靶向抑制頭頸部鱗狀細胞癌PI3K/AKT/mTOR信號通路增加放射敏感性：單藥或聯合用藥

郭宇，周水洪

頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）常表現為高耐放療，主要取決于腫瘤細胞內信號通路的改變及其與腫瘤微環境的動態相互作用。本文綜述PI3K/AKT/mTOR信號通路在HNSCC放射抵抗中的作用機制，總結HNSCC中聯合放療的靶向PI3K/AKT/mTOR研究及聯合靶向抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路用于HNSCC放射增敏的研究。通過靶向或聯合靶向PI3K/AKT/mTOR通路治療放射抵抗的HNSCC有很好的臨床前研究結果，各種單用或聯合應用正在研究中，以期用于放射增敏。

1 HNSCC的放療與PI3K/AKT/mTOR信號通路

1.1 HNSCC的放療 HNSCC是世界上第六大常見癌癥，主要發生在口腔、口咽、喉部和下咽，每年診斷病例約80萬例[1]。接觸煙草衍生的致癌物和過度飲酒是HNSCC的主要危險因素，而在美國和西歐，與感染人類乳頭瘤病毒（HPV）有關的口咽癌正在增加[2]。HNSCC治療失敗的主要原因有15%～50%的病例發生局部復發，即使給予最大限度的綜合治療，其5年生存率約為40%。對腫瘤治療（化療、放療、分子治療和免疫治療）的抵抗是治療失敗的原因。放療是HNSCC局部晚期除手術外最重要的治療方式，可作為單一或輔助治療方案，或與具有放射增敏潛力的治療相結合。雖然HNSCC聯合放化療對腫瘤控制有益，但由于嚴重的毒副作用，可能會降低患者的生活質量，甚至降低生存期。因此需要新的策略來了解腫瘤細胞的耐藥特性，預測對治療的反應，并通過使用放療增敏藥物來降低毒副反應，改善患者預后。

1.2 HNSCC中PI3K/AKT/mTOR信號通路 HNSCC基因組特征分析顯示HNSCC中有50%～90%的EGFR過表達[3]。EGFR參與包括增殖、抗凋亡和分化等關鍵的細胞過程，其下游通路（PI3K/AKT/mTOR）是HNSCC最常見的突變位置[4-5]。80%的HNSCC常存在EGFR-PI3K/AKT/mTOR途徑一個或多個組分的分子改變。EGFR或下游蛋白的過表達可導致腫瘤的惡性行為[6-7]。特別是HPV感染的口咽腫瘤，隨著下游靶點mTOR的激活，PI3K通路出現頻繁的突變[8-9]。HNSCC的放射抵抗節點大多數都與EGFR-PI3K/AKT/mTOR信號通路有關。因此，了解和針對PI3K/AKT/mTOR通路的分子治療對放射增敏具有重要意義。

2 HNSCC中PI3K/AKT/mTOR信號通路介導的放射抵抗

放療是HNSCC除手術外最重要的治療方式，局部復發仍然是治療失敗的主要形式，而高達60%的局部復發通常與放療抵抗有關。放療抵抗與腫瘤細胞增殖、內在機制和微環境相互作用有關。探究晚期HNSCC進展過程及放療抵抗機制是巨大挑戰。

2.1 放療的DNA損傷 放療是利用電離輻射切斷DNA的化學鍵，以誘導細胞死亡。DNA損傷導致DNA損傷反應（DDR）的激活，減輕這種損傷，有助于防止突變或細胞死亡，促進細胞存活。DNA雙鏈斷裂（DSB）是電離輻射最嚴重的損傷類型[10]，可以通過同源重組（HR）或非同源末端連接（NHEJ）進行修復，在哺乳動物中以NHEJ途徑為主[11]。如果修復失敗，細胞可能通過凋亡、有絲分裂突變、衰老、壞死或自噬等途徑發生死亡。

2.2 EGFR-PI3K/AKT介導的DNA損傷修復HNSCC中EGFR是PI3K/AKT通路激活的主要調節因子。在頭頸部腫瘤中PI3K/AKT活性對下咽癌的放射抵抗的影響已在體外報道[12]，電離輻射誘導EGFR及其下游PI3K/AKT通路的激活，調節細胞生長、增殖和存活，從而影響對電離輻射的反應。

DNA依賴蛋白激酶（DNA-PK）是DDR中NHEJ過程的一種主要酶。在NHEJ過程中，DNA-PK催化亞基的特定位點（Thr2609和Ser2056）的磷酸化對于高效修復DNA-DSB是必需的。磷酸化位點突變后細胞對放射的敏感性增強，支持DNA-PK磷酸化在DNA-DSB修復中的特定功能。AKT是通過C末端（結構域）與DNA-PK催化亞基相互作用。輻照后，AKT1與DNA-PK催化亞基在細胞核內立即形成功能復合體，促進DNA-PK亞基在DNA-DSB位點的積累并刺激DNA-PK活性，這是DNA-DSB修復進程的必要步驟。AKT被EGFR、PI3K等通路上游突變或過表達激活，導致輻射誘導的DNA-PK活性增加，DNA-DSB的修復增強。PI3K/AKT對不同來源腫瘤細胞DNA-DSB修復和輻射抵抗的影響已被證實。

2.3 腫瘤微環境中缺氧以HIF-1-VEGF介導的放射抵抗 腫瘤微環境通過缺氧與細胞增殖、血管生成和代謝的相互作用影響放射抵抗。大量臨床研究顯示腫瘤缺氧與HNSCC患者放療后預后不良有關[13]。缺氧狀態主要刺激缺氧誘導因子-1亞基（HIF-1）的穩定，導致許多下游靶基因轉錄，除促進介導Warburg效應的糖酵解酶和葡萄糖轉運蛋白-1（GLUT-1）表達外，還促進一個非常重要的下游靶基因血管內皮生長因子（VEGF）表達，即HIF-VEGF通路。HIF-1和VEGF過表達均與HNSCC局部區域控制惡化和放療后患者生存期降低相關。HIF-1-VEGF可激活EGFR-PI3K導致AKT/mTOR信號通路活性增加。增加的mTORC1，動員GLUTs、激活糖酵解酶HK2，增強糖酵解，促進腫瘤生長，從而間接增加HIF-1豐度以及HIF-1相關的糖酵解酶和GLUT的表達，促進Warburg效應介導的放射抵抗。

3 HNSCC中的PI3K/AKT/mTOR信號通路及基因突變

PI3K是一類高度保守的酶家族，是由調節亞基p85和催化亞基p110構成的二聚體。當PI3K與EGFR結合后，可改變AKT的蛋白結構，使其活化，并以磷酸化作用激活或抑制下游一系列底物，下游靶點是mTOR。PTEN為具有雙重特性磷酸酶活性的腫瘤抑制基因，可使AKT去磷酸化而減少活化，可阻止所有由AKT調控的下游信號傳導事件，是PI3K的負向調節因子。

目前，HNSCC患者中已經發現了廣泛的PI3K通路中不同基因的突變、擴增和過表達，其中基因突變最多為編碼p110的PIK3CA基因。HNSCC中激活PI3K軸的基因改變可以分為四類：激活上游分子（如EGFR）的基因改變（47%），涉及PIK3CA的基因改變（50%），軸效應者的基因改變，以及PTEN的基因改變（10%～15%）[14]。EGFR-PI3K/AKT/mTOR信號通路的高激活狀態與HNSCC患者臨床預后較差有關，其關鍵節點在介導HNSCC的放射抵抗中發揮重要作用。

4 放療中靶向PI3K/AKT/mTOR

4.1 靶向上游EGFR 阻斷EGFR包括靶向受體配體結合域的單克隆抗體和小分子酪氨酸激酶抑制劑。研究最多的EBER單克隆抗體是西妥昔單抗（Cetuximab）。2006年FDA批準聯合放療可用于治療局部或區域晚期的HNSCC[15]，并作為鉑難治復發/轉移性HNSCC的單藥治療。一項由106名患者參與的隨機II期研究[研究了尼妥珠單抗（Nimotuzumab）聯合放療]，結果顯示了生存獲益的趨勢，特別是在EGFR陽性腫瘤中[16]。

4.2 靶向PI3K及負向調控因子PTEN

4.2.1 靶向PI3K 目前靶向PI3K有兩大類抑制劑：泛PI3K抑制劑和異構體選擇性抑制劑。泛PI3K抑制劑Buparisib、Copanlisib、Pilaralisib、Taselisib、PX-866等在HNSCC患者中的治療效果較好。而泛PI3K抑制劑如Wortmannin、LY294002，在HNSCC細胞系中具有良好的放射增敏作用，但由于不利的毒副作用，其臨床應用受到限制。BYL-719是唯一的p110特異性抑制劑，目前有5個臨床試驗招募患者來測試BYL-719單獨或聯合順鉑、紫杉醇、Cetuximab和放療對HNSCC患者的療效[17]。

4.2.2 靶向PI3K負向調控因子PTEN 靶向抑制PTEN作為PI3K/AKT信號的負調控是癌癥治療的另一個要點。硼替佐米（Bortezomib）是26S蛋白酶體抑制劑，可阻斷蛋白酶體介導PTEN降解，來降低PI3K/AKT活性來增強放射敏感性。正在進行Bortezomib聯合放療的臨床試驗（NCT01445405、NCT00629226、NCT00011778）將為放療增敏帶來新的研究信息。

4.3 靶向PI3K軸下游效應因子

4.3.1 靶向AKT 與PI3K抑制劑不同，盡管AKT抑制劑如Perifosine和Tricribine在臨床前研究中具有良好的抗癌效果，但在II期臨床試驗中未能成功治療HNSCC患者。體外培養中發現，用Tricribine抑制AKT可提高與LY294002相似的放射敏感性，但作為單一藥物時對細胞增殖沒有影響。目前為止，只有一項臨床研究將AKT抑制劑（MK-2206）應用于HNSCC的II期治療（NCT01349933），但由于出現一些不良反應，其應用受到限制[18]。

4.3.2 靶向mTOR Ekshyyan等[19]證明mTOR1抑制劑坦西莫司（Torisel）在體外、體內對HNSCC細胞有放射增敏效果。放療聯合Torisel在抑制腫瘤生長方面明顯強于聯合順鉑。另一種mTOR1抑制劑依維莫司聯合放療在HNSCC中的治療效果正在臨床試驗階段（NCT01058408、NCT00858663、NCT01057277），還未批準用于臨床。

Cerniglia等[20]研究了選擇性雙PI3K和mTOR激酶抑制劑NVP-BEZ235在HNSCC中的作用。NVPBEZ235在體外和異種移植中顯著提高了HNSCC細胞的放射敏感性，可通過減弱輻射誘導的DNA-PK磷酸化，來減少DDR過程。

5 聯合抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路用于HNSCC放射增敏

5.1 聯合HIF-1 HIF-1現被認為是一種重要的抗癌藥物靶點。大量研究采用各不相同的策略抑制HIF-1表達以提高腫瘤細胞的放射敏感性[21]。PI3K/AKT/mTOR可調節人70%以上來源癌細胞中的HIF-1翻譯，目前正在研究的mTOR抑制劑可以抑制HIF-1的翻譯，如坦西莫司由于其抗血管生成活性，被用于治療乳腺癌的臨床開發研究。在PI3K/AKT/mTOR通路的抑制劑中，只有Torisel因為其抑制HIF-1翻譯的抗血管活性而獲得了臨床上的成功。

前期在裸鼠中通過ASO HIF-1質粒能降低HIF-1的mRNA水平及蛋白的表達水平，從而增加移植瘤放射敏感性。Wang等[22]發現人結腸癌細胞中Wogonin通過PI3K/AKT信號通路抑制HIF-1表達和糖酵解相關蛋白，對荷瘤裸鼠具有顯著的腫瘤生長抑制作用，可用來增加結直腸癌放射敏感性。丹酚酸B在口腔鱗狀細胞癌中通過抑制PI3K/AKT/HIF-1信號通路來增加其抗癌活性。課題組前期通過基于CRISPR/Cas9系統靶向敲除HIF-1來降低其mRNA和蛋白表達水平，可能通過PI3K/AKT/mTOR通路來抑制喉癌的生長、增殖和轉移[23]。

如前述腫瘤缺氧以HIF-1-VEGF表達增加可激活EGFR-PI3K導致AKT/mTOR信號通路活性增加，促進Warburg效應介導的放射抵抗，因此HIF-1-VEGF與PI3K/AKT/mTOR之間相互調控。Torisel具有HIF-1-VEGF與PI3K/AKT/mTOR雙重抑制的作用，在放射增敏中取得成功。因此提出靶向抑制HIF-1及聯合抑制PI3K/AKT/mTOR通路可以增加腫瘤的放射敏感性，新的聯合放射增敏方案值得探索。

5.2 聯合自噬 HNSCC中PI3K信號通路除控制細胞增殖外，還是自噬的主要調節因子，其抑制劑可能會增加HNSCC的自噬，并間接支持癌細胞存活。HNSCC的體外研究和動物模型表明，自噬支持腫瘤細胞生長和治療耐藥性。目前僅有兩種自噬抑制劑被批準用于臨床使用：氯喹（CQ）和羥氯喹（HCQ）。

Bernard等[24]研究了PI3K聯合自噬對HNSCC的作用，氯喹可有效抑制PI3K抑制劑誘導的自噬，聯合使用可以協同減少癌細胞增殖，而不依賴于細胞系的PIK3CA狀態。Cerniglia等[20]發現NVPBEZ235使HNSCC細胞（SQ20B）及異種移植瘤放射增敏，加用氯喹，可增加對癌細胞的殺傷作用。為未來臨床試驗中聯合自噬與靶向PI3K/AKT/mTOR抑制策略提供了理論依據。

6 展望

獲得性放療耐藥性是HNSCC治療失敗的主要原因之一，了解癌細胞中與輻射抵抗相關的分子機制有助于探索治療方案。最新的基因組研究發現HNSCC的PI3K突變最頻繁，探索PI3K/AKT通路在放射抵抗中的作用，已成為非常有吸引力的分子治療靶點。

綜上所述，通過靶向抑制PI3K/AKT/mTOR通路及聯合抑制HIF-1或自噬策略在治療放射抵抗的HNSCC中都有很好的臨床前研究效果。針對同一腫瘤樣本中的許多突變和激活的信號通路，聯合治療可能有更好的放射增敏效果。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突