PI3K/AKT/mTOR信号通路及其在卵巢癌治疗中的应用

赵楠，李玉花，王桂媛，韩凤娟

1.黑龙江中医药大学 附属第一医院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.东北林业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040

卵巢癌发病率居妇科恶性肿瘤第三位，病死率居首位。由于缺乏有效的筛查手段及特异性临床表征，卵巢癌一经诊断往往处于晚期阶段。目前对晚期卵巢癌的标准治疗包括肿瘤细胞减灭术及卡铂和紫杉醇联合的全身化疗。由于不断研究和开发新的治疗方法，卵巢癌患者的预后已有改善，但5年总生存率仍为40%[1]。此外，约25%的患者在治疗结束后6 个月复发[2]。利用癌症基因组图谱进行分子图谱的广泛基因组分析有助于识别卵巢癌中一些最常见的涉及代谢和信号传导途径的改变[3]。PI3K/AKT/mTOR 信号通路在许多细胞活动中的意义，如调节细胞生长、运动、存活、增殖、蛋白质合成、自噬、转录及血管生成，目前认为其是细胞内信号转导通路中最主要的信号通路之一。采用比较基因组杂交阵列的研究发现，PI3K/AKT/mTOR 是卵巢癌中最常发生改变的细胞内途径[4-5]。

1 PI3K/AKT/mTOR信号通路

PI3K/AKT/mTOR 通路在正常细胞生理和肿瘤增殖、肿瘤发生和转移中均是中枢调节因子。该途径包括3 个主要的驱动分子：PI3 激酶（PI3K）、丝氨酸/苏氨酸激酶（AKT）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）。

PI3K 属于脂质激酶家族，最早发现于上世纪80年代[6]。根据其结构和底物特异性可分为3类，即PI3KⅠ、PI3KⅡ和PI3KⅢ。依据激活受体的差异，PI3KⅠ可分为PI3KⅠA和PI3KⅠB。PI3KⅠA中，PI3K 是由 p85 调节亚基和 p110 催化亚基组成的一组异源二聚体，有3 个异构体（α、β和γ），分别由 PIK3CA、PIK3CB、PIK3CD 基因编码，在人类癌症中最常见的突变是PIK3CA[7]。PI3KⅠB 由 p101 和 110-γ亚基组成[8]。PI3KⅠ参与细胞增殖、胰岛素信号传导、免疫功能和炎症反应[8-9]。PI3KⅡ是参与调节膜运输的单体催化异构体。PI3KⅢ仅由Vps34 组成，在自噬中起作用[10]。目前证实与肿瘤相关的主要是PI3KⅠA。

PI3K 完全激活后，激酶将底物磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）转化为PIP3。PIP2 到PIP3的这种转化允许AKT 和PDK1 在细胞膜内部聚集在一起。这导致AKT 结构域中的Thr308被磷酸化，活化的AKT调节大量下游介质，最终控制关键的细胞存活和代谢过程[11]。它可通过磷酸化Ser2448或间接磷酸化TSC2而直接激活mTORC1。TSC1/TSC2（结节性硬化复合蛋白）作为脑内富含Ras 同源物的激活蛋白（ReHb）-GTPase，进而促进Reb GTP 转化为不活跃GDP 形式，当GDP 形式积累时沉默了mTORC1[12]。通过磷酸化TSC2，AKT 使复杂的TSC1/TSC2 不活跃，从而间接刺激mTOR 激酶活性。

mTOR 是一种非典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，最早在酿酒酵母中发现[13]，主要参与调节细胞生长、生存及运动等过程。它通过2 种不同的复合物mTORC1 和mTORC2 发挥活性，它们被证实是辅助T 细胞分化的关键调节因子[14]。当mTORC1 被激活时，它可以磷酸化核糖体S6 激酶-1（S6K-1）和真核细胞翻译起始因子4E 结合蛋白-1（4EBP-1），这2 种因子都是关键的翻译调节因子。S6K-1 是涉及核糖体蛋白mRNA的翻译和细胞周期从G1 到S 期传递的关键伸长因子。4EBP-1 通过翻译细胞周期蛋白D1、c-Myc 和缺氧诱导因子1α的mRNA 帮助细胞周期进展或血管生成[12]。mTORC2 由7 种蛋白质组成，可以磷酸化AKT的疏水基端Ser473而反馈上调AKT的表达，从而促进所有AKT 介导的下游因子最终导致细胞生长[15]。

2 PI3K/AKT/mTOR信号通路在卵巢癌增殖和进展中的影响

PI3K/AKT/mTOR 通路在约70%的卵巢癌病例中通过复杂的高信号级联序列被激活，其终点相同：激活通路导致细胞增殖、迁移、侵袭和化疗耐药性增加[16]。其复杂性始于PI3K/AKT/mTOR的过度激活、催化结构域的突变、调节结构域的突变或PI3K 下游靶点的修饰。其激活与更高的侵袭和迁移能力相关，共存于人卵巢癌中的异质细胞亚群中，从而使PI3K/AKT/mTOR 通路成为卵巢肿瘤细胞侵袭性的潜在预测因子[17]。

基因图谱证明，最常见的突变是影响PIK3CA和PTEN的突变[3]。对于PIK3CA，其功能障碍起因于3 号染色体上的突变，该突变主要见于子宫内膜癌、乳腺癌和结肠癌及卵巢癌[18]。PTEN 位于染色体10q23，PTEN 功能丧失损害其脂质磷酸酶活性，这是肿瘤抑制活性的关键[19]。目前已为卵巢癌PI3K/AKT/mTOR信号通路研究建立了可靠的临床前模型，如卵巢癌SKOV3 细胞系在PIK3CA 中有激活突变[20]，而A2780 细胞系缺失PTEN[21]。通过靶向siRNA的PI3K/AKT/mTOR 通路的各个成员，很容易阐明每个成员的作用。如果PIK3CA 编码的PI3K的p100 亚基在OVCAR-3 细胞中被siRNA 靶向，则迁移减少，侵袭减少，增殖减少[22]。在卵巢癌细胞系OVCAR-8、UPN251 和 A2008 中，siRNA 靶向 PIK3CA 也导致了增殖的减少[23]。PIK3CA的全面靶向导致增殖标志物周期蛋白D1、CDK4、周期蛋白E、CDK2 和p21减少，p27 增加。由于细胞周期G1的进展受CDK 抑制剂p27的调节，其抑制的释放解释了细胞增殖减少的原因[22]。当AKT 直接靶向时，增殖和侵袭均受到影响。针对AKT1 亚型的siRNA 可降低OVCAR-3 细胞的增殖，但较PIK3CA的抑制程度降低。靶向Akt2 异构体可以增加细胞凋亡的活化[23]。当PIK3CA靶向性时，不存在这种凋亡活化现象。AKT1 基因敲除可降低卵巢癌细胞的侵袭，PIK3CA 基因敲除时降低卵巢癌细胞侵袭的程度较之降低[22-23]。

直接靶向mTOR 可降低卵巢癌细胞的增殖和迁移。mTORC1（mTOR-Raptor）和 mTORC2（mTORRictor）因接头蛋白的不同引起下游功能的不同。mTOR-Raptor的作用主要是通过调节蛋白质的合成影响细胞生长和增殖，其活性能够被雷帕霉素抑制。mTOR-Rictor 复合物的活性不能被雷帕霉素抑制，主要参与细胞骨架蛋白的构造，具体功能仍在研究中。对2 种复合物的研究能够帮助寻找新的治疗肿瘤和代谢性疾病的药物。当mTORC1的Raptor 被siRNA 靶向时，PI3K/AKT/mTOR 下游 pS6 和 p4E-BP1 mRNA 及蛋白的表达下调[24]。当敲除Raptor 时，还引起pS473-AKT 增加，表明mTORC2 在丢失mTORC1信号时可补偿性激活AKT。而当敲除Rictor 时可降低pS473AKT 和pS6 水平。表明在增殖方面，敲除Raptor 比敲除Rictor 具有更强的抑制作用。Raptor对细胞增殖的影响与mTOR siRNA 敲除相似，表明mTORC1 在卵巢癌细胞增殖中更为重要[24]。虽然mTORC1 信号转导在卵巢癌细胞增殖中的作用比mTORC2 更重要，但在治疗上，当mTORC1 单独受到抑制时，这2 种分子都需要被靶向以阻止AKT 通过mTORC2的补偿性激活[24-25]。

3 卵巢癌中的mTOR抑制剂

mTOR 抑制剂在癌症中的早期临床研究显示出其具有一定的抗癌潜力。因此，新的肿瘤治疗策略应侧重于抑制mTORC1 和mTORC2 多蛋白集合体，以及将mTOR 抑制剂与不同的互联通路抑制剂相结合。目前临床上常见的卵巢癌mTOR 抑制剂有替西罗莫司（temsirolimus）、依维莫司（everolimus）和瑞达福莫司（ridaforolimus）。

3.1 替西罗莫司

一项Ⅱ期临床试验对60 例复发性上皮卵巢癌和原发性腹膜癌患者使用替西罗莫司作为单药进行研究，54 名患者中，24.1%无进展生存期超过6 个月，9.3%对该药物治疗存在部分反应，不良事件为疲劳、胃肠道和代谢改变[26]。值得注意的是，周期蛋白D1的肿瘤表达与较高的p4EBP1、延长无进展生存期和总体存活的可能性更大有关[26]。Temkin[27]等研究纳入了15 例妇科肿瘤患者，观察周期为28 d，在第1、8、15 d 每天一次拓扑替康（1 mg/m2）和替西罗莫司（25 mg）联合静脉注射，第22 d 单独注射替西罗莫司。由于3 级血小板减少症，替西罗莫司在某些情况下被降低至15 mg。81.8%（11 例）的患者无进展生存期为2年。

在替西罗莫司与聚乙二醇化脂质体阿霉素（PLD）联合用于晚期乳腺癌、子宫内膜癌和卵巢癌患者的Ⅱb 期临床研究中[28]，20 例患者每周接受剂量递增的替米罗莫司与PLD（30～40 mg/m2每月一次），推荐的Ⅱ期剂量为替西罗莫司15 mg 加PLD 40 mg/m2。3 例（2 例卵巢癌）报告对药物持续性部分反应分别持续10.1、12.7 和13.7 个月，另外8 例（2 例卵巢癌）病情稳定（中位生存期6.4 个月）。最常见的不良反应是恶心、疲劳、黏膜炎、皮肤毒性。另一项单一靶点疗法组合包括贝伐单抗加替西罗莫司治疗晚期妇科肿瘤的临床研究结果显示[29]，第1 d 给予贝伐单抗2.5～15 mg/kg，第1、8、15 d 给予替西罗莫司5～25 mg/kg，每3 周一个周期。41 例中有22 例（54%）患有卵巢癌，卵巢癌患者中2 例报告对该治疗方案有部分反应，4 例无进展生存期在6 个月以上。最常见的治疗相关毒性为血小板减少（10%）和疲劳（7%）。2016年，AGO 研究组织公布了一项每周应用替西罗莫司（25 mg）治疗难治性/耐药卵巢癌和晚期/复发子宫内膜癌的Ⅱ期研究[30]，一半的受试者（22/44）患有卵巢癌。经过8 周的治疗，在卵巢癌患者中存在部分反应和病程稳定的分别为1 例（4.5%）和7 例（31.8%）。最常见的严重毒性是胃肠道疾病，1 名患者报告为4 级肠梗阻。

3.2 依维莫司

一项对32 例实体瘤患者进行的Ⅰ期研究结果显示[31]，每周3 次依维莫司（5 mg）联合潘尼单抗（4.8 mg/kg）和贝伐单抗（10 mg/kg），用药2 周，结果安全且耐受，并显示出中等临床效果。32 例卵巢癌患者中有4 例（12.5%）复发，其中3 例在治疗结束后至少6 个月有效。最常见的3～4 级毒性反应为电解质紊乱（35%）、血源性高血压（16%）、皮肤充血（16%）和黏膜炎（13%）。

一项研究观察了依维莫司对卵巢癌小鼠模型的作用，目的是评估伊维莫司对肥胖症与疗效的关系[32]。研究证实了肥胖导致上皮组织中mTOR 通路过度激活的假设，从而提示mTOR 抑制剂在肥胖的癌症患者中可能特别有效。伊维莫司治疗对肥胖和瘦小的小鼠模型均有肿瘤生长抑制作用，但代谢谱分析表明，伊维莫司在2 组之间采用不同的代谢途径改变肿瘤代谢，提示依维莫司可以通过不同方式在肥胖和瘦弱的卵巢癌个体中起抗肿瘤作用。

4 结语

PI3K/AKT/mTOR 信号通路在卵巢癌的增殖、侵袭、血管形成及耐药性方面发挥重要作用，因此PI3K/AKT/mTOR 信号通路抑制剂成为卵巢癌治疗的新方向。但是PI3K/AKT/mTOR 通路抑制剂目前仍存在一些问题，如耐药的确切机制尚不清楚，所建立的对药物负反馈的缺失似乎与耐药机制有关。如mTOR 抑制剂对mTORC1的选择性亲和力以及mTORC2 缺乏抑制被认为是一种耐药机制。事实上，mTORC2 参与mTORC1 抑制反应的AKT 激活通路。以mTORC1 和mTORC2 为靶点的新抑制剂，甚至联合方案中的PI3K 抑制剂，可能是克服耐药性的正确方法。另一个需要注意的问题是，PI3K/AKT/mTOR 通路抑制剂在卵巢癌中应用应选择正确的患者，如雷帕霉素及其类似物似乎对表达高活性PI3K/AKT/mTORC1 通路的肿瘤更有效，如卵巢透明细胞癌和子宫内膜样卵巢癌。此外，PIK3CA 改变的患者比具有PIK3CA正常功能的患者反应更好。迫切需要对用PI3K/AKT/mTOR 通路抑制剂治疗的卵巢癌患者的毒性分布进行全面鉴定。对乳腺癌患者的大量研究表明，mTOR 抑制剂最常见的不良反应包括口腔炎、非感染性肺炎、皮疹、高血糖和免疫抑制。

PI3K/AKT/mTORC 通路抑制剂是卵巢癌治疗的关键组合，鉴于此通路在卵巢癌发生发展过程中的高表达活性，在Ⅰ期和Ⅱ期试验中有希望的初步结果将得到进一步的研究，尚未有应用此通路抑制剂治疗卵巢癌患者的Ⅲ期试验报道。选择最可能从这些新药物中获益的癌症人群，以及更好地理解如何整合这些新药物，对于改进当前卵巢癌的治疗至关重要。