PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在肝細(xì)胞癌中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

王帥，李濤，袁勝濤

中國(guó)藥科大學(xué)藥物科學(xué)研究院（江蘇省新藥篩選重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），江蘇南京 210009

原發(fā)性肝癌主要分為肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）和肝內(nèi)膽管癌；其中，HCC 占發(fā)病總數(shù)的80%～90%，具有病死率高、發(fā)現(xiàn)時(shí)間晚、治療效果差等特點(diǎn)[1]。目前，HCC 是第6 大常見(jiàn)癌癥及第4 大癌癥相關(guān)死亡因素，主要誘因包括酒精濫用、糖尿病、肥胖、乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）和丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）感染、黃曲霉毒素 B1、非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）及非酒精性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis，NASH），上述誘因可促進(jìn)肝臟炎癥發(fā)展成為肝纖維化和肝硬化，誘導(dǎo)肝細(xì)胞發(fā)生凋亡和氧化應(yīng)激，蛋白表達(dá)水平發(fā)生變化，DNA 出現(xiàn)損傷，最終導(dǎo)致癌變的發(fā)生[2]。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)磷脂酰肌醇3 激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，又稱Akt）/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)通路與HCC 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文綜述PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在HCC 中的作用機(jī)制研究進(jìn)展，以期為HCC 的藥物研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 HCC 的誘因概述

截至1990年，全球肝癌發(fā)生率增加114%。其中，美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等社會(huì)人口指數(shù)高的國(guó)家，其肝癌的增長(zhǎng)率尤為明顯。隨著HBV 疫苗和HCV 抗病毒藥物的不斷研發(fā)，發(fā)達(dá)國(guó)家由HBV、HCV 感染所致的HCC 發(fā)病率顯著下降[3]；但酒精濫用、NAFLD 及NASH 引起的HCC 發(fā)病率不斷升高。研究預(yù)測(cè)到2030年，美國(guó)的NAFLD 和NASH 發(fā)病率將分別增加21%和63%，成為HCC 的最主要誘因之一[4]。

2 PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路參與HCC 發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制

PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路作為細(xì)胞內(nèi)主要的信號(hào)通路之一，廣泛參與調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、代謝、血管生成過(guò)程。受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinasee，RTK）是單層高親和性細(xì)胞表面受體，其配體包括生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和激素。當(dāng)其與配體結(jié)合后，RTK 被活化而發(fā)生自磷酸化，繼而發(fā)生受體二聚化，活化的RTK 通過(guò)招募PI3K，在內(nèi)膜上磷酸化磷脂酰肌醇，進(jìn)而活化下游的PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路。在HCC 中，RTK 的紊亂導(dǎo)致該信號(hào)通路過(guò)度活化，誘導(dǎo)脂代謝異常和細(xì)胞自噬過(guò)程，導(dǎo)致HCC 的發(fā)生進(jìn)展[5]。

2.1 PI3K

根據(jù)結(jié)構(gòu)、底物特異性的不同，PI3K 分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類。其中，ⅠA 型PI3K 是與腫瘤的發(fā)生關(guān)系最為密切的亞型。PI3K 的活化包括直接和間接2 種類型。前者指被RTK 或結(jié)合鳥苷三磷酸（guanosine triphosphate，GTP）的RAS 直接活化，后者指由胰島素受體底物等適配體分子間接活化[6]?；罨腜I3K 磷酸化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸，生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate，PIP3），PIP3 招募3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）1 和Akt 至質(zhì)膜，PDK1可磷酸化Akt 活性環(huán)中的Thr308，從而部分活化Akt。

2.2 Akt

Akt 是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可廣泛參與細(xì)胞生物過(guò)程的調(diào)控。Akt 包括Akt1、Akt2、Akt3三種亞型，在人體中的分布較為廣泛[7]。Akt1 在各組織中廣泛表達(dá)，Akt2 主要表達(dá)于胰島素敏感組織，Akt3 主要分布于大腦和睪丸。三種亞型分布的差異性主要由蛋白結(jié)構(gòu)域的差異所決定[8]。PDK1 和PDK2 分別磷酸化Akt 調(diào)控區(qū)域的Thr308 和Ser473，以充分活化Akt。Akt 也可被腫瘤抑制因子PTEN 調(diào)控，后者參與PIP3 去磷酸化產(chǎn)生磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸的催化過(guò)程。完全活化的Akt 可刺激mTOR、糖原合成酶激酶3（glycogen synthase kinase-3，GSK-3）、cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）、叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子O（forkhead transcription factors of O class1，F(xiàn)oxO）等下游靶蛋白，并參與脂代謝、自噬等細(xì)胞生理過(guò)程。

2.3 mTOR

mTOR 也是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，廣泛參與營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖過(guò)程。mTOR 包括mTORC1 和mTORC2 兩類。其中，mTORC1 由mTOR、Raptor 蛋白組成，主要參與細(xì)胞生長(zhǎng)和能量代謝過(guò)程；mTORC2 則由mTOR、Rictor 蛋白組成，主要參與細(xì)胞骨架再構(gòu)建和細(xì)胞生存的調(diào)控[9]。這些蛋白作為支架蛋白參與配合物聚集和底物結(jié)合過(guò)程。兩類mTOR 分子都可與一些抑制蛋白結(jié)合負(fù)調(diào)控其活性，如mTORC1 可與PRAS40、FKBP38 結(jié)合，而mTORC2 可與XPLN 結(jié)合。

作為一類PDK2，mTORC2 可使Akt 的Ser473磷酸化以充分活化Akt 分子，活化的Akt 可進(jìn)一步活化mTORC1。除磷酸化的Akt，mTORC1 的活化還需要小分子GTP 酶Rheb 的參與。正常情況下，Rheb 受到GTP 酶活化蛋白抑制劑的抑制。Akt 可抑制結(jié)節(jié)性硬化綜合征基因，進(jìn)而活化Rheb，共同激活mTORC1。mTORC1 的下游效應(yīng)蛋白包括4EBP1和S6K1/2，主要參與線粒體生物合成過(guò)程和信使RNA 翻譯的調(diào)控。Singh 等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在HCC 患者的腫瘤組織中，mTORC1 和mTORC2 的調(diào)控出現(xiàn)紊亂，mTOR 功能抑制與細(xì)胞自噬活化相關(guān)，mTOR的高度活化可導(dǎo)致與肥胖、糖尿病、脂肪肝等相關(guān)的脂合成增加。

2.4 下游效應(yīng)蛋白

GSK-3 是Akt 的底物之一，是一類普遍表達(dá)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，包括GSK-3α 和GSK-3β兩種亞型，二者具有85%的同源性，通過(guò)抑制糖原合成酶活性參與抑制糖原合成過(guò)程[11]。Fang 等[12]研究表明，HCC 中GSK-3β 的上調(diào)與患者預(yù)后差具有相關(guān)性，采用短發(fā)夾RNA 或特異性抑制劑抑制GSK-3β 活性可降低mTORC1 活性及糖酵解過(guò)程，繼而抑制HCC 的體內(nèi)生長(zhǎng)。

CREB 作為一類轉(zhuǎn)錄因子，其Ser133 可被活化的PI3K 和Akt 磷酸化，使其二聚化而激活。CREB與真核細(xì)胞基因啟動(dòng)子區(qū)的CRE 結(jié)合，調(diào)控細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、血管生成、轉(zhuǎn)移和代謝相關(guān)基因的表達(dá)。Shneor 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，CREB 的高度活化與HCC 侵襲性增加、預(yù)后不良有關(guān)，與癌旁組織相比，HCC 組織中CREB 的總蛋白含量及磷酸化水平均明顯增加。缺氧條件下，敲低CREB 會(huì)抑制HCC 的體內(nèi)外增殖能力和血管生成能力，增加HCC 細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性。此外，過(guò)表達(dá)CREB 可促進(jìn)HCC細(xì)胞的增殖、血管生成能力，且對(duì)凋亡不敏感，同時(shí)過(guò)表達(dá)CREB 可升高YAP 蛋白的表達(dá)水平，促進(jìn)增殖。Park 等[14]研究顯示，p38 絲裂原活化蛋白激酶的寡核苷酸或特異性抑制劑將促進(jìn)CREB 的降解，增加HCC 細(xì)胞的放射敏感性，提示CREB 在HCC患者的放射治療中具有重要作用。

FoxO 是一類轉(zhuǎn)錄因子，由FoxO1、FoxO3、FoxO4、FoxO6 組成。FoxO1 和FoxO3 作為FoxO 蛋白的主要形式，主要參與HCC 發(fā)生發(fā)展過(guò)程。Dong等[15]研究表明，異?；罨腁kt 信號(hào)會(huì)抑制FoxO1的轉(zhuǎn)錄活性，抑制細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激損傷的保護(hù)機(jī)制。生理?xiàng)l件下，F(xiàn)oxO1 對(duì)誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β 具有抑制作用，Akt 的高度活化會(huì)解除這一抑制作用，促進(jìn)HCC 的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移。FoxO3 的高表達(dá)與HCC 預(yù)后不良有關(guān)。Song 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁肝組織相比，大多數(shù)HCC 組織中FoxO3 表達(dá)過(guò)高，患者伴隨較差的無(wú)疾病生存期和預(yù)后。體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxO3 敲除聯(lián)合索拉非尼治療可顯著抑制HCC中索拉非尼誘導(dǎo)的自噬發(fā)生過(guò)程，增加索拉非尼的治療作用，提示靶向FoxO3 有助于增強(qiáng)索拉非尼的治療作用[17]。

3 HCC中PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路參與的主要代謝過(guò)程

3.1 脂質(zhì)代謝

新生腫瘤細(xì)胞需促進(jìn)脂質(zhì)合成過(guò)程以產(chǎn)生新的生物膜。因此，腫瘤的顯著代謝差異之一是脂質(zhì)攝取和合成過(guò)程的增加，支持細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和癌變過(guò)程。PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路通過(guò)多種機(jī)制促進(jìn)脂質(zhì)合成過(guò)程，最常見(jiàn)的是固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子1（sterol regulatory element-binding transcription factor 1，SREBP1）。SREBP1 是脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)控基因，參與調(diào)控脂肪酸、三酰甘油、膽固醇合成過(guò)程的相關(guān)基因表達(dá)。SREBP1 作為前體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被合成，繼而經(jīng)蛋白水解暴露其氨基端而獲得轉(zhuǎn)錄因子活性。PI3K/Akt/mTORC1 信號(hào)通路參與調(diào)控SREBP1 的成熟和活化過(guò)程，進(jìn)而參與對(duì)脂代謝關(guān)鍵酶的調(diào)控過(guò)程[18]。Lee 等[19]研究顯示，HCC組織中SREBP1 的表達(dá)水平顯著升高，且其高表達(dá)常伴隨更大的腫瘤面積、更高的腫瘤分級(jí)且有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移過(guò)程。此外，抑制SREBP1 能夠抑制HepG2肝癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力，損害HCC 體內(nèi)生長(zhǎng)能力。

Guri 等[20]研究顯示，Akt 可通過(guò)特定位點(diǎn)磷酸化GSK-3 以抑制其活化，從而穩(wěn)定SREBP-1。此外，活化的Akt 可抑制胰島素誘導(dǎo)基因2 的表達(dá)。胰島素誘導(dǎo)基因 2 作為肝特異性基因可抑制SREBP-1 發(fā)揮功能。mTORC2 可通過(guò)調(diào)控Akt 和SREBP-1，調(diào)節(jié)肝臟脂肪的合成過(guò)程。抑制mTORC2 還可減少HCC 脂肪含量和腫瘤體積，提高治療效果。

3.2 細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬是細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解的主要途徑之一，主要負(fù)責(zé)將細(xì)胞不需要的、功能紊亂的蛋白質(zhì)及其他組分靶向運(yùn)往溶酶體中降解。自噬體是一類與溶酶體相連的雙層膜囊泡狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)這些物質(zhì)被運(yùn)往自噬體后，會(huì)分解產(chǎn)生游離的脂肪酸和氨基酸，以供細(xì)胞正常生理過(guò)程所需[21]。自噬由各種自噬相關(guān)蛋白ATG 介導(dǎo)，ATG 可組裝形成自噬體，與溶酶體融合最終被降解。PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路是自噬的主要調(diào)控通路之一。生理狀態(tài)下的mTORC1被激活后，可磷酸化UNC-51 樣激酶（unc51-like autophagy activating kinase）1 和2，以抑制自噬的發(fā)生。在缺氧或營(yíng)養(yǎng)匱乏的條件下，細(xì)胞激活A(yù)MP活化蛋白激酶以磷酸化Raptor，Raptor 磷酸化可抑制mTORC1，導(dǎo)致ULK1/2 去磷酸化而活化，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞自噬的發(fā)生。此外，當(dāng)mTOR 途徑受到抑制時(shí)，GSK-3β 也可磷酸化激活ULK1，從而促進(jìn)自噬的發(fā)生。

因活化ULK1 可誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，而在大多數(shù)腫瘤內(nèi)存在自噬抑制現(xiàn)象，因此ULK1 水平的升高可作為HCC 的指征之一，ULK1 的高表達(dá)與HCC 的腫瘤體積增大、患者預(yù)后生存期縮短有關(guān)。Ryu 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，HepG2 細(xì)胞中敲除ULK1 可抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，強(qiáng)化索拉非尼的體內(nèi)外治療作用。此外，ULK1 特異性抑制劑XST-14 聯(lián)合索拉非尼可顯著抑制HepG2 體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)。靶向ULK1 將為治療HCC 提供新的途徑。

4 Akt/mTOR 抑制劑治療HCC

4.1 Akt 抑制劑

Ipatasertib（GDC-0068）是一類腺苷三磷酸競(jìng)爭(zhēng)性Akt 抑制劑，可抑制多種HCC 動(dòng)物模型的腫瘤生長(zhǎng)，對(duì)存在磷酸化-Akt 水平高、PTEN 缺失或PIK3CA基因激酶域突變的HCC 更敏感。Zhai 等[23]構(gòu)建索拉非尼耐藥HCC 細(xì)胞株，發(fā)現(xiàn)GDC-0068 聯(lián)合索拉非尼可通過(guò)自噬途徑逆轉(zhuǎn)對(duì)索拉非尼的耐藥性，提示臨床治療HCC 可聯(lián)合應(yīng)用GDC-0068、索拉非尼。然而，GDC-0068 在臨床主要用于前列腺癌和乳腺癌的治療，HCC 的臨床研究目前僅限于Doi 等[24]報(bào)道的Ⅰ期臨床研究。

Capivasertib（AZD 5363）是另一類Akt 抑制劑，與三個(gè)亞型都有一定的親和力。Davies 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，AZD 5363 通過(guò)抑制Akt 磷酸化以降低FoxO3a磷酸化，導(dǎo)致FoxO3a 入核，促進(jìn)p27 等基因的表達(dá)，從而誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡的發(fā)生。Zhang 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，AZD 5363 以劑量和時(shí)間依賴性方式抑制Akt 下游蛋白的磷酸化，抑制HepG2 和Huh-7 細(xì)胞的增殖能力。Patra 等[27]將AZD 5363 與β-連環(huán)蛋白抑制劑FH535 聯(lián)用，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)肝細(xì)胞周期阻滯和自噬發(fā)生，明顯抑制細(xì)胞的增殖能力，為Akt 的藥物聯(lián)用提供新思路。Dean 等[28]開(kāi)展AZD 5363 對(duì)進(jìn)展性HCC 患者的Ⅰ期臨床試驗(yàn)，結(jié)果顯示其具有良好的安全性和耐受性。

ARQ 092 和ARQ 751 是一類泛Akt 的強(qiáng)效變構(gòu)抑制劑，通過(guò)抑制Akt、下游蛋白磷酸化及下調(diào)mTOR信號(hào)通路發(fā)揮抗腫瘤作用[29-30]。ARQ 751 已進(jìn)入Ⅰb 期臨床試驗(yàn)，用于包括HCC 在內(nèi)的PIK3CA/Akt/PTEN 突變的實(shí)體瘤治療（NCT02761694）[30]。

MK-2206 同是一類變構(gòu)性Akt 抑制劑，可抑制HCC 細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)周期阻滯和凋亡[31]。MK-2206已進(jìn)入多項(xiàng)臨床試驗(yàn)，但由于安全性差而無(wú)法作為單藥使用（NCT01239355、NCT01425879）[32]。

4.2 mTOR 抑制劑

臨床mTOR 抑制劑治療HCC 多以單藥或聯(lián)合用藥的方式，常見(jiàn)的mTOR 抑制劑主要有第一代抗生素變構(gòu)劑（Rapamycin）、第二代mTORC1/2 抑制劑（AZD 8055、MLN 0128）、第二代Akt/mTOR 雙抑制劑（MK-2206）。盡管已有臨床前研究表明雷帕霉素可抑制HCC 發(fā)展，但迄今為止，臨床試驗(yàn)結(jié)果均顯示對(duì)HCC 患者無(wú)治療作用[33-34]。此外，針對(duì)第二代mTOR 抑制劑的臨床試驗(yàn)也未通過(guò)。

5 小結(jié)與展望

大量已有研究表明，PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在HCC 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，超過(guò)半數(shù)的HCC 中發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路的蛋白表達(dá)水平升高，其異?；罨瘯?huì)影響包括細(xì)胞增殖、代謝、腫瘤分化、脂代謝、自噬、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等細(xì)胞生理過(guò)程。由于上述代謝活動(dòng)具有相關(guān)性，當(dāng)前一線的酪氨酸激酶抑制劑主要是PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路抑制劑，然而其治療作用有限，眾多患者最終會(huì)因藥物耐受而無(wú)藥可用。因此，面對(duì)越來(lái)越多的HCC患者，當(dāng)務(wù)之急是找到更加安全有效的治療藥物，以延長(zhǎng)患者的生存期，提高患者的生存質(zhì)量。深刻理解PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路與其他信號(hào)通路的交聯(lián)及反饋適應(yīng)機(jī)制，對(duì)于有效的小分子抑制劑開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。此外，通過(guò)鑒定患者的基因型進(jìn)行個(gè)體化精準(zhǔn)治療、利用患者癌組織培養(yǎng)類器官以進(jìn)行藥敏試驗(yàn)或新型液體活檢技術(shù)的開(kāi)發(fā)都將為攻克HCC提供新的思路。這些新技術(shù)的共同目標(biāo)都是減少治療手段的毒副反應(yīng)、提高患者的生存質(zhì)量。