非小细胞肺癌PI 3K/AKT/MTOR信号通路的研究现状与进展△

胡志英，朱新江，陈舒晨，李皓静，魏炜，李晓玲

中国医科大学肿瘤医院（辽宁省肿瘤医院）胸内科，沈阳110042

肺癌是一种严重威胁人类健康的恶性肿瘤，其中非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占肺癌的80%左右[1]，大部分NSCLC患者确诊时已属晚期，不能进行手术治疗。有研究显示，NSCLC患者的中位生存期为8～10个月[2]。探索NSCLC的发生、发展机制和新的治疗方法对提高疗效至关重要。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（mammalian target of rapamycin，MTOR）通路在肿瘤细胞的生长、增殖等过程中具有重要的作用[3]。本文将对PI3K/AKT/MTOR通路在NSCLC发生、发展中的作用及对肿瘤免疫微环境的影响进行综述，探索PI3K/AKT/MTOR通路阻断药与免疫治疗联合治疗NSCLC的可能性。

1 PI 3K/AKT/MTOR通路的概述

PI3K属于磷脂激酶家族，根据其结构和功能的不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型PI3K，其中研究最广泛的是Ⅰ型PI3K，根据其与p110结合亚基的不同将Ⅰ型PI3K分为ⅠA型和ⅠB型。ⅠA型PI3K由催化亚 基（PIK3CA 编 码 的 p110α、PIK3CB编 码 的p110β、PIK3CD编码的p110δ）和调节亚基（p85）组成，ⅠB型PI3K的催化亚基是p110γ。具有酪氨酸残基的生长因子受体、链接蛋白、Ras蛋白与PI3K相互作用，激活PI3K[3]。活化的PI3K将磷脂酰肌醇 4，5-双磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate，PIP2）磷酸化为磷脂酰肌醇 3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate，PIP3），PIP3与AKT（包括AKT1、AKT2、AKT3三种亚型）的PH结构域结合，随后使AKT1的催化结构域Thr308（AKT2的 Thr309，AKT3的 Thr305）位点被磷酸肌醇依赖性激酶（phosphatidylinositol-dependent kinase 1，PDK1）磷酸化，AKT1的C-末端疏水区域的Ser473、AKT2的Ser474和AKT3的Ser472位点被MTORC2磷酸化，从而激活AKT[4]。p-AKT通过磷酸化结节性硬化复合体（tuberous sclerosis complex，TSC）1/2促使 Rheb GDP转化为 Rheb GTP，从而激活MTORC1，p70s6激酶（p70s6 kinase，p70s6K）和真核起始因子4E结合蛋白1（4E-binding protein 1，4E-BP1）表达上调，下传生存信号[5]。

2 PI 3K/AKT/MTOR通路的调控机制

研究发现，约90%的NSCLC细胞株存在PI3K/AKT/MTOR通路的激活[6]。EGFR基因突变、抑癌基因PTEN的缺失或突变及PI3K的突变或扩增均可激活PI3K/AKT/MTOR通路[7]。Guo等[8]培养了80株NSCLC细胞，发现在13株NSCLC细胞中存在p-AKT表达，其中12株NSCLC细胞分别存在EGFR、HER2突变，PIK3CA扩增及PTEN表达丢失。

表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）与表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）相互作用，使EGFR二聚体构象发生改变，激活PI3K/AKT/MTOR通路。有研究发现，与野生型EGFR相比，突变型EGFR可明显增加PI3K和AKT的活化水平[9]。王彬[10]在135例NSCLC组织标本中发现EGFR基因突变与AKT1基因表达呈正相关。

PTEN具有磷酸酶活性，将PIP3去磷酸化转变为PIP2，阻断PI3K/AKT/MTOR通路的激活。PTEN基因突变或表达丢失，促使PIP3在细胞内累积，导致AKT持续活化，进而激活PI3K/AKT/MTOR通路[11]。在NSCLC组织中PTEN基因突变率较低，Jin等[12]分析了176例NSCLC组织标本，发现PTEN基因突变率在肺鳞癌中为10.2%，在肺腺癌中为1.7%。约70%中度分化的NSCLC组织存在PTEN表达水平降低或表达丢失[13]。Yun等[14]分析了66例NSCLC组织标本和10例肺良性病变组织标本，发现随着EGFR、p-AKT表达水平的升高，PTEN表达水平逐渐降低，表明PTEN基因突变或表达丢失可能与EGFR突变、AKT的活化共同参与NSCLC的发生有关。

PIK3CA编码PI3K的p110α亚基，PIK3CA基因突变通常发生在E9（E542K、E545K、Q546K）和E20（H1047R、H1047L）位点。E9编码p110α的螺旋区域，此区域的突变干扰p110α与p85结合，从而激活PI3K/AKT/MTOR通路[15]。PIK3CA基因突变率较低，在肺鳞癌中为3%～10%，在肺腺癌中为0～2.7%[13]。Scheffler等[16]利用基因测序方法分析了1144例NSCLC组织标本，发现PIK3CA基因突变率为3.7%，且肺鳞癌中PIK3CA的突变率（8.9%）高于肺腺癌（2.9%）。NSCLC中PIK3CA基因扩增率约为18%，且常与EGFR突变、KRAS突变共存[2]。

3 PI 3K/AKT/MTOR通路在NSCLC中的作用

生理条件下，PI3K/AKT/MTOR通路在细胞存活、增殖及血管形成等过程中发挥作用，PI3K/AKT/MTOR通路的失调会促进肿瘤的发生发展[17]。

3.1 抑制细胞凋亡和促进细胞增殖

活化的AKT对肿瘤细胞的存活与增殖非常重要。BAD和BAX属于促凋亡BCL2家族，与bcl-2或bcl-xl结合促进细胞凋亡，p-AKT可使BAD、BAX与bcl-2或bcl-xl解离，抑制细胞凋亡。casepase 9是线粒体凋亡的重要酶之一，p-AKT通过抑制casepase 9的活性抑制线粒体途径介导的细胞凋亡[18]。此外，p-AKT激活糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）、FOXO转录因子、MDM2原癌基因和NF-κB转录因子，抑制其促凋亡功能，促进细胞增殖[12]。

3.2 调节细胞周期

细胞周期蛋白、周期蛋白依赖性激酶（cyclin dependent kinase，CDK）和CDK抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitor，CKI）协调控制细胞周期[18]。PI3K/AKT/MTOR通路将有丝分裂信号传递给p70s6k，使细胞周期蛋白和CDK4表达上调，CDK4抑制蛋白p21Cip1/WAF1和p27Kip1表达下调，促使细胞从G1期向S期进展[19]。吴玉梅等[20]用AKT阻断药MK-2206处理肺腺癌A549细胞株，发现p21和p27表达上调，cyclinD1表达下调，进一步应用流式细胞术检测细胞周期分布时发现，A549细胞发生明显的G0期阻滞，细胞生长受到抑制。此外，p-AKT可激活转录因子FOXO1、FOXO3、FOXO4，促使细胞向S期进展[12]。

3.3 促进肿瘤血管形成及肿瘤转移

肿瘤血管的形成是促血管生成因子与血管生成抑制因子相互作用的结果，受PI3K/AKT/MTOR通路的调节。p-AKT通过上调缺氧诱导因子、一氧化氮、环氧合酶2的表达促进肿瘤血管形成[18]。高锡刚和王玲[21]检测了46例NSCLC组织中p-AKT的表达水平和微血管密度值，发现p-AKT阳性NSCLC组织中微血管密度值明显高于p-AKT阴性NSCLC组织。肖高春等[22]利用LY294002阻断PI3K/AKT/MTOR通路后观察肿瘤血管内皮细胞的运功能力，发现其水平、垂直和定向迁移均受到限制，且阻断药浓度越高，迁移距离越短。PI3K/AKT/MTOR通路通过激活基质金属蛋白酶2（matrix metalloproteinase 2，MMP2）、基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）促进NSCLC的侵袭和转移[18]。

4 PI 3K/AKT/MTOR通路对肿瘤免疫微环境的影响

由肿瘤细胞、基质细胞（包括血管内皮细胞、周细胞、免疫炎性细胞等）和细胞外基质共同构成的肿瘤微环境，不仅是肿瘤生长、浸润和转移的基础，还可影响多种肿瘤的临床治疗效果[23]。有研究发现，PI3K/AKT/MTOR通路可影响肿瘤微环境内免疫细胞的活性和程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）表达，参与免疫抑制微环境的形成，阻断PI3K/AKT/MTOR通路，恢复患者机体的免疫应答，增强抗肿瘤固有的免疫效应[24]。在黑色素瘤模型中使用PI3K阻断药GSK2636771抑制PI3K/AKT/MTOR通路后，肿瘤组织中CD8+T淋巴细胞的浸润明显增加，导致肿瘤负荷减小，带来生存获益[25]。B7家族成员PDL1在肿瘤免疫抑制微环境的形成中具有重要的作用[26]。在 2013年 AACR 年会上，Lastwika等[27]指出，PI3K/AKT/MTOR通路是肿瘤细胞PD-L1表达的驱动因素，抑制PI3K、AKT和MTOR均可导致PD-L1表达下调。有研究发现，KRAS、EGFR、BRAF、ALK或MET突变的NSCLC细胞株中PD-L1高表达，可能与这些基因突变激活了PI3K/AKT/MTOR通路有关[28]。在肺鳞癌小鼠模型中，携带LKB1基因突变或PTEN表达丢失的鳞癌细胞同样存在PD-L1高表达[29]。杜鸿飞[30]发现阻断PI3K/AKT/MTOR通路后，EGFR突变的肺腺癌细胞系中p-AKT和PD-L1表达均下调。但是，Chen等[31]通过细胞培养发现在NSCLC细胞株中，PD-L1表达不受PI3K/AKT/MTOR通路的调控。目前关于PI3K/AKT/MTOR通路与肿瘤微环境内PD-L1表达的研究大多集中于p-AKT与PD-L1表达水平的相关性分析，而关于其作用机制的研究却很少。PI3K/AKT/MTOR通路是否可以调控微环境内PD-L1表达，尚无定论，需要大量的基础和临床研究进一步分析。

5 PI 3K/AKT/MTOR通路阻断药联合免疫治疗对NSCLC疗效的探索

PI3K/AKT/MTOR通路在NSCLC发生发展中的作用逐渐被认识，以此通路为靶点的药物研发成为该领域的研究热点，药物主要包括泛PI3K阻断药、亚型特异性PI3K阻断药、PI3K/MTOR双重阻断药、AKT阻断药和MTOR阻断药[32]。近年来，免疫治疗在肺癌领域的发展备受瞩目，免疫治疗与其他治疗方式的组合成为NSCLC治疗的研究热点。临床试验表明，在大多数肿瘤中，微环境内CD8+T淋巴细胞的浸润与良好预后相关，而调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）的浸润与不良预后相关[24]。在NSCLC肿瘤模型中，MTOR阻断药和抗程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）抗体联合应用可导致肿瘤组织中浸润性T淋巴细胞（tumor-infiltrating T lymphocyte，TIL）增多，Treg减少，抗肿瘤免疫效应增强[32]。Ahmad等[33]在小鼠肺癌模型中发现，PI3Kδ特异性阻断药与肿瘤特异性疫苗联合应用可导致肿瘤微环境内CD8+T淋巴细胞数量增加，Treg数量减少，从而引发有效的抗肿瘤免疫效应。此外，Ali等[34]也观察到PI3Kδ阻断药可导致动物实体瘤模型中Treg数量减少和肿瘤生长延迟，表明PI3Kδ阻断药可通过靶向Treg改善肿瘤免疫治疗的效果。PI3K/AKT/MTOR通路阻断药可减少肿瘤微环境内Treg浸润和免疫抑制细胞因子分泌，下调PD-L1表达，增强肿瘤免疫监视，防止免疫抑制微环境形成，PI3K/AKT/MTOR通路阻断药联合免疫治疗对肿瘤患者可能有效[29]。这为PI3K/AKT/MTOR通路阻断药与免疫治疗联合治疗NSCLC患者提供了理论依据。有研究发现，单独应用PI3K/AKT/MTOR通路阻断药时会出现轻微的免疫相关不良反应[35]。因此，PI3K/AKT/MTOR通路阻断药与免疫治疗联合应用是否会增加免疫相关不良反应还需要进一步研究。虽然目前PI3K/AKT/MTOR通路阻断药在NSCLC中的抗肿瘤作用还没有达到预期，但不能否定PI3K/AKT/MTOR通路是NSCLC发生过程中的重要参与者[36]。随着临床试验的开展和基础研究的深入，PI3K/AKT/MTOR通路阻断药与免疫治疗联合应用在NSCLC治疗中的效果将被揭晓。

6 展望

PI3K/AKT/MTOR通路在NSCLC的发生发展中具有双重作用，一方面通过促进肿瘤细胞增殖和迁移导致肿瘤进展；另一方面通过参与免疫抑制微环境的形成介导肿瘤细胞的免疫逃逸。PI3K/AKT/MTOR通路阻断药通过对抗免疫抑制的形成，重塑肿瘤免疫微环境，抑制肿瘤进展。但仍需进一步研究PI3K/AKT/MTOR调控微环境内PD-L1表达的机制，开展关于PI3K/AKT/MTOR通路阻断药与免疫治疗联合应用的临床试验，进一步验证其疗效，并评估其安全性。此外，对于不同基因表型的NSCLC，如何选择最合适的PI3K/AKT/MTOR通路阻断药，如何选择生物标志物，进而准确地预测对PI3K/AKT/MTOR通路阻断药获益的人群，这些问题尚需探索，以期为NSCLC患者提供更好的个体化治疗。

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