PI3K/AKT/mTOR信号通路及其相关抑制剂在急性髓系白血病中的作用

刘梦 综述 陈琦 审校

(遵义医学院附属医院血液内科，贵州 遵义 563000)

PI3K/AKT/mTOR信号通路及其相关抑制剂在急性髓系白血病中的作用

刘梦 综述 陈琦 审校

(遵义医学院附属医院血液内科，贵州 遵义 563000)

目前已经发现有多种信号通路参与急性髓系白血病的生长、增殖及凋亡，PI3K/AKT/mTOR信号通路是其中比较重要的一种。本文就PI3K/AKT/mTOR信号通路的组成、调控以及其相关抑制剂在AML中的研究现状进行阐述，并简要介绍其应用前景。

急性髓系白血病；磷脂酰肌醇3-激酶；蛋白激酶B；抑制剂

急性白血病(AL)是一种恶性克隆性疾病，全世界每年估计有14万人被确诊为该病，且呈逐年上升的趋势。尽管大剂量化疗大约能诱导缓解75%的AL患者[1]，然而，在所有高危患者中急性髓系白血病(AML)的缓解率不到35%[2]。目前虽然自体或异体干细胞移植均已用于AML患者，且可以获得较高缓解率，但仍存在较高的复发率和死亡率。因此，研究急性髓系白血病新的发病机制以及开发新的有效治疗药物显得尤为重要和必要。

随着对AML的深入研究，信号通路逐渐成为AML的研究重点和热点。近年来，PI3K/AKT/mTOR信号通路与肿瘤的关系越来越引起人们的重视。研究发现，在多种肿瘤细胞系中均可检测到该信号通路中相关基因的突变、扩增，或者相关受体以及该通路下游枢纽分子的激活，或介导其他与该通路相关的信号分子活性的改变，这些行为最终影响肿瘤细胞的生长、增殖以及凋亡。目前该信号通路抑制剂已成为研究肿瘤靶向治疗的重要方向。

1 PI3K/AKT/mTOR信号途径的组成以及作用机制

磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)家族根据PI3K-p110的结构特点和功能可分为3种类型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)，目前对I型PI3K的研究相对透彻。I型PI3K是由五个不同的调节亚基(p85α、p85β、p55α、p55γ、p50α)和四个催化亚基(p110α、p110 β、p110γ和p110δ)构成，这些调节和催化亚基激活时，p85/p110异源二聚体发生构象变化并释放p110的催化活性。AKT又称蛋白激酶B(protein kinaseB，PKB)，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是PI3K下游最重要的信号分子，也是PI3K/AKT信号通路的中心环节。AKT的PH结构域在AKT的激活过程中突变或缺失导致AKT活性降低，从而表明PH结构域具有重要功能。PI3K激活后在质膜上产生“第二信使”PIP3，它与含PH结构域的AKT结合，诱发AKT蛋白的Thr308及Ser473位点磷酸化，激活的AKT蛋白从细胞膜脱离，进入细胞浆或细胞核里，激活或抑制其下游蛋白mTOR、Bad、Caspase-9等的活性。mTOR可通过调节翻译抑制分子elF-4E结合蛋白1(4E-BP1)和p70核糖体蛋白S6激酶(p70S6K)的活性来发挥其重要作用，从而进一步控制细胞生长和增殖[3]。

2 PI3K/AKT/mTOR信号途径在AML发生发展中的调节机制

急性髓系白血病可能是由于某些基因激活或突变，使细胞失去控制和细胞级联反应性激活，进而导致细胞过度生长和凋亡受限[4]。PI3K、AKT和mTOR都被证明在多种肿瘤包括血液系统肿瘤中发挥关键作用。PI3K/ AKT/mTOR信号上调可能是数个因素的结果，包括特定的染色体易位以及生长相关基因的改变导致的遗传畸变。在AML病例中，Flt3的串联重复占25%，Flt3、c-kit、Ras的突变分别占10%、30%、20%[5]，这些改变通过激活几种下游信号通路导致白血病细胞生长。研究发现，在AML中，PI3K-p110δ亚型始终以高水平表达[6]。AKT-Thr308和Ser473位点的激活在50%～72%的AML患者中都可以被检测到，且AKT-Thr308位点磷酸化与患者低总生存期(OS)相关联[1]。同时，mTOR调节的4E-BP1和p70S6K在AML细胞中也高度磷酸化。另外，胰岛素样生长因子1(IGF1)/胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)的信号活化，能促进AML的侵袭和转移。研究发现，在70%的PI3K激活样品中，抑制IGF-1R可导致AKT活性的衰减[7]。因此，PI3K/AKT/mTOR信号通路相关抑制剂成为AML治疗的一个重要途径。

3 PI3K/AKT/mTOR信号通路相关抑制剂在AML中的作用

3.1 PI3K抑制剂 渥曼青霉素和LY294002是最具有代表的PI3K抑制剂，它们能抑制AKT磷酸化，进而抑制AML细胞增殖、促进细胞凋亡。研究发现，LY294002可以降低CD34+CD38-白血病干细胞的生存能力，而这些白血病干细胞呈现出AKT磷酸化[8]。然而，由于其在体外具有较强的细胞毒性和不溶性，渥曼青霉素和LY294002至今难以用于临床[9]。使用选择性PI3K亚型抑制剂比使用广谱的PI3K抑制剂具有较少的副作用[10]。在AML中P110δ催化亚基选择性的表达，使PI3K亚型抑制剂在AML治疗中可能成为研究目标。

3.2 AKT抑制剂 Perifosine是两性离子，且是水溶性的，可通过与AKT的PH结构域相互作用，从而抑制AKT蛋白激酶磷酸化。研究发现，Perifosine在AML中降低细胞增殖和诱导细胞凋亡，并能增强化疗剂依托泊苷对AML的敏感性，它还可以降低白血病患者CD34+细胞的克隆生成活性，且不影响健康供体[11]。此外，在AKT激活的AML细胞系中，perifosine能够协同促凋亡TRAIL(TNF相关凋亡诱导配体)的作用。

3.3 双重TORC1/TORC2抑制剂 特定的mTOR激酶抑制剂AZD8055[12]在AML中能阻断mTORC1和mTORC2信号，可提高经典mTORC1抑制剂雷帕霉素治疗AML的效果，其机制是AZD8055完全抑制eIF4E结合蛋白1的磷酸化，进而阻断蛋白质翻译。AZD8055还能减少AML细胞增殖和减慢细胞周期进展，减少白血病祖细胞的克隆生长以及诱导胱天蛋白酶依赖的细胞凋亡，而对正常未成熟的CD34+细胞无影响。另一方面，AZD8055还可以诱导自噬。体外实验发现，AZD8055通过减少肿瘤生长，显著增加AML移植小鼠的生存时间，且没有明显的毒性。另外一种双重TORC1/2抑制剂OSI-027[13]与雷帕霉素相比较，研究者发现只有OSI-027在AML细胞中阻止mTORC2特定的细胞事件。重要的是，OSI-027能够在苏氨酸37/ 46位点阻断4E-BP1的磷酸化，而雷帕霉素不行。该研究还发现，OSI-027能有效抑制白血病祖细胞集落形成，这种效应比雷帕霉素的影响更有效。此外，OSI-027增强了低剂量阿糖胞苷对AML的抑制效应，这表明双重TORC1/2抑制剂联合化疗剂可能对白血病的治疗提供了一种方法。

3.4 双重PI3K和mTOR抑制剂 雷帕霉素无法阻止蛋白质合成，因为其诱导4E-BP1磷酸化失败。此外，在AML中，尽管伴随PI3K/AKT的激活，但mTORC1的活性似乎不在PI3K/AKT信号的控制下[14]。因此，使用同时针对PI3K和mTORC1催化位点的单个抑制剂可能比只针对PI3K/AKT信号或mTORC1的抑制剂呈现显著的优势。NVPBEZ235是一种抑制PI3K还兼有抑制TORC1和TORC2复合物的分子，它充分抑制雷帕霉素的抗4E-BP1磷酸化效应，在AML细胞中显著抑制蛋白质翻译；该化合物还是一种ATP竞争性抑制剂，直接靶向PI3K和mTOR的催化结构域，以剂量依赖性方式降低AML细胞增殖，并显著诱导白血病细胞的凋亡以及抑制白血病祖细胞克隆形成[15]。另外一种双重PI3K/mTOR抑制剂是PI-103，它能抑制IA类、IB类PI3K，也能抑制mTORC1和mTORC2。据报道，PI-103本身具有适当的促细胞凋亡活性，它可通过诱导细胞周期在G1期停滞从而抑制AML细胞系生长。在AML细胞中，PI-103抑制白血病细胞的增殖和白血病祖细胞集落形成，诱导线粒体凋亡，且与依托泊苷具有协同作用[16]。值得注意的是，PI-103主要影响粒细胞和单核细胞集落形成。PI-103针对PI3K/AKT和mTOR的多靶向疗法可能对AML的治疗有一定的价值，其对人类肿瘤异种移植的小鼠体内表现出低毒性和耐受性良好，但因其在体内迅速代谢[17]而没有进入临床试验。

3.5 微管解聚剂 CYT997是一种结构新颖的具有口服活性的MTA(微管解聚剂)，可抑制微管蛋白聚合并破坏微管细胞[18]。CYT997可诱导CD123+白血病细胞死亡，并减少白血病集落形成[19]，该抑制作用的主要机制是CYT997抑制PI3K的Ⅲ类蛋白的表达和降低P-65的水平，诱导p-mTOR和mTOR表达水平的下调以及完全消除磷酸化AKT。

3.6 天然PI3K/AKT/mTOR抑制剂 对于AML，一些天然产品因为其广泛的生物活性和相对低的毒性已逐渐替代药物治疗，天然产物抗癌作用和机理的研究也成为倍受重视的领域。苦参碱，从苦参萃取的一种主要成分，已证实在各种癌细胞中具有抗癌作用。研究发现，苦参碱可通过抑制细胞增殖，具有强效的抗肿瘤活性，还可诱发白血病K562细胞株的分化[20]。淫羊藿素是淫羊藿苷的水解产物，能抑制多种肿瘤细胞系的扩散，但其对急性髓系白血病的影响以及潜在的机制仍有待确定。研究发现，苦参碱和淫羊藿素均可在AML细胞系HL-60、NB4、U937中下调p-AKT的表达，使得AKT蛋白失活[20-21]，其潜在的抗白血病机制可能与下调PI3K/AKT信号通路的激酶活性相关。因此，苦参碱和淫羊藿素均可作为治疗AML的新候选药物，但其体内及临床研究仍然待进一步深入。有研究表明[22]左旋一叶萩碱(L-securinine)在HL-60细胞株中参与PI3K/AKT/mTOR信号通路的调控，以剂量依赖性方式使PI3K、AKT和mTOR的基因表达下调，同时使PTEN基因的表达上调，从而诱导HL-60细胞凋亡和抑制细胞周期。然而，左旋一叶萩碱在动物模型体内对正常细胞系的影响需要进一步研究。

4 展 望

急性髓系白血病(AML)是一种高度异质性的恶性血液病。虽然可以通过化疗来缓解，但是，仍呈现出高复发率和高死亡率，特别是对于老年患者效果不佳。因此，目前迫切需要新的治疗方法。AML患者可能出现基因突变，最终导致细胞级联反应的激活，进而促进细胞生长、增殖和存活等。随着对AML研究的深入，信号通路异常逐渐成为研究AML的重点和热点。在本文中，我们阐述了PI3K/AKT/mTOR信号途径的组成、调节和在AML中的发病机制，以及相关抑制剂对AML细胞增殖和生存的影响。但在这些研究中，仍然存在着很多与PI3K/AKT/mTOR途径上调相关因素的问题。到目前为止，抑制剂的临床研究不多，疗效也不佳。另外，对于该信号通路的下游目标(基因/蛋白)知之甚少，至今尚未明确该信号通路上最有效且副反应最小的靶点。信号级联的水平或垂直封锁组合是否比阻断一个单一的节点更有效，以及是否可与其他信号通路的抑制或激活协同治疗AML，这些问题有待解决。因此，我们需要更进一步了解PI3K/AKT/mTOR信号通路在急性髓系白血病发生、发展机制。随着分子靶向治疗的持续发展，加上急性髓系白血病中相关信号通路机制的进一步研究，我们可以获得更有效的和选择性的治疗AML的方法。

[1]Fransecky L,Mochmann LH,Baldus CD.Outlook on PI3K/AKT/ mTOR inhibition in acute leukemia[J].Molecular and Cellular Therapies,2015,3:2.

[2]Freeman SD,Virgo P,Couzens S,et al.Prognostic relevance of treatment response measured by flow cytometric residual disease detection in older patients with acute myeloid leukemia[J].J Clin Oncol, 2013,31(32):4123-4331.

[3]Huang J,Manning BD.A complex interplay between Akt,TSC2 and the two mTOR complexes[J].Biochem Soc Trans,2009,37(Pt 1): 217-222.

[4]Fathi AT,Grant S,Karp JE.Exploiting cellular pathways to develop new treatment strategies for AML[J].Cancer Treat Rev,2010,36: 142-150.

[5]Kawauchi K,Ogasawara T,Yasuyama M,et al.Regulation and importance of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway in hematologic malignancies[J].Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry,2009, 9(9):1024-1038.

[6]Altman JK,Sassano A,Platanias LG.Targeting mTOR for the treatment of AML.New agents and new directions[J].Oncotarget,2011, 2(6):510-517.

[7]Chapuis N,Tamburini J,Cornillet-Lefebvre P,et al.Autocrine IGF-1/ IGF-1R signaling is responsible for constitutive PI3K/Akt activation in acute myeloid leukemia:therapeutic value of neutralizing anti-IGF-1R antibody[J].Haematologica,2010,95(3):415-423.

[8]Kawauchi K,Ogasawara T,Yasuyama M,et al.The PI3K/Akt pathway as a target in the treatment of hematologic malignancies[J].Anti-CancerAgents in Medicinal Chemistry,2009,9(5):550-559.

[9]Martelli AM,Evangelisti C,Chiarini F,et al.Targeting the PI3K/ AKT/mTOR signaling network in acute myelogenous leukemia[J]. Expert Opinion on Investigational Drugs,2009,18(9):1333-1349.

[10]Ihle NT,Powis G.Take your PIK:phosphatidylinositol 3-kinase inhibitors race through the clinic and toward cancer therapy[J].Mol Cancer Ther,2009,8(1):1-9.

[11]Martelli AM,Evangelisti C,Chiarini F,et al.The phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/mTOR signaling network as a therapeutic target in acute myelogenous leukemia patients[J].Oncotarget,2010,1(2):89-103.

[12]Willems L,Chapuis N,Puissant A,et al.The dual mTORC1 and mTORC2 inhibitor AZD8055 has anti-tumor activity in acute myeloid leukemia[J].Leukemia,2012,26(6):1195-1202.

[13]Altman JK,Sassano A,Platanias LC.Targeting mTOR for the treatment of AML.New agents and new directions[J].Oncotarget,2011, 2(6):510-517.

[14]Dos Santos C,Demur C,Bardet V,et al.A critical role for Lyn in acute myeloid leukemia[J].Blood,2008,111(4):2269-2279.

[15]Chapuis N,Tamburini J,Green AS,et al.Dual-inhibition of PI3K and mTORC1/2signaling by NVP-BEZ235 as a new therapeutic strategy for acute myeloid leukemia[J].Clin Cancer Res,2010,16(22): 5424-5435.

[16]Martelli AM,Evangelisti C,Chiarini F,et al.The phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/mTOR signaling network as a therapeutic target in acute myelogenous leukemia patients[J].Oncotarget,2010,1(2): 89-103.

[17]Chiarini F,Fala F,Tazzari PL,et al.Dual inhibition of class IA phosphatidylino-sitol 3-kinase and mammalian target of rapamycin as a new therapeutic option for T-cell acute lymphoblastic leukemia[J]. Cancer Res,2009,69(8):3520-3528.

[18]Burns CJ,Harte MF,Bu X,et al.Discovery of CYT997:a structurally novel orally active microtubule targeting agent[J].Bioorg Med Chem Lett,2009,19(16):4639-4642.

[19]Chen X,Yang C,Xu Y,et al.The microtubule depolymerizing agent CYT997 effectively kills acute myeloid leukemia cells via activation of caspases and inhibition of PI3K/Akt/mTOR pathway proteins[J]. Exp Ther Med,2013,6(2):299-304.

[20]Zhang S,Zhang Y,Zhuang Y,et al.Matrine induces apoptosis in human acute myeloid leukemia cells via the mitochondrial pathway and akt inactivation[J].PLoS One,2012,7(10):e46853.

[21]Li Q,Huai L,Zhang C,et al.Icaritin induces AML cell apoptosis via the MAPK/ERK and PI3K/AKT signal pathways[J].International Journal of Hematology,2013,97(5):617-623.

[22]Han S,Zhang G,Li M,et al.L-securinine induces apoptosis in the human promyelocytic leukemia cell line HL-60 and influences the expression of genes involved in the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway[J].Oncology Reports,2014,31(5):2245-2251.

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1003—6350（2016）20—3367—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.20.033

2016-01-09)

陈琦。E-mail：zyfychenqi@163.com