PI3K/AKT/mTOR信號通路及PI3K/mTOR雙重抑制劑在胃癌中的研究進展

江孝蓉,王正根

胃癌是全球第四大常見癌癥[1]，也是全球第二大癌癥死亡原因[2]。胃癌在我國各種惡性腫瘤中發病率和死亡率均居首位，每年新發病例約40萬例,占世界總發病例數的42%[3]。根治術后早期胃癌預后良好，中晚期胃癌的生存期令人沮喪，而大多數胃癌被診斷時已為晚期。胃癌遷移能力高，預后差，5年生存率20%，因此，胃癌的治療極具挑戰性[4]。

許多研究表明PI3K/AKT/mTOR信號通路在介導胃癌細胞生長、增殖、代謝、生存和血管生成中起著至關重要的作用[5]。目前多項研究發現該通路關鍵靶點的抑制劑能夠抑制胃癌細胞增殖[6-8]，PI3K途徑的靶向治療成為抗腫瘤熱點,現多種藥物如PI3K，AKT或mTOR激酶抑制劑正處于臨床研發階段，依維莫司(mTOR的特異性抑制劑)活性高、有效性及安全性好，已在胃癌的Ⅱ期臨床研究中，并在準備全球Ⅲ期臨床研究[9]，然而，目前除了曲妥珠單抗，在胃癌領域幾乎沒有任何有效的靶向治療。考慮到HER-2陽性表達率僅為4%-28%，只有少部分胃癌患者受益。且許多單靶點抑制劑效果不理想，為了尋找胃癌治療的新靶點藥物，越來越多的雙重靶點抑制劑PI3K/mTOR被研發。該文在分子水平上總結PI3K/AKT/mTOR信號通路及PI3K/mTOR雙重抑制劑在胃癌中的研究進展，為胃癌的靶向治療提供新思路。

1 PI3K/AKT/mTOR信號通路的組成與功能

PI3K/AKT/mTOR通路是已證明其在胃腸道等多系統惡性腫瘤中具有活性，且該通路狀態與疾病分期、腫瘤分化程度、淋巴結轉移和遠處轉移、腫瘤大小和化療敏感性有顯著的相關性[10]。PI3K是一種胞內磷脂酰肌醇激酶，根據一級結構分為Ⅰ類，Ⅱ類和Ⅲ類。目前，只有Ⅰ類嚴格參與調控這條途徑，并被證明與癌癥相關。1A類PI3K是由p110催化亞基和p85調節亞基組成的異二聚體，研究最廣泛。現已知有6種調節亞基及4種催化亞基，催化亞基即p110α,β,δ,γ，前3種分別由PIK3CA，PIK3CB和PIK3CD編碼[11],δ僅限于白細胞，其余的廣泛分布于各種細胞。PI3K具有絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)激酶及磷脂酰肌醇激酶的活性，其活性的增加常與多種癌癥有關。

AKT亦稱為蛋白激酶B(PKB)，分為AKT1、AKT2、AKT3或PKBα,PKBβ,PKBγ3種亞型，Akt1分布于眾多組織中，Akt2主要分布在肌肉和脂肪細胞中，而Akt3在睪丸和大腦中表達，各亞型的功能可有重疊。Akt主要由三個結構域組成：PleckstrinHomology(PH)結構域，中央激酶催化結構域(CAT)和含有調節性疏水基序(HM)的C端延伸(EXT)。催化后兩者結構域是PI3K信號下游Akt完全激活所必需的。PDK1(phosphoinositidedependentkinase-1)選擇性磷酸化Akt的CAT結構域上的Thr(308)，而負責AktEXT結構域上Ser(473)磷酸化的激酶仍然是未知的。因此，Akt上Ser(473)和Thr(308)殘基的磷酸化是其完全活化所必需的[12]。

mTOR是一種保守的絲氨酸-蘇氨酸激酶[13]，為AKT下游通路的主要靶點，能增加蛋白質的生成，刺激細胞的關鍵過程[14]，是介導Ser/Thr蛋白激酶營養依賴的細胞內信號與細胞生長、增殖和分化[15]。mTOR作為細胞生長的中央調節因子，通過與rictor或raptor兩個關鍵的調節器結合形成不同的蛋白復合體：TORC1(mTOR/raptor復合體)和TORC2(mTOR/rictor復合體)[16]。mTORC1通過磷酸化核糖體蛋白S6激酶(p70S6K)和翻譯真核起始因子4E結合蛋白1(4E-BP-1)等關鍵翻譯調控因子刺激蛋白質合成從而支持細胞生長和增殖，細胞代謝和血管生成[17]。mTORC2磷酸化Akt和SGK1，調節細胞存活，凋亡和細胞骨架組織[18]。在正常情況下，PI3K/AKT介導的TSC2的失活導致TSC1/TSC2蛋白復合物的蛋白酶體降解，從而mTOR激活，同樣PTEN功能的喪失、PI3K的突變或擴增、Akt的擴增以及Akt相關的mTOR-調控蛋白的失活或突變都亦可激活mTOR[16,19]。

總而言之，PI3K為信號通路的起始，在致癌細胞中可被激素、生長因子及其他刺激因素激活從而產生信使PIP3，從而使失活的Akt經歷構象變化，Ser124 /Thr450和Thr308 /Ser473位點被連續磷酸化，導致Akt信號的激活，從而進一步觸發mTOR的磷酸化[10]。當細胞處于致癌狀態時，PI3K/AKT信號的增加，TSC1和TSC2蛋白介導的生長因子信號傳導激活mTOR，TSC1和TSC2形成二聚體(TSC1 /TSC2)間接調節mTOR活性。當上游信號被激活時，TSC1 /TSC2被AKT抑制，允許mTOR(mTORC1)激活。P70S6K1和mTOR復合物2(mTORC2)似乎作為負反饋機制來阻止AKT和其他蛋白質在mTORC1上的活性，故PI3K/AKT活性增加，從而激活mTOR復合物1(mTORC1)磷酸化并降低P70S6K1-mTORC2的反饋活性。這些變化致線粒體過程失控，增加血管新生及核糖體生物合成以獲得更大的蛋白質合成，從而促進細胞生長、增殖及血管生成[5,10]。

2 PI3K/AKT/mTOR信號通路與胃癌

PI3K/Akt/mTOR信號通路是細胞增殖和存活的驅動器，涉及胃癌細胞的生長、代謝、存活、轉移和對化學療法的抗性[20]。有研究表明，PI3K、AKT和mTOR在胃癌組織中異常表達且表達陽性的患者更可能處于胃癌晚期，胃癌組織中磷酸化Akt水平高于周圍非腫瘤組織，且水平與腫瘤深度，淋巴結轉移階段顯著相關，預后差[21]。根據癌癥基因組圖譜研究，激活PI3K突變可能存在于Epstein-Barr病毒相關的胃癌。YingJ在胃切除術后I期至IV期的59個原發病灶樣品行免疫組化結果顯示陽性PI3K、p-AKT和p-mTOR的百分比分別為49%，58%和56%[22]。Murakami[23]等研究發現癌組織中PI3K和AKT的表達水平明顯高于癌旁組織。SasakiT等研究表明AKT在胃癌發生和進展中起關鍵作用，證實了AKT磷酸化、TERT表達與端粒酶活性之間的關聯，高水平pAKT或pAKT和hTERT水平高的患者的生存率更低，pAKT和pAKT/hTERT水平是胃癌可靠的預后因素。AKT有多種不同的功能，AKT1被認為是促進癌癥進展的凋亡抑制劑。通過AKT催化的磷酸化使Bcl-2拮抗劑的細胞死亡，導致啟動子從Bcl-2解離。AKT激活核因子κB，導致許多生存基因的轉錄上調。AKT還通過缺氧誘導因子1依賴性和獨立機制增加上調血管內皮生長因子(VEGF)促進血管生成。AKT是連接炎癥和腫瘤發生的關鍵蛋白，AKT的表達和激活促進胃癌發生，也是預測人胃腸癌轉移的生物標志物，故AKT可作為治療胃癌的有效分子靶點[24-25]。雷帕霉素(mTOR)調節許多致癌和代謝事件(包括自噬)的功能的關鍵點，mTOR抑制誘導分解代謝過程，其包括自噬和細胞生長抑制。研究已表明哺乳動物中mTOR的激活受PI3K/AKT激酶級聯反應調控，或者通過降低一些蛋白激酶如p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，胞外信號調節激酶(ERK)1 / 2和c-JunN端激酶(JNK)。mTOR的磷酸化促進下游靶點如p70-S6激酶(p70S6K)和真核起始因子4E結合蛋白1(4E-BP1)，導致調節多種細胞進展[26]。細胞外基質降解是癌細胞侵襲和轉移的必要步驟。基質金屬蛋白酶(MMPs)能降解細胞外基質并破壞基底膜，尤其是MMP-2和MMP-9已經證明涉及癌癥侵襲和轉移。有研究表明人結腸癌HCT116細胞系中激活mTOR來增強MMP-2分泌促進腫瘤轉移。XiongJ等[20,27]證明激活PI3K/Akt信號通路促進胃癌腹膜轉移。mTOR是AKT下游重要靶點，我們猜測在胃癌中亦可通過激活mTOR來促進腫瘤轉移。

3 PI3K/mTOR雙重抑制劑與胃癌

由于胃癌起病較隱匿，我國約有40%的胃癌患者在確診時已為晚期，晚期胃癌患者的5年生存率僅為5%，傳統的化療藥物毒副作用大，如骨髓抑制、胃腸道反應等。隨著對胃癌PI3K/AKT/mTOR信號通路的深入研究，分子靶向治療成為熱點，具有特異性高、毒性小、療效較好等優勢。PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制劑分四類：PI3K抑制劑(LY294002，MK2206)、AKT抑制劑(MLN1117)、mTOR抑制劑(依托莫司，現唯一進入晚期胃癌患者Ⅲ期臨床試驗的藥物)、PI3K/mTOR抑制劑(PF-04691502、VS-5584)。mTOR抑制劑未能改善晚期胃癌的GRANITE-1III期臨床試驗的存活，可能是因為mTOR抑制劑可通過負反饋激活PI3K/AKT和MAPK通路，減弱其抗癌作用，使單藥靶向抑制劑的療效有限。新的臨床研究表明同多靶點的聯合抑制可進一步改善治療功效[22]。PI3K/mTOR雙重抑制劑通過結合這些酶的ATP結合裂解來抑制PI3K和下游mTOR激酶活性。相對于單一抑制劑，這些藥物有利于抑制mTORC1和mTOCR2以及所有PI3K的異構體[28]。因此，為了發現低毒性和良好的藥代動力學特征的藥物,越來越多的PI3K/mTOR雙重抑制劑被研發，比如VS-5584、PF-04691502、PI103、NVPBEZ235等。

VS-5584，由SB2343更名而來，是一種低分子量的mTOR和PI3K雙重抑制劑，抑制PI3K和兩種mTOR復合物(mTORC1和mTORC2)的所有同種型，在體外對一組癌細胞系具有納摩爾抑制濃度，并且增加對帶有PIK3CA突變的細胞系的敏感性，并且還表現出有利的體內藥代動力學特征。VS5884在HER2過表達的胃癌異種移植物模型(NCIN87)和小鼠實驗中顯示對腫瘤生長的統計學顯著的抑制。并且在這些異種移植模型中也表現出協同效應，吉非替尼是EGFR抑制劑(EGFRi)，目前正在進行GC(GastricCancer)治療的Ⅱ期臨床試驗。由于這種藥物在胃許多癌細胞類型和在小鼠實驗中顯示出了很好的抗腫瘤生長效果，為胃癌異種移植模型中已被證明具有單一療法和聯合療法的功效，在包括胃癌在內的患者早期臨床試驗中的VS5884檢測提供了可靠的依據[22,28]。

費德榮等[6]研究表明PF-04691502能夠抑制SGC-7901胃癌細胞的增殖，使細胞停滯于G1期，PF-04691502能激活caspases的活性從而誘導SGC-7901細胞凋亡，這為PF-04691502應用于胃癌的臨床治療提供了理論基礎與實驗依據。

PI103是一種ATP競爭性PI3K和mTOR抑制劑，對納摩爾濃度的p110和mTOR的不同同種型具有不同的敏感性。最近在5FU處理中評估了它在體外和體內增強GC的抗腫瘤反應的協同效應。曾有研究表明PI103用于增強GC的5FU化療，使用5FU來治療GC患者時，由于這些患者的應答率的變異性而表現出局限性。PI103與5FU的這種協同效應還與PIK3CA突變和PI3K/Akt/mTOR途徑的下游效應子和胸苷酸合酶(一種在vitr產生用于DNA合成的胸苷酸前體的酶)的減少有關。兩項臨床前研究評估了mTOR/PI3K抑制劑對胃癌細胞的體內抗腫瘤活性。在異種移植小鼠模型中，BEZ235僅在NCI-N87異種移植物中顯示出顯著的劑量依賴性抗腫瘤反應。在其他異種移植小鼠模型中，盡管mTOR/PI3K靶標調節，但BEZ235不損害腫瘤生長。在五個胃癌細胞系中的三個中鑒定了PI103增強的5-FU敏感性，并且PIK3CA突變被鑒定為用于預測協同作用的潛在有用的生物標志物[29]。

NVPBEZ235是一種新型PI3K和mTOR雙重抑制劑，在納摩爾范圍內具有抑制劑量，最開始于乳腺癌的階段性試驗。最近有項研究顯示，在NCIN87，AGS和SNU16GC細胞中，單用BEZ235或聯合nab-paclitaxel，體外PIK3CA突變狀態和體內SNU16異種移植模型的抗腫瘤反應增加。因此，隨著NVPBEZ235用于胃癌靶向治療的臨床前研究越來越多，NVPBEZ235可能成為用于胃癌等實體瘤的臨床試驗的潛在候選藥物[28]。

4 總 結

PI3K/Akt/mTOR信號通路與胃癌的進展關系十分密切，由于胃癌通路的復雜性，單一靶點抑制劑的療效尚欠佳，未來胃癌治療研究趨勢是針對通路的多靶點。目前，一些PI3K/mTOR雙重抑制劑正在進行臨床前或臨床試驗研究，為胃癌患者特別是晚期胃癌患者帶來了新的曙光。我們應進一步深入研究PI3K/Akt/mTOR信號通路與胃癌的關系，爭取研發更多高效的多靶點藥物并探索合理的聯合用藥方案，努力為胃癌患者提供更加精確有效的個體化治療方案，大幅度提高胃癌患者的生活質量。

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