PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制剂在肾癌治疗中的应用进展

花靖棋，沈华，邓君鹏

南京医科大学附属苏州医院泌尿外科，江苏苏州 215001

肾癌（RCC）是全球范围内高病死率癌症之一，在泌尿系肿瘤发病率仅次于前列腺癌和膀胱癌，但却是致死率最高的肿瘤。虽然RCC 的首选治疗是手术，但是30%原发性RCC 患者在就诊时已经发生转移［1］，另有25%患者术后出现转移，并且转移性RCC 对放化疗及系统性治疗具有较高的耐受性。磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路是在RCC 患者中观察到最常见的失调信号通路之一，主要通过调控上下游效应分子的活化状态来影响细胞增殖和凋亡等一系列生物学过程。PI3K/Akt/mTOR 信号通路与RCC 的发生发展关系密切，通路的激活参与了RCC 的发生和发展。目前，已经开发出一些PI3K、Akt 和mTOR的抑制剂，用于抑制该信号通路的异常激活；这些抑制剂可以通过阻断信号通路中的关键分子，抑制肿瘤细胞的生长和增殖，促进肿瘤细胞凋亡，并抑制肿瘤血管生成；其中一些抑制剂已经在临床试验中展示了抗肿瘤活性，并在一定程度上改善了RCC 患者的预后。 现就PI3K/Akt/mTOR 信号通路抑制剂在RCC 治疗中的应用进展情况综述如下。

1 PI3K/Akt/mTOR 信号通路的结构、功能及在RCC发生发展中作用

1.1 PI3K PI3K 最初由NISHIZUKA［2］在20 世纪80 年代初作为脂质激酶被报道。到目前为止，基于序列同源性和脂质底物特异性，已经确定了三种类型PI3K（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）。生长因子、细胞因子和激素与受体酪氨酸激酶（RTKs）和G 蛋白偶联受体（GPCRs）结合并激活PI3K。在胞膜上Ⅰ型PI3K 是由催化亚基P110 和调节亚基P85 构成的异二聚体，可分为IA（PI3Kα、β、δ）和IB（PI3Kγ）两个亚型，它们分别通过酪氨酸激酶受体和G 蛋白受体活化，使底物磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）磷酸化为磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸（PIP3）。Ⅰ类PI3Ks 直接生成磷脂用于信号转导，而Ⅱ类和Ⅲ类PI3Ks 更多地参与细胞内的膜运输过程［3］。

1.2 Akt Akt 是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，根据丝氨酸/苏氨酸残基的差异分为三种异构体，即Akt1、Akt2和Akt3。PIP3与Akt结合后，参与两个磷酸化过程。第一次在3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）的参与下使Thr308 位点磷酸化，第二次通过mTORC2 在Ser473 位点发生磷酸化。Akt1 在组织中广泛存在，参与细胞的生长和存活。Akt2 主要存在于肌肉和脂肪细胞中，维持葡萄糖稳态，而Akt3 主要存在于大脑和睾丸中。这三种异构体具有80%以上的同源性，包含同源性PH、催化和调节结构域，并具有共同的特定功能［4］。

1.3 mTOR mTOR 是一类高度保守的非典型丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，于1994 年被BROWN 等［5］定义，该蛋白分子量较大，包含FAT 结构域、激酶结构域、FRB（fkbp12-雷帕霉素结合）结构域、HEAT 重复序列、FATC 结构域及NRD。mTOR 在生物体内主要以两种复合物的形式存在，即对雷帕霉素敏感的mTORC1 和不敏感的mTORC2。mTORC1 除了含有核心蛋白mTOR、mLST8（也称为GβL）以及Raptor（与mTOR 相关的调节蛋白）之外，还包含另外两个抑制蛋白亚基，即DEPTOR（mTOR 相互作用蛋白的DEP 结构域）和Akt 底物蛋白PRAS40（富含脯氨酸的Akt 底物）［6］。Raptor通过与TOR 信号基体的结合帮助将底物招募到mTORC1 中，并且对于mTORC1 的亚细胞定位也是必不可少的。mLST8 则通过与mTORC1 激酶结构域结合来稳定激酶激活环。 mTORC2由mTOR、Rictor（mTOR 的雷帕霉素不敏感伴侣）和mLST8 组成。除了这些基本的蛋白质亚基，mTORC2 还具有DEPTOR、mSIN1（应激激活映射激酶相互作用蛋白1）和Protor1/2［7］。mTORC1可以通过促进翻译、核糖体生物合成和自噬调节细胞生长。它的激活需要营养物质和氨基酸，这导致raptor 介导的mTORC1 募集到溶酶体和晚期核内体［8］。有些生长因子，如胰岛素样生长因子（IGF）和氨基酸等，可以通过信号PI3K/Akt-结节性硬化症复合体1/2（TSC1/TSC2）-RHEB 激活mTORC1。mTORC1 可以促进嘌呤核苷酸的合成和脂肪从头合成。此外，mTORC1 还通过转录因子缺氧诱导因子α（HIFα）刺激糖酵解和葡萄糖摄取［9］。mTORC1 还可以通过自噬—溶酶体和泛素—蛋白酶体途径，参与蛋白质和细胞器的翻转。在营养状态下，mTORC1 可以通过磷酸化ULK1（哺乳动物自噬启动激酶）来发挥抑制作用，从而进一步阻断自噬。mTORC1 激活抑制转录因子EB（TFEB），是溶酶体途径最重要的调节因子。mTORC1 失活和营养剥夺激活TFEB，然后发生核易位，进一步导致溶酶体和自噬基因表达［10］。而mTORC2 主要对生长因子产生反应，影响细胞凋亡周期。mTORC2 激活后主要磷酸化AGC 激酶家族成员（SGK、PKCα 和Akt），它们都参与细胞存活、代谢和细胞骨架重塑。根据JULIEN 等［11］的研究表明，这两个mTOR 复合物之间也可以相互干扰，mTORC1 下游效应子p70S6K 可以通过磷酸化Rictor 来抑制mTORC2。

1.4 PI3K/Akt/mTOR 信号通路在RCC 发生发展中的作用 RCC 占所有肾脏恶性肿瘤的90%以上，主要影响男性人群。SATO 等［12］通过对100 多例RCC的研究，发现在患者中存在着PI3K/Akt/mTOR 信号通路突变和缺氧诱导因子（HIF）积累。这说明PI3K/Akt/mTOR 通路的激活参与了RCC 的发生发展。mTOR 作为PI3K/AKT 通路的下游效应因子，被异常激活后，可以降低肿瘤抑制因子PTEN 的功能或增加PI3K 催化亚基的功能，从而导致Akt 异常激活［13］。SCHNEIDER 等［14］通过对135 例肾透明细胞癌中的PTEN 进行分析研究，发现在手术后5 年内死亡患者的PTEN 表达显著低于同期存活的患者。

SHANMUGASUNDARAM 等［15］通过对S 期激酶关联蛋白2（SKP-2）/p27 的研究发现，PI3K/Akt/mTOR 信号途径可以上调SKP-2 表达来激活mTORC2，然后泛素化降解p27，从而使肿瘤细胞在G1～S期发生紊乱，促进细胞增殖。mTOR可以调节HIF1-α、HIF2-α 和p70S6 激酶的mRNA 翻译，在磷脂酶D 存在的情况下，mTOR 在翻译水平上增强了HIF1-α 和HIF2-α 表达［16］。细胞外基质的降解以及肿瘤血管的大量生成往往是导致RCC 细胞侵袭和转移的主要原因。基质金属蛋白酶（MMPs）作为降解细胞外基质的重要酶类，几乎能降解细胞外基质中的各种蛋白成分，破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障。TANG 等［17］发现，PI3K/Akt 信号通路特异性抑制剂显著降低SP1 与MMP-2 启动子的结合，而MMP-2与肿瘤的侵袭呈正相关。

2 PI3K/Akt/mTOR 信号通路抑制剂在肾癌治疗中的应用

2.1 PI3K 抑制剂 由于PI3K/Akt/mTOR 信号通路的过度激活与RCC 细胞的生存、增殖和转移密切相关，以该通路分子为靶点的治疗策略成为热门研究对象。目前已经开发了多种类型的PI3K 抑制剂，包括泛Ⅰ类PI3K 抑制剂和特异性PI3K 抑制剂。FDA 已批准四种PI3K 抑制剂用于临床癌症治疗，包括GS-1101（idelalisib/CAL-101）、Copanlisib（BAY 80-6946）、IPI145（Duvelisib，INK-1197）和Alpelisib（BYL719）。除了这些被FDA 批准用于临床治疗的PI3K抑制剂外，还有一些PI3K抑制剂正在临床试验中进行评估，例如BKM120、Pictilisib、Taselisib 等。由于接受泛PI3K 抑制剂治疗的患者经常出现高血糖和肝毒性等不良反应，特异性PI3K 抑制剂受到人们广泛关注，例如GDC-0077、CYH33、Serabelisib（INK1117，TAK-117）、AZD6482 等［18］。SOURBIER等［19］发现，LY294002 和渥曼青霉素这两种PI3K 抑制剂可以降低Akt 活化和GSK-3 磷酸化，通过诱导细胞凋亡使细胞生长降低70%。

2.2 AKT 抑制剂 AKT 抑制剂通过不同的机制发挥作用，可以直接与AKT 蛋白激酶结合，阻断其活性位点，从而阻止AKT 与其底物的相互作用；也可以通过干扰AKT 信号通路上游的激活因子来抑制AKT 的激活，又或者通过促进AKT 的降解来减少其在细胞内的浓度。与PI3K 抑制剂作为ATP 竞争对手不同，小分子Akt抑制剂可分为ATP竞争抑制剂和变构抑制剂。ATP竞争抑制剂主要针对活性激酶进行抑制，而变构抑制剂则可以更好地结合到Akt-pH和激酶结构域界面。许多Akt抑制剂在临床前研究中具有抗癌作用，但是临床评估进展缓慢。自2004年以来，已经陆续报道了Akt 抑制剂临床试验的各个阶段的结果，从最新结果来看，Akt 抑制剂想要在RCC 中发挥更好的治疗效果，仍需要进一步的研究［20］。

2.3 mTOR 抑制剂 mTOR 抑制剂由ATP 竞争性抑制剂和变构抑制剂组成，虽然mTOR 复合物包括mTORC1 和mTORC2，但目前研发出的抑制剂主要是针对mTORC1。迄今为止，已经开发了三代mTOR抑制剂。

2.3.1 第一代mTOR 抑制剂 第一代mTOR 抑制剂是变构抑制剂。早期人们发现，雷帕霉素具有抑制酵母的增殖特性，随着研究进展，发现雷帕霉素还具有免疫抑制剂的作用［21］。目前，FDA 已批准替西罗莫司和依维莫司这两种针对mTORC1 变构抑制剂用于癌症（包括RCC）患者的临床治疗，这两种药物都是雷帕霉素衍生物。替西罗莫司是雷帕霉素的前药形式，通过与肽基脯氨酸顺反式异构酶FKBP12 形成复合物，然后与mTOR 的FRB 区结合，可以部分阻断mTOR 的活性位点，从而抑制mTORC1 的活性［22］。LE 等［23］通过大型随机试验，证明了替西罗莫司可以作为治疗晚期预后不良RCC 患者的一线药物，该药物显著提高了患者总生存率。雷帕霉素介导的mTORC1 抑制可抑制蛋白质合成和细胞生长并增强自噬，从而促进肿瘤消退。AMATO 等［24］通过研究发现依维莫司也可以通过将FKBP12 招募到MTORC1 来发挥变构作用，并将RCC 患者的无进展生存期从1.9 个月延长至4.9个月。尽管雷帕霉素能有效地靶向mTORC1，但它并不能阻断其所有底物的磷酸化。mTORC1 的下游底物包括eIF4E 结合蛋白1（4EBP1）和核糖体S6激酶（S6K），它们分别控制帽依赖的翻译起始和延伸［25］，而eIF4E 的过度表达与某些特定细胞的恶性转化有关。雷帕霉素通过抑制mTORC1 在很大程度上阻止细胞增殖，而不是引发细胞死亡。mTOR在几种类型的人类癌症中被过度激活，用雷帕霉素治疗这些病例会导致mTORC2 介导的Akt 激活，又因为雷帕霉素只抑制mTORC1，从而往往会导致治疗策略失败。

2.3.2 第二代mTOR 抑制剂 第二代mTOR 抑制剂（即mTOR 激酶抑制剂）作为靶向激活mTOR 的抗癌药物，特别是同时抑制mTORC1 和mTORC2。这些抑制剂与ATP 竞争结合到mTOR 激酶活性位点，它们大多对mTOR 激酶表现出高度特异性和选择性。 在各种mTOR 激酶抑制剂中，AZD8055对mTORC1 的抑制效果比其他PI3K 的抑制效果好数百倍［26］。KAUFFMAN 等［27］建立了小鼠RCC 异种移植模型，将AZD8055 与西罗莫司对比，结果显示AZD8055 具有更好的肿瘤生长抑制和更长的小鼠生存时间。另外，抑制剂dactolisib（BEZ235）具有对mTOR 复合物和PI3K 的双重抑制作用［28］，并且这些抑制剂对Akt 具有双向作用。抑制mTORC2 会导致Akt在丝氨酸473位点的去磷酸化，并迅速短暂地抑制Akt 在苏氨酸308 位点的磷酸化，从而导致Akt信号抑制；同时使用激酶抑制剂抑制mTOR 也可以缓解Akt介导的反馈抑制，导致PI3K的激活，从而通过苏氨酸308 位点的再磷酸化激活Akt。这清楚地表明，mTOR 激酶抑制可以导致不同的稳态。此外，研究表明mTOR 激酶抑制剂与RTK 抑制剂的联合使用可能会抑制导致细胞死亡和肿瘤消退的双向Akt 信号通路。这些结果揭示了致癌信号的适应能力，并提示了联合治疗对避免双相效应的重要性［29］。尽管它们具有一定的有效性，但长期服用这些药物可能会导致黏膜组织溃疡、血液系统异常、诱导胰岛素不敏感、肥胖和糖尿病等不良副作用，因此抑制剂如WYE354、AZD2014 和AZD8055 仍然无法获得FDA的批准［30］。

2.3.3 第三代mTOR 抑制剂 第三代mTOR 抑制剂是RapaLink，它将第一代和第二代mTOR 激酶抑制剂的结合口袋进行独特结合，创造了一个二价的相互作用，使得其能抑制对之前的mTOR 激酶抑制剂（TORKi）具有抗性的突变。RapaLink-1 比第一代和第二代抑制剂对mTOR 表现出更强的抑制作用。这种药物被证明可以有效地降低p4EBP1 的水平和抑制细胞生长，使细胞停留在G0/G1期。根据FAN等［31］的研究，该药物可以有效阻断mTORC1，并进一步与FKBP12结合，使RapaLink-1分子在细胞中积累。因此，该药物比早期的mTOR抑制剂表现出更好的功效，从而可以有效地阻断癌症相关过度激活的mTOR突变体。KUROSHIMA 等［32］比较了Rapalink-1 与替西罗莫司在体外和体内对RCC 的治疗效果，发现Rapalink-1 对RCC 细胞的增殖、迁移、侵袭和克隆形成的影响更大。

2.4 PI3K/mTOR 双重抑制剂 由于mTOR 和PI3K属于相同的PIKK家族，具有相似的结构组成和激活机制，人们研发出了PI3K/mTOR双重抑制剂。与单独使用mTOR或PI3K抑制剂相比，PI3K/mTOR双重抑制剂确实显示出更好的治疗效果。ROULIN 等［33］的研究发现，NVP-BEZ235或索拉非尼处理786-O 和Caki-1 细胞，可降低RCC 肿瘤细胞的增殖和增加其细胞凋亡，NVP-BEZ235 与索拉非尼联用效果优于单独用药。还有许多其他的双PI3K/mTOR 抑制剂已经在临床前模型或癌细胞系中开发和测试，有望用于癌症治疗。XU 等［34］使用VS-5584 对RCC 细胞株进行处理，发现VS-5584 可以抑制RCC 细胞中PI3K/Akt/mTORC1/2 的活化，从而增加细胞凋亡，具有抗增殖活性。SN202 可以通过降低PI3K 下游信号分子Akt 和S6K 的磷酸化来抑制PI3Kα、PI3Kγ和mTOR。WANG 等［35］使用SN202 对RCC 细胞株进行处理，发现SN202 以剂量依赖性方式抑制细胞增殖，并显著抑制RCC细胞的生长。因此，SN202作为PI3K/mTOR 的双重抑制剂可能是一种有前景的RCC治疗药物。

综上所述，PI3K/Akt/mTOR 信号通路是人类癌症中最常见的失调通路之一，通过调节肿瘤细胞增殖、生长和转移等固有细胞程序，或调节肿瘤微环境，包括血管生成、炎症、免疫反应等，参与肿瘤的发生发展。虽然到目前为止，人们对于PI3K/Akt/mTOR 信号通路在RCC 细胞中作用机制的认知并不全面，许多新的信号通路抑制剂也处于临床试验阶段。但是，从早期的PI3K 抑制剂，到现在的双重抑制剂，都明显改善了RCC 患者的生存率，证明其抑制剂在RCC 的靶向治疗中显著疗效性。在未来的研究中，可以注重抑制剂与其他抗肿瘤药物或免疫治疗相结合，以增强治疗效果。此外，也可以根据患者的遗传变异和分子特征，选择最适合的靶向治疗药物。因此，以PI3K/Akt/mTOR 信号通路为靶点的RCC靶向治疗值得深入研究。