PI3K/AKT/MTOR信號通路抑制劑在胃癌中的研究進展△

趙光輝，宋曉旭，劉寧，呂靜，齊衛(wèi)衛(wèi)，趙淑芬，邱文生

青島大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，山東 青島 266000

胃癌發(fā)病率居全球惡性腫瘤第五位，病死率居第三位[1]。隨著對胃癌生物學(xué)行為的不斷深入研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的刺激信號可激活磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylin ositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信號通路，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、細(xì)胞周期、蛋白轉(zhuǎn)錄及葡萄糖代謝等多種生理功能[2-3]。磷脂酰肌醇-3-激酶催化亞單位（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha，PIK3CA）基因的擴增及磷酸酶張力蛋白同系物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）蛋白功能缺失使該通路出現(xiàn)異常，導(dǎo)致胃癌及多種實體腫瘤的發(fā)生。多個分子靶向抑制劑被認(rèn)為是克服腫瘤復(fù)雜性及基因組異質(zhì)性的重要方法[4]。目前，多種針對PI3K/AKT/MTOR信號通路的抑制劑也已進入胃癌臨床前或臨床研究中。本研究在分子水平上對PI3K/AKT/MTOR信號通路及其抑制劑的作用機制進行總結(jié)，旨在為胃癌的診斷及治療提供參考。

1 PI3K/AKT/MTOR信號通路

1.1 PI3K

PI3K是一種可以使磷脂酰肌醇第3位羥基磷酸化的脂質(zhì)酶[5]。PI3K主要分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ型PI3K又分為ⅠA型（p110a、p110b、p110d）和ⅠB型（p110g），通常參與細(xì)胞生長、胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和葡萄糖代謝過程。一旦PI3K被激活，磷脂酰肌醇 4，5-雙磷酸（phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate，PIP2）即轉(zhuǎn)變?yōu)榱字＜〈?3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol 3，4，5-triphosphate，PIP3）[6]。PIP3的主要作用是收集含有PH結(jié)構(gòu)域的分子，并將其攜帶至細(xì)胞膜上，包括3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1，PDK1）和 AKT[7]。PDK1可以使AKT 的蘇氨酸（Thr308）位點磷酸化。PTEN是PI3K信號通路主要的負(fù)性調(diào)節(jié)劑，PTEN基因缺失可以導(dǎo)致AKT持續(xù)激活，從而使PI3K的下游信號通路出現(xiàn)異常[8]。

1.2 AKT

AKT是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，主要包括 AKT1/α、AKT2/β和 AKT3/γ3 個亞型[9]，其中AKT2主要參與胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取過程，以及腫瘤細(xì)胞的運動、侵襲及轉(zhuǎn)移過程[10-11]。PIP3可與AKT的PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合，將AKT從細(xì)胞質(zhì)攜帶至細(xì)胞膜上，發(fā)生構(gòu)象改變，其第308位點的蘇氨酸（Thr308）即被PDK1激活，而第473位點的絲氨酸（Ser473）則于AKT的COOOH-端被MTOR復(fù)合物 2（MTOR complex 2，MTORC2）磷酸化[12]，從而徹底激活A(yù)KT。磷酸化的AKT可直接激活MTOR信號通路，也可以通過抑制結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1/2（tuberous sclerosis complex 1/2，TSC1/2）間接激活MTOR通路[13]。

1.3 MTOR

MTOR是一種非典型的絲氨酸/蘇氨酸激酶，包括MTOR復(fù)合物1（MTOR complex 1，MTORC1）和MTORC2共2種形式。MTORC1由MTOR、MTOR調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白（regulatory associated protein of MTOR，raptor）和哺乳動物直系同源物L(fēng)ST8（mammalian ortholog of LST8，m LST8）組成 ；MTORC2則由MTOR、MTOR不敏感伴侶蛋白（rapamycin-insensitive companion of MTOR，Rictor）、哺乳動物應(yīng)激蛋白激酶相互作用蛋白1（mammalian stress-activated protein kinase interacting protein 1，mSIN1）和m LST8組成[13-14]。

MTORC1可以促進信使RNA（messengerRNA，mRNA）的轉(zhuǎn)錄，作為各種輸入信號的整合器[15]?；罨腗TORC1可以使其下游的真核起始因子4E-結(jié)合蛋白 1（eukaryotic initiation factor 4E-binding protein1，4E-BP1）和p70核糖體蛋白S6激酶B1（ribosomal protein S6 kinase B1，S6K1）磷酸化。磷酸化的4E-BP1從真核起始因子4E（eukaryotic initiation factor 4E，elF-4E）上脫離，使elF-4E呈游離狀態(tài)并促進c-myc、缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）等原癌基因的轉(zhuǎn)錄[3,13]。而S6K1被MTOR磷酸化后，可繼續(xù)磷酸化mRNA翻譯相關(guān)的核糖體蛋白S6、真核起始因子4B（eukaryotic initiation factor 4B，elF-4B）、真核延長因子2蛋白激酶等多個靶點[16]。S6K1和4E-BP1被激活后，促使腫瘤細(xì)胞從G0/G1期向S期進展[5]。若采用MTORC1特異性抑制劑抑制下游S6K1和4E-BP1的功能，可使細(xì)胞周期停滯在G0/G1期，促進細(xì)胞凋亡，從而殺傷腫瘤細(xì)胞。MTORC2除可以磷酸化AKT的絲氨酸（Ser473）位點外，還可以通過激活A(yù)GC家族激酶，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的脂質(zhì)合成、葡萄糖代謝、凋亡過程和肌動蛋白細(xì)胞骨架來調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長[17]。

2 PI3K/AKT/MTOR信號通路在胃癌中的表達(dá)及意義

胃癌細(xì)胞中存在PI3K/AKT/MTOR信號通路的異常表達(dá)。Song等[18]采用免疫組織化學(xué)法檢測25例胃癌患者胃癌組織和癌旁組織中磷酸化AKT（phospho-AKT，p-AKT）表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中p-AKT的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織；實時定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）結(jié)果顯示，胃癌組織中p-AKT mRNA的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織。Cao等[19]采用免疫組織化學(xué)法檢測120例胃癌患者胃癌組織中MTOR的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，60.8%的患者胃癌組織過表達(dá)MTOR；且MTOR與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移（OR=1.72，95%CI：0.98～3.01，P＜0.05）和較晚的TNM 分期（OR=3.13，95%CI：0.72～13.61，P＜0.05）有關(guān)。Chiappini等[20]對239例胃癌患者的病理組織標(biāo)本和200例健康者的胃組織標(biāo)本進行免疫組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，PTEN在胃癌組織中PTEN呈弱表達(dá)，且表達(dá)較局限，而在正常胃組織中呈強陽性表達(dá)，且表達(dá)分布范圍較廣；PTEN高表達(dá)的胃癌患者的總生存期長于PTEN低表達(dá)的胃癌患者（60個月vs 30個月）；進一步研究發(fā)現(xiàn)，PTEN基因缺失是胃癌患者的獨立預(yù)后因子。綜上所述，PI3K/AKT/MTOR信號通路在胃癌組織中異常激活，多種分子的靶向抑制劑可通過該通路發(fā)揮潛在的抗腫瘤作用。

3 靶向PI3K/AKT/MTOR信號通路的抑制劑在胃癌中的研究

3.1 靶向PI3K的抑制劑

GDC-0941是一種有效的選擇性PI3K催化亞基p110α的泛抑制劑。Ishida等[21]采用在裸鼠皮下注射胃癌MKN45細(xì)胞的方法構(gòu)建小鼠原位移植瘤模型，然后將帶瘤小鼠分別用安慰劑、5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）、GDC-0941、5-FU 聯(lián)合GDC-0941進行處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，100%（9/9）安慰劑小鼠的腫瘤體積明顯增大，且56%（5/9）出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移，44%（4/9）出現(xiàn)腹膜轉(zhuǎn)移，單獨使用GDC-0941小鼠的抑瘤效果[67%（4/6）的小鼠出現(xiàn)腫瘤體積增大，33%（2/6）出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移，17%（1/6）出現(xiàn)腹膜轉(zhuǎn)移]優(yōu)于單獨使用5-FU小鼠的抑瘤效果[82%（9/11）的小鼠出現(xiàn)腫瘤體積增大，其中27%（3/11）發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移]，其中5-FU聯(lián)合GDC-0941抑制腫瘤生長的效果最明顯[17%（1/6）的小鼠出現(xiàn)腫瘤體積增大，且未發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移]。進一步采用免疫組織化學(xué)法進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接受GDC-0941處理的細(xì)胞磷酸化PI3K（phospho-PI3K，p-PI3K）的表達(dá)量明顯降低，PTEN的表達(dá)量升高。由于強陽性表達(dá)p-PI3K的細(xì)胞與5-FU的耐藥相關(guān)，GDC-0941處理后，細(xì)胞內(nèi)p-PI3K的表達(dá)下調(diào)，表明GDC-0941可以協(xié)同提高5-FU的治療效果，提示對于接受5-FU治療的患者，同時接受GDC-0941治療也是一個合理的選擇。GDC-0941在晚期實體瘤中的Ⅰ期臨床研究已于2012年6月完成（NCT00876122），并顯示了較好的安全性，最常見的藥物不良反應(yīng)為惡心、皮疹和乏力[22]。AZD8186是選擇性的PI3K催化亞基PI3Kβ和PI3Kδ的抑制劑。研究顯示，AZD8186對抑制劑腫瘤模型的血管、基質(zhì)、炎性滲出幾乎沒有影響，因此具有效能高、體內(nèi)代謝穩(wěn)定等優(yōu)點[23-24]。目前AZD8186抑制劑在多種晚期實體腫瘤（包括胃癌）中的Ⅰ期臨床研究（NCT03218826）已于2018年3月開始進行，鑒于上述的該藥的一些特征及優(yōu)點，該藥物可能會有比較好的臨床應(yīng)用前景。

3.2 AKT抑制劑

MK2206是第一個進入臨床研究的AKT變構(gòu)抑制劑，對AKT有高度的選擇性[25]。Ⅰ期臨床研究中，胃癌患者對MK2206的慢性給藥過程顯示出了良好的耐受性。Ⅱ期臨床試驗納入了70例進展期胃癌患者，以總生存期（overall survival，OS）為5.1個月為治療終點，以＜6.5個月為療效終點，常見不良反應(yīng)為疲勞、腹瀉、食欲減退等，但仍需要完善該臨床研究的局限性，包括明確藥物的動力學(xué)是否受局部手術(shù)及腹部放療的影響[26-27]。

AZD5363是一種有效的泛AKT抑制劑，可以抑制 AKT 的3個亞型（AKT1/α、AKT2/β和 AKT3/γ）的磷酸化，在多種腫瘤異種移植模型中，通過逆轉(zhuǎn)和延緩藥物的耐藥而發(fā)揮抗腫瘤作用[28-29]。在日本進行的晚期實體瘤的Ⅰ期臨床研究中，AZD5363抑制劑已經(jīng)顯示出了良好的安全性和耐受性，常見的不良反應(yīng)為腹瀉、高血糖和惡心[30]。目前該藥物已經(jīng)開始進行進展期胃癌的Ⅱ期臨床研究（NCT02451956），具有良好的應(yīng)用前景。

3.3 MTOR抑制劑

傳統(tǒng)MTOR抑制劑指通過MTORC1阻斷PI3K/AKT/MTOR信號通路，包括雷帕霉素及其類似物依維莫司。雷帕霉素是一種具有免疫抑制特性的抗真菌藥物，20世紀(jì)90年代，研究者發(fā)現(xiàn)其具有抗腫瘤作用而成為第一代MTOR抑制劑。雷帕霉素并不直接抑制MTOR的活性，但可以與FK506結(jié)合蛋白12（FK506-binding protein 12，F(xiàn)KBP12）和MTORC1中的FKBP12-雷帕霉素結(jié)合域結(jié)合，形成三元絡(luò)合物，發(fā)揮變構(gòu)抑制劑的作用[31]。導(dǎo)致raptor從MTORC1上解離，從而使raptor不能磷酸化MTORC1下游的S6K1和4E-BP，最終抑制蛋白質(zhì)的合成及轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞周期停滯在G1期而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[32]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素可與MTOR、FKBP12結(jié)合形成復(fù)合物，抑制MTOR與Rictor的結(jié)合，導(dǎo)致MTORC2表達(dá)水平降低。盡管雷帕霉素的抗腫瘤特性已應(yīng)用于多種腫瘤的治療，但溶解度差及相對不可預(yù)測的藥代動力學(xué)，限制了其的進一步發(fā)展?；谏鲜鲈颍恍├着撩顾仡愃莆镏饾u被人們發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用，其中研究最為廣泛的是依維莫司。一項在日本進行的單藥依維莫司有效性及安全性的Ⅱ期臨床研究納入53例一線或二線治療失敗的晚期胃癌患者，結(jié)果顯示，接受依維莫司單藥治療的晚期胃癌患者，疾病控制率為56%，亞組分析顯示，疾病控制率與那些接受依維莫司二線或三線治療的患者一致；常見的不良反應(yīng)為口腔炎癥（74%）、厭食（53%）和乏力（51%），表明依維莫司耐受性良好[33]。GRANITE-1試驗（NCT00879333）是一項依維莫司二線或三線治療晚期胃癌的Ⅲ期臨床研究，其中439例患者接受依維莫司治療，217例患者接受安慰劑治療，結(jié)果顯示，依維莫司組患者的中位生存期為5.4個月，而安慰劑組患者的中位生存期為4.3個月（HR=0.90，95%CI：0.75～1.08，P＞0.05），并未顯示出依維莫司的有效性[34]。一項依維莫司在PIK3CA基因擴增、突變和（或）PTEN缺失的研究中，納入10例晚期實體瘤患者，但所有患者均未達(dá)到完全緩解或部分緩解[35]。因此，并沒有證據(jù)表明依維莫司可以對PIK3CA基因的擴增、突變和（或）PTEN缺失的晚期實體瘤患者起抗腫瘤作用。需要對PI3K/AKT/MTOR一系列信號分子更全面的分析以更好地發(fā)揮MTOR抑制劑的抗腫瘤特性。

雷帕霉素及其類似物抑制了MTORC1的表達(dá)，可以與胰島素受體底物1（insulin receptor substrate-1，IRS-1）形成負(fù)反饋通路，引起AKT過度活化[36]。Cloughesy等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在PTEN缺失的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者中，過度活化的AKT可導(dǎo)致疾病在短時間內(nèi)進展，由于不能通過MTORC2抑制AKT的活性，限制了第一代MTOR抑制劑的應(yīng)用。

AZD8055是第二代MTOR抑制劑，可同時作用于MTORC1和MTORC2，因此，AZD8055可以抑制由于雷帕霉素抑制MTORC1引起的AKT的過度活化。Chresta等[38]研究證實，AZD8055抑制劑在體內(nèi)體外試驗中，均可起到明顯的抗腫瘤作用。在Ⅰ期臨床試驗（NCT00731263）中，AZD8055抑制劑的肝臟不良反應(yīng)與雷帕霉素不同，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)氨酶不斷升高，但也不排除降低藥物劑量可以降低轉(zhuǎn)氨酶水平升高的可能性。AZD8055的復(fù)合物——AZD2014并沒有出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)氨酶升高的不良反應(yīng)，表明MTORC1或MTORC2雙重抑制劑仍然有很好的前景[39]。Liu等[40]研究發(fā)現(xiàn)，AZD8055可明顯抑制曲妥珠單抗敏感和耐藥的胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力，但仍需大規(guī)模臨床研究對其藥效進行評估。

第一、二代MTOR抑制劑主要針對無MTOR突變的腫瘤患者，但對于一些MTOR突變的腫瘤患者可產(chǎn)生原發(fā)性耐藥。因此，Rodrik-Outmezguine等[41]發(fā)現(xiàn)了第三代MTOR抑制劑——RapaLink-1，其可以使雷帕霉素和MTOR激酶抑制劑介導(dǎo)至同一個分子上，并使結(jié)合物通過與FKBP12結(jié)合而作用于MTOR的FRB結(jié)構(gòu)域，也可以作用于MTOR激酶結(jié)構(gòu)域。MTOR突變?nèi)橄侔┘澳z質(zhì)母細(xì)胞瘤的異種移植小鼠模型顯示，RapaLink-1比雷帕霉素和AZD8055敏感[36]，但目前尚無大樣本臨床數(shù)據(jù)對該藥進行相關(guān)報道。

3.4 PI3K/MTOR雙重抑制劑

NVP-BEZ235是一種新型作用于蛋白激酶域的ATP競爭性PI3K/MTOR雙重抑制劑，抑制PI3K的催化亞基p110a，同時也可以抑制MTOR的活性[42]。Mueller等[43]體外試驗證明，NVP-BEZ235有較好的降低胃癌細(xì)胞株運動并促進其凋亡的作用，在PI3KCA突變的胃癌細(xì)胞株中，NVP-BEZ235的作用更明顯。Zhang等[42]在小鼠試驗中發(fā)現(xiàn)，異種移植瘤小鼠接受NVP-BEZ235、紫杉醇、NVP-BEZ235聯(lián)合紫杉醇處理2周，接受NVP-BEZ235處理小鼠的腫瘤凈生長抑制率為45.1%，單藥紫杉醇組為77.9%，NVP-BEZ235聯(lián)合紫杉醇組為97.0%，表明NVP-BEZ235在體外可以增加紫杉醇對胃癌細(xì)胞的抗腫瘤作用。Zhu等[44]首次報道，NVP-BEZ235在體內(nèi)外對HER2陽性胃癌細(xì)胞均有明顯的抗腫瘤作用。目前，NVP-BEZ235在實體瘤患者中已經(jīng)進行了Ⅰ/Ⅱ臨床研究，期待其在臨床上得到更廣泛的應(yīng)用。

3.5 聯(lián)合靶向治療

人類表皮生長因子受體（epidermal grow th factor receptor，EGFR）家族包括4個成員，即HER1～4（ErbB1～4），包括PI3K在內(nèi)的多種因子及信號通路均可參與ErbB受體的激活[45-46]。Chakrabarty等[45]研究顯示，激活PI3K可以使ErbB3的調(diào)蛋白（heregulin）配體和神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白配體的過表達(dá)，從而為同時阻斷這兩個分子靶點提供了理論依據(jù)。研究表明，HER3抗體聯(lián)合PI3K抑制劑抑制腫瘤生長的作用優(yōu)于單獨用藥[47-48]。一項PI3K抑制劑SAR245408聯(lián)合HER3抗體SAR256212的Ⅰb期臨床研究（NCT01436565）納入了27例實體瘤患者驗證其藥代動力學(xué)特征，經(jīng)過預(yù)處理，50%的患者達(dá)到了暫時穩(wěn)定，主要不良反應(yīng)包括皮疹、高血糖等，且兩藥聯(lián)合應(yīng)用對各自的藥代動力學(xué)均沒有明顯影響[49]。但該研究納入的樣本量較小，因PI3K/HER3信號通路中的復(fù)雜相互作用，仍需要大樣本臨床研究以更好地了解其作用機制并合理發(fā)展聯(lián)合靶向治療。

目前，大量研究已經(jīng)表明，PI3K/AKT/MTOR信號通路在胃癌的發(fā)病機制中起重要作用，多項針對該通路各分子的靶向抑制劑也已進入臨床研究階段。未來的研究目標(biāo)將致力于確定該通路與其他通路錯綜復(fù)雜的聯(lián)系及相應(yīng)的分子標(biāo)志物，從而為尋找理想的胃癌靶向治療方法提供參考，提升腫瘤綜合治療策略。