腫瘤干細(xì)胞信號(hào)通路（PI3K/AKT）研究與進(jìn)展

勾 蓉

（重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院健康體檢與腫瘤風(fēng)險(xiǎn)篩查中心，重慶400030）

腫瘤干細(xì)胞（Cancer stem cells，CSCs）是一組存在于腫瘤細(xì)胞中具有自我更新能力和多向分化潛能的小部分細(xì)胞亞群[1]，通常情況下處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，在受到外界刺激或損傷時(shí)才會(huì)進(jìn)入分化狀態(tài)，加之其具有較強(qiáng)的抵抗凋亡和DNA 修復(fù)能力，因而可免受一般放化療方法的殺滅作用，同時(shí)會(huì)在大部分腫瘤細(xì)胞被消滅后大量增殖，是造成腫瘤治療困難和治愈后復(fù)發(fā)的主要原因之一[2-3]。因而，深入探究腫瘤干細(xì)胞自我更新與分化的分子機(jī)制在腫瘤治療中具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。PI3K/AKT 通路是一條在腫瘤細(xì)胞中持續(xù)活化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，與細(xì)胞的增殖、凋亡有著極為密切的關(guān)系，對(duì)肺癌干細(xì)胞、乳腺癌干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞以及造血干細(xì)胞等的增殖、自我更新、定向分化等都具有重要調(diào)控作用。本文就腫瘤干細(xì)胞與PI3K/AKT 信號(hào)通路的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 PI3K/AKT 信號(hào)通路介紹

PI3K（Phosphoinositide-3 kinase）屬于磷脂激酶家族，是肌醇及磷脂酰肌醇的主要激酶，具有磷酸?；〈技っ负徒z氨酸-蘇氨酸蛋白激酶雙重活性。被上游調(diào)節(jié)因子激活后，PI3K 會(huì)將質(zhì)膜上的二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化生成三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）[4]。AKT（Protein kinase B）是PI3K 下游信號(hào)通路中最為重要的一個(gè)蛋白，它是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，由三個(gè)功能區(qū)域構(gòu)成：氨基末端的PH結(jié)構(gòu)域、激酶/催化結(jié)構(gòu)域以及羧基末端的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。PIP3 可以和AKT 氨基末端的PH 結(jié)構(gòu)域結(jié)合，將存在于細(xì)胞漿中的AKT 募集到質(zhì)膜上被3-磷酸肌醇依賴(lài)性蛋白激酶1（PDKI）和蛋白復(fù)合物激酶mTORC2 激活，促使位于激活結(jié)構(gòu)域的Thr308 位點(diǎn)和C 端疏水區(qū)的Ser473 位點(diǎn)磷酸化，從而繼續(xù)信號(hào)傳遞，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和存活[5]。以上過(guò)程可以被抑癌基因PTEN 逆轉(zhuǎn)。PTEN 是一種雙重特異性磷酸酶，可以編碼具有脂質(zhì)磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性的蛋白，它是PI3K/AKT 通路的重要上游始動(dòng)分子，在受到類(lèi)泛素化修飾蛋白SUMO1的共價(jià)修飾后可增強(qiáng)與磷酸膜的相互結(jié)合作用，將膜上的PIP3 去磷酸化為PIP2 使PI3K/AKT 信號(hào)通路失活[6]。除了PTEN 基因，另有研究發(fā)現(xiàn)腎上腺素[7]、白三烯D[8]等也可以激活PI3K/AKT 信號(hào)通路從而對(duì)腫瘤細(xì)胞起到調(diào)控作用。白三烯D 可以通過(guò)激活PI3K/AKT 通路，上調(diào)CyclinD1/E、CDK4/2 等細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞的增殖和遷移。PI3K/AKT 信號(hào)通路下游的調(diào)控靶位點(diǎn)包括mTOR、FoxO、GSK-3、Bcl-2-caspase-3 等，其中mTOR 蛋白復(fù)合物是極為重要的一員，AKT 通過(guò)負(fù)性調(diào)控mTORC1 的蛋白復(fù)合物TSC1-TSC2 從而激活mTOR 激酶活性，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、DNA 損傷修復(fù)以及糖原合成等重要生命過(guò)程。

2 間充質(zhì)干細(xì)胞與PI3K/AKT 信號(hào)通路

在血液系統(tǒng)惡性疾病或?qū)嶓w腫瘤中，腫瘤細(xì)胞與骨髓微環(huán)境之間存在著一個(gè)可調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)造血微環(huán)境即“龕”，“龕”中存在一種來(lái)源于骨髓，呈長(zhǎng)棱形成纖維細(xì)胞樣的有別于造血干細(xì)胞但又具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞，即間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）[9]。MSCs 是一組具有多向分化潛能和自我復(fù)制能力的，可分化為成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、生肌細(xì)胞等多種細(xì)胞的成體干細(xì)胞[10]，它可以促進(jìn)或?qū)鼓[瘤細(xì)胞的凋亡，可以通過(guò)產(chǎn)生血管生成因子或分化為毛細(xì)血管外膜細(xì)胞促進(jìn)周?chē)苌珊湍[瘤脈管系統(tǒng)形成，也可以通過(guò)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性從而促使腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，或通過(guò)抑制Th1 淋巴細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、B 細(xì)胞以及NK 細(xì)胞活性發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[11]。Zhang等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺氧狀態(tài)下PI3K/AKT 信號(hào)通路被激活，從而提高了血管緊張素酶II 和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的表達(dá)，進(jìn)而刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖。該通路的激活或低氧的刺激又可以使下游缺氧誘導(dǎo)因子-1 在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上積累活化，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)作用于血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，增強(qiáng)間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移能力。富血小板血漿（PRP）是一種自體源性的復(fù)合生長(zhǎng)因子，它可以通過(guò)磷酸化AKT 進(jìn)而激活其下游靶點(diǎn)NF-kB，抑制調(diào)亡蛋白Bad 的表達(dá)，同時(shí)提高抗凋亡蛋白Bcl-xl 的表達(dá)，從而促使MSCs在體外氧化應(yīng)激條件下發(fā)生抗凋亡[13-14]。PI3K/AKT信號(hào)通路也可以調(diào)節(jié)MSCs 的成骨分化及礦化過(guò)程，參與骨質(zhì)疏松癥的致病過(guò)程[15]，另外，也有研究證實(shí)PI3K/AKT 通路的激活可以明顯提高M(jìn)SCs 旁分泌細(xì)胞因子的能力[16]。

3 神經(jīng)干細(xì)胞與PI3K/AKT 信號(hào)通路

神經(jīng)干細(xì)胞存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，可以分化成多種神經(jīng)源性細(xì)胞如神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞的原始母細(xì)胞等，在中樞神經(jīng)受到損傷時(shí)，神經(jīng)干細(xì)胞可以向系統(tǒng)病變部位趨行聚集并增殖分化，恢復(fù)部分缺失功能，促進(jìn)機(jī)體功能重建[17-18]。神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)推翻了神經(jīng)損傷后不可再生的理論，為腦血管意外、中樞神經(jīng)退行性疾病、脊髓損傷的治療帶來(lái)了希望。但是神經(jīng)干細(xì)胞的這種修復(fù)功能在自發(fā)條件下并不強(qiáng)，遠(yuǎn)不能滿足神經(jīng)再生的需求，所以尋找外界干預(yù)因素來(lái)刺激干細(xì)胞的修復(fù)能力充分得到發(fā)揮對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療至關(guān)重要。黃芪多糖（APS）是中藥黃芪的有效提取物之一，對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞有促進(jìn)增殖和分化的作用[19]。APS 通過(guò)提高神經(jīng)干細(xì)胞中的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），促使VEGF 與其特異性受體FLK-1 結(jié)合在細(xì)胞膜上形成二聚體，從而激活PI3K-AKT 信號(hào)通路，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖[20]。多酚類(lèi)植物單體姜黃素也可以通過(guò)PI3K-AKT 信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖，抑制其凋亡[21]。另外，抑癌基因PTEN 的高表達(dá)可明顯降低抑制神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)生長(zhǎng)因子刺激的反應(yīng)，降低神經(jīng)干細(xì)胞的活性和增殖能力[22]，但是抑制了PTEN 的表達(dá)后，PI3K/AKT/mTOR 活性增高，神經(jīng)干細(xì)胞再生能力增強(qiáng)[23]。劉娜等[24]通過(guò)建立體外谷氨酸神經(jīng)干細(xì)胞損傷模型，檢測(cè)銀杏內(nèi)酯B（GKB）對(duì)谷氨酸損傷神經(jīng)干細(xì)胞內(nèi)的PI3K、p-Akt、低氧誘導(dǎo)因子-1α 表達(dá)及活性的影響，結(jié)果證實(shí)在低氧微環(huán)境中GKB 對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的保護(hù)作用可能是通過(guò)激活P13K/Akt 信號(hào)通路，調(diào)控下游低氧誘導(dǎo)因子-1α 的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞的生存與凋亡。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同刺激因素均可以通過(guò)PI3K/AKT 這一信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖，抑制其凋亡，PI3K/AKT 可能是神經(jīng)干細(xì)胞增殖的共同通路之一。

4 肝臟干細(xì)胞與PI3K/AKT 信號(hào)通路

肝癌是一種常見(jiàn)的惡性腫瘤，其發(fā)病率位于全球腫瘤發(fā)病率的第五位，死亡率位于第三位。我國(guó)是肝癌發(fā)病的高發(fā)地區(qū)之一，肝癌患者死亡率位居惡性腫瘤死亡率的第二位。因?yàn)楦伟┰缙谠\斷困難，中晚期對(duì)化、放療等傳統(tǒng)治療方法效果不理想，一直是其治療的一大困難。從肝癌患者的肝臟組織中分離出來(lái)的具有分化潛能的肝干細(xì)胞系，其數(shù)量在肝臟病變的部分中要比正常肝臟部分的表達(dá)多50%，說(shuō)明肝干細(xì)胞可能和肝臟的病變之間存在密切關(guān)系。張小麗等[25]通過(guò)無(wú)血清懸浮球培養(yǎng)法從人肝癌細(xì)胞株中有效富集到肝癌干細(xì)胞樣細(xì)胞（細(xì)胞球），流式細(xì)胞儀檢測(cè)分子標(biāo)記物CD90 的表達(dá)量，CD90 在肝癌干細(xì)胞中的表達(dá)明顯高于普通肝癌細(xì)胞中的表達(dá)量，且肝癌干細(xì)胞經(jīng)含血清培養(yǎng)基刺激后分化為非肝細(xì)胞樣細(xì)胞；克隆形成與裸鼠成瘤實(shí)驗(yàn)也證實(shí)高表達(dá)CD90 的肝癌干細(xì)胞樣細(xì)胞球具有較高的自我更新能力，證明無(wú)血清懸浮球培養(yǎng)法肝癌干細(xì)胞分離成功。肝癌干細(xì)胞樣細(xì)胞對(duì)化療藥物阿霉素具有耐藥性，PI3K/AKT 通路相關(guān)蛋白檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其耐藥機(jī)制與Akt 信號(hào)通路第473 位點(diǎn)磷酸化AKT1 分子有關(guān)。另外，PI3K/AKT 信號(hào)通路在肝干細(xì)胞相關(guān)生物學(xué)行為中也起到重要調(diào)控作用，肝干細(xì)胞可被誘導(dǎo)定向分化為肝細(xì)胞或膽管細(xì)胞，當(dāng)肝組織受到損傷或受其他因素影響后可刺激肝干細(xì)胞發(fā)生自我更新，增強(qiáng)機(jī)體的肝功能自我修復(fù)[26]，劉暉杰等[27]在用絲裂霉素（MMC）處理肝干細(xì)胞誘導(dǎo)其發(fā)生凋亡后發(fā)現(xiàn)，該作用機(jī)制與PI3K/AKT 信號(hào)通路有關(guān)，MMC 通過(guò)刺激AKT 的磷酸化從而激活PI3K/AKT 通路抑制肝干細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)其凋亡發(fā)生。

5 其他腫瘤干細(xì)胞與PI3K/AKT 信號(hào)通路

芳香化酶抑制劑（AIs）是激素受體陽(yáng)性絕經(jīng)后乳腺癌患者的標(biāo)準(zhǔn)一線治療方案[28]，但是乳腺癌干細(xì)胞（BCSCs）對(duì)AIs 的耐受性是乳腺癌治療的一大困擾。有研究發(fā)現(xiàn)服用了AIs 藥物后的患者的PI3K/AKT/mTOR 通路異?；罨?，且mT0R 蛋白表達(dá)增加[29]，猜測(cè)PI3K/Akt 信號(hào)通路可能是導(dǎo)致乳腺癌干細(xì)胞產(chǎn)生內(nèi)分泌治療耐受性的關(guān)鍵因素。Liu 等[30]對(duì)這一猜測(cè)做了相應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，PI3K 抑制劑BKM120可有效抑制對(duì)內(nèi)分泌治療耐藥的乳腺癌干細(xì)胞BCSCs，BKM120 與治療藥物聯(lián)合使用抑制效果更佳，并可下調(diào)PI3K/Akt/mTOR 通路中相關(guān)蛋白的表達(dá)，說(shuō)明PI3K/AKT 通路可逆轉(zhuǎn)BCSCs 對(duì)芳香化酶抑制劑的耐藥性，有望提高AIs 對(duì)乳腺癌患者的治愈效果。

6 結(jié)語(yǔ)

PI3K/AKT 廣泛存在于細(xì)胞中，是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要啟動(dòng)因子之一，它與腫瘤干細(xì)胞的相關(guān)機(jī)制一直是研究者們探索的，有望成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。越來(lái)越多的研究證實(shí)PI3K/AKT 信號(hào)通路在干細(xì)胞的增殖、自我更新及分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用，從這一信號(hào)通路出發(fā)，探究腫瘤干細(xì)胞造成腫瘤患者治療困難、治愈后復(fù)發(fā)的相關(guān)分子機(jī)制成為尋找治愈腫瘤方法的突破口，可為人類(lèi)癌癥的治愈提供新的途徑。