PI3K／Akt／mTOR信號通路與結(jié)直腸惡性腫瘤

劉田田，畢經(jīng)旺

PI3K／Akt／mTOR信號通路與結(jié)直腸惡性腫瘤

劉田田，畢經(jīng)旺＊

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是世界大多數(shù)地區(qū)最常見的惡性腫瘤之一。它的發(fā)展是一個多步驟過程，以改變正常細胞的分子信號為啟動點，促進細胞發(fā)展，最終產(chǎn)生一種表型改變的惡性轉(zhuǎn)化細胞。已有報道指出磷脂酰肌醇3－激酶／蛋白激酶B／哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 ［phosphatidylinositol－3－kinase（PI3K）／protein kinase B（Akt）／the mammalian target of Rapamycin（mTOR），PI3K／Akt／mTOR］信號通路與結(jié)直腸惡性腫瘤產(chǎn)生有緊密的聯(lián)系。也有報道證明約60%～70%的結(jié)直腸癌患者存在Akt信號的活化及PTEN的表達受損，進而說明PI3K／Akt／mTOR信號通路抑制藥可以作為惡性腫瘤治療的潛在靶點。近年來，PI3K／Akt／mTOR信號通路受到越來越多的關注，在不同的實驗模型中利用針對這條通路的天然及合成藥物來降低惡性腫瘤負荷。將近年來PI3K／Akt／mTOR信號通路在結(jié)直腸惡性腫瘤中的研究做一綜述，并就今后結(jié)直腸惡性腫瘤中該通路可能的研究方向進行展望。

PI3K／Akt／mTOR；信號通路；結(jié)直腸癌

每年世界上有多于1 000 000新確診的結(jié)直腸癌患者，發(fā)達國家結(jié)直腸癌發(fā)生率大約是發(fā)展中國家的10倍［1］。結(jié)直腸惡性腫瘤是世界上第三個最常見的惡性腫瘤，也是第4個最常見的腫瘤導致死亡的原因。結(jié)直腸癌中位確診年齡是69歲，而50歲以下的患者約占10%。近年來，結(jié)直腸癌年輕患者的發(fā)病率一直在逐年增加［2］。傳統(tǒng)的治療方法如手術、放療、化療等雖仍是標準的治療方式，但中位生存時間未得到明顯的延長［3］。若疾病局限于黏膜或黏膜下層 （Ⅰ期）則患者術后五年生存率高達

1 結(jié)直腸癌發(fā)病機制

目前對結(jié)直腸癌的病因尚未完全清楚。盡管結(jié)直腸癌的發(fā)生有一定的遺傳基礎，但環(huán)境因素比如食品防腐劑、慢性腸道炎癥、特異性腸道共生細菌100%，但若轉(zhuǎn)移至淋巴結(jié)（Ⅲ期），五年生存率急速下降，疾病全身轉(zhuǎn)移（Ⅳ期）則五年生存率低于5%［4］。然而大多數(shù)患者確診時已經(jīng)處于疾病晚期，只有少數(shù)適合根治性手術切除治療。盡管目前CRC的治療方法發(fā)展很快，但導致CRC產(chǎn)生及發(fā)展的機制仍然不清楚。進一步探索疾病發(fā)展中PI3K／Akt／mTOR信號通路的作用機制將有助于新治療方法的研究，進而提高患者的生存率。和病原菌，這些都可能促進腫瘤的發(fā)生及發(fā)展。目前人們普遍認為結(jié)直腸癌與飲食習慣有關，比如過多的攝入動物脂肪。相反，攝入大量的水果及蔬菜則會降低患結(jié)直腸癌及其他癌癥的風險。

正常結(jié)直腸表皮細胞進化到結(jié)直腸癌惡性細胞的過程伴隨著大量的遺傳變異。這個過程包括息肉、腺瘤和癌。CRC發(fā)病早期是由APC基因功能的缺失引起的。在腺瘤進展過程中，無論增加腺瘤大小、分化程度，還是纖毛組織分化程度均會引起其他的遺傳變化，比如原癌基因k－ras的誘導激活。而P53基因功能缺失發(fā)生在疾病后期階段，即腺瘤癌變階段。

2 PI3K／Akt／mTOR信號通路

近來，PI3K／Akt／mTOR信號通路成為新的靶向治療焦點。這條通路有許多不同的上游因子，比如受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK），G蛋白偶聯(lián)受體（G－protein－coupled receptors，GPCR）和GTP結(jié)合蛋白（GTP－binding proteins）［5］。這條通路與許多重要的細胞活動有關，比如細胞生長、存活、增殖和遷移等。隨著針對這條通路治療惡性腫瘤的靶向藥物的廣泛的藥理研究的發(fā)展，這條通路某些節(jié)點（比如PI3K、Akt、mTOR、PDK1）的激酶抑制藥成為目前的研究熱點［6，7］。

2．1 PI3K磷脂酰肌醇3－激酶 （PI3K）包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3個亞型，其中IA類PI3Ks在細胞分化和腫瘤形成方面起重要作用。IA中最重要的是催化亞基p110a和相關的調(diào)節(jié)亞基 p85［8，9］。在正常細胞中，p85使p110維持在低活性的狀態(tài)。在生長因子的作用下，p85與酪氨酸激酶受體結(jié)合解除了p85對p110a的抑制，從而使磷脂酰肌醇4，5二磷酸（phosphatidylinositol－4，5－bisphosphate，PIP2）磷酸化生成 3、4、5－三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol3，4，5－triphosphate，PIP3）。PIP3作為第二信使可激活 AKT，最終促進細胞生長并誘導抗細胞凋亡基因的表達。因此PI3K信號通路在細胞的增殖、黏附、生長、運動及腫瘤形成過程中起到重要的作用［10，11］。

PIK3CA雖然是結(jié)直腸癌中最常改變的基因，突變率為16%，但它的預后價值仍然存在爭議。很少有報道指出PIK3CA突變與患者存活之間的關系。為此，Gilles Manceau等［12］取新鮮冰凍組織構(gòu)成兩個獨立隊列研究，共有826個樣本，這些患者都接受過結(jié)腸癌根治性手術切除。他們分析了這些組織的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性，并通過直接測序的方法測定PIK3CA中外顯子9和20的活化的突變位點。結(jié)果693例（84%）組織表現(xiàn)出微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSS），113例（14%）存在PIK3CA突變。而在回顧性研究中（n＝433），無論是單因素分析（94%vs 68%，P＝0．0003）還是多因素分析（HR＝0．12；95%置信區(qū)間，0．029～0．48；P＝0．0027）都發(fā)現(xiàn)存在 PIK3CA突變MSS腫瘤患者 （n＝47）的5年無進展生存期（Progression Free Survival，PFS）比 PIK3CA野生MSS腫瘤患者（n＝319）顯著延長。而且前瞻性驗證研究（n＝393）也證明了PIK3CA突變MSS腫瘤患者（n＝327）具有很好的預后（83%vs 67%，P＝0．04）。本研究證明了Ⅰ～Ⅲ期結(jié)腸癌患者中PIK3CA突變與良好的預后相關，也為以后CRC患者的治療提供了新的思路。

2．2 AktAkt又稱為蛋白激酶B（protein kinase B，PKB），是PI3K下游一個重要的信號分子，具有絲氨酸／蘇氨酸激酶活性，在蛋白質(zhì)合成、細胞代謝、細胞增殖、血管生成中起到關鍵作用。已經(jīng)在人類基因組中發(fā)現(xiàn)三個高度同源的Akt亞型：Akt1，Akt2和Akt3。三個亞型均參與下游底物活化，但以Akt2作用為主。每個Akt亞型都包括一個氨基末端同源結(jié)構(gòu)域（PH），一個中心催化結(jié)構(gòu)域和一個羧基末端激酶調(diào)節(jié)域［13］。當Akt的T308和S473位點被3－磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（3－phosphoinositidedependent protein kinase－1，PDK1）和mTORC2磷酸化后，Akt即被完全激活，之后從質(zhì)膜中分離出來，磷酸化下游的信號分子，比如屬轉(zhuǎn)錄因子和細胞周期調(diào)節(jié)蛋白的FOXO家族，最終促進細胞的存活、增殖、遷移及代謝［8］。另外，活化后的AKT對人第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）的去磷酸化起到負性調(diào)節(jié)的作用；而去磷酸化的PTEN可能通過抑制酪氨酸激酶的活性而抑制腫瘤的生長，還可能通過調(diào)節(jié)病灶間的黏附作用而調(diào)節(jié)細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移［10］。

研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌中Akt1基因突變率僅為6%，但其表達率很高，且與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展具有密切關系。有報道證明約60%～70%的結(jié)腸惡性腫瘤患者存在Akt信號的活化及PTEN的表達受損。此外，Scartozzi等［14］對晚期結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移灶中pAkt表達進行研究發(fā)現(xiàn)pAkt陽性表達率為62%，這也提示pAkt在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移灶中表達率較高。以上研究均提示pAkt蛋白在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中有重要作用。

2．3 mTOR哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）包括兩個功能多樣的蛋白復合物：mTOR復合物1（mTORC1）和mTOR復合物2（mTORC2）。mTORC1由mTOR、mTOR相關調(diào)節(jié)蛋白 （Raptor）、G蛋白β亞基樣蛋白（GβL）RAS40和mTOR特異性抑制蛋白（Deptor）組成。不同于mTORC1，mTORC2由mTOR、雷帕霉素不敏感蛋白（Rictor）、GβL、應激活化蛋白激酶相互作用蛋白1（Sin1）、富含脯氨酸重復蛋白5（PRR－5）和Deptor組成［15］。mTORC1信號級聯(lián)反應由pAkt激活。

有報道［15］指出mTORC1通過激活嘧啶合成途徑來促進核苷酸的合成，進而促進代謝細胞的生長。磷酸化核糖體蛋白 S6激酶（Phosphorylated ribosomal protein S6 kinase 1，p70S6K1）是mTORC1下游最為引人注目的靶點，其次是真核生物始動因子 4E結(jié)合蛋白1（4E binding protein 1，4EBP1）。4EBP1結(jié)合eIF4E（真核翻譯起始因子4E）使其失活，以此來阻止蛋白翻譯起始。mTORC1磷酸化4EBP1多個位點，促進eIF4E與4EBP1解離，進而解除4EBP1對依賴eIF4E的蛋白翻譯起始過程的抑制作用。通過雷帕霉素抑制mTOR可以將4EBP1去磷酸化，從而阻止蛋白質(zhì)翻譯。

mTORC2的上游調(diào)節(jié)信號通路目前還不清楚。有研究認為核糖體聚合體是mTORC2的激活機制之一。mTORC2對細胞的存活、代謝、增殖和細胞骨架形成都發(fā)揮了重要作用。它可磷酸化蛋白激酶Cα（PKCα）、血糖皮質(zhì)激素相關蛋白激酶1（SGK1）和Akt，并參與激活Akt。因而Akt既是mTORC1的上游激活藥，也是mTORC2的下游作用靶點。

正是由于mTOR在腫瘤生物學中扮演著如此大的作用，mTOR成為藥物研發(fā)的潛在目標。一些mTOR抑制藥已經(jīng)進入各種惡性腫瘤臨床治療中，比如依維莫司，雖然目前沒有取得很大的成功，但mTOR抑制藥在腫瘤治療中的作用仍很大，并且新的抑制藥正在合成中，標志著以mTOR為基礎的治療方法的新突破。CRC患者中PIK3CA突變和PTEN丟失導致了mTOR過表達。已在CRC患者中發(fā)現(xiàn)Akt1延長活化引起mTOR失調(diào)節(jié)。近來研究也發(fā)現(xiàn)了mTOR基因的致瘤潛能，這也有助于研發(fā)靶向mTOR的藥物，并幫助預測藥物療效［15］。

3 PI3K／Akt／mTOR信號通路對結(jié)直腸惡性腫瘤的作用

3．1 促進腫瘤細胞產(chǎn)生、增殖及侵襲鐘曉剛等［16］采用表達PCR芯片技術對PI3K／Akt／mTOR信號通路的主要分子進行實時熒光PCR檢測，分析其在結(jié)腸低級別上皮內(nèi)瘤變、高級別上皮內(nèi)瘤變及腺癌中的表達。結(jié)果發(fā)現(xiàn)PI3K／Akt／mTOR信號通路在大腸腺瘤惡性轉(zhuǎn)化中發(fā)生多位點基因mRNA表達改變，以3條子通路 PI3K亞基 P85與細胞遷徙調(diào)節(jié)因子AKT／PI3K家族及調(diào)節(jié)因子、mTOR信號途徑多基因表達改變?yōu)橹?。其中結(jié)腸癌變過程c－FOS和PTEN可能是PI3K／AKT／mTOR通路中的關鍵基因改變，在癌變過程中發(fā)揮重要作用。由此得出結(jié)論PI3K／AKT／mTOR信號通路分子在大腸腺瘤癌變過程中基因表達譜發(fā)生異常，該通路中的關鍵基因可望成為臨床治療的分子靶點。

3．2 抑制腫瘤細胞凋亡PI3K／Akt信號傳導通過抑制各種癌細胞的凋亡來促進細胞生長［17］。腫瘤細胞產(chǎn)生耐藥性的共同途徑是抑制凋亡，細胞進入凋亡程序的能力可以直接影響其化療藥物發(fā)揮作用的效應。PI3K／Akt／mTOR通路具有調(diào)節(jié)細胞生長、增殖，促進細胞周期進展以及參與血管形成等多種功能，是最主要的抑制細胞凋亡的信號途徑［18］。細胞內(nèi)活化的PI3K的一個重要的功能就是抑制程序性細胞死亡，而Akt就是介導PI3K依賴細胞存活的一個重要代表。有證據(jù)［19］表明在營養(yǎng)因子戒斷后的小腦顆粒神經(jīng)元和原癌基因c－Myc過表達的成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)Akt是一種抗凋亡信號分子。Akt在很多不同的細胞死亡形式中都可以起到抗凋亡作用，包括細胞外信號分子的中斷、氧化、滲透壓力、照射、化療藥物處理的細胞及缺血性休克。這也為PI3K／Akt／mTOR信號通路應用于治療結(jié)直腸惡性腫瘤提供了證據(jù)。

4 目前PI3K／Akt／mTOR信號通路在結(jié)直腸惡性腫瘤中的臨床進展

已有報道證明PI3K／Akt信號通路抑制藥可以成為CRC治療的新藥物，而且目前已有PI3K／Akt／mTOR信號通路抑制藥進入臨床研究或已應用于臨床，比如PI3K抑制藥LY294002．、BKM120；PI3K－mTOR雙重抑制藥 NVP－BEZ235、GSK212648、PKI587；Akt抑制劑哌力福新（Perifosine）；mTOR抑制劑依維莫司 （everolimus）、 替西羅莫司（temsirolimus）等［12，20－26］。而且目前針對不同PI3K亞型的特異性化合物藥物也正在研發(fā)中，比如p110β特異性抑制藥TGX－221、p110δ特異性抑制藥IC－87114、p110γ特異性抑制藥AS－24252。了解更多關于PI3K亞型的知識更有利于為不同的病理類型選擇特定的抑制藥治療［27］。

Yamamoto等［28］在研究楓糖漿抑制結(jié)直腸惡性腫瘤的研究機制的過程中發(fā)現(xiàn)，抑制Akt磷酸化可達到抑制腫瘤細胞增殖和侵襲的作用，而且不良反應少于化療藥物所致。另外，研究［29］顯示，PI3K／Akt／mTOR信號傳導通路在結(jié)直腸惡性腫瘤的獲得性化療藥物耐藥機制方面發(fā)揮重要作用，這也證明了這條通路可成為腫瘤干預治療的新靶點。

5 展望

目前人們對PI3K／Akt／mTOR信號傳導通路的作用及其調(diào)節(jié)機制的認識還不完全清楚，還有許多問題有待進一步研究，比如PI3K／Akt／mTOR信號傳導通路與其他信號傳導通路之間有什么聯(lián)系，Akt是怎樣滅活的等。但PI3K／Akt／mTOR信號通路在結(jié)直腸惡性腫瘤中的研究越來越多，并取得了越來越多的成果。故此展望：（1）未來結(jié)直腸惡性腫瘤的治療會有針對性地PI3K／Akt／mTOR信號通路靶點藥物生產(chǎn)；并可以針對不同的類型有不同的特異性的藥物治療；（2）確診結(jié)直腸惡性腫瘤的患者有望將PI3K／Akt／mTOR信號通路某些位點有無突變或過表達納入檢測范圍，以指導進一步治療。相信在不久的將來PI3K／Akt／mTOR信號傳導通路在結(jié)直腸惡性腫瘤診斷及治療中的作用將會越來越顯著。

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［2015-10-13收稿，2015-11-11修回］

［本文編輯：董冰媛］

PI3K／Akt／mTOR signaling pathway and colorectal malignant tumor

LIU Tian－tian，BI Jing－wang．
Tumor Dept.of the General Hospital of Jinan Military Region，Jinan，Shandong 250031，China

Colorectal cancer（CRC）is one of the most common cancers in most parts of the world．Its development is a multi－step process involving three distinct stages，i.e initiation that alters the molecular message ofa normalcell，followed by promotion and progression thatultimately generatesa phenotypically altered transformed malignant cell．Reports have suggested that between the PI3K／Akt／mTOR signaling pathway and colorectal malignant tumor there have close contact．Activation of Akt signaling and impaired expression of phosphatase and tensin homolog （PTEN）（a negative regulator of Akt）has been reported in 60%－70%of human colon cancers and then inhibitors of PI3K／Akt signaling have been suggested as potential therapeutic agents．Around 80%of human CRC possess mutations in the APC gene and half of the remainder feature β－catenin gene mutations which affect downstream signaling of the PI3K／Akt pathway．In recent years，the PI3K／Akt／mTOR signaling pathway has attracted more and more attention，and using natural and synthetic drugs to reduce the tumor burden in different experiment models．In this review authors review the role of PI3K／Akt／mTOR and Wnt signaling in CRC，and make a prospect about the possible research directions in the future of this pathway in colorectal cancer．

PI3K／Akt／mTOR；Signaling pathway；Colorectal cancer

R73-3：R735.3

A

10.14172/j.issn1671-4008.2016.04.033

250031山東濟南，濟南軍區(qū)總醫(yī)院腫瘤科（劉田田，畢經(jīng)旺）；121001遼寧錦州，遼寧醫(yī)學院研究生院（劉田田）

畢經(jīng)旺，Email：jingwangbi@live.cn