PI3K/AKt/mTOR 信号通路在乳腺癌中的研究进展

李红娜，欧叶涛

（桂林医学院临桂校区，广西 桂林）

0 引言

据统计学研究相关数据显示，在寰球恶性肿瘤发病率中乳腺癌位居第五位，而在中国女性恶性肿瘤发病率中乳腺癌位居第二位。迄今为止，在肿瘤分子机制的发展中，发现在驱动肿瘤细胞的生长、分化、增殖、代谢、细胞骨架重组等一系列功能中PI3K/AKt/mTOR 信号传导通路发挥重要作用，而乳腺癌病症的发展与恶化与这一信号通路密切相关。所以本文在综述时，首先先阐释PI3K/AKt/mTOR 信号通路功能及激活机制，然后阐述通路与乳腺癌发生之间的相关关系。

1 PI3K/AKt/mTOR 信号通路功能及激活机制

PI3K 是以能够使肌醇磷脂中肌醇环3'-OH 基团磷酸化为特征的肌醇磷脂3 位羟基家族的成员[1]。其在响应上游刺激的缺乏或存在而被（蛋白酪氨酸激酶、G 蛋白偶联受体和癌基因Ras 蛋白）激活，从而参与致癌过程[2]。一旦被激活，PI3K 磷酸化磷脂酰肌醇4，5-双磷酸（phosphatidylinosito I 4，5-bisphosphate，PIP2），导 致3，4，5- 三 磷 酸 磷 脂 酰肌 醇（phosphatidylinosi to I 3，4，5-triphosphate，PI（3，4，5）P3）的积累[3]。PIP3 作为AKt 和磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（phosphoinositide-dependent protein kinase1，PDK1）的对接位点，使PDK1 磷酸化在AKt 激酶结构域的苏氨酸Thr-308 位点。充分激活可以通过3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶2（PDK2）激酶的介导和后续磷酸化疏水基序中丝氨酸Ser-473 位点[4]。AKt 的激活导致磷酸化哺乳动物雷帕霉素（mTOR）靶蛋白的活化和定位[5]。

2 信号传导通路与乳腺癌

Landen 等[6]研究分析表明在促进乳腺癌细胞增殖和进展中PI3K/AKt/mTOR 信号传导通路发挥极其复杂的作用，复杂性之处在于PI3K/AKt/mTOR 的调节是如何由于通路被过度激活、催化域突变、调控域突变以及对PI3K 下游靶点的修饰而发生。肿瘤细胞持续增殖是乳腺癌发生发展的关键步骤，始动因子PI3K 由于被过度激活将信息传递给信号通路下游因子并通过细胞周期调控蛋白的调控作用进而对细胞周期进行调控[7]。在细胞增殖分化过程中活化的AKt 加快了细胞周期转换，进而促进肿瘤的发生发展。在细胞的正常生理功能中，由于细胞的过度增殖被细胞凋亡所控制，阻断PI3K/AKt/mTOR 信号通路可诱导细胞凋亡并干扰乳腺癌细胞的活性对细胞增殖起抑制作用[8]。在细胞凋亡调控中，AKt 的磷酸化能够提高B 淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphonma gene 2，Bcl-2）家族成员中促凋亡蛋白Bad 的活化水平，通过抑制细胞凋亡进而对促进细胞的增殖具有显著促进作用，而在乳腺癌中，Fernando 等[9]已经验证了该途径在雌激素的抗凋亡作用。在基因表达中过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferators-activated receptor gamma，PPAR-γ）发挥调节作用，通过增加细胞凋亡进而对细胞的增殖具有显著抑制作用。郭勇等[10]研究表明在肥胖乳腺癌患者组织中PI3K/AKt 通路被过度激活，促使PPARγ（mTOR 信号通路下游信号分子）的表达增高，促进了异常生长乳腺癌细胞的凋亡。PPARγ-辅助激活因子1（PPARγ-coactivator1-alpha，PGC-1）的改变能够影响PPARγ 活动，蔡璐等[11]在PGC-1 在乳腺癌中的研究时阐释了PGC-1 作为一种重要的代谢调节因子，具有辅助激活转录因子的特性，能够调节氧化代谢，增加三磷酸腺苷（ATP）的生成，促进肿瘤细胞生长和增殖，而线粒体代谢的主要调控因子PPARγ 辅助激活因子1α（PGC-1α）可提高葡萄糖的供应，提升线粒体的代谢水平。张玲等[12]研究表明mTORC1 活性和线粒体生物合成相关基因转录的激活密切相关，其能够激活PGC-1α 及一些其他转录因子从而影响能量代谢，mTOR 的活化促进了线粒体的生物合成和生物功能的调控，在细胞增殖分化过程中，活化的mTOR 提高了乳腺癌细胞的增殖能力，进而促进肿瘤的发生发展。

2.1 信号通路与乳腺癌侵袭、转移和上皮-间质的转化

Kim 等[13]研究表明肿瘤细胞的侵袭和迁移是乳腺癌发生的首要步骤。而乳腺癌的侵袭和转移是由于多因素作用、多基因参与、多个信号分子改变而发生。许宏武等[14]研究基因参与激活信号通路对乳腺癌细胞的影响表明，始动因子PI3K 由于被过表达基因过度激活，将信息传递给信号通路下游因子AKt、mTOR 激活PI3K/AKt/mTOR 信号通路促进了乳腺癌细胞的增殖、侵袭和迁移。基质金属蛋白酶-9（matrix met alloproteinase，MMP-9）基因作为乳腺癌肿瘤标记物，参与肿瘤侵犯，牟青杰等[15]实验表明了当PI3K/AKt/mTOR 信号通路被激活可以使MMP-9 基因过表达导致乳腺癌细胞发生侵袭和迁移并诱导上皮-间质的转化，进而促进肿瘤细胞的发生发展。丁志丹等[16]实验证明肿瘤的微环境在受到生长因子和营养等刺激时可通过细胞内信号传导途径诱导上皮- 间 质 的 转 化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的进展，而在诱导及调控肿瘤细胞的EMT 进程中PI3K/AKt/mTOR 信号通路途径起着核心作用，近年来，国内外临床基础实验研究证实在促进乳腺癌的侵袭与迁移过程中，PI3K/AKt/mTOR 信号通路持续激活推动了EMT 进程进而促进了肿瘤的侵袭和转移。

2.2 信号通路与肿瘤免疫

肿瘤微环境诱导肿瘤细胞抵抗机体免疫功能的机制有很多，而在肿瘤细胞中主要的免疫逃逸机制--程序性死亡受体1（programmed death1，PD-1）及PD-1 配体1（PD-1 ligand1，也称PD-L1）[17]。曾榃伦等[18]在研究三阴性乳腺癌免疫治疗时阐释，当PD-1 和PD-L1 结合后抑制信号通路上游分子PI3K 的活化进而抑制信号通路下游因子mTORC1，在抗原呈递过程中，驱动肿瘤微环境T 细胞免疫效应下降、疲惫或无能，形成免疫抑制，促进乳腺癌细胞的产生，造成了肿瘤免疫逃逸。伍宁波等[19]阐释了在免疫微环境中CD4+T 辅助性T 细胞（T helper cells，Th）的分化受共刺激分子（CD28）、TCR 和细胞因子受体引发的多个信号共同调节，当mTOR信号通路激活会使下游因子mTORC1 的活性增强进而影响CD4+初始T 细胞分化为Th1，Th2，Th17 细胞亚群。在乳腺癌组织中高表达的免疫抑制性受体细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原4（cytotoxic T-lymphocyte associated antigen 4，CTLA-4）作为共刺激分子CD28 的拮抗剂，通过抑制mTOR 信号通路，抑制T 细胞的增殖、CD4+初始T 细胞向Th1 方向极化，诱导乳腺癌发生[20]。

2.3 信号通路与基因改变

乳腺癌按照分子生物学的角度分析可划分Ⅳ型：Luminal A 型、Luminal B 型、过表达人表皮生长因子受体-2（Human Epithelial Growth Factor Receptor 2，HER2）和三阴性。其中诱导三阴性乳腺癌发生的关键基因为：磷酸酶张力蛋白同系物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）和磷脂酰肌醇-3-激 酶 催 化 亚 单 位（phosphatidylinositol-4，5-bisphos-phate 3-kinase catalytic subunit alpha，PIK3CA）。Dobbin 等[6]最新基因研究表明PIK3CA 的功能障碍是由3 号染色体上的突变引起的（主要见于乳腺癌的基因扩增），Kim 等[13]发现最常见的突变基因是编码p110α 的基因PIK3CA，基于细胞和基因工程小鼠（GEMs）的临床前数据研究表明，PIK3CA 突变激活后使通路活化进而诱导癌变。现阶段研究显示，PTEN 的底物PIP3 能够促进AKt 的激活导致磷酸化哺乳动物雷帕霉素（mTOR）靶蛋白的活化和定位，导致乳腺癌发生；而PTEN则可以通过负性调控信号通路中PIP3 使其脱磷酸，降低PIP3活化的水平从而对PI3K/AKt/mTOR 信号通路的致癌活性起切断作用[21]。刘芳等[22]研究表明，当PTEN 缺失，PTEN 的底物PIP3 能够促进AKt 的激活导致磷酸化哺乳动物雷帕霉素（mTOR）靶蛋白的活化和定位，导致乳腺癌发生。何中南等[23]研究表明位于染色体10q23 上的基因PTEN，其功能缺陷会引起脂质磷酸酶活性受损，使负性调控信号通路中PIP3到PIP2 去磷酸化功能失活，负性调节PI3K 信号途径，通过激活mTOR 信号通路，诱导乳腺癌发生。

2.4 信号通路抑制剂与乳腺癌治疗

Paplomata 等[2]通过细胞系敏感性实验探讨PI3K 抑制剂GDC-0941 和LY294002，其中GDC-0941 可以有效抑制曲妥珠单抗治疗HER2（+）乳腺癌细胞系的增殖，为HER2（+）乳腺癌患者提供有效的治疗。LY294002 能显著提高三阴性乳腺癌细胞的凋亡能力，对肿瘤抵抗具有较强的作用，但是由于其毒性作用强目前正在临床试验中[24]。PI3K 靶向催化亚基抑制剂BYL719 正在临床试验中，为晚期管腔型乳腺癌患者提供显著疗效[25]。刘艳等[26]通过临床试验研究表明PI3K-mTOR 抑制剂BKM120 联合来曲唑对乳腺癌干细胞具有较强的抑制作用，是激素依赖性乳腺癌治疗的最佳用药。AKt 抑制剂MK-2206 能够抑制AKt 的活化进而对乳腺癌细胞的增殖具有显著抑制作用[27]。现阶段Xing 等[28]将正处于Ⅱ期临床试验的AKt 抑制剂MK-2206 用于治疗PIK3CA 或PTEN 基因突变的晚期乳腺癌患者。席广民等[9]阐释了靶向mTOR 抑制剂RAD-001、CCI-779 和MK-8669 首批进入临床实验。张牧坤等[29]阐释了经FDA 批准的mTOR 抑制剂依维莫司是绝经后晚期乳腺癌患者的治疗用药。樊英等[30]在Ⅱ期临床实验研究表明他莫昔芬与依维莫司联合治疗能有效改善HR（+）绝经后转移性乳腺癌患者的病情。

3 总结与展望

在肿瘤治疗中PI3K/AKt/mTOR 信号传导通路发挥极其重要的作用。近些年来，科研人员将科学实验与临床治疗实践相结合综合研究，PI3K/AKt/mTOR 信号通路和乳腺癌的相关研究领域（信号通路相关蛋白、相关基因的表达与乳腺癌研究以及信号通路靶向药物与乳腺癌治疗的研究等）取得了一系列有价值的进展。目前，通过多层次抑制信号通路，结合放化疗，多层次抑制乳腺癌细胞增殖，已经成为治疗乳腺癌的新思路。但是由于信号通路极其复杂，许多靶向信号通路抑制剂正在进行临床前或临床试验研究，靶向药物疗效与临床病理标志之间的联系仍不清楚，这些问题需要进一步的研究才能解答。