PI3K/Akt/mTOR 信号通路在甲状腺癌中的研究进展

徐殿新 综述，于跃利 审校（. 包头医学院，内蒙古 包头04000；. 包头医学院第一附属医院，内蒙古包头04000）

甲状腺癌是最常见的内分泌系统恶性肿瘤，特别是严重危害了女性健康。近年来，我国甲状腺癌的发病率呈明显上升趋势[1]，以沿海城市为甚，超过了其他恶性肿瘤的增长速度。因为癌症带给社会、家庭和个人巨大的负担，寻找甲状腺癌诊疗的新方法变得尤为重要[1]。近年来，磷酸酰肌醇-3 激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（PI3K/Akt/mTOR）信号通路与恶性肿瘤的相关性研究成为热点。PI3K/Akt/mTOR 信号通路不仅在正常细胞的生长增殖中起着极其重要的作用，而且也与癌细胞的生长关系密切，是细胞生长、分化的中心调控者。其参与了基因转录、蛋白质翻译、核糖体合成等生物过程，在细胞生长和凋亡中发挥着极为重要的作用。因此，研究PI3K/Akt/mTOR 信号通路与甲状腺癌的相关性能为阐述甲状腺癌的发病原因及诊断提供一个全新的视角，探讨其抑制剂的应用能为甲状腺癌的靶向治疗拓展新的道路。现将目前PI3K/Akt/mTOR 信号通路与甲状腺癌的相关研究进展综述如下。

1 PI3K/Akt/mTOR 信号通路

1.1 PI3K/AkT/mTOR 信号通路的组成

1.1.1 PI3K 是雷帕霉素靶蛋白上游的关键信号蛋白，是一种细胞质内的由催化亚基（P110）和调节亚基（P85）构成的异二聚体。在PI3K 中，能被细胞表面受体激活的1 型PI3K 功能最重要，研究也最广泛[2]。当受到生长因子、细胞因子、激素、缺氧等外来刺激时，PI3K 被激活。

1.1.2 Akt 又称蛋白激酶B（PKB），是PI3K 关键的下游蛋白，相对分子质量约为60×103，与病毒原癌基因v-Akt 同源，是一种进化上高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。共分为3 类：Akt1、Akt2和Akt3，而且三者密切相关，对调控细胞大小、生长、增殖、存活及代谢等起着重要作用[3]。

1.1.3 mTOR 是该信号通路的重要组成部分，由相对分子质量为289×103的蛋白质构成，属PI3K 蛋白激酶类家族，也是PI3K 信号通路下游分子之一。mTOR 在生物学功能上存在2 种不同的蛋白复合物：mTORC1（mTOR complex 1）和mTORC2（mTOR complex 2）。mTORC1 是 由Raptor、mTOR、mlST8、Deptor 和PRAS40 组 成，由氧水平、氨基酸、能量和生长因子等负责调节。有研究表明，抑制mTORC1 在G1期也抑制了mRNA 的编码[4]。mTOR 的抑制在某种程度上抑制了G1期的细胞增殖作用。mTORC2 是由Rictor、mTOR、mLST8、Protor、Deptor 和mSin1 构成，也由生长因子负责调节。mTOR 控制细胞内mRNA 的翻译，参与膜蛋白转运、蛋白质降解、蛋白激酶C 信号传导和核糖体合成等一系列生理病理过程，其信号通路的调节失控会导致细胞体积改变，进而导致多种病理现象。

1.2 PI3K/Akt/mTOR 信号传导途径 对PI3K/Akt/mTOR 信号通路的研究已经非常透彻，目前普遍认为，其在正常细胞中的功能为平衡营养和能量、控制蛋白质的合成和细胞增殖。具体机制为：当生长因子、细胞因子、激素、缺氧等细胞外来刺激因素与细胞膜表面的受体结合后，细胞内PI3K 被激活，并将底物3，4-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷酸化为3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）。PIP3 作为第二信使与Akt 蛋白相互作用，使Akt 蛋白聚集到细胞膜上，在三磷酸磷脂酰肌醇依赖性蛋白激酶（PDK1）的帮助下，磷酸化Akt 蛋白上的THr308 位点和Ser473 位点将其激活。活化的Akt 可直接激活雷帕霉素复合体mTORC1，也可通过抑制结节性硬化复合物1/2（TSC1/2）形成复合物，激活该信号通路。雷帕霉素复合体mTORC1 则磷酸化其2 个下游分子，即翻译抑制因子eIF-4E 结合蛋白1（4EBP1）和核糖体蛋白S6K1，从而激活致癌蛋白如血管内皮生长因子（VEGF）及细胞周期蛋白D 的表达，促进核糖体蛋白及翻译调节蛋白的合成[5]。

2 PI3K/Akt/mTOR 信号通路与恶性肿瘤研究进展

上述PI3K/Akt/mTOR 信号传导通路传导途径的研究表明，在肿瘤的发生、发展过程中，mTOR 信号传导途径的上游分子PI3K和Akt 可促进肿瘤蛋白形成，从而在肿瘤的形成中起重要作用。生长因子通过信号传导使PI3K 激活，产生受第10 号染色体同源丢失性磷酸酶-张力蛋白基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome Ten，PTEN）调控的PIP2 和PIP3。PTEN 是肿瘤抑制基因的产物，可使以上2 种产物去磷酸化失活，PTEN 发生突变，使PI3K 及产物增加、Akt 活性增强，并使细胞发生转化。所以，当mTOR 信号通路被过度激活时，其在多种恶性肿瘤中均存在高表达。许多研究通过免疫组织化学（免疫组化）实验等对mTOR 抗体在乳腺癌、宫颈癌、喉癌、脑胶质瘤等的表达进行了检测，结果显示均呈现高表达。因此，该结论可以对探讨相应恶性肿瘤的病因、诊疗提供帮助。

3 PI3K/Akt/mTOR 信号通路与甲状腺癌

在PI3K/Akt/mTOR 信号通路中，生长因子受体、PI3K、Akt、eIF-4E 等均是癌基因所编码的蛋白。现已发现，许多肿瘤均伴有mTOR 信号通路调控异常，与肿瘤发生密切相关的细胞增殖、细胞周期调控、细胞迁移等均受mTOR 的调控。有研究表明，PI3K/Akt/mTOR 信号通路在甲状腺癌的发生、发展中过度激活。Tamburrino 等[6]对53 例甲状腺髓样癌标本进行了免疫组化分析，结果显示，在甲状腺髓样癌中PI3K/Akt/mTOR 通路被激活，尤其是在有淋巴转移的患者中。其提出的PI3K/Akt/mTOR 通路支持了甲状腺髓样癌细胞模型的恶性特点， 并对mTOR 靶向治疗晚期甲状腺髓样癌的效果进行了肯定的推测。Saji 等[7]研究发现，PI3K/Akt/

mTOR 信号通路在甲状腺癌的发展和恶化中扮演了重要角色，并通过大量临床相关数据和体外研究证明了这一结论，经对该研究进行统计分析，得出该研究能应用于临床治疗的可能性推论。

4 mTOR 抑制剂的临床应用

目前，已经有4 种mTOR 抑制剂被有效地应用于临床，分别为雷帕霉素（rapamycin）、特癌适（CCI-779）、依维莫司（RAD001）和AP23573，后三者为雷帕霉素的衍生物。

4.1 雷帕霉素 雷帕霉素是最早被发现的mTOR 抑制剂，是20世纪70 年代从细菌中分离出的一种大环内酯类抗生素。目前已被美国食品药品监督管理局（FDA）获准将该抑制剂应用于肾移植、药物洗脱支架等治疗中[8]。其作用机制：能够结合他克莫司结合蛋白（FKBP），抑制mTOR，阻止S6K1 和eIF-4E 磷酸化，也抑制了蛋白的转录和翻译，起到抗菌、免疫抑制和抗肿瘤的作用。人们对雷帕霉素的抗肿瘤活性发现较早，大量针对肿瘤组织和动物模型的实验均发现雷帕霉素在乳腺癌、胰腺癌、肝癌、肺小细胞癌等恶性肿瘤中具有抑制肿瘤细胞生长的作用。Dufour 等[9]对雷帕霉素在癌症中的治疗进行了综述，讨论了雷帕霉素的功效，并认为雷帕霉素抑制肿瘤的生物学作用并不局限于增生的癌细胞，也涉及肿瘤的微环境。所以，关于雷帕霉素疗效的研究在临床应用中有更广泛的前景，进一步的临床试验正在展开中。

4.2 特癌适 特癌适是研究最早的雷帕霉素衍生物。多种肿瘤模型及大量临床研究已证明特癌适具备良好的抗癌活性。特别是针对PTEN 发生突变的肿瘤细胞具有更显著的作用。特癌适在体内外的实验表明对多种肿瘤有效，能够延长患者生存期[10]。多项研究已证明，特癌适在肝癌、前列腺癌、胶质母细胞瘤等肿瘤的治疗中具有一定作用[11-12]。2007 年FDA 批准了特癌适可作为一线治疗药物在晚期肾癌治疗中应用。Thallinger 等[13]在研究中发现，特癌适在结合其他药物治疗时具有增加化疗疗效的作用。但特癌适的不良反应已受到重视，主要有体虚、黏膜炎症、恶心、呕吐和皮肤毒性。正因为如此，降低特癌适的不良反应会成为未来关于mTOR 抑制剂研究的重点。

4.3 依维莫司 依维莫司是新型口服抑制剂。其作用机制与雷帕霉素类似，先与FKBP12 形成二聚体后，再与mTOR 结合形成具有生物活性的复合物，可抑制mTOR 活性和阻断mTOR 信号通路，从而抑制肿瘤细胞生长。依维莫司在欧洲及美国已被批准应用于心、肾等器官移植的排斥反应和使用常规化疗药物无效的晚期肾癌患者[14]。针对依维莫司对乳腺癌的治疗效果，已有多项研究投入到临床试验阶段[15]。依维莫司的抗肿瘤作用已被研究证明，且与其他药物和激素等联合应用时具有相加或协同作用。Guy 等[16]在依维莫司联合长春瑞滨和西妥昔单抗治疗乳腺癌的研究中，明确了依维莫司的抗肿瘤疗效，并认为联合用药对治疗效果有明显提高。

4.4 AP23573 AP23573 是最新研究的雷帕霉素衍生物，目前投入 研 究 的 药 物 为Ridaforolimus（AP23573；MK-8669）[17]，成 分 为deforolimus。AP23573 是一种mTOR 口服抑制剂，大量动物实验及免疫组化实验已证明该抑制剂在体外实验中的抗肿瘤活性。目前已有多项临床试验正在评估其抗肿瘤活性[18]。这种新型的mTOR 抑制剂在国内鲜有报道，在未来的研发过程中有广阔前景。

5 mTOR 抑制剂与甲状腺癌的研究进展

5.1 雷帕霉素在甲状腺癌中的研究进展 由于雷帕霉素衍生物的不断发现，对雷帕霉素的关注度相对下降，但对雷帕霉素的研究仍具有指导意义。Feng 等[19]在研究雷帕霉素对肿瘤细胞增殖、凋亡和侵袭的体外实验时，通过蛋白免疫印迹（western blot）法观察了雷帕霉素对mTOR 表达的影响。当雷帕霉素浓度为20 nmol/L时，细胞的抑制和凋亡率明显增加，而且当雷帕霉素的浓度超过20 nmol/L 时，mTOR 的表达明显降低，PTEN 的表达明显增加。从而得出雷帕霉素在体外可通过对mTOR 的抑制而抑制人类甲状腺癌细胞增殖和诱导人类甲状腺癌细胞凋亡的结论。

5.2 特癌适在甲状腺癌中的研究进展 特癌适由于其发现时间较早，对某些肿瘤的临床治疗效果的研究接近完成，逐渐已投入临床应用。针对甲状腺癌的临床研究也已发展为对特癌适的药物耐受性研究。Coulter 等[20]应用最大耐受剂量的特癌适联合丙戊酸对黑色素瘤、脊髓室管膜瘤、肺泡软组织肉瘤、甲状腺髓样癌、肝细胞癌患者进行了耐受试验，当最大耐受剂量的特癌适联合应用丙戊酸时发生不良反应的情况明显减少，并提出特癌适的使用应注意联合应用的交互作用所带来的优点，并应成为未来试验中所关注的方向。针对特癌适联合其他抗肿瘤药物及相应抑制剂的相关研究在近年来也在不断开展。Liu 等[21]在探讨甲状腺癌的治疗中丝裂原活化蛋白激酶（MEK）抑制剂——RDEA119 的治疗潜力和协同mTOR 抑制剂——特癌适的治疗效果时，通过动物实验研究RDEA119 和特癌适协同作用于甲状腺癌的治疗效果，结果表明，2 种药物的联合应用存在重要治疗潜力。Liu 等[22]在Akt 特异性抑制剂——MK2206 选择性抑制甲状腺癌细胞突变能够激活PI3K/Akt/mTOR 信号通路的实验中也作了MK2206 联合特癌适抑制甲状腺癌细胞的相关研究。

5.3 依维莫司在甲状腺癌中的研究进展 依维莫司可抑制肿瘤细胞生长，从而起到延长肿瘤患者生存时间的作用，已引起学者的关注。2010 年，Guigon 等[23]在抑制mTORC1 信号通路从而抑制甲状腺癌肿瘤细胞生长的实验研究中，通过对甲状腺滤泡样癌小鼠模型使用依维莫司进行研究，在事先假设抑制mTORC1 信号通路能够阻止肿瘤的发生与发展，对已被激活mTORC1 信号通路[TRbeta（PV/PV）PTEN（+/-）]（PTEN 单倍不足的显性负性突变的甲状腺激素受体β）的小鼠模型使用依维莫司进行观察，虽然依维莫司未阻止肿瘤对血管和黏膜的侵犯及肺部转移，但其大幅度地减缓了甲状腺肿瘤的生长，从而延长了小鼠寿命。说明依维莫司并未使肿瘤细胞凋亡，也未有效地抑制mTOCR1 的激活，然而，其减少了PI3K/Akt/mTOR 下游蛋白的参与，使细胞增殖明显降低，减缓了使信号通路激活的关键调节细胞周期进程。该实验为未来的临床试验提供了重要的假设依据，并提出依维莫司应联合应用其他诱导肿瘤收缩和阻断转移的药物。Iwase 等[24]在依维莫司应用于肺癌和甲状腺癌的相关研究中认为，依维莫司抑制mTOR信号传导的抗肿瘤细胞生长和增殖的功效已得到证实，但因为其低水溶性和低生物药效率影响了依维莫司的临床开发进展，而该实验为了解决这一不适合的特性，利用脂质体依维莫司对带有甲状腺髓样癌细胞株（TT 细胞）小鼠动物模型进行的研究发现，脂质体依维莫司在对抗TT 细胞时比普通依维莫司具有更高的细胞毒性，从而得出脂质体依维莫司在甲状腺髓样癌的治疗中是一种更强的制剂且可能有较强的抗癌功效的推断。

依维莫司的临床研究尚处于起步阶段，Lim 等[25]在依维莫司的有效性和安全性的二期临床试验研究中，针对40 例晚期原发性和转移性甲状腺癌患者给予服用依维莫司进行治疗，并观察其不良反应等，结果表明，依维莫司在晚期原发性和转移性甲状腺癌中的作用有限，临床使用价值仍需进一步研究。Faggiano 等[26]在依维莫司针对甲状腺髓样癌的体外和临床研究中，给予2 例甲状腺髓样癌和高降钙素水平患者依维莫司5～10 mg/d，且2 例患者均同时在使用奥曲肽治疗，经观察2 例患者的临床反应，1 号患者血清降钙素水平下降86%，2 号患者下降42%。认为依维莫司联合奥曲肽可能对转移性甲状腺髓样癌具有抗肿瘤作用，并建议进一步评估，进行前瞻性研究。Lin 等[27]在利用依维莫司的自噬诱导作用抑制酪氨酸激酶受体（Met）介导，提高甲状腺乳头状癌的放、化疗敏感性的实验中发现自噬作用激活，从而起到抗癌效应，认为该效应主要是通过Met 介导实现的，利用依维莫司抑制Met 介导的诱导自噬作用，可增强放、化疗对甲状腺乳头状癌的作用。对于甲状腺未分化癌的研究虽然进展缓慢，但也已进入临床试验阶段[28]。

5.4 其他 由于AP23573 发现时间较短，绝大部分肿瘤的相关研究尚处于起步阶段，应用于甲状腺癌方面的研究，国内外开展鲜有报道。对于mTOR 抑制剂的4 种常见药物与甲状腺癌的国内外相关研究主要局限于依维莫司和特癌适2 种药物，而且由于药物的特殊性，开展到临床试验阶段的也相对较少。更完整的实验依据需要相关研究进一步完善和补充。

6 结语和展望

目前，国外关于PI3K/Akt/mTOR 信号通路与多种恶性肿瘤的相关研究已相对完善，但针对该信号通路与甲状腺癌的相关研究还处于起步阶段，mTOR 抑制剂靶向治疗的可行性研究也在向临床研究阶段发展。相信随着对PI3K/Akt/mTOR 信号通路的更进一步了解，通过探讨与其他信号通路的关系，一定会给甲状腺癌的诊断和治疗带来新的希望。

[1] 陈万青，张思维，郑荣寿，等. 中国肿瘤登记年报——中国肿瘤登记地区2007 年肿瘤发病死亡[J]. 中国肿瘤，2011，20（3）：162-169.

[2] Cully M，You H，Levine AJ，et al.Beyond PTEN mutations：the PI3K pathway as an integrator if multiple inputs during tumorigenesis[J].Nat Rev Cancer，2006，6（3）：184-192.

[3] Rosen N，She QB. AKT and cancer-is it all mTOR?[J]. Cancer Cell，2006，10（4）：254-256.

[4] Easton JB，Houghton PJ.mTOR and cancer therapy[J].Oncogene，2006，25（48）：6436-6446.

[5] Wan X，Helman LJ.The biology behind mTOR inhibition in sarcoma[J].Oncologist，2007，12（8）：1007-1018.

[6] Tamburrino A，Molinolo AA，Salerno P，et al. Activation of the mTOR pathway in primary medullary thyroid carcinoma and lymph node metastases[J]. Clin Cancer Res，2012，18（13）：3532-3540.

[7] Saji M，Ringel MD. The PI3K-Akt-mTOR pathway in initiation and progression of thyroid tumors[J].Mol Cell Endocrinol，2010，321（1）：20-28.

[8] Yuan R，Kay A，Berg WJ，et al.Targeting tumorigenesis：development and use of mTOR inhibitors in cancer therapy[J].J Hematol Oncol，2009，2：45.

[9] Dufour M，Dormond-Meuwly A，Demartines N，et al. Targeting the mammalian target of rapamycin（mTOR） in cancer therapy：lessons from past and future perspectives[J]. Cancers（Basel），2011，3（2）：2478-500.

[10] Amato R，Misellati A，Khan M，et al.A phase Ⅱtrial of intrapatient dose-escalated sorafenib in patients with metastatic renal cell carcinoma[J].Clin Genitourin Cancer，2012，10（3）：153-158.

[11] Li S，Liang Y，Wu M，et al. The novel mTOR inhibitor CCI-779（temsirolimus）induces antiproliferative effects through inhibition of mTOR in Bel-7402 liver cancer cells[J].Cancer Cell Int，2013，13（1）：30.

[12] Wang H，Zhang C，Rorick A，et al. CCI-779 inhibits cell-cycle G2-M progression and invasion of castration-resistant prostate cancer via attenuation of UBE2C transcription and mRNA stability[J].Cancer Res，2011，71（14）：4866-4876.

[13] Thallinger C，Poeppl W，Pratscher B，et al. CCI-779 plus cisplatin is highly effective against human melanoma in a SCID mouse xenotranplantation model[J].Pharmacology，2007，79（4）：207-213.

[14] Engelen MA，Welp HA，Gunia S，et al.Prospective study of everolimus with calcineurin inhibitor-free immunosuppression after heart transplantation：results at four years[J]. Ann Thorac Surg，2013，3（13）：110-114.

[15] Jerusalem G，Fasolo A，Dieras V，et al.Phase Ⅰtrial of oral mTOR inhibitor everolimus in combination with trastuzumab and vinorelbine in pre-treated patients with HER2-overexpressing metastatic breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat，2011，125（2）：447-455.

[16] Guy L，Bay JO，Bastide C，et al. Medical treatment of renal cell carcinoma[J].Prog Urol，2013，23（15）：1225-1237.

[17] Nemunaitis J，Hochster HS，Lustgarten S，et al.A phase I trial of oral ridaforolimus（AP23573；MK-8669）in combination with bevacizumab for patients with advanced cancers[J]. Clin Oncol（R Coll Radiol），2013，25（6）：336-342.

[18] Dancey JE，Monzon J. Ridaforolimus：a promising drug in the treatment of soft-tissue sarcoma and other malignancies[J]. Future Oncol，2011，7（7）：827-839.

[19] Feng W，Jia S.Rapamycin inhibits the invasive ability of thyroid cancer cells by down-regulating the expression of VEGF-C in vitro[J].Cell Biochem Funct，2012，30（6）：487-491.

[20] Coulter DW，Walko C，Patel J，et al. Valproic acid reduces the tolerability of temsirolimus in children and adolescents with solid tumors[J].Anticancer Drugs，2013，24（4）：415-421.

[21] Liu D，Xing J，Trink B，et al.BRAF mutation-selective inhibition of thyroid cancer cells by the novel MEK inhibitor RDEA119 and genetic-potentiated synergism with the mTOR inhibitor temsirolimus[J].Int J Cancer，2010，127（12）：2965-2973.

[22] Liu R，Liu D，Trink E，et al. The Akt-specific inhibitor MK2206 selectively inhibits thyroid cancer cells harboring mutations that can activate the PI3K/Akt pathway[J]. J Clin Endocrinol Metab，2011，96（4）：E577-585.

[23] Guigon CJ，Fozzatti L，Lu C，et al.Inhibition of mTORC1 signaling reduces tumor growth but does not prevent cancer progression in a mouse model of thyroid cancer[J]. Carcinogenesis，2010，31（7）：1284-1291.

[24] Iwase Y，Maitani Y.Preparation and in vivo evaluation of liposomal everolimus for lung carcinoma and thyroid carcinoma[J].Biol Pharm Bull，2012，35（6）：975-979.

[25] Lim SM，Chang H，Yoon MJ，et al.A multicenter，phase Ⅱtrial of everolimus in locally advanced or metastatic thyroid cancer of all histologic subtypes[J].Ann Oncol，2013，24（12）：3089-3094.

[26] Faggiano A，Ramundo V，Dicitore A，et al. Everolimus is an active agent in medullary thyroid cancer：a clinical and in vitro study[J].J Cell Mol Med，2012，16（7）：1563-1572.

[27] Lin CI，Whang EE，Donner DB，et al. Autophagy induction with RAD001 enhances chemosensitivity and radiosensitivity through Met inhibition in papillary thyroid cancer[J]. Mol Cancer Res，2010，8（9）：1217-1226.

[28] Perri F，Lorenzo GD，Scarpati GD，et al. Anaplastic thyroid carcinoma：a comprehensive review of current and future therapeutic options[J].World J Clin Oncol，2011，2（3）：150-157.