院附屬醫院血液內科，貴州 遵義 563000)

目前已經發現有多種信號通路參與急性髓系白血病的生長、增殖及凋亡，PI3K/AKT/mTOR信號通路是其中比較重要的一種。本文就PI3K/AKT/mTOR信號通路的組成、調控以及其相關抑制劑在AML中的研究現狀進行闡述，并簡要介紹其應用前景。

急性髓系白血病；磷脂酰肌醇3-激酶；蛋白激酶B；抑制劑

急性白血病(AL)是一種惡性克隆性疾病，全世界每年估計有14萬人被確診為該病，且呈逐年上升的趨勢。盡管大劑量化療大約能誘導緩解75%的AL患者[1]，然而，在所有高危患者中急性髓系白血病(AML)的緩解率不到35%[2]。目前雖然自體或異體干細胞移植均已用于AML患者，且可以獲得較高緩解率，但仍存在較高的復發率和死亡率。因此，研究急性髓系白血病新的發病機制以及開發新的有效治療藥物顯得尤為重要和必要。

隨著對AML的深入研究，信號通路逐漸成為AML的研究重點和熱點。近年來，PI3K/AKT/mTOR信號通路與腫瘤的關系越來越引起人們的重視。研究發現，在多種腫瘤細胞系中均可檢測到該信號通路中相關基因的突變、擴增，或者相關受體以及該通路下游樞紐分子的激活，或介導其他與該通路相關的信號分子活性的改變，這些行為最終影響腫瘤細胞的生長、增殖以及凋亡。目前該信號通路抑制劑已成為研究腫瘤靶向治療的重要方向。

1 PI3K/AKT/mTOR信號途徑的組成以及作用機制

磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)家族根據PI3K-p110的結構特點和功能可分為3種類型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)，目前對I型PI3K的研究相對透徹。I型PI3K是由五個不同的調節亞基(p85α、p85β、p55α、p55γ、p50α)和四個催化亞基(p110α、p110 β、p110γ和p110δ)構成，這些調節和催化亞基激活時，p85/p110異源二聚體發生構象變化并釋放p110的催化活性。AKT又稱蛋白激酶B(protein kinaseB，PKB)，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是PI3K下游最重要的信號分子，也是PI3K/AKT信號通路的中心環節。AKT的PH結構域在AKT的激活過程中突變或缺失導致AKT活性降低，從而表明PH結構域具有重要功能。PI3K激活后在質膜上產生“第二信使”PIP3，它與含PH結構域的AKT結合，誘發AKT蛋白的Thr308及Ser473位點磷酸化，激活的AKT蛋白從細胞膜脫離，進入細胞漿或細胞核里，激活或抑制其下游蛋白mTOR、Bad、Caspase-9等的活性。mTOR可通過調節翻譯抑制分子elF-4E結合蛋白1(4E-BP1)和p70核糖體蛋白S6激酶(p70S6K)的活性來發揮其重要作用，從而進一步控制細胞生長和增殖[3]。

2 PI3K/AKT/mTOR信號途徑在AML發生發展中的調節機制

急性髓系白血病可能是由于某些基因激活或突變，使細胞失去控制和細胞級聯反應性激活，進而導致細胞過度生長和凋亡受限[4]。PI3K、AKT和mTOR都被證明在多種腫瘤包括血液系統腫瘤中發揮關鍵作用。PI3K/ AKT/mTOR信號上調可能是數個因素的結果，包括特定的染色體易位以及生長相關基因的改變導致的遺傳畸變。在AML病例中，Flt3的串聯重復占25%，Flt3、c-kit、Ras的突變分別占10%、30%、20%[5]，這些改變通過激活幾種下游信號通路導致白血病細胞生長。研究發現，在AML中，PI3K-p110δ亞型始終以高水平表達[6]。AKT-Thr308和Ser473位點的激活在50%～72%的AML患者中都可以被檢測到，且AKT-Thr308位點磷酸化與患者低總生存期(OS)相關聯[1]。同時，mTOR調節的4E-BP1和p70S6K在AML細胞中也高度磷酸化。另外，胰島素樣生長因子1(IGF1)/胰島素樣生長因子1受體(IGF1R)的信號活化，能促進AML的侵襲和轉移。研究發現，在70%的PI3K激活樣品中，抑制IGF-1R可導致AKT活性的衰減[7]。因此，PI3K/AKT/mTOR信號通路相關抑制劑成為AML治療的一個重要途徑。

3 PI3K/AKT/mTOR信號通路相關抑制劑在AML中的作用

3.1 PI3K抑制劑 渥曼青霉素和LY294002是最具有代表的PI3K抑制劑，它們能抑制AKT磷酸化，進而抑制AML細胞增殖、促進細胞凋亡。研究發現，LY294002可以降低CD34+CD38-白血病干細胞的生存能力，而這些白血病干細胞呈現出AKT磷酸化[8]。然而，由于其在體外具有較強的細胞毒性和不溶性，渥曼青霉素和LY294002至今難以用于臨床[9]。使用選擇性PI3K亞型抑制劑比使用廣譜的PI3K抑制劑具有較少的副作用[10]。在AML中P110δ催化亞基選擇性的表達，使PI3K亞型抑制劑在AML治療中可能成為研究目標。

3.2 AKT抑制劑 Perifosine是兩性離子，且是水溶性的，可通過與AKT的PH結構域相互作用，從而抑制AKT蛋白激酶磷酸化。研究發現，Perifosine在AML中降低細胞增殖和誘導細胞凋亡，并能增強化療劑依托泊苷對AML的敏感性，它還可以降低白血病患者CD34+細胞的克隆生成活性，且不影響健康供體[11]。此外，在AKT激活的AML細胞系中，perifosine能夠協同促凋亡TRAIL(TNF相關凋亡誘導配體)的作用。

3.3 雙重TORC1/TORC2抑制劑 特定的mTOR激酶抑制劑AZD8055[12]在AML中能阻斷mTORC1和mTORC2信號，可提高經典mTORC1抑制劑雷帕霉素治療AML的效果，其機制是AZD8055完全抑制eIF4E結合蛋白1的磷酸化，進而阻斷蛋白質翻譯。AZD8055還能減少AML細胞增殖和減慢細胞周期進展，減少白血病祖細胞的克隆生長以及誘導胱天蛋白酶依賴的細胞凋亡，而對正常未成熟的CD34+細胞無影響。另一方面，AZD8055還可以誘導自噬。體外實驗發現，AZD8055通過減少腫瘤生長，顯著增加AML移植小鼠的生存時間，且沒有明顯的毒性。另外一種雙重TORC1/2抑制劑OSI-027[13]與雷帕霉素相比較，研究者發現只有OSI-027在AML細胞中阻止mTORC2特定的細胞事件。重要的是，OSI-027能夠在蘇氨酸37/ 46位點阻斷4E-BP1的磷酸化，而雷帕霉素不行。該研究還發現，OSI-027能有效抑制白血病祖細胞集落形成，這種效應比雷帕霉素的影響更有效。此外，OSI-027增強了低劑量阿糖胞苷對AML的抑制效應，這表明雙重TORC1/2抑制劑聯合化療劑可能對白血病的治療提供了一種方法。

3.4 雙重PI3K和mTOR抑制劑 雷帕霉素無法阻止蛋白質合成，因為其誘導4E-BP1磷酸化失敗。此外，在AML中，盡管伴隨PI3K/AKT的激活，但mTORC1的活性似乎不在PI3K/AKT信號的控制下[14]。因此，使用同時針對PI3K和mTORC1催化位點的單個抑制劑可能比只針對PI3K/AKT信號或mTORC1的抑制劑呈現顯著的優勢。NVPBEZ235是一種抑制PI3K還兼有抑制TORC1和TORC2復合物的分子，它充分抑制雷帕霉素的抗4E-BP1磷酸化效應，在AML細胞中顯著抑制蛋白質翻譯；該化合物還是一種ATP競爭性抑制劑，直接靶向PI3K和mTOR的催化結構域，以劑量依賴性方式降低AML細胞增殖，并顯著誘導白血病細胞的凋亡以及抑制白血病祖細胞克隆形成[15]。另外一種雙重PI3K/mTOR抑制劑是PI-103，它能抑制IA類、IB類PI3K，也能抑制mTORC1和mTORC2。據報道，PI-103本身具有適當的促細胞凋亡活性，它可通過誘導細胞周期在G1期停滯從而抑制AML細胞系生長。在AML細胞中，PI-103抑制白血病細胞的增殖和白血病祖細胞集落形成，誘導線粒體凋亡，且與依托泊苷具有協同作用[16]。值得注意的是，PI-103主要影響粒細胞和單核細胞集落形成。PI-103針對PI3K/AKT和mTOR的多靶向療法可能對AML的治療有一定的價值，其對人類腫瘤異種移植的小鼠體內表現出低毒性和耐受性良好，但因其在體內迅速代謝[17]而沒有進入臨床試驗。

3.5 微管解聚劑 CYT997是一種結構新穎的具有口服活性的MTA(微管解聚劑)，可抑制微管蛋白聚合并破壞微管細胞[18]。CYT997可誘導CD123+白血病細胞死亡，并減少白血病集落形成[19]，該抑制作用的主要機制是CYT997抑制PI3K的Ⅲ類蛋白的表達和降低P-65的水平，誘導p-mTOR和mTOR表達水平的下調以及完全消除磷酸化AKT。

3.6 天然PI3K/AKT/mTOR抑制劑 對于AML，一些天然產品因為其廣泛的生物活性和相對低的毒性已逐漸替代藥物治療，天然產物抗癌作用和機理的研究也成為倍受重視的領域。苦參堿，從苦參萃取的一種主要成分，已證實在各種癌細胞中具有抗癌作用。研究發現，苦參堿可通過抑制細胞增殖，具有強效的抗腫瘤活性，還可誘發白血病K562細胞株的分化[20]。淫羊藿素是淫羊藿苷的水解產物，能抑制多種腫瘤細胞系的擴散，但其對急性髓系白血病的影響以及潛在的機制仍有待確定。研究發現，苦參堿和淫羊藿素均可在AML細胞系HL-60、NB4、U937中下調p-AKT的表達，使得AKT蛋白失活[20-21]，其潛在的抗白血病機制可能與下調PI3K/AKT信號通路的激酶活性相關。因此，苦參堿和淫羊藿素均可作為治療AML的新候選藥物，但其體內及臨床研究仍然待進一步深入。有研究表明[22]左旋一葉萩堿(L-securinine)在HL-60細胞株中參與PI3K/AKT/mTOR信號通路的調控，以劑量依賴性方式使PI3K、AKT和mTOR的基因表達下調，同時使PTEN基因的表達上調，從而誘導HL-60細胞凋亡和抑制細胞周期。然而，左旋一葉萩堿在動物模型體內對正常細胞系的影響需要進一步研究。

4 展 望

急性髓系白血病(AML)是一種高度異質性的惡性血液病。雖然可以通過化療來緩解，但是，仍呈現出高復發率和高死亡率，特別是對于老年患者效果不佳。因此，目前迫切需要新的治療方法。AML患者可能出現基因突變，最終導致細胞級聯反應的激活，進而促進細胞生長、增殖和存活等。隨著對AML研究的深入，信號通路異常逐漸成為研究AML的重點和熱點。在本文中，我們闡述了PI3K/AKT/mTOR信號途徑的組成、調節和在AML中的發病機制，以及相關抑制劑對AML細胞增殖和生存的影響。但在這些研究中，仍然存在著很多與PI3K/AKT/mTOR途徑上調相關因素的問題。到目前為止，抑制劑的臨床研究不多，療效也不佳。另外，對于該信號通路的下游目標(基因/蛋白)知之甚少，至今尚未明確該信號通路上最有效且副反應最小的靶點。信號級聯的水平或垂直封鎖組合是否比阻斷一個單一的節點更有效，以及是否可與其他信號通路的抑制或激活協同治療AML，這些問題有待解決。因此，我們需要更進一步了解PI3K/AKT/mTOR信號通路在急性髓系白血病發生、發展機制。隨著分子靶向治療的持續發展，加上急性髓系白血病中相關信號通路機制的進一步研究，我們可以獲得更有效的和選擇性的治療AML的方法。

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1003—6350（2016）20—3367—03

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2016-01-09)

陳琦。E-mail：zyfychenqi@163.com