靶向PI3K/AKT/mTOR信号通路治疗急性T淋巴细胞白血病的研究进展

黄显博 史 庭 叶琇锦

急性T淋巴细胞白血病(T-ALL)源于胸腺T祖细胞，是具有强侵袭性和异质性的血液系统恶性肿瘤[1]。文献报道，T-ALL分别约占儿童急性淋巴细胞白血病(ALL)患者的15%，成人ALL患者的25%；联合化疗策略使T-ALL的预后有了较大改善，目前儿童T-ALL患者治愈率已达到80%，在成人中这一比例约为60%[2]。尽管T-ALL的治疗取得了很大的进步，但对原发性耐药或复发难治性T-ALL患者以及成年T-ALL患者的疗效仍不佳[3]。鉴于此，越来越多的研究者将重心放在探究T-ALL发生发展的分子机制上，以求寻找到更有效的治疗靶点并研制开发出更加高效且低毒性的药物治疗策略。

1 PI3K/AKT/mTOR通路

磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB，又称AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路在细胞的生长增殖、细胞周期进程和凋亡过程中发挥了关键性作用[4]。在PI3K/AKT/mTOR通路中，PI3K是一种属于脂质激酶家族的异源二聚体成员，可分为三大类(PI3K Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ)，其中PI3K I被研究最多，其与肿瘤相关性也最大；PI3KⅠ由4个不同的催化亚基(p110α、p110β、p110γ、p110δ)和5种不同调节亚基(p85α、p85β、p55α、p55γ、p50α)组成不同的异二聚体亚型[4]。AKT是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于AGC蛋白激酶家族；作为PI3K信号通路的中间效应分子，过度表达于造血干细胞中[5]。mTOR也是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇3激酶相关激酶(PIKK)超家族成员，可与其他不同蛋白形成两种复合物：mTOR复合物1(mTORCl)和mTOR复合物2(mTORC2)；而Raptor和Rictor分别是定义mTORCl和mTORC2的关键蛋白。正常情况下PI3K可被多种生长因子刺激活化并催化底物磷脂酰肌醇2磷酸(PIP2)为磷脂酰肌醇3磷酸(PIP3)，而PIP3将AKT和磷酸肌醇依赖性激酶1(PDK1)募集到质膜使得AKT的第308位上苏氨酸位点(Thr308)和第473位上丝氨酸位点(Ser473)在PDK1的作用下磷酸化而被激活(图1)。与正常和恶性造血相关的是，活化的AKT可磷酸化灭活结节性硬化症配合物2(TSC2)以激活mTORCl，从而诱导一系列细胞生长、存活、代谢相关蛋白的合成而促使肿瘤的发生[4](图1)。

图1 PI3K-AKT-mTOR信号通路传递及抑制剂作用靶点Figure 1 PI3K-AKT-mTOR pathway and its inhibitor targets

2 PI3K/AKT/mTOR通路与T-ALL

PI3K/AKT/mTOR信号通路异常激活常发生在T-ALL中，且与预后不良有关[6]。PTEN(染色体10上缺失的磷酸酶与张力蛋白同源物基因)属于磷酸酶，是PI3K/AKT/mTOR通路相关的重要负调控因子。在作用机制方面，PTEN可催化PIP3去磷酸化形成PIP2，因而可制约PI3K而发挥抗肿瘤作用[4](图1)。目前包括白血病在内的绝大多数恶性肿瘤皆出现PTEN基因的缺失或失活，因而促进了肿瘤细胞的增殖和侵袭，其中PTEN基因的缺失可诱发小鼠T-ALL[7]。PTEN基因突变或缺失引起的AKT持续活化是T-ALL的特征之一，研究表明在转录层面抑制PTEN能显著激活AKT信号通路[8]；另一研究表明利用氧化磷酸化在转录后水平抑制PTEN蛋白活性可激活T-ALL细胞AKT分子[9]。在初发T-ALL患者原代细胞中亦可常见AKT激活。除此之外，蛋白磷酸酶2A(PP2A)可通过催化AKT 308位苏氨酸去磷酸化而发挥拮抗PI3K/AKT/mTOR通路的作用[11]。研究表明mTORC1和mTORC2两种mTOR活性复合物均参与T-ALL的病理生理过程。Raptor作为mTORC1重要组成部分，在小鼠模型上敲除Raptor基因可达到根治T-ALL的目的，提示mTORC1在T-ALL白血病起始细胞存活中扮演重要角色[12]。mTORC2同样促进T-ALL的发生，敲除Rictor基因能有效遏制PTEN基因敲除小鼠白血病的发生[13]。

3 靶向PI3K/AKT/mTOR通路治疗T-ALL

3.1 PI3K抑制剂

目前，抑制PI3K γ和δ两种亚基已成为治疗PTEN缺失T-ALL的一个新策略。研究表明PI3K-γ和PI3K-δ促进PTEN缺失白血病的发生和发展。新型PI3K-γ/PI3K-δ抑制剂CAL-130处理PTEN基因缺失T-ALL小鼠模型，能显著抑制肿瘤生长，延长小鼠生存期。体外实验表明CAL-130能显著抑制T-ALL细胞株和PTEN缺失T-ALL患者原代细胞生长，诱导凋亡[10]。mTORC1被抑制后多通过负反馈旁路引起PI3K依赖的AKT的激活[4]，为PI3K/mTOR双靶向策略提供了依据。NVP-BEZ235是一种新型口服PI3K/mTOR双靶向抑制剂，对多种T-ALL细胞株展现出抑制生长和诱导凋亡的特性[14]，并已进入临床试验阶段用于治疗急性髓细胞白血病(AML)、慢性髓细胞白血病(CML)和ALL。另一项研究通过体外实验证实NVP-BEZ235可介导T-ALL细胞生长和周期阻滞，并显著抑制AKT及其下游RPS6磷酸化，呈剂量依赖性。小鼠体内实验表明NVP-BEZ235能显著抑制肿瘤生长，延长生存期[15]。一项高剂量NVP-BEZ235治疗进展期实体瘤患者的临床研究表明其对人体具有良好的耐受性及安全性[16]。一项关于NVP-BEZ235治疗进展期白血病的临床研究(NCT01396499)也正在进行。PI3K/mTOR双抑制剂PI-103同样能发挥显著抗T-ALL效应，同时抑制AKT、mTOR及其下游靶标的活性[14，17]。

3.2 AKT抑制剂

AKT抑制剂同样是治疗T-ALL的有效药物。Perifosine为经典的AKT抑制剂，具有显著的抗肿瘤特性，目前已进入临床II期实验用于治疗多种类型的恶性肿瘤。Perifosine能诱导T-ALL细胞株CEM发生线粒体介导的Caspase依赖的细胞凋亡[18]。Perifosine与依托泊苷联用能协同抑制Jurkat细胞AKT及其下游的抗凋亡因子Bcl-xl和转录因子FOXO，发挥显著抗T-ALL效应[19]。新型AKT抑制剂A443654能显著杀伤T-ALL细胞株(Jurkat、CEM、Molt-4)和患者原代细胞，与依托泊苷联合亦发挥协同效应[20]。近年来发现一些天然植物提取物亦显现出良好的AKT抑制活性。从葡萄皮中提取的白藜芦醇(Resveratrol)能抑制AKT通路，诱导T-ALL细胞株Molt-4凋亡[21]。从天然植物姜黄的根茎中提取的姜黄素(Curcumin)可抑制T-ALL细胞株AKT及其下游GSK3、FOXO的活性，抑制细胞增殖和诱导Caspase依赖的凋亡[22]。此外一些药物如Enzastaurin可抑制皮肤T细胞淋巴瘤(CTCL)细胞株Hut-78和HH的AKT信号通路，提示其在T-ALL中的应用潜力[23]。

3.3 mTOR抑制剂

雷帕霉素是经典的mTORC1抑制剂，但不抑制mTORC2活性，其能有效抑制多种肿瘤的发生和发展。体内外研究显示雷帕霉素能有效抑制T-ALL细胞生长，诱导凋亡和周期阻滞，并能与传统化疗药(如地塞米松、阿霉素和去甲柔红霉素)发挥协同效应[24-25]。雷帕霉素衍生物如西罗莫司(CCI-779)、依维莫司(RAD001)和AP23573(deforolimus)具有更好的生物利用度。CCI-779能在体外阻断IL-7介导的T-ALL细胞生长、存活和周期进程，并能与阿霉素、地塞米松等化疗药发挥协同作用[26]。依维莫司(RAD001)联合CD4/6抑制剂LEE011能协同杀伤T-ALL细胞[27]；RAD001与Hyper-CVAD化疗方案联合治疗复发难治ALL已进入临床Ⅰ/Ⅱ期试验，研究结果提示其1年总生存率达21%，尤其对T-ALL患者疗效显著[28]。

应用雷帕霉素及其衍生物单独治疗急性白血病的疗效并不如人们一开始所预期的那样，临床研究证实mTORC1抑制剂单用对T-ALL的作用有限，提示相关机制的触发限制了其疗效[29]。近年来研究显示mTORC1抑制剂单用局限性主要与以下原因有关：(1)mTORC1抑制可通过旁路反馈性激活PI3K/AKT[4]和MEK/ERK通路[30-31]；(2)mTORC1抑制剂不能抑制细胞内mTORC1的合成；(3)mTORC1抑制剂不能抑制mTORC1下游的4EBP-1磷酸化激活[32-33]，后者的活化能促进eIF4E(真核生物翻译起始因子4E)介导的帽依赖mRNA翻译，诱导Bcl-2、Bcl-xl、CDK2、cyclin-D1、Mcl-1、STAT-3等抗凋亡蛋白和肿瘤相关蛋白的表达合成[34-35]。鉴于此，同时抑制PI3K/mTOR或mTORC1/mTORC2[13-14，36]，或将mTORC1抑制剂与常规化疗药联用治疗复发/难治性急性白血病(AL)，尤其是对于雷帕霉素耐药的患者，可能会取得更好的疗效；Rizzieri等[28]所指出的在复发/难治性ALL患者(中位年龄25岁，范围11～64岁)中，依维莫司与Hyper-CVAD联合治疗后总反应率达33%，而近来一项研究表明，在儿童复发ALL中RAD001联合其他标准方案治疗所得CR2达86%，在随访近5年时仍有90%的患者生存[37]；另有研究指出，在复发性AML患者中联合治疗后完全缓解率(CR)达68%，中位总体生存期为19.5个月[38]。西罗莫司联合强化再诱导方案治疗儿童复发T-ALL正处于Ⅰ/Ⅱ期临床试验中(Clinical Trials.gov：NCT01403415)，依维莫司与常规化疗药联合的疗效也正在多个临床试验中被评估(Clinical Trials.gov：NCT00968253；NCT01523977；NCT01403415)。ATP竞争性mTORC1/mTORC2双抑制剂是新一代mTOR抑制剂，能阻断mTOR上ATP结合位点而同时抑制mTOR复合体1和2的形成，相比雷帕霉素衍生物，mTORC1/mTORC2双抑制剂具有更强的抗T-ALL效应，并同时抑制mTOR通路下游p70S6K和4EBP-1的激活，有效阻断mTORC1抑制剂介导的AKT负反馈激活和mTORC1依赖的AKT活化[39-41]。目前mTORC1/mTORC2抑制剂PP-242、AZD-8055和OSI-027对T-ALL的疗效已在体内外实验和临床试验(Clinical Trials.gov：NCT01194193；NCT00698243)中得到初步验证[13，36]。

4 小结与展望

PI3K/AKT/mTOR信号通路在T-ALL细胞株和绝大多数T-ALL患者中多出现异常激活，且常伴PTEN基因的缺失突变或PTEN蛋白失活。异常激活的PI3K/AKT/mTOR信号通路促进T-ALL白血病起始细胞(T-ALL LIC)的生长和存活，在T-ALL发生发展中发挥重要作用。目前，诸多体内外研究和临床试验证实mTORC1抑制剂、PI3K/mTOR抑制剂、AKT抑制剂和mTORC1/mTORC2抑制剂等多种类型的抑制剂单用或与其他化疗药联合能有效抑制T-ALL的生长，改善患者预后。随着靶向治疗的兴起和发展，我们相信T-ALL患者的预后将获得稳步提高。