哺乳动物雷帕霉素靶蛋白及其抑制剂在乳腺癌临床诊治中的应用进展

王俊男，王一然，李恒宇，徐 拯

1.海军军医大学基础医学院，上海 200433 2.海军军医大学附属长海医院肿瘤科，上海 200433 3.海军军医大学附属长海医院甲状腺乳腺外科，上海 200433 4.海军军医大学科研学术处，上海 200433

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,属于磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase related kinase，PI3K)家族，位于PI3K-蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)-mTOR细胞信号通路的下游，与细胞的转录、翻译、增殖、代谢和转移等行为密切相关[1]。研究[2]表明,PI3K-Akt-mTOR信号通路的异常激活在人类多种肿瘤(如神经内分泌肿瘤、乳腺癌及肾癌)的发生、发展中发挥着重要作用。

目前，对乳腺癌治疗新策略的探索，不仅局限于靶点识别，更体现在对于调控肿瘤起始和进展的关键信号通路的表达、调节和作用的研究上。在乳腺癌治疗中，内分泌治疗及抗人表皮生长因子受体(human epidermal growth factor receptor 2, HER-2)靶向治疗是目前治疗激素受体阳性或HER-2阳性乳腺癌患者的重要手段，然而许多患者对此存在原发性及继发性耐药[3]。研究[4]表明，PI3K-Akt-mTOR信号通路的异常激活与上述耐药过程密切相关。mTOR抑制剂具有恢复内分泌治疗敏感性等作用，因此，在乳腺癌治疗领域有良好的应用前景。

近年来相关领域的研究发展迅速，本文综述了mTOR表达与乳腺癌关系及mTOR抑制剂在乳腺癌领域中的最新研究进展，以期为未来的研究方向提供重要的参考依据。

1 乳腺癌中mTOR、PI3K-Akt-mTOR信号通路

1.1 PI3K-Akt-mTOR信号通路与乳腺癌的发生发展 研究[5]发现，PI3K-Akt-mTOR细胞信号通路的异常激活在乳腺癌的发生发展中起重要作用，超过30%的浸润性乳腺癌涉及到了PI3K-Akt-mTOR信号通路的分子改变。另外，与某些遗传性家族综合征(Cowden病、Bannayan-Zonana综合征)相关的乳腺癌易感性常存在磷酸酶-张力蛋白基因(phosphatase and tensin homolog，PTEN)的胚系突变，而PTEN作为负向调节因子影响PI3K-Akt-mTOR信号通路的作用[6]。在乳腺癌中，导致PI3K-Akt-mTOR信号通路极度活跃的因素包括PIK3CA基因(负责编码PI3K催化亚基p110α)获得功能性突变、Akt1突变、Akt2扩增及PTEN的缺失等[4, 7]。相关突变促进了肿瘤细胞依赖于生长因子的独立增殖能力的发展，并使其能够免于某种细胞程序化死亡、抵抗化疗所引起的杀伤[8]，且与乳腺癌淋巴结转移、雌激素受体(estrogen receptor，ER)、孕激素受体的表达及HER-2的过表达均相关[9]。实际上，这些突变及PTEN缺失对乳腺癌发病机制的影响以及对患者病程发展的影响尚未完全阐明，甚至有研究[10]显示PIK3CA突变可能抑制了PI3K-Akt-mTOR信号通路的激活而发挥了截然不同的效应。

PI3K-Akt-mTOR信号通路在癌细胞形态、代谢、增殖和转移等方面有广泛的生物学效应[1]。随着相关研究的深入，更多确切的作用被揭示。Moscetti等[11]通过对通路蛋白表达情况的分析，得出相比于未发生转移的肿瘤，PI3K-AKT-mTOR通路在发生肝转移的乳腺癌中确切激活，显示PIK3CA突变和通路激活与乳腺癌肝转移的发生密切相关。另外，有研究[12]表明，真核细胞起始因子3C(eukaryotic initiation factor 3C，EIF3C)作为一种在多种肿瘤组织中过表达的原癌基因，在乳腺癌发展及增殖中发挥重要作用。敲低EIF3C基因，即可通过PI3K-Akt-mTOR信号通路抑制肿瘤细胞增殖并诱导凋亡。而PI3K-Akt-mTOR信号通路也与EIF3C翻译效率减低相关。因此，EIF3C可作为靶向治疗的针对位点。另外，一项有关Akt-mTOR信号通路的研究[13]显示，通过Akt及mTOR的同步活化调节O-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶的表达及O-N-乙酰氨基葡萄糖水平可以影响乳腺癌细胞的能量代谢。PI3K-Akt-mTOR信号通路上的其他各基因位点也被证实在肿瘤形成，转移及药物抗性形成等发挥作用[14-15]。

1.2 乳腺癌中mTOR基因多态性研究 mTOR基因位于染色体1p36.2上,具有3 434个基因多态性位点。许多基因多态性位点通过调节DNA转录，miRNA的绑定和拼接发挥关键效应[16]。有研究[17]表明，mTOR基因多态性与很多恶性肿瘤的个体易感性相关。一项针对中国西北地区人群的病例对照研究[18]显示，mTOR基因多态性(rs2295080)与中国人群的乳腺癌发病风险降低有关。一项对欧裔美国人和非裔美国人乳腺癌发病风险的研究[19]表明，mTOR单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism，SNP)对两种群的致癌影响不同。在欧裔美国人中，SNP位点(PRR5L rs3740958)变异型和SNP位点(CDKAL1 rs9368197)变异型与乳腺癌发病风险增加相关；而在非裔美国人中，SNP位点(RPTOR rs3817293)、SNP位点(PIK3R1 rs7713645)和SNP位点(CDKAL1 rs9368197)变异型与乳腺癌发病风险减低有关。在欧裔美国人中，SNP位点(FRAP1 rs12125777)的多态性造成的风险可能受肥胖等因素的影响。另有部分较早的研究[20-21]也对欧洲女性中mTOR基因多态性对乳腺癌发病风险的影响进行了探索。

1.3 PI3K-Akt-mTOR信号通路与乳腺癌内分泌治疗及靶向治疗耐药 部分乳腺癌存在雌激素依赖的生长方式，内分泌治疗可通过抑制ER信号通路发挥治疗作用[3]。临床上很多患者对内分泌治疗存在原发或获得性耐药，而且乳腺癌发生转移者，内分泌治疗也未能有效抑制病情进展。耐药发生有多种机制，包括雌激素受体本身功能发生变化；或与雌激素信号通路存在交叉或互补的信号通路；肿瘤细胞获得逃逸途径等[22]。

研究[23]显示，乳腺癌内分泌治疗的耐药形成与ER信号通路和PI3K-Akt-mTOR信号通路以及ER通路和HER-2信号通路之间的相互关联有关；此外，雌激素依赖性的生长方式至少部分是由PI3K-Akt-mTOR通路介导的，此通路的过度活化导致即使在内分泌治疗的情况下仍有相当一部分乳腺癌细胞可以存活[2]。

以曲妥珠单抗为基础药物的抗HER-2靶向治疗，可通过抑制PI3K-Akt信号通路下游的HER-2受体抑制肿瘤细胞生长，但在HER-2过表达型乳腺癌中，PIK3CA基因突变和PTEN的缺失促进曲妥珠单抗治疗的低反应性及耐药形成[4]。文献[4]报道在超过8 000个基因的mRNA筛选中,只确定了PTEN的抑制可介导曲妥珠单抗耐药。乳腺癌中HER-2靶向治疗耐药的潜在机制可能为：其他细胞分子引起的空间位点受抑制、靶向受体分子结构的改变、下游细胞信号调控的改变及与其他信号通路之间的关联等[24]。

1.4 PI3K-Akt-mTOR信号通路的多样化抗癌作用 除针对上述内分泌治疗及靶向治疗耐药机制的研究外，近几年研究者发掘得出各种不同药物及化学物质可通过PI3K-Akt-mTOR信号通路发挥各类抗乳腺癌效应。如咪唑类药物可通过负向调节PI3K-Akt-mTOR信号通路诱导肿瘤细胞凋亡[25]。丹参酮Ⅰ及丹参酮ⅡA分别通过PI3K-Akt-mTOR通路及mTOR-p70S6K-4E-BP1通路显示出抗癌特性[26-27]。研究[28]证实，在条斑紫菜中提取的肽类物质通过mTOR信号通路调节肿瘤细胞自噬和发挥抗癌作用。类似的效应也可能存在于所提取的多糖及蛋白类物质中。另外，中药槐耳[29]、大豆抗毒素[30]、降糖药苯乙双胍[31]等也通过相关机制影响mTOR信号通路调节，起到抑制肿瘤细胞增殖的效应。多种抗乳腺癌化学物质的发现提示更有效的乳腺癌治疗药物的研发领域，为应对传统机制下治疗药物的敏感性下降提供方向。

2 mTOR抑制剂在乳腺癌治疗中的作用

目前，多种mTOR抑制剂已在乳腺癌治疗领域发挥重要作用。多项临床试验联合mTOR抑制剂和内分泌疗法或抗HER-2的靶向治疗，评估其在预防耐药、恢复初始敏感性方面的作用[32-33]。mTOR抑制剂依维莫司也已被美国食品与药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准联合依西美坦用于治疗绝经后激素受体(HR)阳性、HER-2阴性且经来曲唑或阿那曲唑治疗失败的晚期乳腺癌患者[8]。其他应用于乳腺癌治疗的mTOR抑制剂和PI3K-mTOR双重抑制剂如NVP、BEZ235、P7170等也正在研发[4,34]。相关研究在以下领域取得最新进展。

2.1 mTOR抑制剂的临床应用及对其安全性的评价 大量研究对于mTOR抑制剂(如依维莫司的临床价值[35]、适用人群及敏感性指标[36]、预后影响[37]等)进行探讨。随着相关临床试验的深入，依维莫司等mTOR抑制剂具有较好临床疗效及应用价值已毋庸置疑[35]。对于HR(+)/HER2(-)的中国乳腺癌患者，联合依维莫司和内分泌治疗也被证明有效且不良反应发生并没有明显增加[36]。

目前的临床试验集中于对依维莫司等安全性的评价。研究[38]显示，mTOR抑制剂的主要不良反应及发生率为口腔炎(60%)、非传染性肺炎(15%)、皮疹(40%)、高血糖(15%)及免疫抑制(40%)等。多项研究评价mTOR抑制剂联合应用的安全性：如意大利的多中心试验临床研究[11]表明，依维莫司与依西美坦联用并未增加药物毒性。欧洲的一项对依维莫司安全性评价的大型Ⅲb期临床试验[39]显示，在接受依维莫司治疗的受试者中，8.5%的受试者至少发生1次严重不良反应事件。发生频次最多的严重不良反应分别为呼吸困难(2.4%)，非感染性肺炎(2.2%)，发热(1.6%)，贫血(1.3%)和胸腔积液(1.2%)。在老年组及非老年组，严重不良反应发生率分别为10.3%和7.8%。此外，美国的一项多中心Ⅱ期临床试验[40]发现，地塞米松口腔用药对依维莫司引起的口腔炎有良好疗效。以上研究显示，依维莫司引起的不良反应较多，发生广泛且可导致严重后果。因此在临床应用中应加强监测，做到早期诊断和有效干预。

2.2 不同药物与mTOR抑制剂的协同作用 多种药物的联合使用已成为显著提升治疗效果并减少耐药发生的重要治疗手段。mTOR抑制剂可与内分泌治疗药物及抗HER-2靶向治疗药物联用以有效控制乳腺癌进展。此外，目前研究发现其他不同药物与mTOR抑制剂有协同作用。针对癌细胞能量代谢的研究[41-42]显示，通过抑制谷氨酰胺酶活性，可以减少肿瘤细胞分解谷氨酰胺，降低其能量供应并抑制肿瘤细胞生长。更重要的是，在三阴型乳腺癌中，谷氨酰胺酶抑制与mTOR抑制协同产生作用，提示两抑制剂的联合使用可成为三阴型乳腺癌的有效治疗策略[43]。另外有研究[44]表明，PI3K/mTOR双重抑制剂BEZ235与组蛋白脱乙酰酶抑制剂曲古菌素A(trichostatin A，TSA)联合应用，可以通过诱导肿瘤细胞凋亡，增强肿瘤细胞自噬行为的方式，显著抑制肿瘤细胞生长。并且，活体肿瘤模型显示两种药物联用并无明显不良反应。另有研究[15]显示，聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶抑制剂与mTOR抑制剂联用产生的肿瘤抑制效应有着良好的应用前景。值得关注的是，对不同作用机制mTOR抑制剂的研究[45]显示，mTOR复合物1特异性抑制剂依维莫司，PI3K/mTOR双重抑制剂以及pan-PI3K抑制剂GDC-0941之间的联合使用可以明显提高乳腺癌的治疗效果。以上研究表明，在乳腺癌中，多种不同药物与mTOR抑制剂联合使用已展现出独特的研究价值和深远的治疗意义。

2.3 乳腺癌中mTOR抑制剂的其他效应 mTOR抑制剂已显示出在肿瘤生物学行为中的多元作用。研究[46]显示，mTOR抑制剂在降低肿瘤细胞细胞周期调控活性的同时，可损害破骨祖细胞形成破骨细胞的过程，抑制骨质损失；并通过大幅抑制骨转移组织中MDA-MB-231细胞的生长，发挥减少乳腺癌骨转移发生发展的作用。实验[47]观察发现，在芳香酶抑制剂抵抗的人乳腺癌细胞中，依维莫司可通过降低雌激素受体表达而发挥抗肿瘤作用，然而其诱导肿瘤细胞凋亡的作用并不通过肿瘤细胞自噬而实现，反而受到肿瘤细胞自噬作用的抑制。因此，可以推测肿瘤自噬抑制剂与依维莫司等mTOR抑制剂联合应用可能会对芳香化酶抑制剂抵抗的乳腺癌产生较好治疗效果。mTOR抑制剂的作用广泛，在乳腺癌治疗领域有广阔的研究及应用前景，值得深入研究。

3 总结与展望

综上所述，mTOR位点与PI3K-Akt-mTOR信号通路在乳腺癌的发生发展中发挥重要作用，以mTOR抑制剂为代表的通路相关药物在晚期乳腺癌治疗中极具应用价值。但由于PI3K-Akt-mTOR信号通路调控肿瘤形成和产生耐药的潜在机制异常复杂，且存在Akt旁路活化等伴随现象，需进一步发展mTOR抑制剂及其他相关药物的基础研究及临床试验，以期更好地改善晚期乳腺癌患者的预后。