PI3K/AKT信號通路與白血病

吳建敏 賈秀紅 張健

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院兒科 256603

白血病的演變及耐藥是一系列復(fù)雜機(jī)制相互作用的結(jié)果，如細(xì)胞內(nèi)信號通路異常激活在其發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）信號通路參與細(xì)胞增殖、凋亡等過程，調(diào)節(jié)白血病的發(fā)生發(fā)展及耐藥等［1-2］。PI3K/AKT 信號通路是一種胞內(nèi)傳導(dǎo)的信號通路，與腫瘤細(xì)胞生存息息相關(guān)［3-4］。研究顯示，腫瘤演變以及多藥耐藥機(jī)制均與PI3K/AKT 信號通路有關(guān)［5］。PI3K/AKT通路異常激活會導(dǎo)致腫瘤的惡化及預(yù)后不良，實(shí)驗(yàn)研究證明阻斷該通路的異常激活可提升腫瘤的治療效果［6］，故通過檢測該通路的活性可以評估白血病預(yù)后情況。以下就PI3K/AKT 信號通路的組成、功能、靶向抑制劑與白血病化療耐藥的關(guān)系做一綜述。

1 PI3K/AKT信號通路的組成及功能

PI3K/AKT 信號通路組成主要包括兩個部分：PI3K 和AKT。PI3K幾乎在所有哺乳動物細(xì)胞中表達(dá)，在細(xì)胞進(jìn)展、生存、遷移及生長中發(fā)揮重要作用［7］。PI3K 根據(jù)結(jié)構(gòu)、調(diào)控模式和底物特異性被細(xì)分為3 類，即PI3KI～Ⅲ、它們包含一個催化亞基和一個調(diào)節(jié)亞基、控制酶的活性［8］。PI3KI 催化磷脂酰肌醇（3，4，5）-三磷酸的生成，招募各種效應(yīng)分子。AKT 是PI3KI 下游研究最多且被廣泛激活的分子。AKT 由3個主要部分構(gòu)成，從N 端到C 端依次為PH 結(jié)構(gòu)域、激酶結(jié)構(gòu)域（或催化結(jié)構(gòu)域）和疏水性調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。每個部分都有其功能：PH 結(jié)構(gòu)域主要是介導(dǎo)蛋白與蛋白、蛋白與脂質(zhì)的相互作用；激酶結(jié)構(gòu)域與PKA、PKC 高度同源，含有一個重要的蘇氨酸殘基；疏水性調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域是調(diào)控AKT 絲氨酸磷酸化。PI3K/AKT 信號通路下游存在多種重要的效應(yīng)分子，如哺乳動物雷帕素靶蛋白（mammalian target rapamycin，mTOR）。mTOR 的結(jié)構(gòu)類似于PI3K，在PI3K/AKT 信號通路中扮演著重要角色。PI3K 是該信號通路的啟動因子，在信號通路中起著承前啟后的作用。當(dāng)細(xì)胞受到刺激后，先后激活PI3K、AKT［9］。激活的AKT 進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合下游的各種信號分子（如mTOR），調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡等［10-11］。

2 PI3K/AKT信號通路與白血病耐藥

白血病的發(fā)病率、病死率以及年確診率均很高，在血液系統(tǒng)的腫瘤中是惡性程度相對較高的一類。大量研究表明，PI3K/AKT 信號通路異常激活貫穿于白血病發(fā)生發(fā)展及耐藥等過程。該通路過度激活后，通過下調(diào)腫瘤、抑制蛋白、刺激蛋白質(zhì)合成、抑制細(xì)胞凋亡等導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的無限增殖，促進(jìn)細(xì)胞耐藥。大多數(shù)白血病患者在大劑量化療藥物治療后均能得到較好緩解，但由于細(xì)胞耐藥，化療效果大打折扣［12］。P 糖蛋白（P-gp）和多藥耐藥蛋白1（MRP1）均與多藥耐藥相關(guān)。Ma 等［13］通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)探討ST6GAL1 基因與白血病多藥耐藥關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在K562/ADR 細(xì)胞系中P-gp和MRP1 的水平與ST6GAL1 的表達(dá)水平以及PI3K/AKT 信號的活性呈正相關(guān)。由于ST6GAL1 是調(diào)控PI3K/AKT 信號通路活性的基因，推測ST6GAL1可能通過PI3K/AKT通路增加P-gp和MRP1的表達(dá)，從而介導(dǎo)白血病細(xì)胞的多藥耐藥?？梢姡籽〉倪M(jìn)展以及化療耐藥的過程與PI3K/AKT 信號通路激活緊密相關(guān)，抑制該信號異常激活可進(jìn)一步抑制白血病的進(jìn)展以及多藥耐藥形成。

3 PI3K/AKT信號通路抑制劑與白血病預(yù)后

隨著分子靶向熱潮的興起，PI3K/AKT 信號通路的靶向抑制劑越來越多應(yīng)用于臨床試驗(yàn)［14］。該信號通路的靶向抑制劑以及天然提取的中藥與化療藥物聯(lián)用能明顯提升化療藥物的敏感性，進(jìn)而降低化療耐藥，促進(jìn)預(yù)后［3，15］。

3.1 PI3K 和AKT 抑制劑 PI3K 抑制劑主要分為廣譜和選擇性PI3K抑制劑。選擇性PI3K抑制劑具有不易脫靶、藥物相關(guān)不良反應(yīng)低等優(yōu)點(diǎn)，且患者耐受性相對較高，故選擇性PI3K 抑制劑的研究比較多［16］。AKT 抑制劑主要分為PH 結(jié)構(gòu)域抑制劑、ATP 競爭性抑制劑、變構(gòu)抑制劑3 類。AKT抑制劑的優(yōu)勢在于不僅可以減少抑制上游信號分子所帶來的副作用，還可以減少抑制下游分子引起的負(fù)反饋機(jī)制［7］。

艾代拉里斯（CAL101）是一種選擇性PI3K抑制劑，通過選擇性作用PI3Kδ，并抑制AKT 的磷酸化而發(fā)揮作用。He等［17］通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，CAL101 聯(lián)合FLT3 抑制劑能克服急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）細(xì)胞獲得性耐藥，顯著增強(qiáng)抗腫瘤活性，同時抑制AKT 和ERK，提升AML 療效。Furman 等［18］評估CAL101 聯(lián)合利妥昔單抗與利妥昔單抗聯(lián)合安慰劑的臨床療效，發(fā)現(xiàn)在復(fù)發(fā)慢性淋巴細(xì)胞白血?。╟hronic lymphocytic leukemia，CLL）患者CAL101 組中的總生存率優(yōu)于安慰劑組（12 個月時92%比80%），由此可見聯(lián)合CAL101 治療CLL 可提升患者的生存率。雖然CAL101能提升白血病療效，但由于其有一定的細(xì)胞毒性［19］，故在臨床應(yīng)用還有一定的局限。

哌立福新（Perifosine）是首個用于臨床研究的AKT抑制劑，靶向作用于AKT的PH結(jié)構(gòu)域。哌立福新可選擇性作用于白血病細(xì)胞，抑制其增殖，誘導(dǎo)其凋亡，但對正常CD34+細(xì)胞并沒影響［20］，這是一大優(yōu)勢，其機(jī)制有待深入研究。Martelli 等［21］在臨床試驗(yàn)中聯(lián)合哌立福新和依托泊苷治療白血病患者，發(fā)現(xiàn)哌立福新可增強(qiáng)依托泊苷在白血病細(xì)胞中的敏感性，延緩患者病情的發(fā)展。Lin［22］在一項(xiàng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，用哌立福新處理HL-60 白血病細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可增加HL-60 白血病細(xì)胞早期凋亡細(xì)胞和凋亡樣壞死細(xì)胞數(shù)量。但哌立福新溶解性差、易聚集、藥動力學(xué)性質(zhì)較差，目前的研究也相對比較緩慢。

MK2206 是一種高選擇AKT 變構(gòu)抑制劑，主要作用于AKT1、2［23］，通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬［24］，促進(jìn)CLL 細(xì)胞的凋亡。在CLL中MK2206選擇性殺傷癌細(xì)胞，并對正常細(xì)胞無毒性作用［25］。Konopleva 等［26］通過實(shí)驗(yàn)及臨床前研究發(fā)現(xiàn)，MK2206 在較低濃度下就可以抑制AKT 磷酸化，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞的凋亡并抑制其進(jìn)一步發(fā)展。Piovan 等［27］研究表明，AKT1可以通過直接抑制糖皮質(zhì)激素受體來驅(qū)動對糖皮質(zhì)激素的抗性；在體外和體內(nèi)，用MK2206 抑制AKT 可有效恢復(fù)糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的NR3C1 轉(zhuǎn)位，增加T-ALL 細(xì)胞對糖皮質(zhì)激素治療的反應(yīng)，有效逆轉(zhuǎn)糖皮質(zhì)激素抵抗，提升T-ALL 患者療效。綜合以上，MK2206 作為AKT 抑制劑，在逆轉(zhuǎn)耐藥方面有重要作用。

3.2 PI3K/mTOR 雙重抑制劑 PI3K/mTOR 通路的改變在所有白血病類型中是主要的，這也是治療失敗和復(fù)發(fā)的原因。PI3K、mTOR均屬于PI3K相關(guān)激酶家族的成員，基于它們的結(jié)構(gòu)類似，所以研發(fā)能同時抑制PI3K 和mTOR 的雙重靶向抑制劑成為可能［28］。此類雙重靶向抑制劑比單一靶點(diǎn)抑制劑更具有優(yōu)勢，如使用劑量小、效果更強(qiáng)、產(chǎn)生耐藥概率小等。

NVPBZE235 是雙重抑制劑，直接靶向作用于PI3K、mTOR 催化結(jié)構(gòu)域。Chapuis 等［29］設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢測AML 細(xì)胞中NVP-BEZ235的活性，發(fā)現(xiàn)它可爭結(jié)合ATP 位點(diǎn)，進(jìn)而減少AML 細(xì)胞的增殖，促進(jìn)AML 細(xì)胞的凋亡；并證實(shí)NVP-BEZ235 化合物有抗白血病作用。Yu 等［30］研究發(fā)現(xiàn)NVPBZE235 能降低抗癌藥物引起的AKT 磷酸化水平，促進(jìn)抗癌藥物的療效。Airiau等［25］發(fā)現(xiàn)在某些BCR-ABL基因突變的慢性粒細(xì)胞白血?。╟hronicmyelogcnousleukemia，CML）細(xì)胞中，BEZ235 與尼洛替尼聯(lián)合作用于細(xì)胞，可加強(qiáng)尼洛替尼對CML 細(xì)胞毒性，促進(jìn)CML 細(xì)胞凋亡。綜合以上研究，NVP-BEZ235 是未來白血病靶向治療的一個很有前途的選擇。

PKI-587 是一種新的PI3K、mTOR 雙重靶向抑制劑，它直接選擇性靶向作用PI3K、mTOR，降低信號通路的活性，發(fā)揮作用。Gazi 等［31］通過設(shè)計(jì)急性淋巴細(xì)胞白血?。╝cute lymphoblastic leukemia，TALL）細(xì)胞體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在用更高濃度的PKI-587 處理時，觀察到AKT 和S6K 磷酸化水平下降，但對ERK1/2 和p38 的體外磷酸化沒有影響；臨床前小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)PKI-587 選擇性地抑制了體內(nèi)AKT和S6K的磷酸化，PKI-587不論在體內(nèi)或體外都選擇性地抑制PI3K/mTOR 信號活化，這些結(jié)果強(qiáng)烈表明PKI-587 是PI3K/mTOR 通路的選擇性抑制劑。這項(xiàng)臨床前研究顯示了PKI-587 對TALL 的有益作用。但目前為止，PKI-587 仍在臨床前研究中，建議采取進(jìn)一步的臨床前試驗(yàn)和早期臨床試驗(yàn)。

3.3 天然提取的中藥 靶向抑制劑中還有一些天然提取的中藥成分，這類藥物具有毒性低、生物活性廣泛等優(yōu)勢，也通過降低PI3K/AKT 信號通路的活性而促進(jìn)白血病細(xì)胞的凋亡。下面重點(diǎn)介紹近兩年來的研究熱點(diǎn)青蒿琥酯。青蒿琥酯（Artemisinin）是青蒿素衍生物之一，是衍生物中唯一一種在堿性條件下可溶的物質(zhì)，最先被當(dāng)作一種抗瘧疾藥物使用，后有研究表明它可用于降低PI3K/AKT信號通路的激活，具有抑制癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲作用。青蒿琥酯聯(lián)合化療藥物共同用于治療白血病時，觀察到白血病細(xì)胞對化療的敏感性增加［32］。王朦等［33］研究44 例AML 患兒的原代細(xì)胞及K562 細(xì)胞株4 株，發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯上調(diào)PTEN抑癌基因表達(dá)而抑制AKT信號通路；PTEN抗腫瘤作用主要通過其脂質(zhì)磷酸酶活性，調(diào)控信號分子AKT 去磷酸化而實(shí)現(xiàn)降低通路活性；該信號通路調(diào)節(jié)相關(guān)凋亡蛋白的表達(dá)，促進(jìn)AML細(xì)胞的凋亡。Tan等［34］從院內(nèi)診斷出的30例急性骨髓性白血病患者中各自提取2 ml 骨髓，分離了單核細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)青蒿琥酯以劑量依賴性和時間依賴性方式顯著抑制該細(xì)胞的增殖并增加其凋亡。綜上，青蒿琥酯等天然提取中藥是未來白血病治療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，值得期待。

綜上所述，白血病的演變及化療耐藥的產(chǎn)生均與PI3K/AKT 信號通路異常激活聯(lián)系密切。大量研究顯示，聯(lián)合PI3K/AKT 信號通路抑制劑與化療藥物治療白血病，可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對化療藥物的敏感度，增強(qiáng)療效。但基于白血病發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜，靶向抑制劑以及天然藥物的研制尚未成熟，更多靶向抑制劑及天然藥物的研究處于實(shí)驗(yàn)室或者臨床研究階段。因此，深入探索PI3K/AKT 信號通路在白血病的發(fā)病機(jī)制，研制更高效、安全的靶向PI3K/AKT 信號通路抑制劑及探索更多、更有效的天然提取物，與化療聯(lián)合用于治療白血病，有望提高白血病患者的緩解率以及降低化療耐藥率，更好地提高白血病患者的生活質(zhì)量。