mTOR在膀胱癌治疗中的研究进展

曾繁浩，雷容，张克，李祥孟，夏成兴，颜汝平

(昆明医科大学第二附属医院泌尿外科，昆明 650101)

据2018年全球185个国家36种癌症数据统计显示，膀胱癌新发病例约55万人，将近20万人死于膀胱癌，且全球男性发病率与死亡率均高于女性，约为全球女性的4倍[1]，严重威胁人类健康。因此，积极寻找更加高效的膀胱癌治疗方法，提高膀胱癌患者的治疗效果、减少复发、改善患者生活质量显得尤为重要。膀胱癌可分为肌层浸润性和非肌层浸润性膀胱癌两种，其中非肌层浸润性膀胱癌的标准治疗为经尿道膀胱肿瘤切除术后膀胱内灌注治疗(如卡介苗)，肌肉浸润性膀胱癌的标准治疗为根治性膀胱切除术[2-3]，根治性膀胱切除术严重影响患者的生活质量，而经尿道膀胱肿瘤切除术又极易复发进展为肌肉浸润性膀胱癌，影响预后，因此膀胱癌具有高复发率和高死亡率的特点[4]。由于目前的标准治疗方法具有一定的局限性，如何减少膀胱癌的复发及保留膀胱的治疗受到高度重视[2]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)作为细胞生长的调控中枢，不仅能够感知生命所需的各种外界信号，还能将感知的信息进行加工整合进而影响细胞生长和器官发育等生理效应，其对应的信号通路能调控许多生命过程，异常时甚至导致包括膀胱癌在内的多种癌症的发生[5-6]。因此，mTOR治疗靶点及该靶点药物的出现为膀胱癌患者的治疗提供新方法，并进一步推进了膀胱癌治疗的发展[7-9]。现就各种mTOR信号通路与膀胱癌的联系、参与致癌的机制及在临床上利用该靶点治疗膀胱癌的药物等予以综述，以期为膀胱癌的治疗提供更加丰富的治疗方法，改善膀胱癌患者预后，提高患者生活质量。

1 mTOR概述

mTOR(也可称雷帕霉素的机制靶点)是磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)相关激酶家族中的一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它主要由两个不同蛋白质复合物的催化亚基组成，分别为mTOR复合物(mammalian target of rapamycin complex，mTORC)1及mTORC2。其中，mTORC1由3个核心部分(mTOR、与mTOR相关的调节蛋白和哺乳动物致死物Sec13蛋白8)和2个非核心部分(40 kDa大小富含脯氨酸蛋白激酶B底物蛋白和含mTOR相互作用蛋白的DEP结构域)组成，功能为营养/氧化还原传感器，受营养物、生长因子、胰岛素、氧含量及DNA等调控，其本身则控制着蛋白质、脂类、核酸的合成以及抑制细胞自噬活动。而mTORC2由mTOR、哺乳动物致死物Sec13蛋白8、mTOR相互作用蛋白的DEP结构域、雷帕霉素不敏感的mTOR伴侣和应激激活蛋白激酶相互作用蛋白1组成，其主要功能为在丝氨酸残基473处磷酸化蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)，因此能够影响机体的代谢和存活[10-11]。一方面，mTOR在雷帕霉素与FK506结合蛋白12形成的复合物作用下，能够抑制细胞生长和增殖所需的信号转导途径。此外，作为一种蛋白激酶，mTOR也参与构成一个重要的真核生物信号网络，协调细胞的生长和环境条件，在细胞和组织生理学中起着基础性作用。另一方面，mTOR信号通路参与糖代谢稳态、肌肉功能、脂代谢稳态、免疫功能和大脑发育等生命活动[12]。若mTOR信号通路活性异常则可导致细胞的增殖失控，诱发乳腺癌、前列腺癌、肺癌、黑色素瘤、膀胱癌、肾癌和脑肿瘤等多种癌症[5]。

2 mTOR及其信号通路在膀胱癌治疗中的作用机制及药物应用

2.1PI3K/Akt/mTOR信号通路 根据癌症基因组图谱的最新数据显示，72%的膀胱癌中受体酪氨酸激酶/Ras/PI3K/Akt/mTOR信号途径均发生了不同程度的改变，PI3K/Akt/mTOR作为一种重要的激酶，调控着细胞的转录、凋亡、细胞周期的进展和翻译等生命活动过程[13]。若该信号通路活性异常，则会诱导膀胱癌的发生与发展。后来的研究也发现，PI3K/Akt/mTOR信号通路介导了包括膀胱癌在内的多种人类肿瘤的发病过程[14-15]。因此，针对该通路在膀胱癌治疗中的应用研究越来越多。在体外试验中敲除DUXAP10(长链非编码RNAs成员之一)能够抑制膀胱癌患者癌细胞的增殖，缩短细胞周期和促进细胞凋亡，其抗肿瘤效应是通过增加人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(可以逆转PI3K的磷酸化作用[13])和其他促凋亡蛋白的表达来抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路完成[16]。针对mTOR靶点的治疗药物很多，且大多数是从传统的中医中药中提取的生物制剂。PI3K/Akt/mTOR信号通路是TAK228(一种口服生物mTORC1/2抑制剂，可抑制多种癌症细胞系的生长)治疗膀胱癌的直接靶点，TAK228单独或与其他疗法联合应用可能对晚期膀胱癌和该通路改变的患者有治疗作用，可有效抑制膀胱癌细胞的生长及肿瘤血管生成[17]。此外，金橘素(一种存在于橘子中的黄酮类化合物)、姜黄素(一种属于多酚类家族的黄色物质，从植物姜黄的根茎中提取)、弛缓性氧化物-13-乙酸酯和短指软珊瑚内酯(从软珊瑚中分离得到的活性化合物)、黄芩素[18]等也能够靶向作用于该通路抑制膀胱癌肿瘤细胞的生长、增殖、转移、侵袭、血管生成过程和诱导细胞凋亡[19-22]。研究证明，AZD2014(mTOR抑制剂)和AZD5363(Akt抑制剂)联合使用靶向于该通路治疗带有PI3KCA和mTOR两个基因突变的膀胱癌具有协同作用[23]。因此，靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路治疗膀胱癌，其机制主要通过抑制癌细胞的血管生成、促进细胞凋亡以及干扰细胞周期从而达到抑癌目的。相信随着对PI3K/Akt/mTOR信号通路在膀胱癌治疗中的深入研究以及临床试验的完善，并结合快速发展的精准医学，将大大提高膀胱癌患者的生存率及改善患者预后。

2.2Akt/mTOR信号通路 Akt/mTOR信号通路是调节细胞存活、增殖和代谢的重要途径，当其上游调控因子之一促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)4(非典型的MAPK)过度表达时，MAPK4与苏氨酸308直接结合磷酸化Akt，同时激活mTORC2，活化后的mTORC2使Akt在丝氨酸473处完全磷酸化，进而特异性激活致癌的Akt/mTOR信号通路，该通路的激活，可引起包括膀胱癌在内的多种癌症的致癌作用和降低患者的总生存率。研究显示，靶向抑制MAPK4被证明可抑制包括膀胱癌在内的多种人类癌细胞的增殖和转移[24]。精子相关抗原5是一种有丝分裂梭形蛋白，该蛋白在许多人类癌症中均检测出有过度表达现象，其除了能对抗多种化疗的细胞毒性作用外，还参与调节肿瘤发生和发展的各种细胞内过程[25]。Liu等[26]证实，精子相关抗原5通过上调Akt/mTOR信号通路激活Wnt3干扰细胞周期促进膀胱尿路上皮癌的生长、抑制细胞凋亡和导致不良的临床预后，该发现为膀胱癌治疗的新手段及预后监测提供了一定理论依据，而其对抗多种化疗的细胞毒性作用或许是膀胱癌患者化疗耐药的另一个突破点。使用M2型丙酮酸激酶抑制剂紫草素和脂肪酸合酶抑制剂TVB-3166靶向作用于Akt/mTOR/固醇调节元件结合蛋白1c途径可抑制膀胱癌细胞的生长，其具体作用机制为通过抑制Akt/mTOR信号通路下调M2型丙酮酸激酶，进而减少固醇调节元件结合蛋白1c的表达，而固醇调节元件结合蛋白1c的表达减少则直接抑制膀胱癌细胞中脂肪酸合酶的转录翻译，通过阻断膀胱癌细胞的脂肪酸供应达到抑制膀胱癌细胞生长的目的[27]。王阳等[28]及邢雷等[29]的研究显示，抑制Akt/mTOR信号通路能够抑制膀胱癌在体内外的发展与生长。可见，调节Akt/mTOR信号通路的活性能够调节膀胱癌细胞的存活、增殖、迁移、侵袭和代谢等活动，进而影响膀胱癌的发生发展。

2.3AMPK/mTOR信号通路 AMPK是一种关键的能量感应器，其调节因子包含两个上游激酶[钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶β和肿瘤抑制性肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)]，当ATP水平下降或细胞遭遇饥饿或能量需求增加时，LKB1磷酸化并激活AMPK，下调mTOR信号通路，抑制蛋白质合成和细胞生长从而诱导细胞自噬，维持体内平衡[30-31]。基于该理论基础，Wang等[32]在体内外研究中发现，丁酸钠可使线粒体功能失调，从而降低细胞内的ATP水平，ATP水平下降激活AMPK/mTOR信号通路，进而诱导膀胱癌细胞发生自噬和凋亡，起到抗癌作用。Kou等[33]实验发现，粉防己碱(从粉防己根中提取的一种双苄基异喹啉生物碱)通过AMPK/mTOR信号通路促进与细胞凋亡和自噬呈正相关的AMPK磷酸化以及抑制负反馈调节细胞自噬的mTOR的磷酸化，当配合AMPK激活剂使用时，可增强粉防己碱对膀胱癌细胞的诱导凋亡和自噬作用，从而起到治疗膀胱癌的效果。Wang等[34]用10-羟基喜树碱(从喜树中分离得到的一种天然植物提取物，是具有10-羟基的喜树碱衍生物)靶向作用于AMPK/mTOR/unc-51样激酶1通路，也得出相同结果。可见，AMPK/mTOR信号通路的抑癌作用主要通过降低细胞内的ATP水平，增加活性氧类的产生，进而促进癌细胞的自噬和凋亡，达到抗癌目的。

2.4微RNA(microRNA，miRNA/miR)-99a-5p/mTOR信号通路 miR-139-5p在包括膀胱癌在内的许多癌症中表达被抑制，其低表达通常预示患者不良预后，而miR-139-5p的高表达可抑制膀胱癌等肿瘤的生长和侵袭[35-36]。在膀胱癌的众多研究中，mTOR被发现是miR-99a-5p的直接作用靶点之一，因为miR-99a-5p能够直接作用于mTOR抑制其信使RNA、蛋白表达和降低mTOR的磷酸化水平，且miR-99a-5p/mTOR轴通过修饰调节核糖体蛋白S6激酶1(mTOR的主要下游因子)的磷酸化来抑制膀胱癌细胞的增殖和细胞周期[37-38]。Tsai等[11]实验发现，miR-99a-5p是直接靶向作用于mTOR信使RNA 3′非翻译区上的靶点，其通过降低mTOR的基因稳定性来负调节目标基因，抑制mTOR mRNA和蛋白的表达，进而抑制膀胱癌细胞的生长迁移。但目前关于该信号通路的研究较少，其主要通过降低mTOR的磷酸化水平影响细胞的转录翻译，从而起到抑癌作用。

2.5其他mTOR相关信号通路 雷帕霉素作为mTOR的抑制剂，可以通过直接作用于肿瘤和(或)调节T细胞功能抑制肿瘤细胞血管生成和减少肿瘤细胞的营养供应而起到治疗膀胱癌的作用[39]。在进一步的研究中发现，雷帕霉素减少肿瘤细胞营养供应的机制之一为通过线粒体功能障碍诱导膀胱尿路上皮癌细胞自噬和凋亡，而LKB1功能丧失或缺陷可进一步增强线粒体功能障碍，增加膀胱尿路上皮癌患者对雷帕霉素的敏感性，增强膀胱尿路上皮癌细胞的凋亡[31]。但如果单独使用雷帕霉素治疗，会发现由于雷帕霉素的水溶性差以及免疫抑制的不良反应，使得其在临床上的治疗效果远达不到预期效果[5]。尿路上皮肿瘤的发生与发展，常伴随肿瘤抑制蛋白TP53的突变和mTOR信号的失调，通常与肿瘤的侵袭性生长和浸润性相关，因此肿瘤抑制蛋白TP53和mTOR也被认为是治疗膀胱癌的重要靶点。有研究联合使用TP53稳定剂和雷帕霉素发现，其可抑制尿路上皮肌肉侵袭性膀胱癌的侵袭和进展[40]。在信号通路上，p70-S6激酶(p70-S6 kinase，p70S6K)是mTOR信号通路的下游靶点，与包括膀胱癌在内的肿瘤形成密切相关[41]。目前已有研究将p70S6K应用于膀胱癌的治疗，并成功从中草药中提取到一些靶向治疗药物。如葛根素(是从葛根中提取的主要异黄酮糖苷)能够调节细胞周期、降低p70S6K的磷酸化水平，并诱导膀胱癌细胞的凋亡[42]；天然黄酮类化合物木樨草素[4]通过上调p21蛋白、调节细胞周期和抑制mTOR信号通路的下游靶点磷酸化蛋白S6来抑制膀胱癌细胞生长、诱导凋亡和细胞自噬；以及yangonin[43](一种原产于太平洋岛屿的多年生植物卡瓦胡椒中发现的6种主要卡瓦内酯之一)能通过增加自噬相关蛋白5和LKB1的表达和降低磷酸化S6蛋白激酶和Akt等的磷酸化水平来降低不同分期膀胱癌的生存能力、诱导膀胱癌细胞自噬，它们均作用于一个共同的mTOR/p70S6K信号通路。

3 小 结

mTOR及其相关通路作为肿瘤治疗的一个新突破点，其用于抗癌始于20世纪70年代，目前针对该靶点治疗膀胱癌已在临床取得了重大进展，为提高膀胱癌患者的生存率以及改善患者生活质量提供了理论依据。但该靶点若要在临床广泛应用于膀胱癌的治疗，仍存在以下问题：①靶向于单一mTOR信号通路的疗效或许收效甚微，因为某些通路可能存在反馈环或受到其他信号通路的干扰，如MAPK或Janus激酶-信号转导及转录激活因子通路对PI3K/Akt/mTOR信号通路作用的干扰，这些对细胞信号转导的影响也对所使用的抑制剂有特异性，且可能损害该通路的抑制效果，或部分通路抑制的作用可能仅限于具有特定基因改变的肿瘤。②有些结果仍处于动物实验或临床前试验阶段，如金橘素、葛根素和姜黄素等靶向作用于mTOR信号通路用于膀胱癌的治疗，要转化成临床应用，还需进一步试验验证。对于某些通路存在的相互干扰作用，可以尝试将两个或以上的通路整合在一起来寻找对于膀胱癌的联合疗法，如雷帕霉素和p53稳定剂的联合使用，因为靶向两个或多个途径较单药高剂量能获得更好的治疗效果。③化疗是膀胱癌治疗中一个至关重要的措施，而现有的化疗药物，如细裂霉素、卡介苗、顺铂等药物，多存在耐药、不敏感、不良反应大等缺点，难以取得满意的疗效。而以mTOR或相关通路作为治疗靶点，从我国传统中医药等天然植物中提取的有效活性物质用作化疗药或辅剂，具有疗效确切、不良反应少、易吸收以及不易耐药等优点。因此，未来mTOR应用于膀胱癌的治疗可着力于各个通路的交互作用，一方面在现有研究结果上扩大样本量完善临床试验，另一方面可从传统中医药中进一步提取或研发出可靶向多通路的治疗药物。