PI3K/Akt/mTOR信号传导通路与前列腺癌关系的研究进展

贾艳菊，季 晖

中国药科大学药理学教研室,南京 211198

PI3K/Akt/mTOR信号传导通路与前列腺癌关系的研究进展

贾艳菊，季 晖*

中国药科大学药理学教研室,南京 211198

前列腺癌是威胁中老年男性健康的常见肿瘤，成为男性癌症死因的第二位。PI3K/Akt/mTOR信号通路能够通过维持细胞生存、抑制细胞凋亡、促进细胞周期运行及血管生成等促进前列腺癌病程发展。本文综合国内外文献，阐述PI3K/Akt/mTOR信号通路在前列腺癌发生发展中的作用以及和通路相关的药物治疗进展。

前列腺癌；PI3K；Akt；mTOR；靶向治疗

前列腺癌是男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤，在全世界范围内，每年有90多万确诊病例，约26万人死于前列腺癌，且死亡率正以每年2%的惊人速度递增。前列腺癌发病率在世界范围内的地域分布具有显著差异，发病率最高地区约为最低地区的25倍。中国是前列腺癌发病及死亡率较低的国家之一，但随着我国人口老龄化加剧，生活方式及饮食结构逐渐西化，导致我国前列腺癌的发病率在近年来呈现持续快速增长趋势，超过膀胱癌，成为我国男性泌尿生殖系统发病率最高的肿瘤[1]。

临床诊断前列腺癌主要依靠直肠指诊、血清PSA（prostate specific antigen）、经直肠前列腺超声和盆腔MRI（magnetic resonance imaging）检查，CT对前列腺癌早期诊断的敏感性低于MRI[2]。其中，血清PSA是国内外应用最为广泛的前列腺癌筛查和前列腺癌治疗效果评价的指标。PSA是一种由前列腺上皮细胞分泌的单链糖蛋白，与前列腺癌病理分级呈正相关[3]。

由于进行早期前列腺癌检测的患者人群有限，大多患者就诊时己失去进行根治性手术的机会。对于此类患者目前多采用全雄激素阻断（去势+抗雄激素药物）等内分泌治疗，可缓解症状，降低血清PSA水平。但在治疗过程中起先对内分泌治疗有效的雄激素依赖性前列腺癌细胞也会慢慢的转变成雄激素非依赖性的细胞，每年大约50%的患者会发生演变，而雄激素非依赖性前列腺癌（AIPCa，Androgen indepen-dent prostate cancer）的肿瘤细胞对内分泌治疗无效或效果较差，从而导致内分泌治疗失败。对雄激素非依赖性前列腺癌目前尚缺乏持续有效的治疗方法，因而发展推广治疗AIPCa的有效方法势在必行，由于前列腺癌的发病机制与PI3K/Akt/mTOR通路密切相关，所以该通路相关治疗有望成为治疗AIPCa的有力手段。

1 PI3K/Akt/mTOR通路在前列腺癌发生发展中的作用

由磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Akt，也称为PKB）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）组成的PI3K-Akt-mTOR通路作为细胞内非常重要的信号转导途径。如图1所示，当接受外来信号后，PI3K即被募集到邻近质膜的部位，将底物3，4-磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）磷酸化为3，4，5-磷脂酰肌醇三磷酸（PIP3）。PIP3可以使Akt从细胞质转移到细胞膜上，促使PDK1磷酸化Akt蛋白的Thr308端，导致Akt的活化。激活后的Akt通过抑制结节性脑硬化复合物TSC-1和TSC-2形成的二聚体复合物，激活其下游的雷帕霉素靶蛋白受体mTOR（mammalian target of rapamycin）。活化后的Akt、mTOR均可通过下游多种途径使前列腺癌细胞免于凋亡，促进癌细胞生存[4]。

1.1 抑制前列腺癌细胞凋亡、促进细胞存活

Akt可调控多个与细胞凋亡有关的蛋白家族，从而抑制细胞凋亡。例如可以抑制促凋亡蛋白BAD的活性，Bad是Bcl-2家族成员之一，分布于线粒体外膜在细胞凋亡的调控上发挥重要作用。当Akt未活化时，Bad可与Bcl-2或Bcl-xL形成复合体而表现促凋亡活性。活化的Akt磷酸化Bad丝氨酸位点，从而阻断Bad与Bcl-2/或Bcl-xL形成二聚体，阻止Bad发挥促细胞凋亡作用；将叉头转录因子FKHR（forkhead rhabdomyosarcoma transcription factor）磷酸化，FKHR从细胞核转移到胞质中，与细胞质内核伴侣蛋白（Chaperone）14-3-3蛋白结合并滞留于胞质中，不能进入核内启动促凋亡基因的表达；Akt能结合MDM2并磷酸化其位点，诱导上调泛素连接酶的活性，进而促进p53的失活或降解，阻断p53介导的促凋亡转录反应该通路，还可下调Fas配体（FasL）诱导的凋亡过程；Akt也能通过磷酸化 mTOR及其下游分子P70S6K、4E-BP1下传生存信号，抑制不依赖p53的细胞凋亡，促进细胞生存[5]。

1.2 促进前列腺癌细胞周期运行

活化的Akt使p21WAF1磷酸化，p21WAF1磷酸化后不能在细胞核内定位,影响对细胞核内细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK）的抑制,不能使p21WAF1介导的细胞周期中止,促进细胞周期进行。PI3K可通过Akt、mTOR将有丝分裂信号传递给p70S6K，使细胞周期主要蛋白如细胞周期素（cyclin）、细胞周期依赖性蛋白激酶翻译上调，促进G1期进展,使细胞周期加速。PI3K/Akt通路还可能参与调控G2/M期转变。Akt活化可以使细胞越过不依赖p53的G2/M期检查点，逃逸DNA损伤诱发的凋亡[6]。因此Akt的活化类似于p53失活,可以消除细胞周期检查点，促进细胞周期加速。

图1 PI3K/Akt/mTOR信号传导通路

1.3 促进血管形成

在前列腺癌中，42%的原发肿瘤及100%的肿瘤转移灶中均出现PI3K/Akt/mTOR传导通路中关键信号分子PTEN的突变。PTEN （Phoshatase and tensin homologue deletedon chromosome 10）基因是一个抑癌基因,位于人类第10号染色体上。主要作用底物是PIP3磷酸酶，对PIP3进行3位脱磷酸，丧失其功能。PTEN可使PIP3去磷酸化而减弱来自PI3K的激活信号，间接抑制Akt的功能，达到抑制细胞增殖和促进细胞凋亡的作用[7]。PTEN基因功能失常使得血管内皮生长因子VEGF（vascular endothelial growth factor）表达增加，从而引起肿瘤组织微血管密度增加；活化的Akt能提高低氧诱导因子-1a（HIF-1a）和它的转录靶基因VEGF的表达，使内皮细胞迁移形成新生血管，增加肿瘤细胞的血供；Akt作用于内皮细胞促进血管生成。内皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的主要功能是稳定血压、重建血管和血管生成，Akt还能使eNOS磷酸化产生NO，促进血管生成。

1.4 促进前列腺肿瘤的侵袭和转移

PI3K/AKt/mTOR通路与基质金属蛋白酶（MMP）的表达有关，可以上调MMP-2（基质金属蛋白酶-2）mRNA和蛋白质的表达。后者降解细胞外基质，在前列腺癌中参与肿瘤表皮细胞向间质细胞的转移过程[8]。p70S6K作为mTOR的下游蛋白之一，活化后可促进肌动蛋白的细丝重构，促进细胞运动。Akt磷酸化糖原合成酶激酶GSK，拮抗人β连环蛋白/联蛋白β-CAT的降解，胞浆中β-CAT积聚使其浓度增高，下调E-钙黏素表达，细胞间的黏附减少，增加了肿瘤细胞的运动性和侵袭性。

2 PI3K/Akt/mTOR通路在治疗前列腺癌中的应用

该条通路中多个分子的抑制剂都能够抑制肿瘤细胞的增长，大量靶向的PI3K／Akt／mTOR信号传导通路的药物不仅诱导肿瘤细胞凋亡，还可通过抑制肿瘤血管生成等途径而起效，该条通路的药物可以分为PI3K抑制剂、mTOR抑制剂、Akt抑制剂和双重抑制剂等等。

2.1 PI3K抑制剂

Maira等[9]的研究发现，PI3K抑制剂 GDC-0941和BKM120可以抑制雄激素非依赖型的前列腺癌细胞PC-3的增殖，且对裸鼠实验性移植瘤PC-3M有显著的生长抑制作用。BKM120的1期临床结果显示，该药最大耐受量是100 mg·d-1，应用该药常伴有恶心、腹泻、皮疹、抑郁、情绪波动、疲劳等副作用。该药在神经方面的不良反应提示BKM120可以透过血脑屏障，抑制脑内的PI3K/Akt/mTOR通路，这类不良反应是可逆的。因此，应用PI3K抑制剂时应该严密监视患者的精神状态。其他的 PI3K抑制剂包括 GDC-0941、SAR245408和不可逆的PI3K抑制剂PX-866在晚期前列腺癌中具有初步的抗肿瘤活性，且耐受性良好。

2.2 AKT抑制剂

作为重要的中心信号分子，Akt长期以来都被视为治疗癌症的抑制剂的重要靶点，但由于Akt和其他激酶的同源性，选择性Akt抑制剂的筛选变得极其困难。Akt抑制剂派立福辛可以下调Akt的磷酸化水平，上调抑癌基因p21的表达，从而抑制肿瘤细胞生长，促进癌细胞凋亡。派立福辛可以诱导PC-3和PTEN缺陷型前列腺癌细胞LNCaP的细胞周期阻滞[10]。尽管在早期的临床实验中，派立福辛表现出较好的安全性（患者仅出现恶心、呕吐、腹泻和疲劳等常见不良反应），但在去势抵抗性的前列腺癌患者中未见放射成像检查和血清PSA水平方面的变化。目前发现竞争ATP的选择性Akt抑制剂如GSK6-90693和GDC-0068在前列腺癌细胞移植瘤中显示出较好的生长抑制作用[11]。

2.3 mTOR抑制剂

mTOR抑制剂雷帕霉素和它同类型药物如伊维莫司、替西罗莫司和地磷莫司都是最早应用于临床的mTOR受体抑制剂[12]。替西罗莫司在体内和体外实验中均呈剂量依赖性的抑制DU-145和PC-3前列腺癌细胞生长，并能治疗对多柔比星抵抗的前列腺癌，且与多柔比星合并用药后，增强其抗癌活性。伊维莫司能够抑制前列腺癌细胞的增殖，并能在Akt-1转基因小鼠中通过低氧诱导因子HIF-1a依赖性途径，逆转前列腺上皮内瘤变PIN（prostatic intraepithelial neo-plasia），促进瘤变的自然转归，且可以增强前列腺癌放射治疗的敏感性。

在临床前研究中发现，早期的mTOR受体抑制剂均可抑制小鼠前列腺上皮瘤的形成，降低体内Akt过表达，并可抑制裸小鼠异种移植瘤PC-3和DU145的生长。

雷帕霉素同类型的药物在治疗转移性肾脏癌和胰腺癌中显示了良好的疗效，但是在治疗去势抵抗性的前列腺癌中，应用雷帕霉素的同类型药物在临床症状、放射检测、血清PSA水平和疾病恶化时程（2～3个月）方面，均没有显著改善[13]。此外，药效学研究显示，在手术摘除局部性高风险的前列腺肿瘤前，给予病人雷帕霉素治疗，70PS6K的表达减少，但在抑制肿瘤细胞增殖、促进细胞凋亡以及PSA水平方面未见变化，造成上述现象的相关机制尚在研究中。

2.4 新型双重抑制剂

许多小分子化合物可以同时作用于两个靶点，具有用药剂量小，效价高的特点。BEZ235呈现剂量依赖性的抑制PI3K和mTOR信号分子的活性，且无论PTEN基因是否表达，均能抑制PC3和DU145两类细胞增殖。在对异种移植瘤PC-3的裸鼠进行放射治疗前给予BEZ235可以增强放射治疗的效果。此外，在组织常氧或低氧的情况下，BEZ235均能同时抑制PI3K、mTOR的活性，且可增敏以上两类前列腺癌细胞的放射治疗，其放射增敏的效果与γH2AX聚焦修复作用的减弱和将肿瘤细胞阻滞在G2/M期有关[14]。

非瑟酮可抑制PI3K及Akt的活性，也可抑制mTOR的活性下调其下游信号p70S6K1、eIF-4E和4E-BP1的表达。非瑟酮是一种可食用的黄酮类化合物，在西红柿、洋葱、橙子、苹果、桃、葡萄、猕猴桃和柿子中均含有非瑟酮。Adhamid等[15]的研究发现，非瑟酮可以促进前列腺癌细胞LNCaP、CWR22Rν1和PC-3的凋亡，但对正常的前列腺上皮细胞几无影响。同时，对未做手术阉割的异种移植CWR22ν1的裸小鼠给予非瑟酮治疗，发现肿瘤体积减小，PSA水平下降。非瑟酮通过下调mTOR复合体的组成分子aptor、Rictor、PRAS40等的水平，抑制mTOR1复合体的形成，增强细胞自噬，干扰营养因子诸如氨基酸、生长因子的生成，从而抑制肿瘤细胞的生长。非瑟酮本身毒性小，活性高，因此可单独用药或作为其他传统化疗药物的佐药，在治疗前列腺癌中颇具前景。

3 与PI3K/Akt/mTOR通路相关的前列腺癌治疗方法

3.1 与抗雄激素类药物联合用药

雄激素通过与前列腺细胞内雄激素受体AR结合调节细胞的生长、分化、凋亡。雄激素受体属于类固醇核受体家族具有转录因子活性，作为前列腺癌诊断的重要指标的PSA便是其目的基因之一，大多数前列腺癌，无论是原发肿瘤还是转移灶，低级别的还是高级别的，还是在雄激素非依赖性前列腺癌的细胞核内都会阳性表达雄激素受体[16]。

PI3K/Akt/mTOR通路和雄激素受体的相互作用与前列腺癌的发生、进展及前列腺癌向雄激素非依赖性转变密切相关。如果抑制PI3K通路则会激活下游的受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases），AR受体会被活化。反之，如果AR受体活性抑制，就会降低FKBP5（FK506 binding proteins 5）水平，从而减弱PHLPP（PH domain leucine rich repeat protein phosphatase）特异性地使Akt C末端的疏水基团去磷酸化的能力，增强Akt的活性和表达水平。这两条通路相互之间的负反馈，即抑制一条通路就会激活另外一条，保证了肿瘤细胞的存活、促进肿瘤的生长。上述反馈机制为临床上的联合用药提供了理论基础。

Thomas C[17]发现Akt抑制剂AZD5363在抑制去势抵抗性的肿瘤生长和稳定PSA水平的方面都是暂时的，在治疗30天后，可出现药物抵抗，且PSA水平会升高。AZD5363和雄激素受体抑制剂比卡鲁胺联合用药后，对于抑制肿瘤细胞活性起到协同作用，且在去势抵抗型的前列腺癌体内实验中可以延缓肿瘤细胞转移时程，稳定血清中的PSA水平。此外，PI3K抑制剂BEZ235和雄激素受体抑制剂恩杂鲁胺联用可以显著抑制LNCaP细胞的生长，促进细胞凋亡。

3.2 与其他化疗药物联合用药

目前证实，多烯紫杉醇可抑制PI3K/Akt/mTOR通路的激活，Morikawa等[18]的研究发现，将PI3K/Akt/mTOR通路的抑制剂和多烯紫杉醇联合用药会提高临床前多种动物模型的抗癌效果。mTOR抑制剂依维莫司和多烯紫杉醇联合用药治疗去势抵抗性的前列腺癌的临床1期和2期试验已经完成，结果显示两者联合用药取得了良好的抗癌效果，同时PI3K抑制剂BKM120与紫杉醇联合用药对前列腺癌晚期治疗的临床1期试验正在进行。

在对前列腺癌的天然产物研究中，本课题组发现五环三萜类化合物齐墩果酸衍生物具有良好的抗氧化、抗炎以及抗肿瘤活性。CDDO是抗肿瘤作用较强的齐墩果烷三萜类化合物，CDDO的甲酯为CDDO-Me，该药已于2007年10月被美国FDA批准进入2期临床研究，用于黑色素瘤和胰腺癌的治疗。

本课题组对抗肿瘤活性较强的齐墩果酸衍生物CDDOMe进行结构改造，通过体外初筛试验最终得到抗肿瘤活性较好的化合物10 h，运用CCK-8法，测定10 h对体外培养肿瘤细胞的抑制率证实了新合成的五环三萜类化合物10 h，具有广谱的体外抗肿瘤作用，且在一定的浓度范围内，10 h可以选择性的抑制肿瘤细胞增殖，而对正常细胞的抗增殖作用较弱。探究其机制发现10 h通过PI3K/AKT/mTOR信号通路诱导前列腺癌DU-145细胞的凋亡。10 h还可以显著延长前列腺癌荷瘤DU-145裸小鼠的存活时间，且能显著减小裸小鼠移植瘤的相对肿瘤体积，最终证实10 h有确切的体内抗肿瘤活性。齐墩果酸对雄激素非依赖性前列腺癌的研究，国外虽有相关报道，但大多只限于细胞水平，鲜有动物水平或临床的报道。我们的课题首次从动物水平研究齐墩果酸衍生物对雄激素非依赖性前列腺癌的抑制，为今后的临床试验奠定了坚实的实验基础。

4 小结与展望

PI3K／Akt／mTOR信号传导通路具有抑制细胞凋亡、加快细胞周期运行、促进血管形成和肿瘤侵袭转移等的功能，在前列腺癌的发生和发展中发挥着重要的作用。目前以这条通路中的分子为靶点的许多药物正在进行临床前或临床试验研究。由于前列腺癌的发病进展是一个多基因、多步骤、多种信号通路之间相互作用的结果，因此在前列腺癌的治疗中，有时出现单一化疗及去势治疗抵抗的患者。联合多种抑制剂或者寻找作用于多种信号通路、多靶点的新药将会为前列腺癌提供新的治疗策略。

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Advance in PI3K/Akt/mTOR Signaling Pathway and Its Relationship with Prostate Cancer Research

JIA Yan-ju,JI Hui*
Department of Pharmacology,China Pharmaceutical University,Nanjing 211198

Prostate cancer is the most common cancer which threatens middle and old age men's health and is the second leading cause of cancer-related mortality in men.PI3K/Akt/mTOR signaling pathway promotes the progression of prostate cancer through maintaining cell survival,inhibiting cell apoptosis,accelerating cell cycle and angiogenesis.Here,we review the role of the PI3K/Akt/mTOR pathway in prostate cancer and discuss the potential use of pathway inhibitors in the evolving treatment landscape of prostate cancer.

Prostate cancer;PI3K;Akt;mTOR;Targeted therapy

R737.25

A

1673-7806（2015）02-160-04

贾艳菊，女，硕士生 E-mail:jia681448@163.com

*通讯作者季晖，女，教授，博士生导师，研究方向：生化药理E-mail:huijicpu@163.com

2014-09-25

2014-12-01