PI3K/AKT/mTOR信号通路在卵巢癌中的研究进展

吴　梦(综述)，王　芳(审校)

(南京医科大学第一附属医院医学检验科，南京210029)

肿瘤医学

PI3K/AKT/mTOR信号通路在卵巢癌中的研究进展

吴梦(综述)，王芳※(审校)

(南京医科大学第一附属医院医学检验科，南京210029)

摘要：卵巢癌的发生过程中存在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/AKT/mTOR)信号通路的激活，该通路的异常激活可促进细胞增殖、抑制细胞凋亡、促进肿瘤侵袭和转移。PI3K/AKT/mTOR通路靶向抑制剂对卵巢癌显示出一定的疗效，目前该靶向药物的临床试验已开展，并显示出良好的安全性和有效性。针对PI3K/AKT/mTOR的靶向药物将为卵巢癌的治疗指明新方向。

关键词：卵巢癌；磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路；抑制剂

卵巢癌的发病率和病死率在女性肿瘤中较高， 5年生存率仅为45%，复发率为70%[1]。研究发现，70%的卵巢癌存在磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(phosphoinositide-3 kinase，PI3K/protein kinase B，PKB，又称AKT/mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路的激活，该途径的活化与耐药性相关[2]。PI3K激动剂作用于卵巢癌细胞系会增加紫杉醇的耐药性，激活AKT可减弱顺铂诱导的细胞凋亡[3-4]。研究PI3K/AKT/mTOR信号通路对于揭示卵巢癌的生长及转移过程具有重要意义，现总结PI3K/AKT/mTOR信号通路在卵巢癌发生、发展中的作用以及该通路抑制剂在临床上的应用。

1PI3K/AKT/mTOR信号通路

PI3K/AKT/mTOR信号通路主要包括PI3K、AKT以及mTOR。PI3K是一种脂酶，静息状态下主要存在于胞质中。根据作用的底物及催化亚单位，PI3K可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其中Ⅰ型又包括ⅠA和ⅠB两类。PI3KⅠA类是由调节亚基p85α/β/γ与催化亚基p110α/β/δ/γ构成的异源二聚体，与肿瘤最为相关；PI3KⅠB类由p101和p110-γ亚基组成。PI3K有3条活化途径，①上游的酪氨酸受体激酶与p85α上的SH2区结合，引起PI3KⅠA二聚体构象改变而激活PI3K；②是基因Ras与p110β直接结合致PI3K活化[5]；③p110β与G蛋白偶联受体直接结合从而激活PI3K[6]。PI3K被完全激活后催化底物磷脂酰肌醇4,5-二磷酸[PI(4,5)P2]转变为PI(3,4,5)P3，PIP3作为第二信使激活下游的AKT。

AKT是PI3K/AKT/mTOR信号通路中主要的蛋白激酶，为PI3K下游靶分子之一。AKT是一种丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白，静息状态下多位于细胞质中。AKT存在一个脂质结合域，即PH结构域，PH结构域可特异性结合第二信使PIP3，从而诱导AKT三级结构的构象发生改变，引起AKT向细胞膜转位，继而使AKT两个主要的磷酸化残基暴露，即AKT催化区的Thr308被PI3K依赖激酶1(PI3K-dependent kinase 1，PDK1)磷酸化，C′端疏水区的Ser473被PDK2磷酸化。激活后的AKT再次转移至细胞质或细胞核内，通过磷酸化mTOR的Ser-448位点，直接激活mTOR或通过抑制结节性硬化复合物1/2(tuberous sclerosis complex-1/tuberous sclerosis complex-2，TSC1/TSC2)的复合物激活mTOR，从而促进细胞生长与蛋白质合成。

由于mTOR的 C′端与PI3K催化区具有高度同源性，因此mTOR被认为是属于PI3K相关蛋白激酶家族的一个分子质量为289 000的丝氨酸/苏氨酸激酶。mTOR存在两种复合物即mTORC1(mTOR complex 1)和mTORC2[7]。mTORC1由raptor(regulatory associated protein of mTOR)、mTOR、PRAS40，mLST8/GβL和deptor组成，mTORC2由ricotr(rapamycin-insensitive companion of mTOR)、mTOR、mLST8/GβL、Sin1、protor-1和deptor组成[8]。mTORC1与mTORC2不仅在分子组成上存在差别，且mTORC1对雷帕霉素敏感，而mTORC2对雷帕霉素耐受。mTORC1可以整合到生长因子或能量等激发的信号通路，通过磷酸化下游靶蛋白40S核糖体S6蛋白激酶和翻译抑制分子elF-4E结合蛋白1调节翻译起始，介导细胞质量控制和蛋白质合成。mTORC2在Ser-473处完全磷酸化AKT，磷酸化的AKT从细胞膜上分离并转移至细胞核和细胞质中发挥作用，进而参与细胞的存活与增殖[9]。

2PI3K/AKT/mTOR信号通路与卵巢癌

PI3KCA是PI3K催化亚基p110的编码基因，PTEN是位于人第10号染色体长臂上的一种抑癌基因。Kinross等[10]利用基因工程技术培育出PI3KCAH1047R突变小鼠发现，仅卵巢上皮发生增生，而将PTEN基因敲除后直接导入至PI3KCAH1047R突变小鼠的卵巢囊内，小鼠发展为卵巢浆液性腺癌和颗粒细胞瘤，表明PI3KCAH1047R突变与PTEN丢失同时发生时会导致卵巢癌的发生。

以PI3K和AKT1为靶向的干扰小RNA(small interfering RNA，siRNA)能够明显抑制卵巢癌细胞系OVCAR-3的增殖、迁移及侵袭，但与靶向AKT1的siRNA的抑制作用相比，靶向PI3K的抑制程度更强[11]。此外，siRNA靶向沉默PI3KCA基因不仅可降低卵巢癌细胞系OVCAR-8、UPN251、A2008的增殖能力，还会导致增殖标志物细胞周期蛋白D1、细胞周期蛋白依赖性激酶2、细胞周期蛋白E、细胞周期蛋白依赖性激酶4表达的降低以及细胞周期蛋白抑制基因p27表达的升高。siRNA靶向沉默mTORC1的raptor时，PS6与磷酸化真核翻译起始因子4E结合蛋白1的水平降低，而敲除raptor基因会增加P-AKT的激活，表明mTORC1途径的失活会代偿性引起mTORC2磷酸化AKT；相反，敲除rictor基因会降低P-AKT和PS6的表达。与敲除rictor基因相比，敲除raptor基因抑制增殖的作用更大，表明在卵巢癌细胞增殖方面mTORC1占主要作用[7]。

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一种锌依赖性内肽酶，具有降解胞外基质的能力，其参与了细胞表面受体的裂解，进而促进细胞转移。金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitors of matrix metalloproteinases，TIMPs)是MMPs的组织抑制剂，具有抑制MMPs家族的功能，但TIMP1与TIMP2却可以活化MMP-2与MMP-9参与卵巢癌的侵袭和转移[12]。He等[13]研究发现，类黄酮芹菜素通过AKT磷酸化导致MMP-9的活性降低，最终抑制卵巢癌细胞生长，减少肿瘤转移。而Karam等[14]研究发现，低水平的P-AKT可使MMP-2活化减少，进而发挥降低肿瘤转移的作用。但无论是MMP-2还是MMP-9活性降低，抑制AKT磷酸化最终均会减少卵巢癌细胞的侵袭和转移。

3PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制剂在治疗卵巢癌方面的进展

PI3K/AKT/mTOR信号通路的活化在卵巢癌的发生、发展中起重要作用，因此抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路对卵巢癌的治疗有重大意义。

3.1PI3K抑制剂与卵巢癌治疗第1代PI3K抑制剂的代表有LY294002和Wortmannin。Wortmannin是一种甾体类真菌代谢产物，而LY294002是从槲皮素中获得的。LY294002和Wortmannin可以减少卵巢癌细胞系在体内、外的生长，其与紫杉醇、顺铂联合应用时具有协同作用[15-17]。但LY294002与Wortmannin的生物利用度低、稳定性差、治疗指数低、毒性大且选择性差，妨碍了其在临床中的应用[18]。尽管如此，其仍然开启了PI3K抑制剂作为单一或联合抗肿瘤药物应用的开端。

第2代PI3K抑制剂的出现给卵巢癌的治疗带来了新希望，主要包括泛PI3K抑制剂和PI3K亚型特异性抑制剂。泛PI3K抑制剂的代表有GDC-0941、XL-147和PX-866。GDC-0941 对PI3K家族蛋白有高选择性，主要通过竞争性结合ATP核糖区域发挥作用，是ATP竞争性抑制剂[19]。GDC-0941 可抑制80%的IGROV-1卵巢癌异种移植肿瘤的生长[19]。GDC-0941已经进入临床Ⅰ期试验，其在卵巢癌、乳腺癌及黑色素瘤中表现出良好的耐受性和抗肿瘤作用[20]。

XL-147是可逆性的高选择性PI3K抑制剂。在前期临床试验中，XL-147单一给药可阻断肿瘤细胞PI3K/AKT/mTOR信号通路的传导，并使肿瘤细胞增殖降低、凋亡增加，但是存在剂量依赖性[21]。XL-147与紫杉醇或卡铂联合用于晚期实体瘤治疗的研究目前正处于临床Ⅰ期和Ⅱ期试验。研究结果显示，联合用药具有良好的耐受性，并可促进肿瘤衰退，但其用于卵巢癌的治疗时需增大剂量才能达到更好的治疗效果[22]。

PX-866是目前临床试验中唯一一个不可逆的PI3K抑制剂，其可降低人卵巢癌细胞系OVCAR-3的生长，并提高细胞对放射治疗的敏感性[23]。PX-866正处于临床Ⅰ期试验阶段，具有良好的耐受性，但是存在恶心、呕吐、腹泻等不良反应[24]。

TGX-221是PI3K催化亚基p110β的特异性抑制剂，其仅对有特定基因背景的肿瘤(不表达PTEN)以及特定细胞系起作用，对其他的肿瘤细胞无效或作用很弱[25]。p110α亚型是第1个被明确指出对于多种肿瘤的发生、发展都起作用的亚型，且可能与受体酪氨酸激酶信号途径和癌基因Ras有关，因此很多公司都努力研发p110α亚型复合物的抑制剂。

泛PI3K抑制剂在体内具有良好的抗肿瘤活性，且毒性较低，而PI3K亚型特异性抑制剂引起的不良反应少，可减少对免疫系统的损坏。但特异性亚型抑制剂没有泛抑制剂的效果好，这可能与抑制效应外的其他途径的代偿作用有关。此外，亚型特异性抑制剂浓度与其抵达细胞内发挥作用的药物浓度间存在差异，且各亚型抑制剂的半抑制浓度存在细微差别，故目前用于临床试验的PI3K抑制剂几乎都是泛PI3K抑制剂[21]。

3.2AKT抑制剂与卵巢癌治疗AKT的活化对肿瘤的发生、发展十分重要，抑制mTOR会导致P-AKT上调。因此，在卵巢癌的治疗中抑制AKT很必要。AKT抑制剂的代表是哌立福辛[26]，其毒性低且活性好，可阻断PIP3与AKT PH结构域的结合，抑制AKT从胞质转移至胞膜发生磷酸化的激活过程。哌立福辛与多西他赛联合用于复发性卵巢癌的治疗正处于临床Ⅰ期试验阶段。此外，MK2206、GSK690693等AKT抑制剂也正处于临床试验中[27-28]。

3.3mTOR抑制剂与卵巢癌治疗mTOR是AKT最主要的调控目标。mTOR抑制剂抑制mTOR磷酸化下游靶基因，进而阻断mRNA翻译，使细胞不能从G1期进入S期，最终阻滞细胞周期，导致细胞凋亡。雷帕霉素作为单一抑制剂时可抑制不同类别的卵巢癌细胞系的生长和转移，当与其他药物联合时也表现出协同作用。Huynh等[29]研究发现，与单独用药相比，雷帕霉素与贝伐抗体联合可增强抑制卵巢癌细胞生长的作用。雷帕霉素由于水溶性不好、化学稳定性差以及体内生物利用率低等问题，使其在临床上的应用受到限制。学者们以雷帕霉素为先导化合物构建出稳定性较好的新化合物，目前临床上雷帕霉素的衍生物有依维莫司(RAD001)，西罗莫司(CCI-779)和AP23573。

研究表明，体外单独给予RAD001对高表达AKT的卵巢癌细胞系较低表达的抑制作用更显著，并可提高细胞对顺铂的敏感性[21]。这表明RAD001选择性针对高表达AKT的细胞。此外，RAD001与贝伐单抗联合用于复发性或持续性卵巢癌的研究目前正处于临床Ⅰ和Ⅱ期临床试验中。CCI-779作为单药目前正处于治疗应用顺铂化疗复发的卵巢癌的临床Ⅱ期试验中，其已被美国食品药品管理局批准用于治疗晚期肾细胞癌。然而，在利用mTOR抑制剂治疗卵巢癌的同时，不能仅仅抑制mTORC1通路，因为mTORC2通路会磷酸化AKT，进而发生代偿性作用，使mTORC1通路失活带来的积极效果被削弱。OSI-027、AZD8055均为ATP竞争性抑制剂，可阻止mTORC2对AKT的磷酸化，进而同时抑制mTORC1和mTORC2，此类抑制剂用于卵巢癌的治疗目前正处于临床Ⅰ期试验中[30]。

3.4PI3K/mTOR双重抑制剂与卵巢癌治疗双重抑制剂可以克服单靶点抑制引起的代偿作用，且不容易引起耐药。NVP-BEZ235、XL-765是PI3K/mTOR双重抑制剂的代表药物。NVP-BEZ235是一种口服抑制剂，其具有良好的抗肿瘤活性，并可抑制肿瘤新生血管形成，目前正处于临床Ⅱ期试验中[31]。XL-765是一种ATP竞争性抑制剂，可以可逆性地结合并抑制PI3K和mTOR，其具有良好的药动学，半抑制浓度低，可增加肿瘤细胞凋亡，减少增殖和血管形成，增强紫杉醇和卡铂的诱导的凋亡活性。

4小结

PI3K/AKT/mTOR信号通路对卵巢癌的发生、发展以及治疗至关重要。该通路抑制剂用于卵巢癌的治疗已进入临床试验阶段，随着研究的深入，这些药物进入临床的可能性很大，但对可能出现的肿瘤对PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制剂耐药的问题目前尚缺乏研究，该问题如何克服将是学者们努力的方向。此外，该通路抑制剂的临床效果评价、不良反应监测以及最佳联合用药组合也将是今后研究的重点。

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Research Progress of PI3K/AKT/mTOR Pathway in Ovarian CancerWUMeng,WANGFang.(DepartmentofClinicalLaboratory,theFirstAffiliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity,Nanjing210029,China)

Abstract:phosphoinositide-3 kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin(PI3K/AKT/mTOR)pathway activation exists in the process of ovarian cancer,and the abnormal activation leads to apoptosis inhibition,tumor cell proliferation promotion,tumor invasion and metastasis.PI3K/AKT/mTOR inhibitors show curative effect on ovarian cancer and the clinical trials have been conducted,as the results showed satisfactory safety and effect.The drugs targeted at PI3K/AKT/mTOR have pointed out a new way for ovarian cancer treatment.

Key words:Ovarian cancer; Phosphoinositide-3 kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin pathway; Inhibitors

收稿日期：2015-02-10修回日期：2015-04-28编辑：辛欣

基金项目：国家自然科学基金(30901344,81272324)；江苏省医学重点学科(实验室)基金(XK201114)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.22.020

中图分类号：R446.6

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)22-4085-03