PI3K/Akt/mTOR 信號通路在甲狀腺癌中的研究進展

徐殿新 綜述，于躍利 審校（. 包頭醫(yī)學院，內蒙古 包頭04000；. 包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院，內蒙古包頭04000）

甲狀腺癌是最常見的內分泌系統(tǒng)惡性腫瘤，特別是嚴重危害了女性健康。近年來，我國甲狀腺癌的發(fā)病率呈明顯上升趨勢[1]，以沿海城市為甚，超過了其他惡性腫瘤的增長速度。因為癌癥帶給社會、家庭和個人巨大的負擔，尋找甲狀腺癌診療的新方法變得尤為重要[1]。近年來，磷酸酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（PI3K/Akt/mTOR）信號通路與惡性腫瘤的相關性研究成為熱點。PI3K/Akt/mTOR 信號通路不僅在正常細胞的生長增殖中起著極其重要的作用，而且也與癌細胞的生長關系密切，是細胞生長、分化的中心調控者。其參與了基因轉錄、蛋白質翻譯、核糖體合成等生物過程，在細胞生長和凋亡中發(fā)揮著極為重要的作用。因此，研究PI3K/Akt/mTOR 信號通路與甲狀腺癌的相關性能為闡述甲狀腺癌的發(fā)病原因及診斷提供一個全新的視角，探討其抑制劑的應用能為甲狀腺癌的靶向治療拓展新的道路。現將目前PI3K/Akt/mTOR 信號通路與甲狀腺癌的相關研究進展綜述如下。

1 PI3K/Akt/mTOR 信號通路

1.1 PI3K/AkT/mTOR 信號通路的組成

1.1.1 PI3K 是雷帕霉素靶蛋白上游的關鍵信號蛋白，是一種細胞質內的由催化亞基（P110）和調節(jié)亞基（P85）構成的異二聚體。在PI3K 中，能被細胞表面受體激活的1 型PI3K 功能最重要，研究也最廣泛[2]。當受到生長因子、細胞因子、激素、缺氧等外來刺激時，PI3K 被激活。

1.1.2 Akt 又稱蛋白激酶B（PKB），是PI3K 關鍵的下游蛋白，相對分子質量約為60×103，與病毒原癌基因v-Akt 同源，是一種進化上高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。共分為3 類：Akt1、Akt2和Akt3，而且三者密切相關，對調控細胞大小、生長、增殖、存活及代謝等起著重要作用[3]。

1.1.3 mTOR 是該信號通路的重要組成部分，由相對分子質量為289×103的蛋白質構成，屬PI3K 蛋白激酶類家族，也是PI3K 信號通路下游分子之一。mTOR 在生物學功能上存在2 種不同的蛋白復合物：mTORC1（mTOR complex 1）和mTORC2（mTOR complex 2）。mTORC1 是 由Raptor、mTOR、mlST8、Deptor 和PRAS40 組 成，由氧水平、氨基酸、能量和生長因子等負責調節(jié)。有研究表明，抑制mTORC1 在G1期也抑制了mRNA 的編碼[4]。mTOR 的抑制在某種程度上抑制了G1期的細胞增殖作用。mTORC2 是由Rictor、mTOR、mLST8、Protor、Deptor 和mSin1 構成，也由生長因子負責調節(jié)。mTOR 控制細胞內mRNA 的翻譯，參與膜蛋白轉運、蛋白質降解、蛋白激酶C 信號傳導和核糖體合成等一系列生理病理過程，其信號通路的調節(jié)失控會導致細胞體積改變，進而導致多種病理現象。

1.2 PI3K/Akt/mTOR 信號傳導途徑 對PI3K/Akt/mTOR 信號通路的研究已經非常透徹，目前普遍認為，其在正常細胞中的功能為平衡營養(yǎng)和能量、控制蛋白質的合成和細胞增殖。具體機制為：當生長因子、細胞因子、激素、缺氧等細胞外來刺激因素與細胞膜表面的受體結合后，細胞內PI3K 被激活，并將底物3，4-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化為3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）。PIP3 作為第二信使與Akt 蛋白相互作用，使Akt 蛋白聚集到細胞膜上，在三磷酸磷脂酰肌醇依賴性蛋白激酶（PDK1）的幫助下，磷酸化Akt 蛋白上的THr308 位點和Ser473 位點將其激活?；罨腁kt 可直接激活雷帕霉素復合體mTORC1，也可通過抑制結節(jié)性硬化復合物1/2（TSC1/2）形成復合物，激活該信號通路。雷帕霉素復合體mTORC1 則磷酸化其2 個下游分子，即翻譯抑制因子eIF-4E 結合蛋白1（4EBP1）和核糖體蛋白S6K1，從而激活致癌蛋白如血管內皮生長因子（VEGF）及細胞周期蛋白D 的表達，促進核糖體蛋白及翻譯調節(jié)蛋白的合成[5]。

2 PI3K/Akt/mTOR 信號通路與惡性腫瘤研究進展

上述PI3K/Akt/mTOR 信號傳導通路傳導途徑的研究表明，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中，mTOR 信號傳導途徑的上游分子PI3K和Akt 可促進腫瘤蛋白形成，從而在腫瘤的形成中起重要作用。生長因子通過信號傳導使PI3K 激活，產生受第10 號染色體同源丟失性磷酸酶-張力蛋白基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome Ten，PTEN）調控的PIP2 和PIP3。PTEN 是腫瘤抑制基因的產物，可使以上2 種產物去磷酸化失活，PTEN 發(fā)生突變，使PI3K 及產物增加、Akt 活性增強，并使細胞發(fā)生轉化。所以，當mTOR 信號通路被過度激活時，其在多種惡性腫瘤中均存在高表達。許多研究通過免疫組織化學（免疫組化）實驗等對mTOR 抗體在乳腺癌、宮頸癌、喉癌、腦膠質瘤等的表達進行了檢測，結果顯示均呈現高表達。因此，該結論可以對探討相應惡性腫瘤的病因、診療提供幫助。

3 PI3K/Akt/mTOR 信號通路與甲狀腺癌

在PI3K/Akt/mTOR 信號通路中，生長因子受體、PI3K、Akt、eIF-4E 等均是癌基因所編碼的蛋白?，F已發(fā)現，許多腫瘤均伴有mTOR 信號通路調控異常，與腫瘤發(fā)生密切相關的細胞增殖、細胞周期調控、細胞遷移等均受mTOR 的調控。有研究表明，PI3K/Akt/mTOR 信號通路在甲狀腺癌的發(fā)生、發(fā)展中過度激活。Tamburrino 等[6]對53 例甲狀腺髓樣癌標本進行了免疫組化分析，結果顯示，在甲狀腺髓樣癌中PI3K/Akt/mTOR 通路被激活，尤其是在有淋巴轉移的患者中。其提出的PI3K/Akt/mTOR 通路支持了甲狀腺髓樣癌細胞模型的惡性特點， 并對mTOR 靶向治療晚期甲狀腺髓樣癌的效果進行了肯定的推測。Saji 等[7]研究發(fā)現，PI3K/Akt/

mTOR 信號通路在甲狀腺癌的發(fā)展和惡化中扮演了重要角色，并通過大量臨床相關數據和體外研究證明了這一結論，經對該研究進行統(tǒng)計分析，得出該研究能應用于臨床治療的可能性推論。

4 mTOR 抑制劑的臨床應用

目前，已經有4 種mTOR 抑制劑被有效地應用于臨床，分別為雷帕霉素（rapamycin）、特癌適（CCI-779）、依維莫司（RAD001）和AP23573，后三者為雷帕霉素的衍生物。

4.1 雷帕霉素 雷帕霉素是最早被發(fā)現的mTOR 抑制劑，是20世紀70 年代從細菌中分離出的一種大環(huán)內酯類抗生素。目前已被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）獲準將該抑制劑應用于腎移植、藥物洗脫支架等治療中[8]。其作用機制：能夠結合他克莫司結合蛋白（FKBP），抑制mTOR，阻止S6K1 和eIF-4E 磷酸化，也抑制了蛋白的轉錄和翻譯，起到抗菌、免疫抑制和抗腫瘤的作用。人們對雷帕霉素的抗腫瘤活性發(fā)現較早，大量針對腫瘤組織和動物模型的實驗均發(fā)現雷帕霉素在乳腺癌、胰腺癌、肝癌、肺小細胞癌等惡性腫瘤中具有抑制腫瘤細胞生長的作用。Dufour 等[9]對雷帕霉素在癌癥中的治療進行了綜述，討論了雷帕霉素的功效，并認為雷帕霉素抑制腫瘤的生物學作用并不局限于增生的癌細胞，也涉及腫瘤的微環(huán)境。所以，關于雷帕霉素療效的研究在臨床應用中有更廣泛的前景，進一步的臨床試驗正在展開中。

4.2 特癌適 特癌適是研究最早的雷帕霉素衍生物。多種腫瘤模型及大量臨床研究已證明特癌適具備良好的抗癌活性。特別是針對PTEN 發(fā)生突變的腫瘤細胞具有更顯著的作用。特癌適在體內外的實驗表明對多種腫瘤有效，能夠延長患者生存期[10]。多項研究已證明，特癌適在肝癌、前列腺癌、膠質母細胞瘤等腫瘤的治療中具有一定作用[11-12]。2007 年FDA 批準了特癌適可作為一線治療藥物在晚期腎癌治療中應用。Thallinger 等[13]在研究中發(fā)現，特癌適在結合其他藥物治療時具有增加化療療效的作用。但特癌適的不良反應已受到重視，主要有體虛、黏膜炎癥、惡心、嘔吐和皮膚毒性。正因為如此，降低特癌適的不良反應會成為未來關于mTOR 抑制劑研究的重點。

4.3 依維莫司 依維莫司是新型口服抑制劑。其作用機制與雷帕霉素類似，先與FKBP12 形成二聚體后，再與mTOR 結合形成具有生物活性的復合物，可抑制mTOR 活性和阻斷mTOR 信號通路，從而抑制腫瘤細胞生長。依維莫司在歐洲及美國已被批準應用于心、腎等器官移植的排斥反應和使用常規(guī)化療藥物無效的晚期腎癌患者[14]。針對依維莫司對乳腺癌的治療效果，已有多項研究投入到臨床試驗階段[15]。依維莫司的抗腫瘤作用已被研究證明，且與其他藥物和激素等聯合應用時具有相加或協(xié)同作用。Guy 等[16]在依維莫司聯合長春瑞濱和西妥昔單抗治療乳腺癌的研究中，明確了依維莫司的抗腫瘤療效，并認為聯合用藥對治療效果有明顯提高。

4.4 AP23573 AP23573 是最新研究的雷帕霉素衍生物，目前投入 研 究 的 藥 物 為Ridaforolimus（AP23573；MK-8669）[17]，成 分 為deforolimus。AP23573 是一種mTOR 口服抑制劑，大量動物實驗及免疫組化實驗已證明該抑制劑在體外實驗中的抗腫瘤活性。目前已有多項臨床試驗正在評估其抗腫瘤活性[18]。這種新型的mTOR 抑制劑在國內鮮有報道，在未來的研發(fā)過程中有廣闊前景。

5 mTOR 抑制劑與甲狀腺癌的研究進展

5.1 雷帕霉素在甲狀腺癌中的研究進展 由于雷帕霉素衍生物的不斷發(fā)現，對雷帕霉素的關注度相對下降，但對雷帕霉素的研究仍具有指導意義。Feng 等[19]在研究雷帕霉素對腫瘤細胞增殖、凋亡和侵襲的體外實驗時，通過蛋白免疫印跡（western blot）法觀察了雷帕霉素對mTOR 表達的影響。當雷帕霉素濃度為20 nmol/L時，細胞的抑制和凋亡率明顯增加，而且當雷帕霉素的濃度超過20 nmol/L 時，mTOR 的表達明顯降低，PTEN 的表達明顯增加。從而得出雷帕霉素在體外可通過對mTOR 的抑制而抑制人類甲狀腺癌細胞增殖和誘導人類甲狀腺癌細胞凋亡的結論。

5.2 特癌適在甲狀腺癌中的研究進展 特癌適由于其發(fā)現時間較早，對某些腫瘤的臨床治療效果的研究接近完成，逐漸已投入臨床應用。針對甲狀腺癌的臨床研究也已發(fā)展為對特癌適的藥物耐受性研究。Coulter 等[20]應用最大耐受劑量的特癌適聯合丙戊酸對黑色素瘤、脊髓室管膜瘤、肺泡軟組織肉瘤、甲狀腺髓樣癌、肝細胞癌患者進行了耐受試驗，當最大耐受劑量的特癌適聯合應用丙戊酸時發(fā)生不良反應的情況明顯減少，并提出特癌適的使用應注意聯合應用的交互作用所帶來的優(yōu)點，并應成為未來試驗中所關注的方向。針對特癌適聯合其他抗腫瘤藥物及相應抑制劑的相關研究在近年來也在不斷開展。Liu 等[21]在探討甲狀腺癌的治療中絲裂原活化蛋白激酶（MEK）抑制劑——RDEA119 的治療潛力和協(xié)同mTOR 抑制劑——特癌適的治療效果時，通過動物實驗研究RDEA119 和特癌適協(xié)同作用于甲狀腺癌的治療效果，結果表明，2 種藥物的聯合應用存在重要治療潛力。Liu 等[22]在Akt 特異性抑制劑——MK2206 選擇性抑制甲狀腺癌細胞突變能夠激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路的實驗中也作了MK2206 聯合特癌適抑制甲狀腺癌細胞的相關研究。

5.3 依維莫司在甲狀腺癌中的研究進展 依維莫司可抑制腫瘤細胞生長，從而起到延長腫瘤患者生存時間的作用，已引起學者的關注。2010 年，Guigon 等[23]在抑制mTORC1 信號通路從而抑制甲狀腺癌腫瘤細胞生長的實驗研究中，通過對甲狀腺濾泡樣癌小鼠模型使用依維莫司進行研究，在事先假設抑制mTORC1 信號通路能夠阻止腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，對已被激活mTORC1 信號通路[TRbeta（PV/PV）PTEN（+/-）]（PTEN 單倍不足的顯性負性突變的甲狀腺激素受體β）的小鼠模型使用依維莫司進行觀察，雖然依維莫司未阻止腫瘤對血管和黏膜的侵犯及肺部轉移，但其大幅度地減緩了甲狀腺腫瘤的生長，從而延長了小鼠壽命。說明依維莫司并未使腫瘤細胞凋亡，也未有效地抑制mTOCR1 的激活，然而，其減少了PI3K/Akt/mTOR 下游蛋白的參與，使細胞增殖明顯降低，減緩了使信號通路激活的關鍵調節(jié)細胞周期進程。該實驗為未來的臨床試驗提供了重要的假設依據，并提出依維莫司應聯合應用其他誘導腫瘤收縮和阻斷轉移的藥物。Iwase 等[24]在依維莫司應用于肺癌和甲狀腺癌的相關研究中認為，依維莫司抑制mTOR信號傳導的抗腫瘤細胞生長和增殖的功效已得到證實，但因為其低水溶性和低生物藥效率影響了依維莫司的臨床開發(fā)進展，而該實驗為了解決這一不適合的特性，利用脂質體依維莫司對帶有甲狀腺髓樣癌細胞株（TT 細胞）小鼠動物模型進行的研究發(fā)現，脂質體依維莫司在對抗TT 細胞時比普通依維莫司具有更高的細胞毒性，從而得出脂質體依維莫司在甲狀腺髓樣癌的治療中是一種更強的制劑且可能有較強的抗癌功效的推斷。

依維莫司的臨床研究尚處于起步階段，Lim 等[25]在依維莫司的有效性和安全性的二期臨床試驗研究中，針對40 例晚期原發(fā)性和轉移性甲狀腺癌患者給予服用依維莫司進行治療，并觀察其不良反應等，結果表明，依維莫司在晚期原發(fā)性和轉移性甲狀腺癌中的作用有限，臨床使用價值仍需進一步研究。Faggiano 等[26]在依維莫司針對甲狀腺髓樣癌的體外和臨床研究中，給予2 例甲狀腺髓樣癌和高降鈣素水平患者依維莫司5～10 mg/d，且2 例患者均同時在使用奧曲肽治療，經觀察2 例患者的臨床反應，1 號患者血清降鈣素水平下降86%，2 號患者下降42%。認為依維莫司聯合奧曲肽可能對轉移性甲狀腺髓樣癌具有抗腫瘤作用，并建議進一步評估，進行前瞻性研究。Lin 等[27]在利用依維莫司的自噬誘導作用抑制酪氨酸激酶受體（Met）介導，提高甲狀腺乳頭狀癌的放、化療敏感性的實驗中發(fā)現自噬作用激活，從而起到抗癌效應，認為該效應主要是通過Met 介導實現的，利用依維莫司抑制Met 介導的誘導自噬作用，可增強放、化療對甲狀腺乳頭狀癌的作用。對于甲狀腺未分化癌的研究雖然進展緩慢，但也已進入臨床試驗階段[28]。

5.4 其他 由于AP23573 發(fā)現時間較短，絕大部分腫瘤的相關研究尚處于起步階段，應用于甲狀腺癌方面的研究，國內外開展鮮有報道。對于mTOR 抑制劑的4 種常見藥物與甲狀腺癌的國內外相關研究主要局限于依維莫司和特癌適2 種藥物，而且由于藥物的特殊性，開展到臨床試驗階段的也相對較少。更完整的實驗依據需要相關研究進一步完善和補充。

6 結語和展望

目前，國外關于PI3K/Akt/mTOR 信號通路與多種惡性腫瘤的相關研究已相對完善，但針對該信號通路與甲狀腺癌的相關研究還處于起步階段，mTOR 抑制劑靶向治療的可行性研究也在向臨床研究階段發(fā)展。相信隨著對PI3K/Akt/mTOR 信號通路的更進一步了解，通過探討與其他信號通路的關系，一定會給甲狀腺癌的診斷和治療帶來新的希望。

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