PI3K/AKT/MTOR信号通路抑制剂在胃癌中的研究进展△

赵光辉，宋晓旭，刘宁，吕静，齐卫卫，赵淑芬，邱文生

青岛大学附属医院肿瘤内科，山东 青岛 266000

胃癌发病率居全球恶性肿瘤第五位，病死率居第三位[1]。随着对胃癌生物学行为的不断深入研究发现，肿瘤细胞内的刺激信号可激活磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylin ositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信号通路，从而调节细胞生长、细胞周期、蛋白转录及葡萄糖代谢等多种生理功能[2-3]。磷脂酰肌醇-3-激酶催化亚单位（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha，PIK3CA）基因的扩增及磷酸酶张力蛋白同系物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）蛋白功能缺失使该通路出现异常，导致胃癌及多种实体肿瘤的发生。多个分子靶向抑制剂被认为是克服肿瘤复杂性及基因组异质性的重要方法[4]。目前，多种针对PI3K/AKT/MTOR信号通路的抑制剂也已进入胃癌临床前或临床研究中。本研究在分子水平上对PI3K/AKT/MTOR信号通路及其抑制剂的作用机制进行总结，旨在为胃癌的诊断及治疗提供参考。

1 PI3K/AKT/MTOR信号通路

1.1 PI3K

PI3K是一种可以使磷脂酰肌醇第3位羟基磷酸化的脂质酶[5]。PI3K主要分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ型PI3K又分为ⅠA型（p110a、p110b、p110d）和ⅠB型（p110g），通常参与细胞生长、胰岛素信号转导和葡萄糖代谢过程。一旦PI3K被激活，磷脂酰肌醇 4，5-双磷酸（phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate，PIP2）即转变为磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol 3，4，5-triphosphate，PIP3）[6]。PIP3的主要作用是收集含有PH结构域的分子，并将其携带至细胞膜上，包括3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1，PDK1）和 AKT[7]。PDK1可以使AKT 的苏氨酸（Thr308）位点磷酸化。PTEN是PI3K信号通路主要的负性调节剂，PTEN基因缺失可以导致AKT持续激活，从而使PI3K的下游信号通路出现异常[8]。

1.2 AKT

AKT是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，主要包括 AKT1/α、AKT2/β和 AKT3/γ3 个亚型[9]，其中AKT2主要参与胰岛素介导的葡萄糖摄取过程，以及肿瘤细胞的运动、侵袭及转移过程[10-11]。PIP3可与AKT的PH结构域结合，将AKT从细胞质携带至细胞膜上，发生构象改变，其第308位点的苏氨酸（Thr308）即被PDK1激活，而第473位点的丝氨酸（Ser473）则于AKT的COOOH-端被MTOR复合物 2（MTOR complex 2，MTORC2）磷酸化[12]，从而彻底激活AKT。磷酸化的AKT可直接激活MTOR信号通路，也可以通过抑制结节性硬化复合物1/2（tuberous sclerosis complex 1/2，TSC1/2）间接激活MTOR通路[13]。

1.3 MTOR

MTOR是一种非典型的丝氨酸/苏氨酸激酶，包括MTOR复合物1（MTOR complex 1，MTORC1）和MTORC2共2种形式。MTORC1由MTOR、MTOR调节相关蛋白（regulatory associated protein of MTOR，raptor）和哺乳动物直系同源物LST8（mammalian ortholog of LST8，m LST8）组成 ；MTORC2则由MTOR、MTOR不敏感伴侣蛋白（rapamycin-insensitive companion of MTOR，Rictor）、哺乳动物应激蛋白激酶相互作用蛋白1（mammalian stress-activated protein kinase interacting protein 1，mSIN1）和m LST8组成[13-14]。

MTORC1可以促进信使RNA（messengerRNA，mRNA）的转录，作为各种输入信号的整合器[15]。活化的MTORC1可以使其下游的真核起始因子4E-结合蛋白 1（eukaryotic initiation factor 4E-binding protein1，4E-BP1）和p70核糖体蛋白S6激酶B1（ribosomal protein S6 kinase B1，S6K1）磷酸化。磷酸化的4E-BP1从真核起始因子4E（eukaryotic initiation factor 4E，elF-4E）上脱离，使elF-4E呈游离状态并促进c-myc、缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）等原癌基因的转录[3,13]。而S6K1被MTOR磷酸化后，可继续磷酸化mRNA翻译相关的核糖体蛋白S6、真核起始因子4B（eukaryotic initiation factor 4B，elF-4B）、真核延长因子2蛋白激酶等多个靶点[16]。S6K1和4E-BP1被激活后，促使肿瘤细胞从G0/G1期向S期进展[5]。若采用MTORC1特异性抑制剂抑制下游S6K1和4E-BP1的功能，可使细胞周期停滞在G0/G1期，促进细胞凋亡，从而杀伤肿瘤细胞。MTORC2除可以磷酸化AKT的丝氨酸（Ser473）位点外，还可以通过激活AGC家族激酶，调节肿瘤细胞的脂质合成、葡萄糖代谢、凋亡过程和肌动蛋白细胞骨架来调控肿瘤细胞的生长[17]。

2 PI3K/AKT/MTOR信号通路在胃癌中的表达及意义

胃癌细胞中存在PI3K/AKT/MTOR信号通路的异常表达。Song等[18]采用免疫组织化学法检测25例胃癌患者胃癌组织和癌旁组织中磷酸化AKT（phospho-AKT，p-AKT）表达水平，结果发现，胃癌组织中p-AKT的表达水平明显高于癌旁组织；实时定量逆转录聚合酶链反应（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）结果显示，胃癌组织中p-AKT mRNA的表达水平明显高于癌旁组织。Cao等[19]采用免疫组织化学法检测120例胃癌患者胃癌组织中MTOR的表达情况，结果发现，60.8%的患者胃癌组织过表达MTOR；且MTOR与淋巴结转移（OR=1.72，95%CI：0.98～3.01，P＜0.05）和较晚的TNM 分期（OR=3.13，95%CI：0.72～13.61，P＜0.05）有关。Chiappini等[20]对239例胃癌患者的病理组织标本和200例健康者的胃组织标本进行免疫组织化学染色发现，PTEN在胃癌组织中PTEN呈弱表达，且表达较局限，而在正常胃组织中呈强阳性表达，且表达分布范围较广；PTEN高表达的胃癌患者的总生存期长于PTEN低表达的胃癌患者（60个月vs 30个月）；进一步研究发现，PTEN基因缺失是胃癌患者的独立预后因子。综上所述，PI3K/AKT/MTOR信号通路在胃癌组织中异常激活，多种分子的靶向抑制剂可通过该通路发挥潜在的抗肿瘤作用。

3 靶向PI3K/AKT/MTOR信号通路的抑制剂在胃癌中的研究

3.1 靶向PI3K的抑制剂

GDC-0941是一种有效的选择性PI3K催化亚基p110α的泛抑制剂。Ishida等[21]采用在裸鼠皮下注射胃癌MKN45细胞的方法构建小鼠原位移植瘤模型，然后将带瘤小鼠分别用安慰剂、5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）、GDC-0941、5-FU 联合GDC-0941进行处理。结果发现，100%（9/9）安慰剂小鼠的肿瘤体积明显增大，且56%（5/9）出现肝转移，44%（4/9）出现腹膜转移，单独使用GDC-0941小鼠的抑瘤效果[67%（4/6）的小鼠出现肿瘤体积增大，33%（2/6）出现肝转移，17%（1/6）出现腹膜转移]优于单独使用5-FU小鼠的抑瘤效果[82%（9/11）的小鼠出现肿瘤体积增大，其中27%（3/11）发生远处转移]，其中5-FU联合GDC-0941抑制肿瘤生长的效果最明显[17%（1/6）的小鼠出现肿瘤体积增大，且未发生远处转移]。进一步采用免疫组织化学法进行检测，结果发现，接受GDC-0941处理的细胞磷酸化PI3K（phospho-PI3K，p-PI3K）的表达量明显降低，PTEN的表达量升高。由于强阳性表达p-PI3K的细胞与5-FU的耐药相关，GDC-0941处理后，细胞内p-PI3K的表达下调，表明GDC-0941可以协同提高5-FU的治疗效果，提示对于接受5-FU治疗的患者，同时接受GDC-0941治疗也是一个合理的选择。GDC-0941在晚期实体瘤中的Ⅰ期临床研究已于2012年6月完成（NCT00876122），并显示了较好的安全性，最常见的药物不良反应为恶心、皮疹和乏力[22]。AZD8186是选择性的PI3K催化亚基PI3Kβ和PI3Kδ的抑制剂。研究显示，AZD8186对抑制剂肿瘤模型的血管、基质、炎性渗出几乎没有影响，因此具有效能高、体内代谢稳定等优点[23-24]。目前AZD8186抑制剂在多种晚期实体肿瘤（包括胃癌）中的Ⅰ期临床研究（NCT03218826）已于2018年3月开始进行，鉴于上述的该药的一些特征及优点，该药物可能会有比较好的临床应用前景。

3.2 AKT抑制剂

MK2206是第一个进入临床研究的AKT变构抑制剂，对AKT有高度的选择性[25]。Ⅰ期临床研究中，胃癌患者对MK2206的慢性给药过程显示出了良好的耐受性。Ⅱ期临床试验纳入了70例进展期胃癌患者，以总生存期（overall survival，OS）为5.1个月为治疗终点，以＜6.5个月为疗效终点，常见不良反应为疲劳、腹泻、食欲减退等，但仍需要完善该临床研究的局限性，包括明确药物的动力学是否受局部手术及腹部放疗的影响[26-27]。

AZD5363是一种有效的泛AKT抑制剂，可以抑制 AKT 的3个亚型（AKT1/α、AKT2/β和 AKT3/γ）的磷酸化，在多种肿瘤异种移植模型中，通过逆转和延缓药物的耐药而发挥抗肿瘤作用[28-29]。在日本进行的晚期实体瘤的Ⅰ期临床研究中，AZD5363抑制剂已经显示出了良好的安全性和耐受性，常见的不良反应为腹泻、高血糖和恶心[30]。目前该药物已经开始进行进展期胃癌的Ⅱ期临床研究（NCT02451956），具有良好的应用前景。

3.3 MTOR抑制剂

传统MTOR抑制剂指通过MTORC1阻断PI3K/AKT/MTOR信号通路，包括雷帕霉素及其类似物依维莫司。雷帕霉素是一种具有免疫抑制特性的抗真菌药物，20世纪90年代，研究者发现其具有抗肿瘤作用而成为第一代MTOR抑制剂。雷帕霉素并不直接抑制MTOR的活性，但可以与FK506结合蛋白12（FK506-binding protein 12，FKBP12）和MTORC1中的FKBP12-雷帕霉素结合域结合，形成三元络合物，发挥变构抑制剂的作用[31]。导致raptor从MTORC1上解离，从而使raptor不能磷酸化MTORC1下游的S6K1和4E-BP，最终抑制蛋白质的合成及转录，使细胞周期停滞在G1期而导致细胞凋亡[32]。进一步研究发现，雷帕霉素可与MTOR、FKBP12结合形成复合物，抑制MTOR与Rictor的结合，导致MTORC2表达水平降低。尽管雷帕霉素的抗肿瘤特性已应用于多种肿瘤的治疗，但溶解度差及相对不可预测的药代动力学，限制了其的进一步发展。基于上述原因，一些雷帕霉素类似物逐渐被人们发现并应用，其中研究最为广泛的是依维莫司。一项在日本进行的单药依维莫司有效性及安全性的Ⅱ期临床研究纳入53例一线或二线治疗失败的晚期胃癌患者，结果显示，接受依维莫司单药治疗的晚期胃癌患者，疾病控制率为56%，亚组分析显示，疾病控制率与那些接受依维莫司二线或三线治疗的患者一致；常见的不良反应为口腔炎症（74%）、厌食（53%）和乏力（51%），表明依维莫司耐受性良好[33]。GRANITE-1试验（NCT00879333）是一项依维莫司二线或三线治疗晚期胃癌的Ⅲ期临床研究，其中439例患者接受依维莫司治疗，217例患者接受安慰剂治疗，结果显示，依维莫司组患者的中位生存期为5.4个月，而安慰剂组患者的中位生存期为4.3个月（HR=0.90，95%CI：0.75～1.08，P＞0.05），并未显示出依维莫司的有效性[34]。一项依维莫司在PIK3CA基因扩增、突变和（或）PTEN缺失的研究中，纳入10例晚期实体瘤患者，但所有患者均未达到完全缓解或部分缓解[35]。因此，并没有证据表明依维莫司可以对PIK3CA基因的扩增、突变和（或）PTEN缺失的晚期实体瘤患者起抗肿瘤作用。需要对PI3K/AKT/MTOR一系列信号分子更全面的分析以更好地发挥MTOR抑制剂的抗肿瘤特性。

雷帕霉素及其类似物抑制了MTORC1的表达，可以与胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate-1，IRS-1）形成负反馈通路，引起AKT过度活化[36]。Cloughesy等[37]研究发现，在PTEN缺失的胶质母细胞瘤患者中，过度活化的AKT可导致疾病在短时间内进展，由于不能通过MTORC2抑制AKT的活性，限制了第一代MTOR抑制剂的应用。

AZD8055是第二代MTOR抑制剂，可同时作用于MTORC1和MTORC2，因此，AZD8055可以抑制由于雷帕霉素抑制MTORC1引起的AKT的过度活化。Chresta等[38]研究证实，AZD8055抑制剂在体内体外试验中，均可起到明显的抗肿瘤作用。在Ⅰ期临床试验（NCT00731263）中，AZD8055抑制剂的肝脏不良反应与雷帕霉素不同，表现为转氨酶不断升高，但也不排除降低药物剂量可以降低转氨酶水平升高的可能性。AZD8055的复合物——AZD2014并没有出现明显转氨酶升高的不良反应，表明MTORC1或MTORC2双重抑制剂仍然有很好的前景[39]。Liu等[40]研究发现，AZD8055可明显抑制曲妥珠单抗敏感和耐药的胃癌细胞的转移和侵袭能力，但仍需大规模临床研究对其药效进行评估。

第一、二代MTOR抑制剂主要针对无MTOR突变的肿瘤患者，但对于一些MTOR突变的肿瘤患者可产生原发性耐药。因此，Rodrik-Outmezguine等[41]发现了第三代MTOR抑制剂——RapaLink-1，其可以使雷帕霉素和MTOR激酶抑制剂介导至同一个分子上，并使结合物通过与FKBP12结合而作用于MTOR的FRB结构域，也可以作用于MTOR激酶结构域。MTOR突变乳腺癌及胶质母细胞瘤的异种移植小鼠模型显示，RapaLink-1比雷帕霉素和AZD8055敏感[36]，但目前尚无大样本临床数据对该药进行相关报道。

3.4 PI3K/MTOR双重抑制剂

NVP-BEZ235是一种新型作用于蛋白激酶域的ATP竞争性PI3K/MTOR双重抑制剂，抑制PI3K的催化亚基p110a，同时也可以抑制MTOR的活性[42]。Mueller等[43]体外试验证明，NVP-BEZ235有较好的降低胃癌细胞株运动并促进其凋亡的作用，在PI3KCA突变的胃癌细胞株中，NVP-BEZ235的作用更明显。Zhang等[42]在小鼠试验中发现，异种移植瘤小鼠接受NVP-BEZ235、紫杉醇、NVP-BEZ235联合紫杉醇处理2周，接受NVP-BEZ235处理小鼠的肿瘤净生长抑制率为45.1%，单药紫杉醇组为77.9%，NVP-BEZ235联合紫杉醇组为97.0%，表明NVP-BEZ235在体外可以增加紫杉醇对胃癌细胞的抗肿瘤作用。Zhu等[44]首次报道，NVP-BEZ235在体内外对HER2阳性胃癌细胞均有明显的抗肿瘤作用。目前，NVP-BEZ235在实体瘤患者中已经进行了Ⅰ/Ⅱ临床研究，期待其在临床上得到更广泛的应用。

3.5 联合靶向治疗

人类表皮生长因子受体（epidermal grow th factor receptor，EGFR）家族包括4个成员，即HER1～4（ErbB1～4），包括PI3K在内的多种因子及信号通路均可参与ErbB受体的激活[45-46]。Chakrabarty等[45]研究显示，激活PI3K可以使ErbB3的调蛋白（heregulin）配体和神经调节蛋白配体的过表达，从而为同时阻断这两个分子靶点提供了理论依据。研究表明，HER3抗体联合PI3K抑制剂抑制肿瘤生长的作用优于单独用药[47-48]。一项PI3K抑制剂SAR245408联合HER3抗体SAR256212的Ⅰb期临床研究（NCT01436565）纳入了27例实体瘤患者验证其药代动力学特征，经过预处理，50%的患者达到了暂时稳定，主要不良反应包括皮疹、高血糖等，且两药联合应用对各自的药代动力学均没有明显影响[49]。但该研究纳入的样本量较小，因PI3K/HER3信号通路中的复杂相互作用，仍需要大样本临床研究以更好地了解其作用机制并合理发展联合靶向治疗。

目前，大量研究已经表明，PI3K/AKT/MTOR信号通路在胃癌的发病机制中起重要作用，多项针对该通路各分子的靶向抑制剂也已进入临床研究阶段。未来的研究目标将致力于确定该通路与其他通路错综复杂的联系及相应的分子标志物，从而为寻找理想的胃癌靶向治疗方法提供参考，提升肿瘤综合治疗策略。