mTOR抑制劑放療增敏的研究進展*

李 雪 劉寧波 趙路軍 王 平

mTOR抑制劑放療增敏的研究進展*

李 雪 劉寧波 趙路軍 王 平

放療是腫瘤的重要治療手段之一，仍有部分患者在接受放療后存在復發(fā)或抗拒。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是PI3K/AKT信號通路的主要效應分子，分為mTORC1和mTORC2，對細胞生長及增殖、細胞周期進展及蛋白翻譯等均有重要調節(jié)作用。mTOR異常表達與腫瘤發(fā)生及治療反應密切相關。腫瘤的放療敏感性與“4R”效應有關。mTOR抑制劑可通過影響細胞周期進展、DNA損傷修復及抗血管形成等多種途徑發(fā)揮放療增敏作用。初期研究證實依維莫司具有放療增敏作用并且毒性可耐受。應用mTOR抑制劑后不同細胞及個體反應不同，可能與基因表達狀態(tài)有關，需進一步研究證實。

放射治療 mTOR 放療敏感性 mTOR抑制劑

放療是腫瘤的重要治療手段之一，在實體腫瘤患者中，約一半患者在其病程中需接受放療。與手術及化療比較，放療在控制腫瘤的同時可更好地保護正常組織，對全身影響更少［1］。然而，仍有部分患者在接受放療后出現復發(fā)轉移。目前，主要通過同步化療或熱療提高放療療效，但效果仍不明顯，且毒性增加。然而放療結合靶向治療效果仍不明確。mTOR是目前的研究熱點和難點，與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉移、復發(fā)及治療抗拒均有關［2］。但與放療敏感性的關系仍不明確。本研究對其臨床及亞臨床研究現狀進行綜述。

1 mTOR信號通路及其抑制劑

在人類多種腫瘤中均發(fā)現PI3K/AKT信號通路的過度激活［3-5］，其主要效應分子哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，對細胞生長及增殖、細胞周期進展及蛋白翻譯等均有重要調節(jié)作用［6-8］。mTOR分為兩種結構上及功能上不同的多蛋白復合物，即mTORC1和mTORC2，兩種蛋白在分子組成、下游效應分子及生物效應等方面均不同［7，9-11］。mTORC1由Raptor、mLST8及mTOR組成，mTORC2由Rictor、mSIN1、mLST8及mTOR組成。mTORC1的下游效應分子主要為4E-BP1（4E-binding protein 1）及S6K1（ribosomal S6 kinase 1），而mTORC2活性與AKT Ser 473位點磷酸化有關。mTOR異常表達可通過改變蛋白合成、異常調節(jié)細胞周期及抑制細胞凋亡等途徑促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展［12］。目前認為，mTOR異常表達與放療誘導的放療抗拒有關［12］。放療可通過激發(fā)生長因子受體等導致PI3K/AKT/mTOR信號通路短暫迅速激活，mTOR活化可通過多種途徑減少腫瘤細胞損傷、維持細胞存活［12，13］，包括磷酸化4E-BP1誘導TLK1B表達，TLK1B可促進DNA損傷修復；促使HIF-1α積聚，HIF-1α可通過誘導VEGF產生、血管形成、保護血管內皮細胞免受放療的細胞毒性。在多種腫瘤細胞發(fā)現mTOR抑制劑有較強的抗腫瘤活性［14-17］。mTOR抑制劑主要分為兩類：1）雷帕霉素及其衍生物：雷帕霉素、依維莫司RAD001、坦西莫司CCI-779和AP23573；2）mTOR激酶抑制劑：是一類小分子ATP類似物，與ATP競爭mTOR的催化靶位，從而抑制mTOR的催化活性。

2 mTOR抑制劑與放療敏感性

放療作用的關鍵靶點是DNA，可直接損傷DNA或通過活化氧化物間接損傷DNA。正常組織較腫瘤組織增殖慢，從而能有效的修復DNA損傷避免死亡［19］。分次放療的放射生物學基礎是“4R”效應，放療導致的放療間歇期腫瘤細胞再氧合（Reoxygenation）和細胞周期再分布（Redistribution）可增加對下一次分割照射的敏感性，但同時也能允許存活腫瘤細胞增殖（Regeneration）導致加速的再群體化（Repopulation）。腫瘤的放療抗拒與腫瘤組織的異質性及放療誘導的細胞基因表達和信號通路改變有關［2］。阻斷AKT/ mTOR信號通路可通過影響包括“4R”效應在內的多種途徑發(fā)揮放療增敏作用［13，19］。

2.1 改變細胞周期

細胞接受放射線照射后4～12 h，細胞周期短暫停滯于G1、S、G2期，G2/M期延長，利于損傷DNA修復。通常，G1、S期細胞放療抗拒，G2、M期細胞放療敏感。多項研究表明，mTOR抑制劑可影響放療后細胞周期改變［20］。Yu等［20］發(fā)現在口腔鱗癌細胞中依維莫司可通過誘導G2/M期停滯發(fā)揮放療增敏作用。而雷帕霉素預處理A459肺癌細胞系，在放療后8 h發(fā)現G2/M期停滯消失［22］。上述研究表明，mTOR抑制劑可通過誘導G2/M期停滯發(fā)揮放療增敏作用，其細胞周期調控功能受作用時間及細胞種類的影響。

2.2 修復DNA損傷

射線照射所引起的DNA損傷包括DNA單鏈斷裂（single strain break，SSB）和雙鏈斷裂（double strain break，DSB），DSB可由兩種方式修復，其中同源重組修復（homologous recombination，HR）約占20%，主要在S期晚期及G2期進行；大部分DSB的修復是由非同源重組末端連接（Non-homologous end joinin，NHEJ）方式通過DNA-PKcs（DNA-dependent protein kinase catalytic subunit）完成，可在整個細胞周期進行。ATM（mutated in ataxia-telangiectasia）可檢測DSB存在，ATM活化后，一方面可激活DNA-PKcs促進DSB修復，另一方面磷酸化組蛋白H2AX提高核蛋白γH2AX foci表達，γH2AX foci可反映DSB的存在。PI3K/AKT信號通過調控DNA-PKcs進一步參與DNA修復過程。研究表明，雷帕霉素和放療處理SKBR3細胞系可明顯延長γH2AX foci持續(xù)時間［21］；在接受放療的MCF-7細胞系，雷帕霉素可明顯延長γH2AX foci表達時間并且增加放療誘導的染色體損傷，抑制HR-及NHEJ-介導的DSB修復［22］。然而，另一項研究表明HeLa細胞系雷帕霉素可促進放療誘導的DSB修復，抑制mTOR可增強放療誘導的細胞損傷修復，抑制放療敏感性［23］。上述研究表明，mTOR抑制劑對DNA損傷修復的不同影響與細胞種類有關。

2.3 誘導細胞死亡

DNA損傷無法修復的細胞進入程序性細胞死亡，包括凋亡（apoptosis）、自噬及壞死（autophagy and necrosis）、有絲分裂災變（mitotic catastrophe）及加速老化（accelerated senescence）等。放療可誘導細胞凋亡及自噬反應，通常腫瘤細胞對凋亡抗拒；目前認為［6］，單純放療誘導的自噬反應有細胞保護作用，而放療與雷帕霉素結合應用誘導的凋亡能增強放療的細胞毒性。雷帕霉素與放療結合應用，在某些細胞系中通過凋亡或自噬誘導細胞死亡，而在有些細胞系凋亡和自噬同時發(fā)揮作用。

2.4 改善組織缺氧

腫瘤血管結構異常及血流不均一導致腫瘤組織中存在缺氧區(qū)，缺氧的組織通常放療抗拒［24］。mTOR抑制劑可通過多種途徑改善組織缺氧，包括正?；[瘤血管［25］及降低線粒體耗氧量進而改善組織缺氧［26］等，此外，Kuwahara等［18］報道依維莫司作用靶點為血管內皮細胞，可通過阻斷VEGF介導的血管內皮細胞增殖及抑制腫瘤細胞釋放VEGF發(fā)揮抗血管形成作用，進而改善組織缺氧。

目前，依維莫司已被美國FDA批準用于腎癌的治療，其毒性可耐受，2/3級毒性包括高血糖癥（17%）、低磷血癥（13%）、貧血（9%）及高脂血癥（6%）。然而，作為放療增敏劑的研究仍處初期階段。依維莫司可通過抑制細胞增殖、誘導細胞凋亡及細胞自噬、抗血管形成等途徑增強放療敏感性，此外依維莫司可促進腫瘤組織微血管血栓形成導致腫瘤壞死。一項Ⅰ期臨床研究［28］包括10例NSCLC患者，均接受胸部放療（35 Gy/15 f）同步依維莫司每周1次治療。結果8例可評估，依維莫司同步放療最大可耐受劑量為15 mg周方案，其劑量限制性毒性包括肺炎及肺出血。上述研究表明，mTOR抑制劑可用于抗腫瘤治療，并且有望用于放療增敏治療，目前尚未發(fā)現不可耐受的毒性反應。

3 結語

mTOR抑制劑可通過影響細胞周期進展、DNA損傷修復及改善組織缺氧等多種途徑發(fā)揮放療增敏作用。依維莫司已批準用于抗腫瘤治療，然而其放療增敏作用的研究仍處于初期階段，需進一步臨床研究證實其有效性及安全性。此外，研究表明不同細胞系對mTOR抑制劑治療反應的差異可能與基因表達狀態(tài)有關，需進一步研究明確基因表達狀態(tài)與mTOR抑制劑治療反應間的關系。

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（2014-03-21收稿）

（2014-07-03修回）

（本文編輯：邢穎）

Research on mTOR inhibitors used in radio-sensitization

Xue LI,Ningbo LIU,Lujun ZHAO,Ping WANG

Ping WANG;E-mail:tjdoctorwang@163.com
Departments of Radiation Therapy,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,National Clinical Research Center of Cancer,Tianjin 300060,China.
This work was supported by National Natural Science Foundation of China(No.81372518).

Radiotherapy is important for cancer treatment.However,some patients still experience relapse and exhibit radiation resistance.Mammalian target of rapamycin(mTOR)is the main effector molecule in PI3K/AKT signaling.This molecule is found in two structurally and functionally distinct multi-protein complexes known as the mTOR complex 1 and mTOR complex 2.The mTOR signaling pathway controls the growth,proliferation,survival,and apoptosis of cancer cells.This pathway is closely related to tumorigenesis and treatment response,and is used in sensitizing radiotherapy.mTOR inhibitors regulate radio-sensitization through multiple mechanisms,including cell cycle alterations,DNA repair modulation,and tumor hypoxia reduction.Preclinical studies showed that mTOR inhibitors with tolerable toxicity may be used as an effective modality to overcome radio-resistant tumors.Responses to mTOR inhibitors vary depending on the cell lines.Molecular markers can be used to select suitable patients.Further studies are needed to completely understand the use of mTOR inhibitors in radio-sensitization.

radiotherapy,TOR Serine-Threonine Kinases,radiosensitivity,mTOR inhibitor

10.3969/j.issn.1000-8179.20140360

天津醫(yī)科大學腫瘤醫(yī)院放療科，國家腫瘤臨床醫(yī)學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室（天津市300060）

*本文課題受國家自然科學基金項目（編號：81372518）資助

王平 tjdoctorwang@163.com

李雪 在讀碩士研究生。專業(yè)方向為胸部腫瘤的放射治療。

E-mail：lixuefangliao@163.com