PI3K/AKT/mTOR信号通路及PI3K/mTOR双重抑制剂在胃癌中的研究进展

江孝蓉,王正根

胃癌是全球第四大常见癌症[1]，也是全球第二大癌症死亡原因[2]。胃癌在我国各种恶性肿瘤中发病率和死亡率均居首位，每年新发病例约40万例,占世界总发病例数的42%[3]。根治术后早期胃癌预后良好，中晚期胃癌的生存期令人沮丧，而大多数胃癌被诊断时已为晚期。胃癌迁移能力高，预后差，5年生存率20%，因此，胃癌的治疗极具挑战性[4]。

许多研究表明PI3K/AKT/mTOR信号通路在介导胃癌细胞生长、增殖、代谢、生存和血管生成中起着至关重要的作用[5]。目前多项研究发现该通路关键靶点的抑制剂能够抑制胃癌细胞增殖[6-8]，PI3K途径的靶向治疗成为抗肿瘤热点,现多种药物如PI3K，AKT或mTOR激酶抑制剂正处于临床研发阶段，依维莫司(mTOR的特异性抑制剂)活性高、有效性及安全性好，已在胃癌的Ⅱ期临床研究中，并在准备全球Ⅲ期临床研究[9]，然而，目前除了曲妥珠单抗，在胃癌领域几乎没有任何有效的靶向治疗。考虑到HER-2阳性表达率仅为4%-28%，只有少部分胃癌患者受益。且许多单靶点抑制剂效果不理想，为了寻找胃癌治疗的新靶点药物，越来越多的双重靶点抑制剂PI3K/mTOR被研发。该文在分子水平上总结PI3K/AKT/mTOR信号通路及PI3K/mTOR双重抑制剂在胃癌中的研究进展，为胃癌的靶向治疗提供新思路。

1 PI3K/AKT/mTOR信号通路的组成与功能

PI3K/AKT/mTOR通路是已证明其在胃肠道等多系统恶性肿瘤中具有活性，且该通路状态与疾病分期、肿瘤分化程度、淋巴结转移和远处转移、肿瘤大小和化疗敏感性有显着的相关性[10]。PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，根据一级结构分为Ⅰ类，Ⅱ类和Ⅲ类。目前，只有Ⅰ类严格参与调控这条途径，并被证明与癌症相关。1A类PI3K是由p110催化亚基和p85调节亚基组成的异二聚体，研究最广泛。现已知有6种调节亚基及4种催化亚基，催化亚基即p110α,β,δ,γ，前3种分别由PIK3CA，PIK3CB和PIK3CD编码[11],δ仅限于白细胞，其余的广泛分布于各种细胞。PI3K具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶及磷脂酰肌醇激酶的活性，其活性的增加常与多种癌症有关。

AKT亦称为蛋白激酶B(PKB)，分为AKT1、AKT2、AKT3或PKBα,PKBβ,PKBγ3种亚型，Akt1分布于众多组织中，Akt2主要分布在肌肉和脂肪细胞中，而Akt3在睾丸和大脑中表达，各亚型的功能可有重叠。Akt主要由三个结构域组成：PleckstrinHomology(PH)结构域，中央激酶催化结构域(CAT)和含有调节性疏水基序(HM)的C端延伸(EXT)。催化后两者结构域是PI3K信号下游Akt完全激活所必需的。PDK1(phosphoinositidedependentkinase-1)选择性磷酸化Akt的CAT结构域上的Thr(308)，而负责AktEXT结构域上Ser(473)磷酸化的激酶仍然是未知的。因此，Akt上Ser(473)和Thr(308)残基的磷酸化是其完全活化所必需的[12]。

mTOR是一种保守的丝氨酸-苏氨酸激酶[13]，为AKT下游通路的主要靶点，能增加蛋白质的生成，刺激细胞的关键过程[14]，是介导Ser/Thr蛋白激酶营养依赖的细胞内信号与细胞生长、增殖和分化[15]。mTOR作为细胞生长的中央调节因子，通过与rictor或raptor两个关键的调节器结合形成不同的蛋白复合体：TORC1(mTOR/raptor复合体)和TORC2(mTOR/rictor复合体)[16]。mTORC1通过磷酸化核糖体蛋白S6激酶(p70S6K)和翻译真核起始因子4E结合蛋白1(4E-BP-1)等关键翻译调控因子刺激蛋白质合成从而支持细胞生长和增殖，细胞代谢和血管生成[17]。mTORC2磷酸化Akt和SGK1，调节细胞存活，凋亡和细胞骨架组织[18]。在正常情况下，PI3K/AKT介导的TSC2的失活导致TSC1/TSC2蛋白复合物的蛋白酶体降解，从而mTOR激活，同样PTEN功能的丧失、PI3K的突变或扩增、Akt的扩增以及Akt相关的mTOR-调控蛋白的失活或突变都亦可激活mTOR[16,19]。

总而言之，PI3K为信号通路的起始，在致癌细胞中可被激素、生长因子及其他刺激因素激活从而产生信使PIP3，从而使失活的Akt经历构象变化，Ser124 /Thr450和Thr308 /Ser473位点被连续磷酸化，导致Akt信号的激活，从而进一步触发mTOR的磷酸化[10]。当细胞处于致癌状态时，PI3K/AKT信号的增加，TSC1和TSC2蛋白介导的生长因子信号传导激活mTOR，TSC1和TSC2形成二聚体(TSC1 /TSC2)间接调节mTOR活性。当上游信号被激活时，TSC1 /TSC2被AKT抑制，允许mTOR(mTORC1)激活。P70S6K1和mTOR复合物2(mTORC2)似乎作为负反馈机制来阻止AKT和其他蛋白质在mTORC1上的活性，故PI3K/AKT活性增加，从而激活mTOR复合物1(mTORC1)磷酸化并降低P70S6K1-mTORC2的反馈活性。这些变化致线粒体过程失控，增加血管新生及核糖体生物合成以获得更大的蛋白质合成，从而促进细胞生长、增殖及血管生成[5,10]。

2 PI3K/AKT/mTOR信号通路与胃癌

PI3K/Akt/mTOR信号通路是细胞增殖和存活的驱动器，涉及胃癌细胞的生长、代谢、存活、转移和对化学疗法的抗性[20]。有研究表明，PI3K、AKT和mTOR在胃癌组织中异常表达且表达阳性的患者更可能处于胃癌晚期，胃癌组织中磷酸化Akt水平高于周围非肿瘤组织，且水平与肿瘤深度，淋巴结转移阶段显著相关，预后差[21]。根据癌症基因组图谱研究，激活PI3K突变可能存在于Epstein-Barr病毒相关的胃癌。YingJ在胃切除术后I期至IV期的59个原发病灶样品行免疫组化结果显示阳性PI3K、p-AKT和p-mTOR的百分比分别为49%，58%和56%[22]。Murakami[23]等研究发现癌组织中PI3K和AKT的表达水平明显高于癌旁组织。SasakiT等研究表明AKT在胃癌发生和进展中起关键作用，证实了AKT磷酸化、TERT表达与端粒酶活性之间的关联，高水平pAKT或pAKT和hTERT水平高的患者的生存率更低，pAKT和pAKT/hTERT水平是胃癌可靠的预后因素。AKT有多种不同的功能，AKT1被认为是促进癌症进展的凋亡抑制剂。通过AKT催化的磷酸化使Bcl-2拮抗剂的细胞死亡，导致启动子从Bcl-2解离。AKT激活核因子κB，导致许多生存基因的转录上调。AKT还通过缺氧诱导因子1依赖性和独立机制增加上调血管内皮生长因子(VEGF)促进血管生成。AKT是连接炎症和肿瘤发生的关键蛋白，AKT的表达和激活促进胃癌发生，也是预测人胃肠癌转移的生物标志物，故AKT可作为治疗胃癌的有效分子靶点[24-25]。雷帕霉素(mTOR)调节许多致癌和代谢事件(包括自噬)的功能的关键点，mTOR抑制诱导分解代谢过程，其包括自噬和细胞生长抑制。研究已表明哺乳动物中mTOR的激活受PI3K/AKT激酶级联反应调控，或者通过降低一些蛋白激酶如p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，胞外信号调节激酶(ERK)1 / 2和c-JunN端激酶(JNK)。mTOR的磷酸化促进下游靶点如p70-S6激酶(p70S6K)和真核起始因子4E结合蛋白1(4E-BP1)，导致调节多种细胞进展[26]。细胞外基质降解是癌细胞侵袭和转移的必要步骤。基质金属蛋白酶(MMPs)能降解细胞外基质并破坏基底膜，尤其是MMP-2和MMP-9已经证明涉及癌症侵袭和转移。有研究表明人结肠癌HCT116细胞系中激活mTOR来增强MMP-2分泌促进肿瘤转移。XiongJ等[20,27]证明激活PI3K/Akt信号通路促进胃癌腹膜转移。mTOR是AKT下游重要靶点，我们猜测在胃癌中亦可通过激活mTOR来促进肿瘤转移。

3 PI3K/mTOR双重抑制剂与胃癌

由于胃癌起病较隐匿，我国约有40%的胃癌患者在确诊时已为晚期，晚期胃癌患者的5年生存率仅为5%，传统的化疗药物毒副作用大，如骨髓抑制、胃肠道反应等。随着对胃癌PI3K/AKT/mTOR信号通路的深入研究，分子靶向治疗成为热点，具有特异性高、毒性小、疗效较好等优势。PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制剂分四类：PI3K抑制剂(LY294002，MK2206)、AKT抑制剂(MLN1117)、mTOR抑制剂(依托莫司，现唯一进入晚期胃癌患者Ⅲ期临床试验的药物)、PI3K/mTOR抑制剂(PF-04691502、VS-5584)。mTOR抑制剂未能改善晚期胃癌的GRANITE-1III期临床试验的存活，可能是因为mTOR抑制剂可通过负反馈激活PI3K/AKT和MAPK通路，减弱其抗癌作用，使单药靶向抑制剂的疗效有限。新的临床研究表明同多靶点的联合抑制可进一步改善治疗功效[22]。PI3K/mTOR双重抑制剂通过结合这些酶的ATP结合裂解来抑制PI3K和下游mTOR激酶活性。相对于单一抑制剂，这些药物有利于抑制mTORC1和mTOCR2以及所有PI3K的异构体[28]。因此，为了发现低毒性和良好的药代动力学特征的药物,越来越多的PI3K/mTOR双重抑制剂被研发，比如VS-5584、PF-04691502、PI103、NVPBEZ235等。

VS-5584，由SB2343更名而来，是一种低分子量的mTOR和PI3K双重抑制剂，抑制PI3K和两种mTOR复合物(mTORC1和mTORC2)的所有同种型，在体外对一组癌细胞系具有纳摩尔抑制浓度，并且增加对带有PIK3CA突变的细胞系的敏感性，并且还表现出有利的体内药代动力学特征。VS5884在HER2过表达的胃癌异种移植物模型(NCIN87)和小鼠实验中显示对肿瘤生长的统计学显着的抑制。并且在这些异种移植模型中也表现出协同效应，吉非替尼是EGFR抑制剂(EGFRi)，目前正在进行GC(GastricCancer)治疗的Ⅱ期临床试验。由于这种药物在胃许多癌细胞类型和在小鼠实验中显示出了很好的抗肿瘤生长效果，为胃癌异种移植模型中已被证明具有单一疗法和联合疗法的功效，在包括胃癌在内的患者早期临床试验中的VS5884检测提供了可靠的依据[22,28]。

费德荣等[6]研究表明PF-04691502能够抑制SGC-7901胃癌细胞的增殖，使细胞停滞于G1期，PF-04691502能激活caspases的活性从而诱导SGC-7901细胞凋亡，这为PF-04691502应用于胃癌的临床治疗提供了理论基础与实验依据。

PI103是一种ATP竞争性PI3K和mTOR抑制剂，对纳摩尔浓度的p110和mTOR的不同同种型具有不同的敏感性。最近在5FU处理中评估了它在体外和体内增强GC的抗肿瘤反应的协同效应。曾有研究表明PI103用于增强GC的5FU化疗，使用5FU来治疗GC患者时，由于这些患者的应答率的变异性而表现出局限性。PI103与5FU的这种协同效应还与PIK3CA突变和PI3K/Akt/mTOR途径的下游效应子和胸苷酸合酶(一种在vitr产生用于DNA合成的胸苷酸前体的酶)的减少有关。两项临床前研究评估了mTOR/PI3K抑制剂对胃癌细胞的体内抗肿瘤活性。在异种移植小鼠模型中，BEZ235仅在NCI-N87异种移植物中显示出显着的剂量依赖性抗肿瘤反应。在其他异种移植小鼠模型中，尽管mTOR/PI3K靶标调节，但BEZ235不损害肿瘤生长。在五个胃癌细胞系中的三个中鉴定了PI103增强的5-FU敏感性，并且PIK3CA突变被鉴定为用于预测协同作用的潜在有用的生物标志物[29]。

NVPBEZ235是一种新型PI3K和mTOR双重抑制剂，在纳摩尔范围内具有抑制剂量，最开始于乳腺癌的阶段性试验。最近有项研究显示，在NCIN87，AGS和SNU16GC细胞中，单用BEZ235或联合nab-paclitaxel，体外PIK3CA突变状态和体内SNU16异种移植模型的抗肿瘤反应增加。因此，随着NVPBEZ235用于胃癌靶向治疗的临床前研究越来越多，NVPBEZ235可能成为用于胃癌等实体瘤的临床试验的潜在候选药物[28]。

4 总 结

PI3K/Akt/mTOR信号通路与胃癌的进展关系十分密切，由于胃癌通路的复杂性，单一靶点抑制剂的疗效尚欠佳，未来胃癌治疗研究趋势是针对通路的多靶点。目前，一些PI3K/mTOR双重抑制剂正在进行临床前或临床试验研究，为胃癌患者特别是晚期胃癌患者带来了新的曙光。我们应进一步深入研究PI3K/Akt/mTOR信号通路与胃癌的关系，争取研发更多高效的多靶点药物并探索合理的联合用药方案，努力为胃癌患者提供更加精确有效的个体化治疗方案，大幅度提高胃癌患者的生活质量。

【参考文献】

[1]SHENL,SHANYS,HUHM,etal.ManagementofgastriccancerinAsia:resource-stratifiedguidelines[J].LancetOncol, 2013,14(12):e535-e547.

[2]ZHOUJ,CHENGB,TANGYC,etal.GeneticandbioinformaticanalysesoftheexpressionandfunctionofPI3KregulatorysubunitPIK3R3inanAsianpatientgastriccancerlibrary[J].BMCMedGenomics, 2012,5:34.

[3] 邹文斌，李兆申. 中国胃癌发病率及死亡率研究进展[J]. 中国实用内科杂志, 2014(04):408-415.

[4]LIY,LIUY,SHIF,etal.KnockdownofRap1bEnhancesApoptosisandAutophagyinGastricCancerCellsviathePI3K/Akt/mTORPathway[J].OncolRes, 2016, 24(5):287-293.

[5]RIQUELMEI,TAPIAO,ESPINOZAJA,etal.TheGeneExpressionStatusofthePI3K/AKT/mTORPathwayinGastricCancerTissuesandCellLines[J].PatholOncolRes, 2016, 22(4):797-805.

[6] 费洪荣, 赵莹, 王桂玲, 等.PI3K/mTOR双重抑制剂PF-04691502诱导人胃癌SGC-7901细胞凋亡[J]. 中国病理生理杂志, 2013(11):1962-1965.

[7]LIUY,CHENS,XUER,etal.Mefloquineeffectivelytargetsgastriccancercellsthroughphosphatase-dependentinhibitionofPI3K/Akt/mTORsignalingpathway[J].BiochemBiophysResCommun, 2016,470(2):350-355.

[8]HUC,ZOUMJ,ZHAOL,etal.EPlatinum,anewlysynthesizedplatinumcompound,inducesautophagyviainhibitingphosphorylationofmTORingastriccarcinomaBGC-823cells[J].ToxicolLett, 2012,210(1):78-86.

[9]YOONDH,RYUMH,PARKYS,etal.PhaseIIstudyofeverolimuswithbiomarkerexplorationinpatientswithadvancedgastriccancerrefractorytochemotherapyincludingfluoropyrimidineandplatinum[J].BrJCancer, 2012, 106(6):1039-1044.

[10]TAPIAO,RIQUELMEI,LEALP,etal.ThePI3K/AKT/mTORpathwayisactivatedingastriccancerwithpotentialprognosticandpredictivesignificance[J].VirchowsArch, 2014, 465(1):25-33.

[11]ZHOUJ,CHENGB,TANGYC,etal.GeneticandbioinformaticanalysesoftheexpressionandfunctionofPI3KregulatorysubunitPIK3R3inanAsianpatientgastriccancerlibrary[J].BMCMedGenomics, 2012,5:34.

[12]SINGHSS,YAPWN,ARFUSOF,etal.TargetingthePI3K/Aktsignalingpathwayingastriccarcinoma:Arealityforpersonalizedmedicine?[J].WorldJGastroenterol, 2015, 21(43):12261-12273.

[13]DOGANF,BIRAYAC.CorrelationbetweentelomeraseandmTORpathwayincancerstemcells[J].Gene, 2018,641:235-239.

[14]ALBATRANSE,DUCREUXM,OHTSUA.mTORasatherapeutictargetinpatientswithgastriccancer[J].IntJCancer, 2012,130(3):491-496.

[15]YANGHY,XUELY,XINGLX,etal.PutativeroleofthemTOR/4E-BP1signalingpathwayinthecarcinogenesisandprogressionofgastriccardiacadenocarcinoma[J].MolMedRep, 2013, 7(2):537-542.

[16]BARTLETTJM.BiomarkersandpatientselectionforPI3K/Akt/mTORtargetedtherapies:currentstatusandfuturedirections[J].ClinBreastCancer, 2010,10Suppl3:S86-S95.

[17]HOUL,LIY,SONGH,etal.ProtectiveMacroautophagyIsInvolvedinVitaminESuccinateEffectsonHumanGastricCarcinomaCellLineSGC-7901byInhibitingmTORAxisPhosphorylation[J].PLoSOne, 2015, 10(7):e132829.

[18]KawataT,TadaK,KobayashiM,etal.DualinhibitionofthemTORC1andmTORC2signalingpathwaysisapromisingtherapeutictargetforadultT-cellleukemia[J].CancerSci, 2017.

[19]ARKENAUHT.Gastriccancerintheeraofmolecularlytargetedagents:currentdrugdevelopmentstrategies[J].JCancerResClinOncol, 2009,135(7):855-866.

[20]XIONGJ,LIZ,ZHANGY,etal.PRL-3promotestheperitonealmetastasisofgastriccancerthroughthePI3K/AktsignalingpathwaybyregulatingPTEN[J].OncolRep, 2016,36(4):1819-1828.

[21]JOOMK,PARKJJ,YOOHS,etal.TherolesofHOXB7inpromotingmigration,invasion,andanti-apoptosisingastriccancer[J].JGastroenterolHepatol, 2016,31(10):1717-1726.

[22]YINGJ,XUQ,LIUB,etal.TheexpressionofthePI3K/AKT/mTORpathwayingastriccanceranditsroleingastriccancerprognosis[J].OncoTargetsTher, 2015,8:2427-2433.

[23]TIANWY,CHENWC,LIR,etal.MarkersCD40,VEGF,AKT,PI3K,andS100correlatewithtumorstageingastriccancer[J].Onkologie, 2013, 36(1-2):26-31.

[24]SASAKIT,YAMASHITAY,KUNIYASUH.AKTplaysacrucialroleingastriccancer[J].OncolLett, 2015, 10(2):607-611.

[25]SASAKIT,KUNIYASUH,LUOY,etal.IncreasedphosphorylationofAKTinhigh-riskgastricmucosa[J].AnticancerRes, 2013, 33(8):3295-3300.

[26]HUC,ZOUMJ,ZHAOL,etal.EPlatinum,anewlysynthesizedplatinumcompound,inducesautophagyviainhibitingphosphorylationofmTORingastriccarcinomaBGC-823cells[J].ToxicolLett, 2012,210(1):78-86.

[27]ZHUZM,LIZR,HUANGY,etal.DJ-1isinvolvedintheperitonealmetastasisofgastriccancerthroughactivationoftheAktsignalingpathway[J].OncolRep, 2014,31(3):1489-1497.

[28]SINGHSS,YAPWN,ARFUSOF,etal.TargetingthePI3K/Aktsignalingpathwayingastriccarcinoma:Arealityforpersonalizedmedicine?[J].WorldJGastroenterol, 2015,21(43):12261-12273.

[29]BUZ,JIJ.TherapeuticimplicationsofmTORinhibitorsinthetreatmentofgastriccancer[J].CurrCancerDrugTargets, 2013,13(2):121-125.