mTOR靶向治疗与前列腺癌关系的研究进展

江克华，宋兴福，董自强，龙 兵

(三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌443002)

近几年，我们可以在信号通路中有目的的选择有效的分子靶向治疗，从而预防和治疗肿瘤。在前列腺癌中，磷脂酰肌醇-3-羟基激酶(PI3K)是一个常见的异常信号通路。PI3K通路可被生长因子如表皮生长因子(EGF)等激活，涉及到一些重要的下游细胞信号元件，其中之一就是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，mTOR激活导致其下游分子序贯激活，最终导致细胞分裂。本文就mTOR在前列腺癌中作为靶向治疗目标的原理及mTOR抑制在前列腺癌中作用的研究进展进行综述。

1 mTOR和它相关的信号通路

mTOR是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，分子量为289 kDa。结构域从氨基端到羧基端依次为HEAT重复序列(即Huntignton、EF3、PP2A 一个亚基、TOR1)、FAT 结构域、FRB 激酶结构域、NRD及FATC结构域。mTOR因其关键蛋白与PI3K的催化单位高度同源，故属于PI3K相关激酶(PIKK)家族的成员。mTOR是1994年在酵母中分离出来的，其基因序列从酵母到哺乳动物都高度保守，人类、小鼠和大鼠的mTOR蛋白在氨基酸水平95%是一致的。

激活后的mTOR可调节两条不同的通路:核蛋白体p70S6K(RISK或S6K1)和真核起始因子结合蛋白［4E连接蛋白(4EBP)］。mTOR可以通过磷酸化直接激活S6K1或通过抑制磷酸化而维持S6K1的失活状态。激活的S6K1能增强含有5'-末端寡嘧啶区(TOP)的mRNA的翻译。一旦S6K1被激活，1个多相过程将随即发生。另外，还发现PDK1也可直接磷酸化及激活S6K1。mTOR控制的第2个下游主要信号通路是4E-BP抑制蛋白的磷酸化和失活，4EBP被磷酸化后，即与eIF-4E解离，游离的eIF-4E能促进蛋白的合成，也是有丝分裂过程中mRNA翻译所必需的，包括对细胞周期调节蛋白cyclinD1的编码。mTOR依赖通路还调节如c-MYC、缺氧诱导因子1(HIF-1)以及血管内皮生长因子(VEGF)等蛋白的合成。

mTOR上游的调节是通过PI3K通路实现的，PI3K是一个酯酶，可被一些生长因子及细胞因子等刺激因子激活，如IL-1、IL-2、IL-3、胰岛素样生长因子、EGF、集落刺激因子等。这些细胞外生长因子配体与跨膜的酪氨酸激酶受体如胰岛素受体(IR)结合后，IR的多个酪氨酸残基被磷酸化而激活，活化的IR通过磷酸化其底物蛋白来招募PI3K的p85亚基，并把信号传递给 p110亚基，导致 PI3K的激活。活化的PI3K进而磷酸化其底物3，4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)使其转化为3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)。Akt又称蛋白激酶B(PKB)，通过血小板—白细胞C激酶同源区和PIP3结合，并通过磷脂酰肌醇依赖性激酶1(PDK1)使第308位上的苏氨酸位点(Thr308)磷酸化而被激活，激活的Akt在前列腺癌中作为生物标记物，p-Akt的表达水平与肿瘤的复发有一定的联系［1，2］。在PDK2存在下Akt第473位上的丝氨酸位点(Ser473)磷酸化也被激活。正常情况下，结节性脑硬化复合物-1(TSC-1)和TSC-2形成二聚体复合物，是小GTP酶Rheb的抑制剂，而Rheb是mTOR活化所需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情况下抑制mTOR的功能。当Akt活化后，它可磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，从而抑制TSC-1/TSC-2复合物的形成，进而解除对Rheb的抑制作用，使mTOR被激活。另外Akt也可直接磷酸化mTOR［3］。

在整个PI3K信号通路中，有一个十分重要的负反馈调节剂就是肿瘤抑制基因PTEN［4］，其编码产物是一种PIP3磷酸酶，可以使PIP3在D3位去磷酸化生成PIP2，从而负调节PI3K下游Akt/mTOR信号通路的活性。在前列腺癌中经常发现PTEN缺失或突变。

mTOR复合物形式包括 RAPTOR和 RICTOR。其中RAPTOR可能是一种桥梁分子，它连接TOR信号基序(TOS)、S6K1和4EBP1，将底物提呈给mTOR的激酶区域以优化下游靶点的磷酸化过程。LST8可特异性地作用于mTOR分子中激酶催化域，起到活化并稳定mTOR的作用。而RICTOR-mTOR复合物则调节PKC的磷酸化以及肌动蛋白的细胞骨架，而且还可直接磷酸化Akt［5］。

最近研究发现，随着肿瘤的生长，其增长速度超过了氧的供应，从而导致肿瘤中心部位缺氧，氧供不足触发生长因子诱导增加组织的氧耗。而缺氧诱导血管形成是一个超过70多种基因转录参与的复杂过程。而这个过程是由转录因子HIF-1所介导的，其活性是由HIF-1α亚基调节，HIF-1α亚基表达相对稳定且可以与其他多种蛋白发生二聚化作用。然而，HIF-1α mRNA的表达是持续而稳定的，但HIF-1α蛋白几乎不能在稳定的生理状态下检测到，可能是因为它通过泛素—蛋白酶体系统(如VHL肿瘤抑制蛋白)快速的降解［5］。近来发现mTOR可能与HIF-1α介导的通路相互作用。HIF-1α的激活通过与RAPTOR复合物相互作用从而增加mTOR介导的信号。有学者发现在HIF-1α中存在着与RAPTOR相似的结合部位，这可能意味着在这两种分子之间存在联系［6］。然而，mTOR是否通过磷酸化直接激活HIF-1α还不是很清楚，需进一步研究。

2 雷帕霉素(rapamycin)与mTOR抑制剂

rapamycin是大环内酯类抗生素，是从吸水性链霉菌发酵液中提取出来的。最初被作为是抗白色念珠菌、新型隐球菌、黄曲菌的抗真菌药物。1977年MARTEL等报告其具有免疫抑制作用，1989年开始用于器官移植后的抗免疫排斥反应，近年来发现其作为一种非细胞毒性药物，可在体内外引起部分人类肿瘤细胞生长抑制。但将rapamycin作为一种抗肿瘤药物是直到上世纪90年代CCI-779这种可从静脉输入的药物发现后才开始广泛应用的，因它在动物体内有更安全的细胞毒理学作用。由于rapamycin稳定性和溶解度的问题限制了它的应用，然而这些问题逐渐被解决，它的作用机制也被阐明。

rapamycin可与高度保守的免疫亲和蛋白FK506结合蛋白12(FKBP-12)形成有活性的rapamycin-FKBP-12复合物，这种复合物再与mTOR的FRB区相结合，从而抑制mTOR的激酶活性。进而阻断mTOR下游信号通路以及mRNA翻译，抑制细胞周期相关蛋白的合成，使细胞阻滞在G1期。目前，rapamycin抗肿瘤主要是通过联合用药，如与他莫昔芬联合用药治疗雌激素敏感的乳腺癌等。另外rapamycin的衍生物RAD001、AP23573和CCI-779等，它们的药理作用跟rapamycin一样，也都是通过与FKBP-12结合抑制mTOR活性。

3 mTOR抑制剂与前列腺癌

由于雄激素依赖性前列腺癌最终可转化为雄激素非依赖性前列腺癌(AIPC)，越来越多的研究试图阐明其机制。一个普遍的、重要的理论是生长因子信号通路的改变。大量异常的生长因子信号通路在AIPC细胞中已被发现，它们可能促进细胞的持续增殖，甚至在雄激素缺乏的细胞中也一样。因此，对于这些重要信号通路的靶向抑制将会是治疗AIPC的一个重要的新方法。而PI3K信号通路处于众多生长因子的下游，它可能是一个合适的靶向抑制目标，这也为mTOR抑制剂在AIPC中的应用提供理论依据。

用微阵方法分析前列腺正常上皮、前列腺增生组织、前列腺上皮内瘤病及前列腺癌发现，在前列腺癌发展的不同阶段都有 mTOR通路蛋白的表达［7］。有研究检测 PTEN、mTOR、p-mTOR、eIF4E、4EBP1、p-4EBP1、S6K1、p-S6K1 蛋白在这些前列腺组织中的表达，结果发现在前列腺癌中随着PTEN表达水平的下降，mTOR表达水平是增高的。已经证明mTOR能够在胞质和胞核之间穿梭，而抑制这种穿梭运动则可以抑制4EBP1的激活，故这种在细胞内的穿梭运动对细胞的正常功能非常重要。4EBP1在60%的前列腺癌组织中存在过表达，其中有40%的患者存在高水平的过表达［7］。最近研究报道在前列腺癌中及前体病变高级别前列腺上皮内瘤病中p-mTOR都存在着高水平表达［8］。

在前列腺癌的体内和体外模型中，mTOR抑制剂临床前研究已经证实其疗效，有学者研究CCI-779在激素抵抗性前列腺癌PC-3和DU145细胞株中的效应，结果显示PTEN缺失的PC-3细胞与PTEN表达的DU145细胞相比上调了Akt通路［9］。然后用CCI-779单独及联合化疗药物米托蒽醌和紫杉醇处理这两个细胞系，当CCI-779单独应用时呈剂量依赖关系抑制细胞，但是给予化疗药物没有协同效应，在动物肿瘤模型中，CCI-779可以延迟肿瘤的进展。高剂量的CCI-779不仅显著抑制移植肿瘤生长，而且抑制PTEN缺失的PC-3细胞的生长，但是有微弱抑制骨髓的副作用。相反，有报道CCI-779能够增加传统化疗药物紫杉醇在前列腺癌中的敏感性，且两者联合应用阻止细胞周期在G0/G1期［10］。另外，mTOR抑制剂与雄激素受体抑制剂联合用于耐药的前列腺癌模型中，可显著降低肿瘤的生长速度和肿瘤的体积，且增加肿瘤对于抗雄激素治疗的敏感性。有研究发现当PI3K通路被不同程度抑制后，雄激素受体的转录活性是增加的，在雄激素敏感性前列腺癌LNCaP细胞中，雄激素与rapamycin协同激活雄激素靶基因，尽管增加了雄激素信号，但是rapamycin仍然降低LNCaP细胞的生长，表明在前列腺癌细胞中PI3K通路与AR信号相比占优势。另一个研究小组将rapamycin与非类固醇类雄激素受体拮抗剂比卡鲁胺联合应用于前列腺癌细胞系，发现rapamycin单独应用最初抑制细胞的增殖，但是细胞会逐渐抵抗这种作用，然而通过与比卡鲁胺联合应用可以消除这种抵抗，表明在mTOR通路和AR介导的通路之间可能存在通路下游的“串话”。

研究发现胞外信号调节激酶MAPK参与PTEN突变的前列腺小鼠模型的致癌作用，且与Akt介导的通路有协同作用。继续研究发现，在前列腺癌小鼠模型中，mTOR抑制剂rapamycin与MAPK信号通路抑制剂PD0325901对抑制激素抵抗性前列腺癌细胞生长有协同作用，且二者联合能够抑制肿瘤的形成。在rapamycin的体外实验中，发现rapamycin对雄激素依赖性前列腺癌细胞系LNCaP和AIPC细胞系PC-3有抑制效应。另外mTOR和PI3K/Akt的抑制剂可以使转化生长因子TGF-1发挥更大的抑制效应，具有协同效应。

4 展望

AIPC的治疗效果还不是很理想，目前的化学疗法仅能延长生存期，且具有很强的毒副作用。因此，急切需要寻找高选择性、低毒的靶向目标。mTOR及它的抑制剂在大量前列腺癌的体内和体外模型中都显示出非常好的前景，但是迄今临床方面的研究还很欠缺。最初的临床试验rapamycin衍生物temsirolimus和CCI-779在肾细胞癌中显示出非常好的疗效，患者也能很好的耐受，而且rapamycin与其他抑制剂联合应用更有效。由于肿瘤的发生、发展是多因素多步骤的过程，mTOR抑制剂与其他抗癌药物的联合应用可能是将来临床研究的重点，其不仅可以提高肿瘤的临床治疗效果，而且可减少耐药性的产生。

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