mTOR在膀胱癌治療中的研究進展

曾繁浩，雷容，張克，李祥孟，夏成興，顏汝平

(昆明醫科大學第二附屬醫院泌尿外科，昆明 650101)

據2018年全球185個國家36種癌癥數據統計顯示，膀胱癌新發病例約55萬人，將近20萬人死于膀胱癌，且全球男性發病率與死亡率均高于女性，約為全球女性的4倍[1]，嚴重威脅人類健康。因此，積極尋找更加高效的膀胱癌治療方法，提高膀胱癌患者的治療效果、減少復發、改善患者生活質量顯得尤為重要。膀胱癌可分為肌層浸潤性和非肌層浸潤性膀胱癌兩種，其中非肌層浸潤性膀胱癌的標準治療為經尿道膀胱腫瘤切除術后膀胱內灌注治療(如卡介苗)，肌肉浸潤性膀胱癌的標準治療為根治性膀胱切除術[2-3]，根治性膀胱切除術嚴重影響患者的生活質量，而經尿道膀胱腫瘤切除術又極易復發進展為肌肉浸潤性膀胱癌，影響預后，因此膀胱癌具有高復發率和高死亡率的特點[4]。由于目前的標準治療方法具有一定的局限性，如何減少膀胱癌的復發及保留膀胱的治療受到高度重視[2]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)作為細胞生長的調控中樞，不僅能夠感知生命所需的各種外界信號，還能將感知的信息進行加工整合進而影響細胞生長和器官發育等生理效應，其對應的信號通路能調控許多生命過程，異常時甚至導致包括膀胱癌在內的多種癌癥的發生[5-6]。因此，mTOR治療靶點及該靶點藥物的出現為膀胱癌患者的治療提供新方法，并進一步推進了膀胱癌治療的發展[7-9]?，F就各種mTOR信號通路與膀胱癌的聯系、參與致癌的機制及在臨床上利用該靶點治療膀胱癌的藥物等予以綜述，以期為膀胱癌的治療提供更加豐富的治療方法，改善膀胱癌患者預后，提高患者生活質量。

1 mTOR概述

mTOR(也可稱雷帕霉素的機制靶點)是磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)相關激酶家族中的一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它主要由兩個不同蛋白質復合物的催化亞基組成，分別為mTOR復合物(mammalian target of rapamycin complex，mTORC)1及mTORC2。其中，mTORC1由3個核心部分(mTOR、與mTOR相關的調節蛋白和哺乳動物致死物Sec13蛋白8)和2個非核心部分(40 kDa大小富含脯氨酸蛋白激酶B底物蛋白和含mTOR相互作用蛋白的DEP結構域)組成，功能為營養/氧化還原傳感器，受營養物、生長因子、胰島素、氧含量及DNA等調控，其本身則控制著蛋白質、脂類、核酸的合成以及抑制細胞自噬活動。而mTORC2由mTOR、哺乳動物致死物Sec13蛋白8、mTOR相互作用蛋白的DEP結構域、雷帕霉素不敏感的mTOR伴侶和應激激活蛋白激酶相互作用蛋白1組成，其主要功能為在絲氨酸殘基473處磷酸化蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)，因此能夠影響機體的代謝和存活[10-11]。一方面，mTOR在雷帕霉素與FK506結合蛋白12形成的復合物作用下，能夠抑制細胞生長和增殖所需的信號轉導途徑。此外，作為一種蛋白激酶，mTOR也參與構成一個重要的真核生物信號網絡，協調細胞的生長和環境條件，在細胞和組織生理學中起著基礎性作用。另一方面，mTOR信號通路參與糖代謝穩態、肌肉功能、脂代謝穩態、免疫功能和大腦發育等生命活動[12]。若mTOR信號通路活性異常則可導致細胞的增殖失控，誘發乳腺癌、前列腺癌、肺癌、黑色素瘤、膀胱癌、腎癌和腦腫瘤等多種癌癥[5]。

2 mTOR及其信號通路在膀胱癌治療中的作用機制及藥物應用

2.1PI3K/Akt/mTOR信號通路 根據癌癥基因組圖譜的最新數據顯示，72%的膀胱癌中受體酪氨酸激酶/Ras/PI3K/Akt/mTOR信號途徑均發生了不同程度的改變，PI3K/Akt/mTOR作為一種重要的激酶，調控著細胞的轉錄、凋亡、細胞周期的進展和翻譯等生命活動過程[13]。若該信號通路活性異常，則會誘導膀胱癌的發生與發展。后來的研究也發現，PI3K/Akt/mTOR信號通路介導了包括膀胱癌在內的多種人類腫瘤的發病過程[14-15]。因此，針對該通路在膀胱癌治療中的應用研究越來越多。在體外試驗中敲除DUXAP10(長鏈非編碼RNAs成員之一)能夠抑制膀胱癌患者癌細胞的增殖，縮短細胞周期和促進細胞凋亡，其抗腫瘤效應是通過增加人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(可以逆轉PI3K的磷酸化作用[13])和其他促凋亡蛋白的表達來抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路完成[16]。針對mTOR靶點的治療藥物很多，且大多數是從傳統的中醫中藥中提取的生物制劑。PI3K/Akt/mTOR信號通路是TAK228(一種口服生物mTORC1/2抑制劑，可抑制多種癌癥細胞系的生長)治療膀胱癌的直接靶點，TAK228單獨或與其他療法聯合應用可能對晚期膀胱癌和該通路改變的患者有治療作用，可有效抑制膀胱癌細胞的生長及腫瘤血管生成[17]。此外，金橘素(一種存在于橘子中的黃酮類化合物)、姜黃素(一種屬于多酚類家族的黃色物質，從植物姜黃的根莖中提取)、弛緩性氧化物-13-乙酸酯和短指軟珊瑚內酯(從軟珊瑚中分離得到的活性化合物)、黃芩素[18]等也能夠靶向作用于該通路抑制膀胱癌腫瘤細胞的生長、增殖、轉移、侵襲、血管生成過程和誘導細胞凋亡[19-22]。研究證明，AZD2014(mTOR抑制劑)和AZD5363(Akt抑制劑)聯合使用靶向于該通路治療帶有PI3KCA和mTOR兩個基因突變的膀胱癌具有協同作用[23]。因此，靶向PI3K/Akt/mTOR信號通路治療膀胱癌，其機制主要通過抑制癌細胞的血管生成、促進細胞凋亡以及干擾細胞周期從而達到抑癌目的。相信隨著對PI3K/Akt/mTOR信號通路在膀胱癌治療中的深入研究以及臨床試驗的完善，并結合快速發展的精準醫學，將大大提高膀胱癌患者的生存率及改善患者預后。

2.2Akt/mTOR信號通路 Akt/mTOR信號通路是調節細胞存活、增殖和代謝的重要途徑，當其上游調控因子之一促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)4(非典型的MAPK)過度表達時，MAPK4與蘇氨酸308直接結合磷酸化Akt，同時激活mTORC2，活化后的mTORC2使Akt在絲氨酸473處完全磷酸化，進而特異性激活致癌的Akt/mTOR信號通路，該通路的激活，可引起包括膀胱癌在內的多種癌癥的致癌作用和降低患者的總生存率。研究顯示，靶向抑制MAPK4被證明可抑制包括膀胱癌在內的多種人類癌細胞的增殖和轉移[24]。精子相關抗原5是一種有絲分裂梭形蛋白，該蛋白在許多人類癌癥中均檢測出有過度表達現象，其除了能對抗多種化療的細胞毒性作用外，還參與調節腫瘤發生和發展的各種細胞內過程[25]。Liu等[26]證實，精子相關抗原5通過上調Akt/mTOR信號通路激活Wnt3干擾細胞周期促進膀胱尿路上皮癌的生長、抑制細胞凋亡和導致不良的臨床預后，該發現為膀胱癌治療的新手段及預后監測提供了一定理論依據，而其對抗多種化療的細胞毒性作用或許是膀胱癌患者化療耐藥的另一個突破點。使用M2型丙酮酸激酶抑制劑紫草素和脂肪酸合酶抑制劑TVB-3166靶向作用于Akt/mTOR/固醇調節元件結合蛋白1c途徑可抑制膀胱癌細胞的生長，其具體作用機制為通過抑制Akt/mTOR信號通路下調M2型丙酮酸激酶，進而減少固醇調節元件結合蛋白1c的表達，而固醇調節元件結合蛋白1c的表達減少則直接抑制膀胱癌細胞中脂肪酸合酶的轉錄翻譯，通過阻斷膀胱癌細胞的脂肪酸供應達到抑制膀胱癌細胞生長的目的[27]。王陽等[28]及邢雷等[29]的研究顯示，抑制Akt/mTOR信號通路能夠抑制膀胱癌在體內外的發展與生長。可見，調節Akt/mTOR信號通路的活性能夠調節膀胱癌細胞的存活、增殖、遷移、侵襲和代謝等活動，進而影響膀胱癌的發生發展。

2.3AMPK/mTOR信號通路 AMPK是一種關鍵的能量感應器，其調節因子包含兩個上游激酶[鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶激酶β和腫瘤抑制性肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)]，當ATP水平下降或細胞遭遇饑餓或能量需求增加時，LKB1磷酸化并激活AMPK，下調mTOR信號通路，抑制蛋白質合成和細胞生長從而誘導細胞自噬，維持體內平衡[30-31]?；谠摾碚摶A，Wang等[32]在體內外研究中發現，丁酸鈉可使線粒體功能失調，從而降低細胞內的ATP水平，ATP水平下降激活AMPK/mTOR信號通路，進而誘導膀胱癌細胞發生自噬和凋亡，起到抗癌作用。Kou等[33]實驗發現，粉防己堿(從粉防己根中提取的一種雙芐基異喹啉生物堿)通過AMPK/mTOR信號通路促進與細胞凋亡和自噬呈正相關的AMPK磷酸化以及抑制負反饋調節細胞自噬的mTOR的磷酸化，當配合AMPK激活劑使用時，可增強粉防己堿對膀胱癌細胞的誘導凋亡和自噬作用，從而起到治療膀胱癌的效果。Wang等[34]用10-羥基喜樹堿(從喜樹中分離得到的一種天然植物提取物，是具有10-羥基的喜樹堿衍生物)靶向作用于AMPK/mTOR/unc-51樣激酶1通路，也得出相同結果?？梢?，AMPK/mTOR信號通路的抑癌作用主要通過降低細胞內的ATP水平，增加活性氧類的產生，進而促進癌細胞的自噬和凋亡，達到抗癌目的。

2.4微RNA(microRNA，miRNA/miR)-99a-5p/mTOR信號通路 miR-139-5p在包括膀胱癌在內的許多癌癥中表達被抑制，其低表達通常預示患者不良預后，而miR-139-5p的高表達可抑制膀胱癌等腫瘤的生長和侵襲[35-36]。在膀胱癌的眾多研究中，mTOR被發現是miR-99a-5p的直接作用靶點之一，因為miR-99a-5p能夠直接作用于mTOR抑制其信使RNA、蛋白表達和降低mTOR的磷酸化水平，且miR-99a-5p/mTOR軸通過修飾調節核糖體蛋白S6激酶1(mTOR的主要下游因子)的磷酸化來抑制膀胱癌細胞的增殖和細胞周期[37-38]。Tsai等[11]實驗發現，miR-99a-5p是直接靶向作用于mTOR信使RNA 3′非翻譯區上的靶點，其通過降低mTOR的基因穩定性來負調節目標基因，抑制mTOR mRNA和蛋白的表達，進而抑制膀胱癌細胞的生長遷移。但目前關于該信號通路的研究較少，其主要通過降低mTOR的磷酸化水平影響細胞的轉錄翻譯，從而起到抑癌作用。

2.5其他mTOR相關信號通路 雷帕霉素作為mTOR的抑制劑，可以通過直接作用于腫瘤和(或)調節T細胞功能抑制腫瘤細胞血管生成和減少腫瘤細胞的營養供應而起到治療膀胱癌的作用[39]。在進一步的研究中發現，雷帕霉素減少腫瘤細胞營養供應的機制之一為通過線粒體功能障礙誘導膀胱尿路上皮癌細胞自噬和凋亡，而LKB1功能喪失或缺陷可進一步增強線粒體功能障礙，增加膀胱尿路上皮癌患者對雷帕霉素的敏感性，增強膀胱尿路上皮癌細胞的凋亡[31]。但如果單獨使用雷帕霉素治療，會發現由于雷帕霉素的水溶性差以及免疫抑制的不良反應，使得其在臨床上的治療效果遠達不到預期效果[5]。尿路上皮腫瘤的發生與發展，常伴隨腫瘤抑制蛋白TP53的突變和mTOR信號的失調，通常與腫瘤的侵襲性生長和浸潤性相關，因此腫瘤抑制蛋白TP53和mTOR也被認為是治療膀胱癌的重要靶點。有研究聯合使用TP53穩定劑和雷帕霉素發現，其可抑制尿路上皮肌肉侵襲性膀胱癌的侵襲和進展[40]。在信號通路上，p70-S6激酶(p70-S6 kinase，p70S6K)是mTOR信號通路的下游靶點，與包括膀胱癌在內的腫瘤形成密切相關[41]。目前已有研究將p70S6K應用于膀胱癌的治療，并成功從中草藥中提取到一些靶向治療藥物。如葛根素(是從葛根中提取的主要異黃酮糖苷)能夠調節細胞周期、降低p70S6K的磷酸化水平，并誘導膀胱癌細胞的凋亡[42]；天然黃酮類化合物木樨草素[4]通過上調p21蛋白、調節細胞周期和抑制mTOR信號通路的下游靶點磷酸化蛋白S6來抑制膀胱癌細胞生長、誘導凋亡和細胞自噬；以及yangonin[43](一種原產于太平洋島嶼的多年生植物卡瓦胡椒中發現的6種主要卡瓦內酯之一)能通過增加自噬相關蛋白5和LKB1的表達和降低磷酸化S6蛋白激酶和Akt等的磷酸化水平來降低不同分期膀胱癌的生存能力、誘導膀胱癌細胞自噬，它們均作用于一個共同的mTOR/p70S6K信號通路。

3 小 結

mTOR及其相關通路作為腫瘤治療的一個新突破點，其用于抗癌始于20世紀70年代，目前針對該靶點治療膀胱癌已在臨床取得了重大進展，為提高膀胱癌患者的生存率以及改善患者生活質量提供了理論依據。但該靶點若要在臨床廣泛應用于膀胱癌的治療，仍存在以下問題：①靶向于單一mTOR信號通路的療效或許收效甚微，因為某些通路可能存在反饋環或受到其他信號通路的干擾，如MAPK或Janus激酶-信號轉導及轉錄激活因子通路對PI3K/Akt/mTOR信號通路作用的干擾，這些對細胞信號轉導的影響也對所使用的抑制劑有特異性，且可能損害該通路的抑制效果，或部分通路抑制的作用可能僅限于具有特定基因改變的腫瘤。②有些結果仍處于動物實驗或臨床前試驗階段，如金橘素、葛根素和姜黃素等靶向作用于mTOR信號通路用于膀胱癌的治療，要轉化成臨床應用，還需進一步試驗驗證。對于某些通路存在的相互干擾作用，可以嘗試將兩個或以上的通路整合在一起來尋找對于膀胱癌的聯合療法，如雷帕霉素和p53穩定劑的聯合使用，因為靶向兩個或多個途徑較單藥高劑量能獲得更好的治療效果。③化療是膀胱癌治療中一個至關重要的措施，而現有的化療藥物，如細裂霉素、卡介苗、順鉑等藥物，多存在耐藥、不敏感、不良反應大等缺點，難以取得滿意的療效。而以mTOR或相關通路作為治療靶點，從我國傳統中醫藥等天然植物中提取的有效活性物質用作化療藥或輔劑，具有療效確切、不良反應少、易吸收以及不易耐藥等優點。因此，未來mTOR應用于膀胱癌的治療可著力于各個通路的交互作用，一方面在現有研究結果上擴大樣本量完善臨床試驗，另一方面可從傳統中醫藥中進一步提取或研發出可靶向多通路的治療藥物。