PI3K/Akt/mTOR信號通路抑制劑在腎癌治療中的應用進展

花靖棋，沈華，鄧君鵬

南京醫(yī)科大學附屬蘇州醫(yī)院泌尿外科，江蘇蘇州 215001

腎癌（RCC）是全球范圍內高病死率癌癥之一，在泌尿系腫瘤發(fā)病率僅次于前列腺癌和膀胱癌，但卻是致死率最高的腫瘤。雖然RCC 的首選治療是手術，但是30%原發(fā)性RCC 患者在就診時已經發(fā)生轉移［1］，另有25%患者術后出現轉移，并且轉移性RCC 對放化療及系統(tǒng)性治療具有較高的耐受性。磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路是在RCC 患者中觀察到最常見的失調信號通路之一，主要通過調控上下游效應分子的活化狀態(tài)來影響細胞增殖和凋亡等一系列生物學過程。PI3K/Akt/mTOR 信號通路與RCC 的發(fā)生發(fā)展關系密切，通路的激活參與了RCC 的發(fā)生和發(fā)展。目前，已經開發(fā)出一些PI3K、Akt 和mTOR的抑制劑，用于抑制該信號通路的異常激活；這些抑制劑可以通過阻斷信號通路中的關鍵分子，抑制腫瘤細胞的生長和增殖，促進腫瘤細胞凋亡，并抑制腫瘤血管生成；其中一些抑制劑已經在臨床試驗中展示了抗腫瘤活性，并在一定程度上改善了RCC 患者的預后。 現就PI3K/Akt/mTOR 信號通路抑制劑在RCC 治療中的應用進展情況綜述如下。

1 PI3K/Akt/mTOR 信號通路的結構、功能及在RCC發(fā)生發(fā)展中作用

1.1 PI3K PI3K 最初由NISHIZUKA［2］在20 世紀80 年代初作為脂質激酶被報道。到目前為止，基于序列同源性和脂質底物特異性，已經確定了三種類型PI3K（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）。生長因子、細胞因子和激素與受體酪氨酸激酶（RTKs）和G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）結合并激活PI3K。在胞膜上Ⅰ型PI3K 是由催化亞基P110 和調節(jié)亞基P85 構成的異二聚體，可分為IA（PI3Kα、β、δ）和IB（PI3Kγ）兩個亞型，它們分別通過酪氨酸激酶受體和G 蛋白受體活化，使底物磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）磷酸化為磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸（PIP3）。Ⅰ類PI3Ks 直接生成磷脂用于信號轉導，而Ⅱ類和Ⅲ類PI3Ks 更多地參與細胞內的膜運輸過程［3］。

1.2 Akt Akt 是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，根據絲氨酸/蘇氨酸殘基的差異分為三種異構體，即Akt1、Akt2和Akt3。PIP3與Akt結合后，參與兩個磷酸化過程。第一次在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（PDK1）的參與下使Thr308 位點磷酸化，第二次通過mTORC2 在Ser473 位點發(fā)生磷酸化。Akt1 在組織中廣泛存在，參與細胞的生長和存活。Akt2 主要存在于肌肉和脂肪細胞中，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)，而Akt3 主要存在于大腦和睪丸中。這三種異構體具有80%以上的同源性，包含同源性PH、催化和調節(jié)結構域，并具有共同的特定功能［4］。

1.3 mTOR mTOR 是一類高度保守的非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，于1994 年被BROWN 等［5］定義，該蛋白分子量較大，包含FAT 結構域、激酶結構域、FRB（fkbp12-雷帕霉素結合）結構域、HEAT 重復序列、FATC 結構域及NRD。mTOR 在生物體內主要以兩種復合物的形式存在，即對雷帕霉素敏感的mTORC1 和不敏感的mTORC2。mTORC1 除了含有核心蛋白mTOR、mLST8（也稱為GβL）以及Raptor（與mTOR 相關的調節(jié)蛋白）之外，還包含另外兩個抑制蛋白亞基，即DEPTOR（mTOR 相互作用蛋白的DEP 結構域）和Akt 底物蛋白PRAS40（富含脯氨酸的Akt 底物）［6］。Raptor通過與TOR 信號基體的結合幫助將底物招募到mTORC1 中，并且對于mTORC1 的亞細胞定位也是必不可少的。mLST8 則通過與mTORC1 激酶結構域結合來穩(wěn)定激酶激活環(huán)。 mTORC2由mTOR、Rictor（mTOR 的雷帕霉素不敏感伴侶）和mLST8 組成。除了這些基本的蛋白質亞基，mTORC2 還具有DEPTOR、mSIN1（應激激活映射激酶相互作用蛋白1）和Protor1/2［7］。mTORC1可以通過促進翻譯、核糖體生物合成和自噬調節(jié)細胞生長。它的激活需要營養(yǎng)物質和氨基酸，這導致raptor 介導的mTORC1 募集到溶酶體和晚期核內體［8］。有些生長因子，如胰島素樣生長因子（IGF）和氨基酸等，可以通過信號PI3K/Akt-結節(jié)性硬化癥復合體1/2（TSC1/TSC2）-RHEB 激活mTORC1。mTORC1 可以促進嘌呤核苷酸的合成和脂肪從頭合成。此外，mTORC1 還通過轉錄因子缺氧誘導因子α（HIFα）刺激糖酵解和葡萄糖攝?。?］。mTORC1 還可以通過自噬—溶酶體和泛素—蛋白酶體途徑，參與蛋白質和細胞器的翻轉。在營養(yǎng)狀態(tài)下，mTORC1 可以通過磷酸化ULK1（哺乳動物自噬啟動激酶）來發(fā)揮抑制作用，從而進一步阻斷自噬。mTORC1 激活抑制轉錄因子EB（TFEB），是溶酶體途徑最重要的調節(jié)因子。mTORC1 失活和營養(yǎng)剝奪激活TFEB，然后發(fā)生核易位，進一步導致溶酶體和自噬基因表達［10］。而mTORC2 主要對生長因子產生反應，影響細胞凋亡周期。mTORC2 激活后主要磷酸化AGC 激酶家族成員（SGK、PKCα 和Akt），它們都參與細胞存活、代謝和細胞骨架重塑。根據JULIEN 等［11］的研究表明，這兩個mTOR 復合物之間也可以相互干擾，mTORC1 下游效應子p70S6K 可以通過磷酸化Rictor 來抑制mTORC2。

1.4 PI3K/Akt/mTOR 信號通路在RCC 發(fā)生發(fā)展中的作用 RCC 占所有腎臟惡性腫瘤的90%以上，主要影響男性人群。SATO 等［12］通過對100 多例RCC的研究，發(fā)現在患者中存在著PI3K/Akt/mTOR 信號通路突變和缺氧誘導因子（HIF）積累。這說明PI3K/Akt/mTOR 通路的激活參與了RCC 的發(fā)生發(fā)展。mTOR 作為PI3K/AKT 通路的下游效應因子，被異常激活后，可以降低腫瘤抑制因子PTEN 的功能或增加PI3K 催化亞基的功能，從而導致Akt 異常激活［13］。SCHNEIDER 等［14］通過對135 例腎透明細胞癌中的PTEN 進行分析研究，發(fā)現在手術后5 年內死亡患者的PTEN 表達顯著低于同期存活的患者。

SHANMUGASUNDARAM 等［15］通過對S 期激酶關聯(lián)蛋白2（SKP-2）/p27 的研究發(fā)現，PI3K/Akt/mTOR 信號途徑可以上調SKP-2 表達來激活mTORC2，然后泛素化降解p27，從而使腫瘤細胞在G1～S期發(fā)生紊亂，促進細胞增殖。mTOR可以調節(jié)HIF1-α、HIF2-α 和p70S6 激酶的mRNA 翻譯，在磷脂酶D 存在的情況下，mTOR 在翻譯水平上增強了HIF1-α 和HIF2-α 表達［16］。細胞外基質的降解以及腫瘤血管的大量生成往往是導致RCC 細胞侵襲和轉移的主要原因?；|金屬蛋白酶（MMPs）作為降解細胞外基質的重要酶類，幾乎能降解細胞外基質中的各種蛋白成分，破壞腫瘤細胞侵襲的組織學屏障。TANG 等［17］發(fā)現，PI3K/Akt 信號通路特異性抑制劑顯著降低SP1 與MMP-2 啟動子的結合，而MMP-2與腫瘤的侵襲呈正相關。

2 PI3K/Akt/mTOR 信號通路抑制劑在腎癌治療中的應用

2.1 PI3K 抑制劑 由于PI3K/Akt/mTOR 信號通路的過度激活與RCC 細胞的生存、增殖和轉移密切相關，以該通路分子為靶點的治療策略成為熱門研究對象。目前已經開發(fā)了多種類型的PI3K 抑制劑，包括泛Ⅰ類PI3K 抑制劑和特異性PI3K 抑制劑。FDA 已批準四種PI3K 抑制劑用于臨床癌癥治療，包括GS-1101（idelalisib/CAL-101）、Copanlisib（BAY 80-6946）、IPI145（Duvelisib，INK-1197）和Alpelisib（BYL719）。除了這些被FDA 批準用于臨床治療的PI3K抑制劑外，還有一些PI3K抑制劑正在臨床試驗中進行評估，例如BKM120、Pictilisib、Taselisib 等。由于接受泛PI3K 抑制劑治療的患者經常出現高血糖和肝毒性等不良反應，特異性PI3K 抑制劑受到人們廣泛關注，例如GDC-0077、CYH33、Serabelisib（INK1117，TAK-117）、AZD6482 等［18］。SOURBIER等［19］發(fā)現，LY294002 和渥曼青霉素這兩種PI3K 抑制劑可以降低Akt 活化和GSK-3 磷酸化，通過誘導細胞凋亡使細胞生長降低70%。

2.2 AKT 抑制劑 AKT 抑制劑通過不同的機制發(fā)揮作用，可以直接與AKT 蛋白激酶結合，阻斷其活性位點，從而阻止AKT 與其底物的相互作用；也可以通過干擾AKT 信號通路上游的激活因子來抑制AKT 的激活，又或者通過促進AKT 的降解來減少其在細胞內的濃度。與PI3K 抑制劑作為ATP 競爭對手不同，小分子Akt抑制劑可分為ATP競爭抑制劑和變構抑制劑。ATP競爭抑制劑主要針對活性激酶進行抑制，而變構抑制劑則可以更好地結合到Akt-pH和激酶結構域界面。許多Akt抑制劑在臨床前研究中具有抗癌作用，但是臨床評估進展緩慢。自2004年以來，已經陸續(xù)報道了Akt 抑制劑臨床試驗的各個階段的結果，從最新結果來看，Akt 抑制劑想要在RCC 中發(fā)揮更好的治療效果，仍需要進一步的研究［20］。

2.3 mTOR 抑制劑 mTOR 抑制劑由ATP 競爭性抑制劑和變構抑制劑組成，雖然mTOR 復合物包括mTORC1 和mTORC2，但目前研發(fā)出的抑制劑主要是針對mTORC1。迄今為止，已經開發(fā)了三代mTOR抑制劑。

2.3.1 第一代mTOR 抑制劑 第一代mTOR 抑制劑是變構抑制劑。早期人們發(fā)現，雷帕霉素具有抑制酵母的增殖特性，隨著研究進展，發(fā)現雷帕霉素還具有免疫抑制劑的作用［21］。目前，FDA 已批準替西羅莫司和依維莫司這兩種針對mTORC1 變構抑制劑用于癌癥（包括RCC）患者的臨床治療，這兩種藥物都是雷帕霉素衍生物。替西羅莫司是雷帕霉素的前藥形式，通過與肽基脯氨酸順反式異構酶FKBP12 形成復合物，然后與mTOR 的FRB 區(qū)結合，可以部分阻斷mTOR 的活性位點，從而抑制mTORC1 的活性［22］。LE 等［23］通過大型隨機試驗，證明了替西羅莫司可以作為治療晚期預后不良RCC 患者的一線藥物，該藥物顯著提高了患者總生存率。雷帕霉素介導的mTORC1 抑制可抑制蛋白質合成和細胞生長并增強自噬，從而促進腫瘤消退。AMATO 等［24］通過研究發(fā)現依維莫司也可以通過將FKBP12 招募到MTORC1 來發(fā)揮變構作用，并將RCC 患者的無進展生存期從1.9 個月延長至4.9個月。盡管雷帕霉素能有效地靶向mTORC1，但它并不能阻斷其所有底物的磷酸化。mTORC1 的下游底物包括eIF4E 結合蛋白1（4EBP1）和核糖體S6激酶（S6K），它們分別控制帽依賴的翻譯起始和延伸［25］，而eIF4E 的過度表達與某些特定細胞的惡性轉化有關。雷帕霉素通過抑制mTORC1 在很大程度上阻止細胞增殖，而不是引發(fā)細胞死亡。mTOR在幾種類型的人類癌癥中被過度激活，用雷帕霉素治療這些病例會導致mTORC2 介導的Akt 激活，又因為雷帕霉素只抑制mTORC1，從而往往會導致治療策略失敗。

2.3.2 第二代mTOR 抑制劑 第二代mTOR 抑制劑（即mTOR 激酶抑制劑）作為靶向激活mTOR 的抗癌藥物，特別是同時抑制mTORC1 和mTORC2。這些抑制劑與ATP 競爭結合到mTOR 激酶活性位點，它們大多對mTOR 激酶表現出高度特異性和選擇性。 在各種mTOR 激酶抑制劑中，AZD8055對mTORC1 的抑制效果比其他PI3K 的抑制效果好數百倍［26］。KAUFFMAN 等［27］建立了小鼠RCC 異種移植模型，將AZD8055 與西羅莫司對比，結果顯示AZD8055 具有更好的腫瘤生長抑制和更長的小鼠生存時間。另外，抑制劑dactolisib（BEZ235）具有對mTOR 復合物和PI3K 的雙重抑制作用［28］，并且這些抑制劑對Akt 具有雙向作用。抑制mTORC2 會導致Akt在絲氨酸473位點的去磷酸化，并迅速短暫地抑制Akt 在蘇氨酸308 位點的磷酸化，從而導致Akt信號抑制；同時使用激酶抑制劑抑制mTOR 也可以緩解Akt介導的反饋抑制，導致PI3K的激活，從而通過蘇氨酸308 位點的再磷酸化激活Akt。這清楚地表明，mTOR 激酶抑制可以導致不同的穩(wěn)態(tài)。此外，研究表明mTOR 激酶抑制劑與RTK 抑制劑的聯(lián)合使用可能會抑制導致細胞死亡和腫瘤消退的雙向Akt 信號通路。這些結果揭示了致癌信號的適應能力，并提示了聯(lián)合治療對避免雙相效應的重要性［29］。盡管它們具有一定的有效性，但長期服用這些藥物可能會導致黏膜組織潰瘍、血液系統(tǒng)異常、誘導胰島素不敏感、肥胖和糖尿病等不良副作用，因此抑制劑如WYE354、AZD2014 和AZD8055 仍然無法獲得FDA的批準［30］。

2.3.3 第三代mTOR 抑制劑 第三代mTOR 抑制劑是RapaLink，它將第一代和第二代mTOR 激酶抑制劑的結合口袋進行獨特結合，創(chuàng)造了一個二價的相互作用，使得其能抑制對之前的mTOR 激酶抑制劑（TORKi）具有抗性的突變。RapaLink-1 比第一代和第二代抑制劑對mTOR 表現出更強的抑制作用。這種藥物被證明可以有效地降低p4EBP1 的水平和抑制細胞生長，使細胞停留在G0/G1期。根據FAN等［31］的研究，該藥物可以有效阻斷mTORC1，并進一步與FKBP12結合，使RapaLink-1分子在細胞中積累。因此，該藥物比早期的mTOR抑制劑表現出更好的功效，從而可以有效地阻斷癌癥相關過度激活的mTOR突變體。KUROSHIMA 等［32］比較了Rapalink-1 與替西羅莫司在體外和體內對RCC 的治療效果，發(fā)現Rapalink-1 對RCC 細胞的增殖、遷移、侵襲和克隆形成的影響更大。

2.4 PI3K/mTOR 雙重抑制劑 由于mTOR 和PI3K屬于相同的PIKK家族，具有相似的結構組成和激活機制，人們研發(fā)出了PI3K/mTOR雙重抑制劑。與單獨使用mTOR或PI3K抑制劑相比，PI3K/mTOR雙重抑制劑確實顯示出更好的治療效果。ROULIN 等［33］的研究發(fā)現，NVP-BEZ235或索拉非尼處理786-O 和Caki-1 細胞，可降低RCC 腫瘤細胞的增殖和增加其細胞凋亡，NVP-BEZ235 與索拉非尼聯(lián)用效果優(yōu)于單獨用藥。還有許多其他的雙PI3K/mTOR 抑制劑已經在臨床前模型或癌細胞系中開發(fā)和測試，有望用于癌癥治療。XU 等［34］使用VS-5584 對RCC 細胞株進行處理，發(fā)現VS-5584 可以抑制RCC 細胞中PI3K/Akt/mTORC1/2 的活化，從而增加細胞凋亡，具有抗增殖活性。SN202 可以通過降低PI3K 下游信號分子Akt 和S6K 的磷酸化來抑制PI3Kα、PI3Kγ和mTOR。WANG 等［35］使用SN202 對RCC 細胞株進行處理，發(fā)現SN202 以劑量依賴性方式抑制細胞增殖，并顯著抑制RCC細胞的生長。因此，SN202作為PI3K/mTOR 的雙重抑制劑可能是一種有前景的RCC治療藥物。

綜上所述，PI3K/Akt/mTOR 信號通路是人類癌癥中最常見的失調通路之一，通過調節(jié)腫瘤細胞增殖、生長和轉移等固有細胞程序，或調節(jié)腫瘤微環(huán)境，包括血管生成、炎癥、免疫反應等，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。雖然到目前為止，人們對于PI3K/Akt/mTOR 信號通路在RCC 細胞中作用機制的認知并不全面，許多新的信號通路抑制劑也處于臨床試驗階段。但是，從早期的PI3K 抑制劑，到現在的雙重抑制劑，都明顯改善了RCC 患者的生存率，證明其抑制劑在RCC 的靶向治療中顯著療效性。在未來的研究中，可以注重抑制劑與其他抗腫瘤藥物或免疫治療相結合，以增強治療效果。此外，也可以根據患者的遺傳變異和分子特征，選擇最適合的靶向治療藥物。因此，以PI3K/Akt/mTOR 信號通路為靶點的RCC靶向治療值得深入研究。