PI3K/AKt/mTOR信号通路与肿瘤关系的研究进展

柳望舒，俞 松

(遵义医学院附属医院小儿矫形外科，贵州 遵义 563003)

PI3K/AKt/mTOR信号通路与肿瘤关系的研究进展

柳望舒，俞 松

(遵义医学院附属医院小儿矫形外科，贵州 遵义 563003)

近年来，随着人们对肿瘤信号通路的不断研究，其中尤以PI3K/AKt/mTOR信号通路已逐渐成为研究热点，胞內磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)作为该信号转导通路中重要的介导分子，发挥着不可或缺的作用。因此，本文就PI3K/AKt/mTOR信号通路的激活及其主要效应分子的作用机制，与肿瘤及血管瘤之关系的研究进展作一介绍。

PI3K/AKt/mTOR信号通路；胞內磷脂酰肌醇-3-激酶；肿瘤；血管瘤

磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K) /蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又称AKt)/雷帕霉素靶蛋白(Mamalian target of rapamycin，mTOR)信号通路作为肿瘤领域的研究热点，被证明在多种人类肿瘤中异常激活，通路中的某些组分的突变可引起细胞转化、调控肿瘤细胞的存活、增殖及迁移，同时，针对调节PI3K/AKt/mTOR信号通路参与肿瘤生长的实验研究也有了相应的发现和认识。现对该信号通路的激活及主要效应分子的作用机制，与肿瘤及血管瘤之关系等阐述如下。

1 PI3K/ AKt/ mTOR信号通路

PI3K/AKt/mTOR信号通路作为调节细胞周期和细胞凋亡的众多机制之一，通路中的一个组件失调则可引起肿瘤的发生[1]。受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTK)在生长因子的激活下调控PI3K/AKt信号通路的活化，这些生长因子包括胰岛素样生长因子(IGF)、表皮生长因子(EGF)及肝细胞生长因子(HGF)，通过磷酸化酪氨酸残基激活RTK。而PI3K与磷酸化的酪氨酸残基结合后激活PI3K的催化亚基。IA型PI3K的催化亚基p110α激活后，通过结合p85α使PI3K活化，从而进一步磷酸化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸(PIP2)为磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸(PIP3)。PIP3作为重要的第二信使和介导因子，通过与AKt的PH结构域相互作用招募AKt从细胞质到细胞膜上。介导AKT的膜转位、磷脂酰肌醇依赖性蛋白激酶1(phosphatidylinositol-dependent kinase 1，PDK1)和雷帕霉素寡蛋白复合体1(mammalian target of rapamycin complex1，mTORC1)分别磷酸化Thr308位点和Ser473位点，这是AKt激活的必备条件。完全激活的AKt通过其对上下游的调控进而调节细胞增殖、凋亡等过程。与此同时，PIP3磷酸酶PTEN(Phosphatase and tensin homologue deleted on chromo-some ten)通过保持通路激活的平衡成为该通路的调控者。而激活后的AKt磷酸化结节性硬化症复合物(TSC2)和PRAS40，使mTOR不再受抑制而活化。mTORC1复合物磷酸化核糖体S6激酶和转录起始因子4E(4E-BP1)调节蛋白质的合成，从而调控蛋白质翻译和细胞生长[2]。

2 PI3K/AKt/mTOR信号通路中重要的介导分子的结构特点

2.1 PI3K PI3K由调节亚基p85和催化亚基p110组成的异源二聚体[3]。根据p110的结构特点和底物分子的不同，PI3K可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚型。在PI3K家族中，关于Ⅰ型的研究最多，可分为ⅠA和ⅠB两个亚类，其中，ⅠA包括p110α、p110β、p110θ，能与p85亚基结合形成二聚体；ⅠB包括p110γ，不能结合p85亚基，但是能结合一接头蛋白，该接头蛋白分子质量为101×103，可介导G蛋白的β、γ亚基而活化p110。调节亚基p85的N端有SH3结构域和脯氨酸富集区，两者可以相互结合，C端有2个SH2结构与和1个能与p110结合的区域。PI3K可被G蛋白偶联受体和酪氨酸激酶受体激活，也可被Ras蛋白激活。

2.2 AKt AKt是一种能够通过磷酸肌醇被募集到细胞膜上而激活的丝氨酸/苏氨酸激酶，分子量约为60KD，它与蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)同源，是PI3K/AKt信号通路中极为重要的下游效应分子。AKt家族中至少有AKt1、AKt2、AKt3三个亚型，也可依次称为PKBα、PKBβ、PKBγ。根据Sale等的研究发现，其中主要以AKt2/PKBβ参与下游信号分子的活化[5]。AKt的N端含有一个PH结构域，是特异性血小板-白蛋白C激酶底物同源结构域，可介导脂质-蛋白质和蛋白质-蛋白质之间的相互作用，结合PIP3使AKt在激活过程中发生膜转位，还可促使构象改变，而它的突变或缺失可直接导致AKt活性的降低甚至丧失，因此具有十分重要的作用。

2.3 mTOR mTOR是丝氨酸/苏氨酸磷脂酰肌醇-3-激酶相关激酶家族成员(PIKK)唯一的磷酸化蛋白底物[1]，由两个分子量约为280kD且同源性约为70%的复合物mTORC1(mammalian target of rapamycin complex1，mTORC1)和mTORC2(mammalian target of rapamycin complex2，mTORC2)构成，其中mTORC1由 mTOR、mLST8、DEPTOR、RAPTOR和AKT1S1/PRAS40 组成，mTORC2由mTOR，mLST8，DEPTOR，PRR5，RICTOR和MAPKAP1组成。两种复合物均可调节细胞生长，但在细胞中扮演不同角色，mTORC1对雷帕霉素敏感，可促进mRNA翻译、核糖体合成与细胞自噬，mTORC2对雷帕霉素不敏感，可促进细胞进入细胞周期、细胞的存活、细胞骨架的重塑和代谢[6]。作为mTORC1的组成部分，mTOR是AKt的下游效应分子，而活化的AKt可间接激活mTORC1[7]。mTORC2通过磷酸化Akt的Ser473位点上调PI3K/AKt/mTOR信号通路的活性[8]，从而促进肿瘤细胞的生长。

FRB(FKBP12/rapamycin-binding)域，是雷帕霉素特异性抑制mTOR时重要的结合部位，从而抑制mTOR激酶活性；FAT (the focal adhesion targeting domain)域，它能与位于C 末端的FATC (the focal adhesion targeting domain of C-terminal)域通过分子内协同作用形成特定的空间构象调节mTOR 激酶活性[9]。

3 PI3K/AKt/mTOR信号通路抑制剂

3.1 NVP-BEZ235 NVP-BEZ235是一种新型口服PI3K/mTOR双重抑制剂[10]，其化学成分是咪唑并喹啉类的小分子合成物，这类复合物对Ⅰ型PI3K的四个亚类和下游的mTOR激酶的催化活性均是一种有效且可逆的抑制剂[11]。NVP-BEZ235目前尚处于第二期临床试验测评中，而越来越多的研究表明NVP-BEZ235可在广泛的肿瘤细胞株和试验性肿瘤范围内发挥有效的抗增殖和抗肿瘤活性，且耐受性良好[12]。有报道NVP-BEZ235在前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌和胶质母细胞瘤等许多临床前期模型中可抑制肿瘤的生长。NVP-BEZ235诱导细胞周期阻滞，但不是细胞凋亡，而NVP-BEZ235诱导细胞周期阻滞主要依赖p21和p27基因的表达[13]。目前在体外研究表明，NVP-BEZ235不仅通过 p-mTOR的ser2448位点的去磷酸化下调mTOR的活性，而且降低AKt的活性，使其Ser473位点磷酸化水平降低。根据肿瘤细胞的类型，PI3K/AKt/mTOR信号通路抑制剂已被揭示的功能有通过组织细胞周期而抑制细胞增殖，通过诱导细胞凋亡而产生细胞毒性[14～16]。

3.2 PI3K/mTOR双重抑制剂与mTOR抑制剂的联用 激活后的mTOR分别通过磷酸化转录起始因子4E结合蛋白1(4EBP1) 导致蛋白质翻译的起始，及核糖体蛋白S6K1上调mRNA翻译的起始，从而使蛋白质的合成增加[17，18]。抑制mTOR，则可使细胞周期阻滞在G1期，从而抑制细胞的生长，并触发其凋亡。但也有研究表明，当雷帕霉素衍生物抑制mTORC1 时，可诱导一个负反馈环激活，进而导致PKB磷酸化，使PI3K /AKt信号通路重新激活，并可通过PI3K /AKt信号通路重新磷酸化ERK信号通路[19]，因而单独使用mTOR 单抑制剂易导致药物抵抗。联合使用PI3K/mTOR双重抑制剂与mTOR抑制剂可以减弱因抑制mTORC1时产生负反馈作用，更加有效地抑制细胞的增殖、生长，促进肿瘤细胞的凋亡，从而达到更为明显药物疗效。

4 PI3K/AKt/mTOR信号通路与肿瘤的关系

PI3K /AKt信号通路能够激活细胞周期依赖性蛋白激酶-2(CDK-2)和细胞周期依赖性蛋白激酶 (CDK-4)，使细胞进入S期，诱导DNA的合成，还可通过磷酸化CHk1的Ser280位点使其失活，而CHk1是细胞S期和G2/M期的限制点，抑制了CHk1，就可使细胞顺利进入G2/M期。目前的证据表明，AKt可积极有效地调节细胞从G2期至M期，且在上皮细胞中，G2/M期时相AKt存在高表达，促进细胞进入有丝分裂[20]。而PI3K抑制剂可阻止或延缓细胞从G2期至有丝分裂的进程，诱导停滞在G2期的细胞发生凋亡[20，21]。

PI3K/Akt/mTOR 通路能够调节细胞生长、增殖、促进细胞周期进展以及参与血管形成等多种功能，是最主要的抑制细胞凋亡的信号途径。在细胞凋亡的过程中，Bad可与Bcl-2或Bcl-xl形成复合物促进凋亡，激活后的AKt是一种高效Bad激酶，通过磷酸化Serl36位点阻断其诱导细胞凋亡[22]。因此，PI3K抑制剂可抑制AKt的活性，降低其对细胞凋亡的抑制作用，进而达到抗肿瘤的作用。

5 PI3K/AKT/mTOR信号通路与血管瘤的关系

PI3K/Akt/mTOR 信号通路不仅在恶性肿瘤中异常激活，在婴幼儿血管瘤中也可表达异常。我们早先的研究已证实，体外培养的人血管瘤内皮细胞中mTOR呈高表达时，G0/G1期比例下降，S期比例升高，细胞处于增殖状态；用mTOR抑制剂雷帕霉素处理后，mTOR表达下调，细胞阻滞于G0/G1期，细胞生长处于抑制状态[22]。此外，在婴幼儿血管瘤中也观察到增殖期mTOR表达上调，而消退期则下调[23]。这些证据都表明，PI3K/Akt /mTOR 信号通路在血管瘤的病理演变中起重要作用。马欣等[24]通过检测BEZ235干预后的人Burkitt淋巴瘤细胞株中AKt(Thr308)、AKt(Ser473)及RPS6蛋白和基因的表达情况发现，BEZ235可有效地抑制细胞增殖、促进细胞凋亡，且对细胞增殖的抑制作用呈时间-剂量依赖性，对AKt的磷酸化水平的抑制作用呈显著的剂量依赖性。

综上所述，PI3K/Akt/mTOR 信号通路参与多种肿瘤的发生、发展过程，在促进细胞增殖、抑制细胞凋亡中发挥着重要的作用。NVP-BEZ235是最新的PI3K/mTOR双重抑制剂，不仅对PI3K 有着强烈的抑制作用，而且对mTOR 具有抑制效应；还能有效地降低S6K1磷酸化水平[25]，为肿瘤的治疗提供了新思路和新的靶点。但目前，该药物仍处于临床前期的试验阶段，人体服用的剂量、时间以及服用后的副作用等都处于实验探索时期，仍需要大量的基础和临床研究工作。

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国家自然科学基金资助项目(编号：81460476，81160330)

俞松，男，教授，主任医师，硕士生导师。中华医学会小儿外科分会委员，贵州省医学会常务理事兼副秘书长。主要研究方向：小儿矫形外科、血管瘤与血管畸形的基础与临床研究。

R730.2

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1672-6170(2016)04-0020-04

2016-05-11)