mTOR靶向治療與前列腺癌關(guān)系的研究進(jìn)展

江克華，宋興福，董自強(qiáng)，龍 兵

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002)

近幾年，我們可以在信號(hào)通路中有目的的選擇有效的分子靶向治療，從而預(yù)防和治療腫瘤。在前列腺癌中，磷脂酰肌醇-3-羥基激酶(PI3K)是一個(gè)常見的異常信號(hào)通路。PI3K通路可被生長(zhǎng)因子如表皮生長(zhǎng)因子(EGF)等激活，涉及到一些重要的下游細(xì)胞信號(hào)元件，其中之一就是哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，mTOR激活導(dǎo)致其下游分子序貫激活，最終導(dǎo)致細(xì)胞分裂。本文就mTOR在前列腺癌中作為靶向治療目標(biāo)的原理及mTOR抑制在前列腺癌中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 mTOR和它相關(guān)的信號(hào)通路

mTOR是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，分子量為289 kDa。結(jié)構(gòu)域從氨基端到羧基端依次為HEAT重復(fù)序列(即Huntignton、EF3、PP2A 一個(gè)亞基、TOR1)、FAT 結(jié)構(gòu)域、FRB 激酶結(jié)構(gòu)域、NRD及FATC結(jié)構(gòu)域。mTOR因其關(guān)鍵蛋白與PI3K的催化單位高度同源，故屬于PI3K相關(guān)激酶(PIKK)家族的成員。mTOR是1994年在酵母中分離出來(lái)的，其基因序列從酵母到哺乳動(dòng)物都高度保守，人類、小鼠和大鼠的mTOR蛋白在氨基酸水平95%是一致的。

激活后的mTOR可調(diào)節(jié)兩條不同的通路:核蛋白體p70S6K(RISK或S6K1)和真核起始因子結(jié)合蛋白［4E連接蛋白(4EBP)］。mTOR可以通過磷酸化直接激活S6K1或通過抑制磷酸化而維持S6K1的失活狀態(tài)。激活的S6K1能增強(qiáng)含有5'-末端寡嘧啶區(qū)(TOP)的mRNA的翻譯。一旦S6K1被激活，1個(gè)多相過程將隨即發(fā)生。另外，還發(fā)現(xiàn)PDK1也可直接磷酸化及激活S6K1。mTOR控制的第2個(gè)下游主要信號(hào)通路是4E-BP抑制蛋白的磷酸化和失活，4EBP被磷酸化后，即與eIF-4E解離，游離的eIF-4E能促進(jìn)蛋白的合成，也是有絲分裂過程中mRNA翻譯所必需的，包括對(duì)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白cyclinD1的編碼。mTOR依賴通路還調(diào)節(jié)如c-MYC、缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)以及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等蛋白的合成。

mTOR上游的調(diào)節(jié)是通過PI3K通路實(shí)現(xiàn)的，PI3K是一個(gè)酯酶，可被一些生長(zhǎng)因子及細(xì)胞因子等刺激因子激活，如IL-1、IL-2、IL-3、胰島素樣生長(zhǎng)因子、EGF、集落刺激因子等。這些細(xì)胞外生長(zhǎng)因子配體與跨膜的酪氨酸激酶受體如胰島素受體(IR)結(jié)合后，IR的多個(gè)酪氨酸殘基被磷酸化而激活，活化的IR通過磷酸化其底物蛋白來(lái)招募PI3K的p85亞基，并把信號(hào)傳遞給 p110亞基，導(dǎo)致 PI3K的激活?；罨腜I3K進(jìn)而磷酸化其底物3，4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)使其轉(zhuǎn)化為3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)。Akt又稱蛋白激酶B(PKB)，通過血小板—白細(xì)胞C激酶同源區(qū)和PIP3結(jié)合，并通過磷脂酰肌醇依賴性激酶1(PDK1)使第308位上的蘇氨酸位點(diǎn)(Thr308)磷酸化而被激活，激活的Akt在前列腺癌中作為生物標(biāo)記物，p-Akt的表達(dá)水平與腫瘤的復(fù)發(fā)有一定的聯(lián)系［1，2］。在PDK2存在下Akt第473位上的絲氨酸位點(diǎn)(Ser473)磷酸化也被激活。正常情況下，結(jié)節(jié)性腦硬化復(fù)合物-1(TSC-1)和TSC-2形成二聚體復(fù)合物，是小GTP酶Rheb的抑制劑，而Rheb是mTOR活化所需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情況下抑制mTOR的功能。當(dāng)Akt活化后，它可磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，從而抑制TSC-1/TSC-2復(fù)合物的形成，進(jìn)而解除對(duì)Rheb的抑制作用，使mTOR被激活。另外Akt也可直接磷酸化mTOR［3］。

在整個(gè)PI3K信號(hào)通路中，有一個(gè)十分重要的負(fù)反饋調(diào)節(jié)劑就是腫瘤抑制基因PTEN［4］，其編碼產(chǎn)物是一種PIP3磷酸酶，可以使PIP3在D3位去磷酸化生成PIP2，從而負(fù)調(diào)節(jié)PI3K下游Akt/mTOR信號(hào)通路的活性。在前列腺癌中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)PTEN缺失或突變。

mTOR復(fù)合物形式包括 RAPTOR和 RICTOR。其中RAPTOR可能是一種橋梁分子，它連接TOR信號(hào)基序(TOS)、S6K1和4EBP1，將底物提呈給mTOR的激酶區(qū)域以優(yōu)化下游靶點(diǎn)的磷酸化過程。LST8可特異性地作用于mTOR分子中激酶催化域，起到活化并穩(wěn)定mTOR的作用。而RICTOR-mTOR復(fù)合物則調(diào)節(jié)PKC的磷酸化以及肌動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架，而且還可直接磷酸化Akt［5］。

最近研究發(fā)現(xiàn)，隨著腫瘤的生長(zhǎng)，其增長(zhǎng)速度超過了氧的供應(yīng)，從而導(dǎo)致腫瘤中心部位缺氧，氧供不足觸發(fā)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)增加組織的氧耗。而缺氧誘導(dǎo)血管形成是一個(gè)超過70多種基因轉(zhuǎn)錄參與的復(fù)雜過程。而這個(gè)過程是由轉(zhuǎn)錄因子HIF-1所介導(dǎo)的，其活性是由HIF-1α亞基調(diào)節(jié)，HIF-1α亞基表達(dá)相對(duì)穩(wěn)定且可以與其他多種蛋白發(fā)生二聚化作用。然而，HIF-1α mRNA的表達(dá)是持續(xù)而穩(wěn)定的，但HIF-1α蛋白幾乎不能在穩(wěn)定的生理狀態(tài)下檢測(cè)到，可能是因?yàn)樗ㄟ^泛素—蛋白酶體系統(tǒng)(如VHL腫瘤抑制蛋白)快速的降解［5］。近來(lái)發(fā)現(xiàn)mTOR可能與HIF-1α介導(dǎo)的通路相互作用。HIF-1α的激活通過與RAPTOR復(fù)合物相互作用從而增加mTOR介導(dǎo)的信號(hào)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在HIF-1α中存在著與RAPTOR相似的結(jié)合部位，這可能意味著在這兩種分子之間存在聯(lián)系［6］。然而，mTOR是否通過磷酸化直接激活HIF-1α還不是很清楚，需進(jìn)一步研究。

2 雷帕霉素(rapamycin)與mTOR抑制劑

rapamycin是大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，是從吸水性鏈霉菌發(fā)酵液中提取出來(lái)的。最初被作為是抗白色念珠菌、新型隱球菌、黃曲菌的抗真菌藥物。1977年MARTEL等報(bào)告其具有免疫抑制作用，1989年開始用于器官移植后的抗免疫排斥反應(yīng)，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)其作為一種非細(xì)胞毒性藥物，可在體內(nèi)外引起部分人類腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制。但將rapamycin作為一種抗腫瘤藥物是直到上世紀(jì)90年代CCI-779這種可從靜脈輸入的藥物發(fā)現(xiàn)后才開始廣泛應(yīng)用的，因它在動(dòng)物體內(nèi)有更安全的細(xì)胞毒理學(xué)作用。由于rapamycin穩(wěn)定性和溶解度的問題限制了它的應(yīng)用，然而這些問題逐漸被解決，它的作用機(jī)制也被闡明。

rapamycin可與高度保守的免疫親和蛋白FK506結(jié)合蛋白12(FKBP-12)形成有活性的rapamycin-FKBP-12復(fù)合物，這種復(fù)合物再與mTOR的FRB區(qū)相結(jié)合，從而抑制mTOR的激酶活性。進(jìn)而阻斷mTOR下游信號(hào)通路以及mRNA翻譯，抑制細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的合成，使細(xì)胞阻滯在G1期。目前，rapamycin抗腫瘤主要是通過聯(lián)合用藥，如與他莫昔芬聯(lián)合用藥治療雌激素敏感的乳腺癌等。另外rapamycin的衍生物RAD001、AP23573和CCI-779等，它們的藥理作用跟rapamycin一樣，也都是通過與FKBP-12結(jié)合抑制mTOR活性。

3 mTOR抑制劑與前列腺癌

由于雄激素依賴性前列腺癌最終可轉(zhuǎn)化為雄激素非依賴性前列腺癌(AIPC)，越來(lái)越多的研究試圖闡明其機(jī)制。一個(gè)普遍的、重要的理論是生長(zhǎng)因子信號(hào)通路的改變。大量異常的生長(zhǎng)因子信號(hào)通路在AIPC細(xì)胞中已被發(fā)現(xiàn)，它們可能促進(jìn)細(xì)胞的持續(xù)增殖，甚至在雄激素缺乏的細(xì)胞中也一樣。因此，對(duì)于這些重要信號(hào)通路的靶向抑制將會(huì)是治療AIPC的一個(gè)重要的新方法。而PI3K信號(hào)通路處于眾多生長(zhǎng)因子的下游，它可能是一個(gè)合適的靶向抑制目標(biāo)，這也為mTOR抑制劑在AIPC中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

用微陣方法分析前列腺正常上皮、前列腺增生組織、前列腺上皮內(nèi)瘤病及前列腺癌發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌發(fā)展的不同階段都有 mTOR通路蛋白的表達(dá)［7］。有研究檢測(cè) PTEN、mTOR、p-mTOR、eIF4E、4EBP1、p-4EBP1、S6K1、p-S6K1 蛋白在這些前列腺組織中的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在前列腺癌中隨著PTEN表達(dá)水平的下降，mTOR表達(dá)水平是增高的。已經(jīng)證明mTOR能夠在胞質(zhì)和胞核之間穿梭，而抑制這種穿梭運(yùn)動(dòng)則可以抑制4EBP1的激活，故這種在細(xì)胞內(nèi)的穿梭運(yùn)動(dòng)對(duì)細(xì)胞的正常功能非常重要。4EBP1在60%的前列腺癌組織中存在過表達(dá)，其中有40%的患者存在高水平的過表達(dá)［7］。最近研究報(bào)道在前列腺癌中及前體病變高級(jí)別前列腺上皮內(nèi)瘤病中p-mTOR都存在著高水平表達(dá)［8］。

在前列腺癌的體內(nèi)和體外模型中，mTOR抑制劑臨床前研究已經(jīng)證實(shí)其療效，有學(xué)者研究CCI-779在激素抵抗性前列腺癌PC-3和DU145細(xì)胞株中的效應(yīng)，結(jié)果顯示PTEN缺失的PC-3細(xì)胞與PTEN表達(dá)的DU145細(xì)胞相比上調(diào)了Akt通路［9］。然后用CCI-779單獨(dú)及聯(lián)合化療藥物米托蒽醌和紫杉醇處理這兩個(gè)細(xì)胞系，當(dāng)CCI-779單獨(dú)應(yīng)用時(shí)呈劑量依賴關(guān)系抑制細(xì)胞，但是給予化療藥物沒有協(xié)同效應(yīng)，在動(dòng)物腫瘤模型中，CCI-779可以延遲腫瘤的進(jìn)展。高劑量的CCI-779不僅顯著抑制移植腫瘤生長(zhǎng)，而且抑制PTEN缺失的PC-3細(xì)胞的生長(zhǎng)，但是有微弱抑制骨髓的副作用。相反，有報(bào)道CCI-779能夠增加傳統(tǒng)化療藥物紫杉醇在前列腺癌中的敏感性，且兩者聯(lián)合應(yīng)用阻止細(xì)胞周期在G0/G1期［10］。另外，mTOR抑制劑與雄激素受體抑制劑聯(lián)合用于耐藥的前列腺癌模型中，可顯著降低腫瘤的生長(zhǎng)速度和腫瘤的體積，且增加腫瘤對(duì)于抗雄激素治療的敏感性。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)PI3K通路被不同程度抑制后，雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性是增加的，在雄激素敏感性前列腺癌LNCaP細(xì)胞中，雄激素與rapamycin協(xié)同激活雄激素靶基因，盡管增加了雄激素信號(hào)，但是rapamycin仍然降低LNCaP細(xì)胞的生長(zhǎng)，表明在前列腺癌細(xì)胞中PI3K通路與AR信號(hào)相比占優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)研究小組將rapamycin與非類固醇類雄激素受體拮抗劑比卡魯胺聯(lián)合應(yīng)用于前列腺癌細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)rapamycin單獨(dú)應(yīng)用最初抑制細(xì)胞的增殖，但是細(xì)胞會(huì)逐漸抵抗這種作用，然而通過與比卡魯胺聯(lián)合應(yīng)用可以消除這種抵抗，表明在mTOR通路和AR介導(dǎo)的通路之間可能存在通路下游的“串話”。

研究發(fā)現(xiàn)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶MAPK參與PTEN突變的前列腺小鼠模型的致癌作用，且與Akt介導(dǎo)的通路有協(xié)同作用。繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌小鼠模型中，mTOR抑制劑rapamycin與MAPK信號(hào)通路抑制劑PD0325901對(duì)抑制激素抵抗性前列腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)有協(xié)同作用，且二者聯(lián)合能夠抑制腫瘤的形成。在rapamycin的體外實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)rapamycin對(duì)雄激素依賴性前列腺癌細(xì)胞系LNCaP和AIPC細(xì)胞系PC-3有抑制效應(yīng)。另外mTOR和PI3K/Akt的抑制劑可以使轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-1發(fā)揮更大的抑制效應(yīng)，具有協(xié)同效應(yīng)。

4 展望

AIPC的治療效果還不是很理想，目前的化學(xué)療法僅能延長(zhǎng)生存期，且具有很強(qiáng)的毒副作用。因此，急切需要尋找高選擇性、低毒的靶向目標(biāo)。mTOR及它的抑制劑在大量前列腺癌的體內(nèi)和體外模型中都顯示出非常好的前景，但是迄今臨床方面的研究還很欠缺。最初的臨床試驗(yàn)rapamycin衍生物temsirolimus和CCI-779在腎細(xì)胞癌中顯示出非常好的療效，患者也能很好的耐受，而且rapamycin與其他抑制劑聯(lián)合應(yīng)用更有效。由于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多因素多步驟的過程，mTOR抑制劑與其他抗癌藥物的聯(lián)合應(yīng)用可能是將來(lái)臨床研究的重點(diǎn)，其不僅可以提高腫瘤的臨床治療效果，而且可減少耐藥性的產(chǎn)生。

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