PI3K/AKT/mTOR信號通路及其與乳腺癌關(guān)系的研究進展

吳子鑫，吳申偉蚌埠醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，安徽蚌埠 233000

乳腺癌的發(fā)生與Ⅰ類磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/雷帕霉素靶體蛋白(mTOR)通路的異常激活及其相關(guān)基因突變有關(guān)，且在乳腺癌各個亞型中該通路的變化不同。目前經(jīng)該通路的靶向治療已成為研究熱點。磷脂酰肌醇-3-激酶催化亞單位α(PIK3CA)體細(xì)胞突變常出現(xiàn)在激素受體(HR)陽性、人表皮生長因子受體2(HER-2)陰性的乳腺癌患者中，約40%的乳腺癌患者會發(fā)生PIK3CA基因突變[1]。PI3K是一組蛋白多聚體，對細(xì)胞增殖、凋亡、糖原代謝等進行調(diào)控。PI3K是PI3K/AKT/mTOR信號通路的起始，可被細(xì)胞表面受體活化，對下游蛋白的磷酸化作用產(chǎn)生一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，PI3K/AKT/mTOR信號通路的過度激活對乳腺癌的發(fā)生有重要作用[2]。早期研究表明，PI3K抑制劑對HR+/HER-2-、PIK3CA基因突變的晚期乳腺癌患者具有一定的抗腫瘤作用，但由于脫靶效應(yīng)造成的不良反應(yīng)較強，未能實際投入使用。目前研制出的新型PI3Kα抑制劑阿培利司(Alpelisib)具有選擇性高、不良反應(yīng)小的優(yōu)點，已被納入美國國家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)(NCCN)乳腺癌指南，為乳腺癌患者帶來希望[3]。本文就PI3K/AKT/mTOR信號通路及其與乳腺癌關(guān)系的研究進展進行綜述。

1 PIK3CA/PI3K/mTOR信號通路的結(jié)構(gòu)及活化機制

1.1 PIK3CA基因 1994年Volinia等[4]利用DNA原位雜交技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)PIK3CA基因，并將其定位于3q26.3。Kang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌PIK3CA基因突變多集中在編碼PI3K螺旋區(qū)的exon9和編碼催化激酶區(qū)的exon20。目前已證實PIK3CA是一類癌基因，編碼PI3K的P110催化亞基，當(dāng)PIK3CA基因發(fā)生突變、丟失或擴增時，會編碼出異常的p110亞基，導(dǎo)致PI3K持續(xù)激活[6]。

1.2 PIK3CA編碼蛋白 PI3K是一種蛋白多聚體，可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類。Ⅰ類包含IA和IB亞單位，ⅠA是異源二聚體，由一個p85調(diào)節(jié)亞單位和一個p110催化亞單位構(gòu)成。ⅠA由酪氨酸激酶受體途徑(RTK)進行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，ⅠB由G蛋白偶聯(lián)受體進行信號傳導(dǎo)。研究表明，RTK磷酸化后可通過活化PI3K p85亞基上的“SH2結(jié)構(gòu)域”，消除p85亞基對p110亞基的抑制作用而激活PI3K，活化的PI3K使磷脂酰肌醇二磷酸磷酸化成為磷脂酰肌醇三磷酸。PIP3是信號傳導(dǎo)的第二信使，具有磷酸化的功能，可激活下游底物如Ras、AKT、PDK等。其中AKT是PI3K下游效應(yīng)分子中主要的一類，PIP3與細(xì)胞內(nèi)含有PH結(jié)構(gòu)域的信號蛋白AKT和PDK1結(jié)合，使AKT的蘇氨酸磷酸化位點被PDK1磷酸化。AKT活化之后進一步使其下游底物磷酸化，對細(xì)胞的增殖、侵襲、凋亡、糖原代謝等方面進行調(diào)控[7]。

1.3 mTOR mTOR是一類絲/蘇氨酸激酶，已被確認(rèn)是PI3K/AKT的下游靶點，作用于多種信號通路，具有調(diào)控轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成的功能。細(xì)胞內(nèi)有mTORC1及mTORC2兩種復(fù)合體。mTORC1促使細(xì)胞生長和細(xì)胞周期進展；mTORC2可調(diào)節(jié)細(xì)胞生存、代謝及細(xì)胞骨架的構(gòu)建?；罨腁KT分別通過以下兩種途徑激活mTORC1：一是直接磷酸化PRAS40，消除PRAS40對mTORC1的抑制作用，直接激活mTORC1；二是使抑癌基因結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物(TSC1/2)失活，以保持Rheb的GTP結(jié)合態(tài)間接使mTORC1活化。mTORC1下游的效應(yīng)因子主要是核糖體p70S6激酶蛋白(S6K1)和真核起始因子4E結(jié)合蛋白1(4E-BP1)。S6K1被活化的mTORC3磷酸化后，繼續(xù)活化核糖體40S蛋白S6，啟動mRNA 5′端的翻譯，激活參與蛋白質(zhì)合成的核糖體蛋白。另外，mTORC1磷酸化4E-BP1形成eIF4F復(fù)合物，后者調(diào)控翻譯的進行，并對細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白進行編碼。mTORC2的效應(yīng)分子主要是細(xì)胞骨架調(diào)控因子，如RAS蛋白、AKT、血清糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)蛋白激酶1(SGK1)等，其還能直接激活蛋白激酶Cα和SGK1，調(diào)控離子的轉(zhuǎn)運、細(xì)胞增殖代謝以及細(xì)胞骨架形態(tài)[8]。

2 PI3K/AKT/mTOR信號通路與乳腺癌的關(guān)系

2.1 PI3K/AKT/mTOR信號通路在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1.1 促進細(xì)胞增殖 多項研究表明，PI3K-AKT-mTOR信號通路調(diào)節(jié)核糖體、蛋白質(zhì)的合成及血管形成，從而促進細(xì)胞無限增殖?；罨腜I3K激活A(yù)KT，AKT再激活多個具有調(diào)控細(xì)胞增殖功能的下游底物，如c-myc、CREB、mTOR、核因子κB等。c-myc具有促使細(xì)胞分裂、無限增殖的功能，AKT通過誘導(dǎo)c-myc的轉(zhuǎn)錄，刺激細(xì)胞增殖。mTOR是細(xì)胞生長、增殖的重要調(diào)節(jié)因子，AKT經(jīng)TSC1/TSC2復(fù)合物激活mTOR，后者再激活具有調(diào)控蛋白翻譯功能的4E-BPI和eLF4GI。此外，mTOR可以激活nPKCd，進而磷酸化4E-BPI并使其失活，減小eIF-4E與4E-BPI之間的相互作用，從而啟動mRNA 5′端的翻譯，促進蛋白質(zhì)合成。AKT 還可激活核因子κB，增強生存基因的轉(zhuǎn)錄。Kang等[5]研究表明，AKT持續(xù)激活可以促進乳腺上皮細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)化，并阻止細(xì)胞的凋亡。Sodi等[9]研究表明，AKT/mTOR的同步激活通過調(diào)控O-N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶，進而調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞的能量代謝。

2.1.2 抑制細(xì)胞凋亡 PI3K/AKT/mTOR信號通路是調(diào)控細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵通路。AKT1是一類細(xì)胞凋亡抑制劑，可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡途徑的蛋白及基因，抑制細(xì)胞的凋亡，加快腫瘤的進展。AKT磷酸化Bcl-2家族成員BAD，使啟動子從Bcl-2上解離，從而阻止凋亡的發(fā)生。其他促凋亡成分如蛋白水解酶caspase-9、促凋亡因子Bad、轉(zhuǎn)錄因子FKHR等都可被AKT磷酸化而失活，使Fas配體下調(diào)，抑制正常的凋亡通路。前文已述，AKT活化后使TSC1/2失活而激活mTOR，調(diào)控致癌過程和代謝事件(包含自噬)。Zhou等[10]研究表明，白花丹素通過抑制PI3K/AKT/mTOR 通路，加強前列腺癌細(xì)胞的自噬作用。在致癌因子作用下，抑癌基因失活也會導(dǎo)致PI3K-AKT-mTOR途徑的過度激活。PTEN作為體內(nèi)一種抑癌基因，對PI3K/AKT/mTOR信號通路具有負(fù)向調(diào)控的作用。研究表明，過度表達(dá)的PTEN 可以抑制 PI3K /AKT /mTOR信號通路，加強缺血、缺氧、炎癥反應(yīng)等狀態(tài)下細(xì)胞的自噬運動，進一步抑制癌變的發(fā)生。De Amicis等[11]發(fā)現(xiàn)，PTEN不僅負(fù)向調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號通路，還可增加自噬基因UVRAG的表達(dá)，使乳腺癌細(xì)胞的存活率降低。因此，PTEN的突變可以導(dǎo)致PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活，并且降低細(xì)胞凋亡因子的敏感程度。Carnero等[12]研究發(fā)現(xiàn)，PTEN基因敲除的小鼠模型會產(chǎn)生基底細(xì)胞樣乳腺癌，證實PTEN的缺失與基底細(xì)胞樣乳腺癌的發(fā)生有關(guān)。PI3K/mTOR的雙重抑制劑BEZ235，在與組蛋白脫乙酰酶抑制劑曲古菌素A聯(lián)用時能夠增強細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，阻礙腫瘤的發(fā)展進程[13]。

2.1.3 促進腫瘤轉(zhuǎn)移 AKT顯著增強血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)以促進新生血管的生成，使腫瘤供血更加豐富，促使腫瘤轉(zhuǎn)移。研究表明，與未發(fā)生肝轉(zhuǎn)移的乳腺癌患者相比，發(fā)生肝轉(zhuǎn)移的乳腺癌患者PI3K/AKT/mTOR信號通路被顯著激活，提示此通路的活化與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[14]。這與Pierobon等[15]發(fā)現(xiàn)的PIK3CA突變的乳腺癌患者肝轉(zhuǎn)移發(fā)生率更高的結(jié)論相符合。

2.2 PI3K/AKT/mTOR信號通路在乳腺癌治療中的作用 在乳腺癌的各種致癌過程中，PI3K/AKT/mTOR信號通路的突變是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵驅(qū)動因素，并與乳腺癌治療的耐藥性有關(guān)。PI3K是PI3K/AKT/mTOR信號通路的起始，可被細(xì)胞表面受體所激活，通過對下游蛋白的磷酸化作用，發(fā)生一系列的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終導(dǎo)致乳腺癌的發(fā)生[16]。PI3K抑制劑已被證明能阻斷PI3K/AKT/mTOR信號通路對不同生長因子刺激的反應(yīng)，Coussy等[17]通過構(gòu)建患者來源的異種移植物模型，在基因和蛋白質(zhì)水平激活PI3K/AKT/mTOR信號通路和RTK/MAPK通路，使用PI3K和MEK抑制劑聯(lián)合治療PIK3CA基因突變的乳腺癌患者，結(jié)果顯示該模型腫瘤消退，這為PI3K抑制劑應(yīng)用于臨床提供實驗依據(jù)。

針對這一通路的藥物開發(fā)早期取得了一定的成功，但其進展受到藥代動力學(xué)、耐受性和療效問題的阻礙。Sarker等[20]早期研究表明，由于PI3K通路調(diào)控細(xì)胞多種功能，PI3K抑制劑治療乳腺癌過程中可能會造成嚴(yán)重不良反應(yīng)。一項早期臨床試驗將PI3K抑制劑布帕尼西與內(nèi)分泌治療聯(lián)合來治療乳腺癌患者，結(jié)果呈現(xiàn)出以陰道炎、高血糖、貧血、腹瀉和情緒障礙(焦慮、抑郁、易怒)為特征的毒性反應(yīng)[21]。除此之外，Toska等[22]研究提示由于通路反饋機制，持續(xù)抑制PI3K通路可反向?qū)е略撏返募せ?，降低治療效果。Beselar[23]認(rèn)為有兩種方法可充分發(fā)揮PI3K抑制劑的效果，一是研制毒性更小的替代物；二是開發(fā)安全性更高的特異性PI3K抑制劑。

新型PIK3α選擇性抑制劑可以最大限度地抑制p110α，同時使患者免受因抑制p110酶產(chǎn)生的不良反應(yīng)，打開了乳腺癌分子分型的新篇章。Mayer等[24]試驗表明，p110α特異性抑制劑Alpelisib聯(lián)合來曲唑治療耐藥的ER陽性晚期乳腺癌患者，安全有效；并且對同時具有PIK3CA基因突變的乳腺癌患者療效更加明顯。Juric等[25]根據(jù)有無PIK3CA基因突變將乳腺癌患者進行分組，結(jié)果表明在無PIK3CA基因突變的組別中，Alpelisib與氟維司群(fulvestrant)聯(lián)合治療療效不明顯，而在PIK3CA突變組，Alpelisib-fulvestrant聯(lián)合治療療效顯著優(yōu)于單獨使用fulvestrant組。Jain等[26]研究發(fā)現(xiàn)，Alpelisib與曲妥珠單抗-美坦新偶聯(lián)物(T-DM1)聯(lián)合應(yīng)用治療轉(zhuǎn)移性HER-2陽性乳腺癌患者具有一定療效，為今后PI3K抑制物在HER-2陽性轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中的研究提供理論基礎(chǔ)。André等[19]進行一項納入572例HR+/HER-2-晚期乳腺癌患者的隨機臨床三期試驗，結(jié)果顯示，在存在PIK3CA基因突變的乳腺癌患者中，使用新型PI3Kα抑制劑Alpelisib聯(lián)合fulvestrant治療的患者中位無進展生存期(11個月)明顯長于只使用fulvestrant的患者(5.7個月)，使用Alplisib-fulvestrant組患者比單獨使用fulvestrant組患者的死亡風(fēng)險約低35%。在此臨床研究中，高血糖和皮疹是Alplisib-fulvestrant聯(lián)合治療乳腺癌患者出現(xiàn)的主要不良反應(yīng)，只有少數(shù)患者出現(xiàn)3級腹瀉。此研究證實了Alpelisib對PIK3CA基因突變的HR+/HER-2-乳腺癌患者具有良好的臨床效果，為其應(yīng)用于臨床奠定了基礎(chǔ)。

目前，Alpelisib是美國食品藥品監(jiān)督管理局首個批準(zhǔn)的PI3K抑制劑，PIK3CA基因檢測及Alpelisib的使用已被納入NCCN乳腺癌臨床實踐指南。指南表明若考慮使用Alpelisib治療HR+/HER-2-乳腺癌患者，可進行PIK3CA的基因檢測，檢測樣本可取腫瘤組織或外周血ctDNA。對存在PIK3CA基因突變且HER-2-的絕經(jīng)后乳腺癌患者，首選Aplelisib-Fulvestrant聯(lián)合治療。

PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制劑靶向治療已成為乳腺癌治療中的熱點研究，關(guān)于PI3K抑制劑、AKT抑制劑、mTOR抑制劑的研究均在快速進展中。雖然新型PI3Kα抑制劑Alpelisib已被納入NCCN指南，但其在使用過程中造成的靶點外正常通路被阻斷及脫靶效應(yīng)仍是目前棘手的問題[27]。今后需要更多的研究來闡明該類靶向藥物產(chǎn)生毒副作用的機制，最大限度減少副反應(yīng)發(fā)生。通過發(fā)展精準(zhǔn)醫(yī)療模式，針對不用乳腺癌亞型研發(fā)高特異性、低毒性、高效性的靶向藥物。未來可以采用基因測序技術(shù)，同時利用傘式實驗，根據(jù)每位乳腺癌患者不同的體細(xì)胞變異找到潛在的可能用藥的靶點，再根據(jù)不同的靶基因分配不同的精準(zhǔn)靶向藥物。另外，目前的研究方向多關(guān)注兩種最常見的突變，即PIK3CA和PTEN基因突變，今后應(yīng)探索更多其他途徑的突變。總之，盡管PI3K抑制劑的發(fā)展具有挑戰(zhàn)性和局限性，但其仍然是乳腺癌靶向治療的前沿，在未來優(yōu)化患者預(yù)后方面具有很大的潛力[28]。