PI3K/Akt/mTOR信號通路在腎細胞癌中的研究進展

李文超，陳軍寶(綜述)，盧宏柱※(審校)

(1.長江大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，湖北 荊州 434000； 2.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院-北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，北京 100037)

腎細胞癌是世界十大致死癌癥之一,在我國泌尿系腫瘤中發(fā)病率僅次于膀胱癌。研究發(fā)現(xiàn)，腎癌患者中30%發(fā)生轉(zhuǎn)移,另有30%在10年內(nèi)有發(fā)生轉(zhuǎn)移的危險，并且轉(zhuǎn)移性腎癌對放化療及系統(tǒng)性治療具有較高的耐受性[1]。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin,PI3K/Akt/mTOR)信號通路是細胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一，主要通過改變下游效應(yīng)分子的活化狀態(tài)影響細胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)化及血管生成等生物學(xué)過程。近年來研究表明，PI3K/Akt/mTOR信號通路在腎癌細胞中廣泛激活，通過PI3K/Akt/mTOR信號抑制劑阻斷效應(yīng)分子活化、促進細胞凋亡已經(jīng)成為治療腎癌的新思路[2]。該文就PI3K/Akt/mTOR信號通路在腎細胞癌中的研究進展進行綜述。

1 PI3K/Akt/mTOR信號通路

PI3K是一類特異性磷酸化肌醇磷脂3位羥基的激酶，靜息狀態(tài)下普遍存在于細胞質(zhì)中。PI3K可以通過與具有磷酸化酪氨酸殘基的生長因子受體或連接蛋白相互作用而被激活，也可以與Ras和p110直接結(jié)合使PI3K活化。PI3K活化產(chǎn)生的類脂產(chǎn)物有3,4-二磷酸磷脂酰肌、3,5-二磷酸磷脂酰肌醇和3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇。依據(jù)PI3K結(jié)構(gòu)及底物特異性可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，Ⅰ型PI3K是由催化亞基p110和調(diào)節(jié)亞基p85構(gòu)成的異二聚體，可分為ⅠA(PI3Kα、β、δ)和ⅠB(PI3Kγ)兩個亞型，它們分別通過酪氨酸激酶受體、G蛋白受體活化，其作用是催化磷脂酰肌醇PI在D3位磷酸化，將底物二磷酸磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)化為三磷酸磷脂酰肌醇。三磷酸磷脂酰肌醇可作為第二信使與細胞內(nèi)含有PH(pleckstrin homolgy)結(jié)構(gòu)域的信號蛋白Akt結(jié)合，Akt轉(zhuǎn)位于細胞膜并獲得催化活性。

Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，也是PI3K下游的關(guān)鍵蛋白之一。Akt家族有Akt1、Akt2、Akt3三個亞型，又被稱為PKBα、PKBβ、PKBγ。三磷酸磷脂酰肌醇與Akt結(jié)合后，在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶2的參與下使Ser473、Thr308位點磷酸化，其最終結(jié)果導(dǎo)致Akt完全活化?；罨腁kt激活或抑制下游包括mTOR、Bad、胱天蛋白酶9、周期蛋白D1、核轉(zhuǎn)錄因子κB在內(nèi)的諸多靶蛋白。

mTOR是一種高度保守的調(diào)控細胞生長和代謝的絲氨酸/蘇氨酸激酶，受到PI3K/Akt信號通路的直接調(diào)控。mTOR在生物體內(nèi)以兩種復(fù)合物的形式存在，即mTORC1和mTORC2。Akt通過抑制抑癌蛋白和結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合蛋白形成異二聚體而激活mTOR，這種異二聚體復(fù)合物是mTOR上游的負性調(diào)控因子。在腫瘤細胞中，PI3K/Akt信號通路并不是調(diào)節(jié)mTOR的唯一途徑。

2 PI3K/Akt/mTOR信號通路與腎細胞癌的發(fā)生和發(fā)展

2.1人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因 腎細胞癌起源于腎小管上皮細胞，主要分為透明細胞癌、乳頭狀癌、嫌色細胞癌、集合管癌、未分類癌，其中以透明細胞癌最常見，占腎癌的80%～85%。在腎癌中，細胞因子受體激酶激活及抑癌基因人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的失活可導(dǎo)致PI3K/Akt/mTOR信號通路異常激活。

PTEN是1997年首次報道的、具有雙特異磷酸酶活性的抑癌基因，位于染色體10q23，有蛋白磷酸酶活性和脂質(zhì)磷酸酶活性，主要通過后者來發(fā)揮抑癌功能。研究證實，PTEN的調(diào)節(jié)在PI3K/Akt/mTOR途徑中具有關(guān)鍵作用，PTEN的磷酸酶功能區(qū)能夠使磷酸化的Tyr、Ser、Thr去磷酸化，將三磷酸磷脂酰肌醇去磷酸化為二磷酸磷脂酰肌醇從而實現(xiàn)對PI3K/Akt信號通路的負性調(diào)節(jié)[3]。Schneider等[4]用Western Blot法對135例腎透明細胞癌的PTEN表達做定量分析，發(fā)現(xiàn)術(shù)后5年內(nèi)低表達PTEN的患者大部分死于癌轉(zhuǎn)移；對轉(zhuǎn)染PTEN和同型突變PTEN的786-0細胞注入無胸腺小鼠做定量分析，發(fā)現(xiàn)PTEN基因與腎癌的轉(zhuǎn)移性相關(guān)聯(lián)。在腎癌細胞中Akt磷酸化水平與PI3K水平呈正比，而與PTEN水平呈反比，并且mTOR在腎癌細胞中高度表達[2]。這些研究表明，抑癌基因PTEN的失活可導(dǎo)致PI3K/Akt/mTOR信號通路異常激活并促進腫瘤進展，是影響轉(zhuǎn)移性腎癌患者預(yù)后的危險因素。

2.2細胞增殖及血管生成 PI3K/Akt/mTOR信號通路通過各種途徑抑制細胞凋亡、加快細胞周期、促進血管形成和腫瘤細胞轉(zhuǎn)移，直接影響腎癌的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸及預(yù)后。PI3K/Akt信號通路可通過抑制p21、p27表達及增加周期蛋白依賴性蛋白激酶和周期蛋白的表達促進細胞G1期進展，加速細胞增殖。Shanmugasundaram等[5]對S期激酶相關(guān)蛋白2/p27的研究證實，PI3K/Akt/mTOR信號途徑通過上調(diào)S期激酶相關(guān)蛋白2蛋白表達激活mTORC2，導(dǎo)致核p27蛋白水平降低，使細胞在G1期進展。mTORC2激活在腎癌細胞周期的G1-S期間發(fā)揮了促進細胞增殖的作用[5]。也有研究表明，受PI3K/Akt信號通路活化的Akt不僅對細胞生存、蛋白質(zhì)的產(chǎn)生及早期反應(yīng)因子翻譯具有顯著影響，而且可能有助于腎細胞癌的血管生成[6]。Tsavachidou-Fenner等[7]通過對37例腎細胞癌患者不同蛋白及基因表達的評估，發(fā)現(xiàn)腎細胞癌抗血管生成治療的效果與PI3K信號系統(tǒng)激活程度關(guān)系密切。這些研究說明，PI3K/Akt/mTOR信號途徑異常激活導(dǎo)致腎癌細胞抗凋亡能力增強、細胞增殖及血管形成。

2.3腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移 腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移與細胞外基質(zhì)的降解及腫瘤血管的大量生成有密切關(guān)系，基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是降解細胞外基質(zhì)的重要酶類。PI3K/Akt/mTOR信號通路中，活化的Akt能夠增加核轉(zhuǎn)錄因子κB的轉(zhuǎn)錄活性，使MMP-2、MMP-9水平增加，細胞運動增強，促進腫瘤侵襲。有研究發(fā)現(xiàn)，對透明細胞性腎細胞癌使用PI3K抑制劑LY294002或Akt抑制劑后，MMP-2水平明顯降低，說明PI3K/Akt/mTOR信號通路影響MMP-2激活和透明細胞性腎細胞癌的侵襲能力[8]。在Kawata等[9]的試驗中，對120例無遠處轉(zhuǎn)移、未侵犯腎周筋膜的腎透明細胞癌患者用MMP-2和MMP-9進行免疫著色，通過半定量多元分析這些因素的免疫反應(yīng)性來檢測癌特有的生存率，發(fā)現(xiàn)MMP-9與高級別腎癌具有明顯相關(guān)性，且MMP-9與腎癌的預(yù)后呈正相關(guān)?？傊?，PI3K/Akt/mTOR信號通路可通過影響MMPs的激活促進腎癌細胞侵襲和轉(zhuǎn)移。

3 以PI3K/Akt/mTOR信號通路分子為靶點的腎細胞癌治療策略

3.1PI3K抑制劑 目前研究較多的靶向PI3K的抑制劑有LY294002和渥曼青霉素，這兩種抑制劑能夠影響細胞密度及細胞活性從而使腎癌細胞凋亡，同時也能夠使Akt磷酸化水平在短時間內(nèi)降低。Sourbier等[2]對同一組被移植腎癌細胞的裸鼠進行實驗，發(fā)現(xiàn)LY294002抑制了腫瘤的生長并使Akt磷酸化水平降低，表明PI3K/Akt/mTOR信號抑制劑的作用靶點是Akt的激活位點，LY294002和渥曼青霉素對于腎癌細胞中抑制Akt的激活作用具有特異性。體內(nèi)實驗中，LY294002顯著控制了腫瘤誘發(fā)的血管生成和腫瘤生長[10]。Horiguchi等[11]用LY294002對腎細胞癌(786-0)鼠進行治療后發(fā)現(xiàn)Akt磷酸化水平降低，細胞凋亡率從5.5%增加到7.7%，可見PI3K抑制劑對于腎細胞癌的治療具有重要意義。目前由于LY294002和渥曼青霉素的化學(xué)屬性及相關(guān)不良反應(yīng)，這些化合物在臨床上使用受限，多用于PI3K抑制劑的研究。

3.2mTOR抑制劑 mTOR抑制劑主要針對于mTORC1，可阻斷多種細胞生長因子的促細胞分裂作用，繼而抑制mTORC2下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子、血小板衍生生長因子水平。雷帕霉素是一種研究比較成熟的mTOR抑制劑，作用于mTOR下游轉(zhuǎn)導(dǎo)通路p70s6k和4E-BP1，抑制細胞周期G1-S期的轉(zhuǎn)錄和翻譯，發(fā)揮抑制mTOR的作用。在大多數(shù)類型的腫瘤治療中，mTOR抑制劑主要是控制腫瘤進展而不是使腫瘤消退。最近的研究表明，雷帕霉素及其類似物具有明確的抗腫瘤活性,有關(guān)血管內(nèi)皮生長因子抑制劑及mTOR抑制劑對腎癌的聯(lián)合療效正在研究中，對腎細胞癌動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，mTOR抑制劑與血管內(nèi)皮生長因子抑制劑(如蘇尼替尼、索拉菲尼)具有協(xié)同抗腫瘤作用[12]。Serova等[13]為了評估第一代雷帕霉素類似物(依維莫司，替西羅莫司)和第二代mTOR抑制劑(AZD-8055)，PI3K抑制劑(BKM-120)或雙重抑制劑(BEZ-235、GDC-0980)在具有索拉非尼或舒尼替尼耐藥性特點的肝細胞癌和腎細胞癌中的效果，使用3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴鹽比色法檢測藥物的抗增殖性，用Western印跡法檢測藥物對細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素類似物抑制mTORC1下游目標，并對腎細胞癌細胞具有抗增殖作用。第二代藥物是mTORC1強效抑制劑，對于索拉非尼或舒尼替尼耐藥性腎細胞癌細胞也表現(xiàn)出較強的抑制細胞增殖作用[13]。替西羅莫司是第一個被證明對晚期腎癌患者有效的mTOR抑制劑，而依維莫司是一種不同于西羅莫司脂化物的口服mTOR抑制劑。研究表明，替西羅莫司和依維莫司在體內(nèi)和體外的試驗中均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和抗增殖活性，并且單獨或聯(lián)合用藥效果都比較顯著，替西羅莫司和依維莫司已被美國食品藥物管理局批準用于治療轉(zhuǎn)移性腎癌[14]。

由于替西羅莫司和依維莫司在代謝、制劑和劑量等方面有所差異，治療對象不盡相同。已被批準的mTOR抑制劑替西羅莫司和依維莫司是治療腎細胞癌的重要選擇，臨床實踐指南建議使用替西羅莫司治療轉(zhuǎn)移性腎癌預(yù)后不良的患者，而依維莫司作為轉(zhuǎn)移性腎癌患者經(jīng)血管內(nèi)皮生長因子抑制劑治療無效后的標準治療方案[15]。目前針對PI3K/Akt/mTOR信號通路的各類抑制劑正在研究中，包括mTORC1/mTORC2激酶結(jié)構(gòu)域抑制劑、mTOR/PI3K雙重抑制劑、PI3K選擇性抑制劑等。

3.3NVP-BEZ235 NVP-BEZ235(C30H23N5O)是一種PI3K和mTOR的雙重抑制劑，它在藥理學(xué)上的優(yōu)勢及體內(nèi)給藥的控制使其能在腫瘤組織中高度持續(xù)的發(fā)揮作用[16]。NVP-BEZ235同時抑制mTORC1和mTORC2，對p-Akt的抑制作用增強，相比LY294002或雷帕霉素或LY294002與雷帕霉素聯(lián)合治療抑制作用更加顯著[17]。Cho等[18]在腎細胞癌的細胞株體內(nèi)和體外的試驗中發(fā)現(xiàn)，使用NVP-BEZ235后細胞均表現(xiàn)出生長停滯，抑制作用較為顯著。Roulin等[19]使用NVP-BEZ235和索拉非尼對腎癌細胞株786-0和Caki-1進行處理后發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞的擴散均受到不同程度的抑制，并且NVP-BEZ235和索拉非尼聯(lián)用的效果要優(yōu)于單獨使用。Li等[20]通過測試786-0細胞株的存活率、凋亡和自噬來評價NVP的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NVP可抑制腎癌細胞生長、誘導(dǎo)細胞凋亡和自噬，并且NVP與自噬抑制劑聯(lián)用可增強抑制生長和誘導(dǎo)凋亡的效果。NVP-BEZ235目前正處于臨床試驗階段，在腎細胞癌模型中表現(xiàn)出高度活躍性，進一步評估這種化合物在腎細胞癌中的作用是必要的[21]。

4 展 望

PI3K/Akt/mTOR信號通路由于各種原因被激活后促進腫瘤的進展和轉(zhuǎn)移，在許多惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中都發(fā)揮著重要作用，已經(jīng)成為腫瘤治療的新靶點。但是，目前對于PI3K/Akt/mTOR信號通路的生物特性及作用機制認識還不全面，特別是在腎細胞癌中與PI3K/Akt/mTOR相關(guān)的諸多問題還有待于進一步研究。PI3K/Akt/mTOR信號通路的下游靶蛋白如何在腎細胞癌中發(fā)揮作用以及腎細胞癌固有耐藥性的分子基礎(chǔ)目前尚未研究明確。新一代的PI3K/Akt/mTOR信號通路抑制劑正在臨床試驗階段，抗腫瘤藥物的聯(lián)合治療將成為未來臨床研究的熱點。隨著研究的深入，PI3K/Akt/mTOR信號通路將成為一個更加精確的靶點，并且腎癌患者將會極大地受益于PI3K/Akt/mTOR信號通路抑制劑。

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