PI3K/AKT/mTOR信號通路及其在卵巢癌治療中的應用

趙楠，李玉花，王桂媛，韓鳳娟

1.黑龍江中醫(yī)藥大學 附屬第一醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.東北林業(yè)大學 生命科學學院，黑龍江 哈爾濱 150040

卵巢癌發(fā)病率居婦科惡性腫瘤第三位，病死率居首位。由于缺乏有效的篩查手段及特異性臨床表征，卵巢癌一經(jīng)診斷往往處于晚期階段。目前對晚期卵巢癌的標準治療包括腫瘤細胞減滅術及卡鉑和紫杉醇聯(lián)合的全身化療。由于不斷研究和開發(fā)新的治療方法，卵巢癌患者的預后已有改善，但5年總生存率仍為40%[1]。此外，約25%的患者在治療結束后6 個月復發(fā)[2]。利用癌癥基因組圖譜進行分子圖譜的廣泛基因組分析有助于識別卵巢癌中一些最常見的涉及代謝和信號傳導途徑的改變[3]。PI3K/AKT/mTOR 信號通路在許多細胞活動中的意義，如調節(jié)細胞生長、運動、存活、增殖、蛋白質合成、自噬、轉錄及血管生成，目前認為其是細胞內信號轉導通路中最主要的信號通路之一。采用比較基因組雜交陣列的研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/AKT/mTOR 是卵巢癌中最常發(fā)生改變的細胞內途徑[4-5]。

1 PI3K/AKT/mTOR信號通路

PI3K/AKT/mTOR 通路在正常細胞生理和腫瘤增殖、腫瘤發(fā)生和轉移中均是中樞調節(jié)因子。該途徑包括3 個主要的驅動分子：PI3 激酶（PI3K）、絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）。

PI3K 屬于脂質激酶家族，最早發(fā)現(xiàn)于上世紀80年代[6]。根據(jù)其結構和底物特異性可分為3類，即PI3KⅠ、PI3KⅡ和PI3KⅢ。依據(jù)激活受體的差異，PI3KⅠ可分為PI3KⅠA和PI3KⅠB。PI3KⅠA中，PI3K 是由 p85 調節(jié)亞基和 p110 催化亞基組成的一組異源二聚體，有3 個異構體（α、β和γ），分別由 PIK3CA、PIK3CB、PIK3CD 基因編碼，在人類癌癥中最常見的突變是PIK3CA[7]。PI3KⅠB 由 p101 和 110-γ亞基組成[8]。PI3KⅠ參與細胞增殖、胰島素信號傳導、免疫功能和炎癥反應[8-9]。PI3KⅡ是參與調節(jié)膜運輸?shù)膯误w催化異構體。PI3KⅢ僅由Vps34 組成，在自噬中起作用[10]。目前證實與腫瘤相關的主要是PI3KⅠA。

PI3K 完全激活后，激酶將底物磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）轉化為PIP3。PIP2 到PIP3的這種轉化允許AKT 和PDK1 在細胞膜內部聚集在一起。這導致AKT 結構域中的Thr308被磷酸化，活化的AKT調節(jié)大量下游介質，最終控制關鍵的細胞存活和代謝過程[11]。它可通過磷酸化Ser2448或間接磷酸化TSC2而直接激活mTORC1。TSC1/TSC2（結節(jié)性硬化復合蛋白）作為腦內富含Ras 同源物的激活蛋白（ReHb）-GTPase，進而促進Reb GTP 轉化為不活躍GDP 形式，當GDP 形式積累時沉默了mTORC1[12]。通過磷酸化TSC2，AKT 使復雜的TSC1/TSC2 不活躍，從而間接刺激mTOR 激酶活性。

mTOR 是一種非典型的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，最早在釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)[13]，主要參與調節(jié)細胞生長、生存及運動等過程。它通過2 種不同的復合物mTORC1 和mTORC2 發(fā)揮活性，它們被證實是輔助T 細胞分化的關鍵調節(jié)因子[14]。當mTORC1 被激活時，它可以磷酸化核糖體S6 激酶-1（S6K-1）和真核細胞翻譯起始因子4E 結合蛋白-1（4EBP-1），這2 種因子都是關鍵的翻譯調節(jié)因子。S6K-1 是涉及核糖體蛋白mRNA的翻譯和細胞周期從G1 到S 期傳遞的關鍵伸長因子。4EBP-1 通過翻譯細胞周期蛋白D1、c-Myc 和缺氧誘導因子1α的mRNA 幫助細胞周期進展或血管生成[12]。mTORC2 由7 種蛋白質組成，可以磷酸化AKT的疏水基端Ser473而反饋上調AKT的表達，從而促進所有AKT 介導的下游因子最終導致細胞生長[15]。

2 PI3K/AKT/mTOR信號通路在卵巢癌增殖和進展中的影響

PI3K/AKT/mTOR 通路在約70%的卵巢癌病例中通過復雜的高信號級聯(lián)序列被激活，其終點相同：激活通路導致細胞增殖、遷移、侵襲和化療耐藥性增加[16]。其復雜性始于PI3K/AKT/mTOR的過度激活、催化結構域的突變、調節(jié)結構域的突變或PI3K 下游靶點的修飾。其激活與更高的侵襲和遷移能力相關，共存于人卵巢癌中的異質細胞亞群中，從而使PI3K/AKT/mTOR 通路成為卵巢腫瘤細胞侵襲性的潛在預測因子[17]。

基因圖譜證明，最常見的突變是影響PIK3CA和PTEN的突變[3]。對于PIK3CA，其功能障礙起因于3 號染色體上的突變，該突變主要見于子宮內膜癌、乳腺癌和結腸癌及卵巢癌[18]。PTEN 位于染色體10q23，PTEN 功能喪失損害其脂質磷酸酶活性，這是腫瘤抑制活性的關鍵[19]。目前已為卵巢癌PI3K/AKT/mTOR信號通路研究建立了可靠的臨床前模型，如卵巢癌SKOV3 細胞系在PIK3CA 中有激活突變[20]，而A2780 細胞系缺失PTEN[21]。通過靶向siRNA的PI3K/AKT/mTOR 通路的各個成員，很容易闡明每個成員的作用。如果PIK3CA 編碼的PI3K的p100 亞基在OVCAR-3 細胞中被siRNA 靶向，則遷移減少，侵襲減少，增殖減少[22]。在卵巢癌細胞系OVCAR-8、UPN251 和 A2008 中，siRNA 靶向 PIK3CA 也導致了增殖的減少[23]。PIK3CA的全面靶向導致增殖標志物周期蛋白D1、CDK4、周期蛋白E、CDK2 和p21減少，p27 增加。由于細胞周期G1的進展受CDK 抑制劑p27的調節(jié)，其抑制的釋放解釋了細胞增殖減少的原因[22]。當AKT 直接靶向時，增殖和侵襲均受到影響。針對AKT1 亞型的siRNA 可降低OVCAR-3 細胞的增殖，但較PIK3CA的抑制程度降低。靶向Akt2 異構體可以增加細胞凋亡的活化[23]。當PIK3CA靶向性時，不存在這種凋亡活化現(xiàn)象。AKT1 基因敲除可降低卵巢癌細胞的侵襲，PIK3CA 基因敲除時降低卵巢癌細胞侵襲的程度較之降低[22-23]。

直接靶向mTOR 可降低卵巢癌細胞的增殖和遷移。mTORC1（mTOR-Raptor）和 mTORC2（mTORRictor）因接頭蛋白的不同引起下游功能的不同。mTOR-Raptor的作用主要是通過調節(jié)蛋白質的合成影響細胞生長和增殖，其活性能夠被雷帕霉素抑制。mTOR-Rictor 復合物的活性不能被雷帕霉素抑制，主要參與細胞骨架蛋白的構造，具體功能仍在研究中。對2 種復合物的研究能夠幫助尋找新的治療腫瘤和代謝性疾病的藥物。當mTORC1的Raptor 被siRNA 靶向時，PI3K/AKT/mTOR 下游 pS6 和 p4E-BP1 mRNA 及蛋白的表達下調[24]。當敲除Raptor 時，還引起pS473-AKT 增加，表明mTORC2 在丟失mTORC1信號時可補償性激活AKT。而當敲除Rictor 時可降低pS473AKT 和pS6 水平。表明在增殖方面，敲除Raptor 比敲除Rictor 具有更強的抑制作用。Raptor對細胞增殖的影響與mTOR siRNA 敲除相似，表明mTORC1 在卵巢癌細胞增殖中更為重要[24]。雖然mTORC1 信號轉導在卵巢癌細胞增殖中的作用比mTORC2 更重要，但在治療上，當mTORC1 單獨受到抑制時，這2 種分子都需要被靶向以阻止AKT 通過mTORC2的補償性激活[24-25]。

3 卵巢癌中的mTOR抑制劑

mTOR 抑制劑在癌癥中的早期臨床研究顯示出其具有一定的抗癌潛力。因此，新的腫瘤治療策略應側重于抑制mTORC1 和mTORC2 多蛋白集合體，以及將mTOR 抑制劑與不同的互聯(lián)通路抑制劑相結合。目前臨床上常見的卵巢癌mTOR 抑制劑有替西羅莫司（temsirolimus）、依維莫司（everolimus）和瑞達福莫司（ridaforolimus）。

3.1 替西羅莫司

一項Ⅱ期臨床試驗對60 例復發(fā)性上皮卵巢癌和原發(fā)性腹膜癌患者使用替西羅莫司作為單藥進行研究，54 名患者中，24.1%無進展生存期超過6 個月，9.3%對該藥物治療存在部分反應，不良事件為疲勞、胃腸道和代謝改變[26]。值得注意的是，周期蛋白D1的腫瘤表達與較高的p4EBP1、延長無進展生存期和總體存活的可能性更大有關[26]。Temkin[27]等研究納入了15 例婦科腫瘤患者，觀察周期為28 d，在第1、8、15 d 每天一次拓撲替康（1 mg/m2）和替西羅莫司（25 mg）聯(lián)合靜脈注射，第22 d 單獨注射替西羅莫司。由于3 級血小板減少癥，替西羅莫司在某些情況下被降低至15 mg。81.8%（11 例）的患者無進展生存期為2年。

在替西羅莫司與聚乙二醇化脂質體阿霉素（PLD）聯(lián)合用于晚期乳腺癌、子宮內膜癌和卵巢癌患者的Ⅱb 期臨床研究中[28]，20 例患者每周接受劑量遞增的替米羅莫司與PLD（30～40 mg/m2每月一次），推薦的Ⅱ期劑量為替西羅莫司15 mg 加PLD 40 mg/m2。3 例（2 例卵巢癌）報告對藥物持續(xù)性部分反應分別持續(xù)10.1、12.7 和13.7 個月，另外8 例（2 例卵巢癌）病情穩(wěn)定（中位生存期6.4 個月）。最常見的不良反應是惡心、疲勞、黏膜炎、皮膚毒性。另一項單一靶點療法組合包括貝伐單抗加替西羅莫司治療晚期婦科腫瘤的臨床研究結果顯示[29]，第1 d 給予貝伐單抗2.5～15 mg/kg，第1、8、15 d 給予替西羅莫司5～25 mg/kg，每3 周一個周期。41 例中有22 例（54%）患有卵巢癌，卵巢癌患者中2 例報告對該治療方案有部分反應，4 例無進展生存期在6 個月以上。最常見的治療相關毒性為血小板減少（10%）和疲勞（7%）。2016年，AGO 研究組織公布了一項每周應用替西羅莫司（25 mg）治療難治性/耐藥卵巢癌和晚期/復發(fā)子宮內膜癌的Ⅱ期研究[30]，一半的受試者（22/44）患有卵巢癌。經(jīng)過8 周的治療，在卵巢癌患者中存在部分反應和病程穩(wěn)定的分別為1 例（4.5%）和7 例（31.8%）。最常見的嚴重毒性是胃腸道疾病，1 名患者報告為4 級腸梗阻。

3.2 依維莫司

一項對32 例實體瘤患者進行的Ⅰ期研究結果顯示[31]，每周3 次依維莫司（5 mg）聯(lián)合潘尼單抗（4.8 mg/kg）和貝伐單抗（10 mg/kg），用藥2 周，結果安全且耐受，并顯示出中等臨床效果。32 例卵巢癌患者中有4 例（12.5%）復發(fā)，其中3 例在治療結束后至少6 個月有效。最常見的3～4 級毒性反應為電解質紊亂（35%）、血源性高血壓（16%）、皮膚充血（16%）和黏膜炎（13%）。

一項研究觀察了依維莫司對卵巢癌小鼠模型的作用，目的是評估伊維莫司對肥胖癥與療效的關系[32]。研究證實了肥胖導致上皮組織中mTOR 通路過度激活的假設，從而提示mTOR 抑制劑在肥胖的癌癥患者中可能特別有效。伊維莫司治療對肥胖和瘦小的小鼠模型均有腫瘤生長抑制作用，但代謝譜分析表明，伊維莫司在2 組之間采用不同的代謝途徑改變腫瘤代謝，提示依維莫司可以通過不同方式在肥胖和瘦弱的卵巢癌個體中起抗腫瘤作用。

4 結語

PI3K/AKT/mTOR 信號通路在卵巢癌的增殖、侵襲、血管形成及耐藥性方面發(fā)揮重要作用，因此PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制劑成為卵巢癌治療的新方向。但是PI3K/AKT/mTOR 通路抑制劑目前仍存在一些問題，如耐藥的確切機制尚不清楚，所建立的對藥物負反饋的缺失似乎與耐藥機制有關。如mTOR 抑制劑對mTORC1的選擇性親和力以及mTORC2 缺乏抑制被認為是一種耐藥機制。事實上，mTORC2 參與mTORC1 抑制反應的AKT 激活通路。以mTORC1 和mTORC2 為靶點的新抑制劑，甚至聯(lián)合方案中的PI3K 抑制劑，可能是克服耐藥性的正確方法。另一個需要注意的問題是，PI3K/AKT/mTOR 通路抑制劑在卵巢癌中應用應選擇正確的患者，如雷帕霉素及其類似物似乎對表達高活性PI3K/AKT/mTORC1 通路的腫瘤更有效，如卵巢透明細胞癌和子宮內膜樣卵巢癌。此外，PIK3CA 改變的患者比具有PIK3CA正常功能的患者反應更好。迫切需要對用PI3K/AKT/mTOR 通路抑制劑治療的卵巢癌患者的毒性分布進行全面鑒定。對乳腺癌患者的大量研究表明，mTOR 抑制劑最常見的不良反應包括口腔炎、非感染性肺炎、皮疹、高血糖和免疫抑制。

PI3K/AKT/mTORC 通路抑制劑是卵巢癌治療的關鍵組合，鑒于此通路在卵巢癌發(fā)生發(fā)展過程中的高表達活性，在Ⅰ期和Ⅱ期試驗中有希望的初步結果將得到進一步的研究，尚未有應用此通路抑制劑治療卵巢癌患者的Ⅲ期試驗報道。選擇最可能從這些新藥物中獲益的癌癥人群，以及更好地理解如何整合這些新藥物，對于改進當前卵巢癌的治療至關重要。