基于PI3K/Akt/mTOR 信号通路探讨中医药防治乳腺癌的研究进展*

郑珮怡，张馨月，李思雨，薛晓红△

1 上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院，上海 200437； 2 上海市松江区方塔中医医院，上海 201699

乳腺癌是全世界女性恶性肿瘤的主要死亡原因，占癌症病例的25%和癌症死亡人数的15%［1］。2013—2015 年，上海市的乳腺癌发病率占女性恶性肿瘤的首位，约为15.82%，死亡率占女性癌症死亡率的9.51%［2］。乳腺癌居高不下的发病率和死亡率已严重影响了女性的健康。磷脂酰肌醇3-激酶（the phosphatidylinositol-3 kinase，PI3K）经活化后的蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）可以激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）。PI3K/Akt/mTOR信号传导通路是人类癌症中最常见的传导通路之一，在癌症细胞的生长、增殖、分化、侵袭等方面具有重要的调节作用［3］。70%以上的肿瘤在PI3K/Akt/mTOR 信号通路中存在突变或基因扩增［4］，该通路中的两个重要基因PI3K编码催化亚基的基因（phosphoinositide-3-kinase，catalytic alpha polypeptide，PIK3CA）和PTEN是在乳腺癌中常见的突变基因，与乳腺癌的发生发展密切相关［5］。近年来，中医药在防治乳腺癌方面也表现出了多靶点、多通路的优势，临床获益明显。

1 PI3K/Akt/mTOR信号通路及靶向药物

1.1 PI3K 及其抑制剂PI3K 是由调节亚基和催化亚基构成的异二聚体，可分为三种类型（Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型［6］，其中PI3KⅠ型中的PI3KⅠA 是由催化亚基（P110）和调节亚基（P85）组成的异二聚类脂激酶，常与癌症的发病有关，主要由酪氨酸激酶受体信号激活［7］，它将通过酪氨酸激酶受体与不同的生长因子结合，包括表皮生长因子受体、胰岛素样生长因子1受体、人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2）及G 蛋白偶联受体等［8］。PI3K 能将4，5-二磷酸磷脂酰肌醇磷酸化，使其成为活性状态的3，4，5-三磷酸磷脂酰酰肌醇［9］，抑癌基因PTEN 则能将这一过程负向调控。PTEN 的失活会导致PI3K 被激活而引起细胞增殖，与肿瘤的发生密切相关。PI3K通路的激活通常是由于2 个重要的机制的发生：PIK3CA发生突变或抑癌基因PTEN功能失活［10］。

PI3K 抑制剂主要包括泛PI3K 抑制剂和选择性PI3K亚型抑制剂。泛PI3K抑制剂具有高毒性，常伴有较多的不良反应，而选择性PI3K 抑制剂的单药使用及内分泌联合用药展现出了更好的临床前景。选择性PI3K抑制剂Alpelisib作为首个被美国食品药品监督管理局批准使用的PI3K 抑制剂已被写入美国国立综合癌症网络乳腺癌指南，用于与氟维司群联用治疗基因检测出PIK3CA 基因突变且雌激素受体（estrogen receptor，ER）阳性、HER-2 阴性的绝经后乳腺癌患者。SOLAR-1 实验的研究结果为Alpelisib 作用靶点和目标人群的选择提供了依据［11］。这是一项随机双盲三期临床试验。研究发现，在PIK3CA 基因突变的患者中Alpelisib 加氟维司群组中位疾病进展的时间（progression-free-survival，PFS）较安慰剂组显著延长，而在无PIK3CA 基因突变的患者中两组PFS无统计学意义，说明PIK3CA基因是Alpelisib治疗的重要靶点。另一种选择性PI3K 抑制剂Taselisib具有较高的选择性和有效性。LORELE I［12］是一项Ⅱ期临床随机双盲实验，在ER 阳性，HER-2阴性的绝经后早期乳腺癌患者中使用Taselisib联合来曲唑，结果显示患者的客观缓解率（objective response rate，ORR）显著增加，且在PIK3CA 基因突变的人群中其效益更加明显。DICKLER等［13］的一项Ⅱ期临床单臂实验结果显示，Taselisib 联合氟维司群在激素受体阳性、HER-2阴性的晚期或转移性乳腺癌患者中有临床有效性，而在PIK3CA基因突变的患者中客观缓解率ORR及临床获益率提升更高。正在开展的三期临床随机试验SANDPIPER［14］，使用Taselisib 联合氟维司群治疗激素受体阳性、HER-2阴性的晚期或转移性乳腺癌，将进一步验证Taselisib联合氟维司群是否能增加对PIK3CA基因突变肿瘤的治疗效果。

1.2 Akt 及其抑制剂丝氨酸/苏氨酸激酶Akt，有3 种异构体Akt1、Akt2 和Akt3，他们在癌症和生理上发挥不同甚至部分相反的作用。磷酸化的Akt 对转录、翻译、细胞周期及凋亡产生调节作用，能促进蛋白合成，细胞生成、细胞存活及激活下游效应物mTOR 并且上调多种效应因子。体细胞PIK3CA 突变通过增强Akt 活化、刺激血管生成和增强对肿瘤细胞的抵抗力，使癌细胞生长优势增加［15］。PTEN 表达的减少或缺失会导致Akt的激活和升高，从而促进细胞周期的发展、细胞的存活、增殖和迁移，这是肿瘤发生的一个主要原因［16］。目前对Akt 选择性抑制剂的研究还处于实验室阶段，其疗效、适应人群、不良反应尚未明确，未被批准应用于临床。

1.3 mTOR 及其抑制剂mTOR 是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，PI3K 和Akt 的下游效应物。mTOR有两种两个功能和结构不同的多蛋白复合物［17］，其中mTORC1 是雷帕霉素和雷帕霉素类似物（如依维莫司）的作用靶点，也是目前研究mTOR 抑制剂的主要靶点。活化的mTORC1通过磷酸化p70上的S6蛋白激酶1和真核翻译起始因子-4E结合蛋白1调节mRNA 的转录和翻译功能，调控促进细胞生长增殖的蛋白质合成，导致其在多种恶性肿瘤细胞中高度表达［18］。

依维莫司是一种口服的雷帕霉素（mTOR）抑制剂，HORTOBAGYI 等［19］的BOLERO-2 是一个国际双盲随机三期临床试验，研究了依维莫司与依西美坦联合使用在ER 阳性、HER-2 阴性的绝经后女性晚期乳腺癌的疗效。该实验结果显示，依维莫司组较安慰剂组的PFS明显延长。此外在BOLERO-2基础上进行的1 项多中心研究BALLET［20］，收集当时数量最大的安全数据集，纳入了更多年老的病例，其结果与BOLERO-2 的结果一致。目前，美国食品药品监督管理局已同意将依维莫司联合依西美坦用于治疗ER阳性的转移性乳腺癌［21］。

2 PI3K/Akt/mTOR信号通路影响乳腺癌发生发展

2.1 诱导乳腺癌血管内皮生成的血管内皮生长因子血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是促进肿瘤血管生成的重要影响因子，参与多条信号通路，能特异性结合血管内皮细胞，调节内皮细胞的增殖和迁移、促进新生血管形成、增加血管通透性。研究表明，PI3K/Akt/mTOR 通路的激活能启动血管VEGF 基因的转录，在基因水平上促进VEGF 的合成［22］。一项研究发现，相较于未出现肝转移的乳腺癌患者，出现肝转移的患者中PI3K/Akt/mTOR 信号通路被显著激活。这或与Akt 能促进血管内皮因子的表达，改善肿瘤血供，促进肿瘤转移的机制有关［23］。

2.2 促进乳腺癌细胞增殖和能量代谢细胞异常增殖是恶性肿瘤发生发展的一个重要生物学过程。多项研究表明，PI3K/Akt/mTOR 信号通路能调节蛋白合成和血管生成，促进细胞生长和增殖。Akt 是PI3K/Akt/mTOR 信号通路的关键调节点。SONG 等［24］研究发现，Akt 激活后会由细胞膜逐步进入细胞核或者细胞质中，进一步出现磷酸化抑制，然后激活相关的靶蛋白，对各种细胞凋亡、分化及增殖过程产生深远影响。另一项研究中，PTEN 基因敲除的小鼠在发育过程中出现多处组织异常增殖，且与正常小鼠相比，基因敲除的小鼠体内Akt 被持续性激活。说明小鼠细胞出现异常增殖，与PTEN 基因的缺失有关［25］。Warburg 效应普遍存在于包括乳腺癌在内的多种癌症细胞内，其特征是在氧气充足的条件下，肿瘤细胞依旧利用有氧糖酵解来产生能量，葡萄糖作为有氧糖酵解的底物，在肿瘤能量代谢中充当着重要的角色［26］。有研究表明，PI3K/Akt/mTOR 信号通路可以调节与有氧糖酵解有关的丙酮酸激酶和乳酸脱氢酶的活性，Akt 被激活后能促进葡萄糖代谢，产生腺嘌呤核苷三磷酸，为肿瘤细胞增殖提供能量［27］。初钊辉等［28］研究发现，一种异黄酮类化合物——鱼藤素能抑制Akt的活化，当Akt磷酸化被抑制，其下游的糖原合成酶激酶的数量反应性上调，糖原合成酶激酶能促进糖原合成，抑制糖代谢，进而抑制乳腺癌细胞株MCF-7的增殖。

2.3 抑制乳腺癌细胞凋亡细胞凋亡是细胞程序性死亡的过程，许多化疗药物发挥效应的中药机制就是诱导肿瘤细胞出现细胞凋亡。PI3K/Akt/mTOR 信号通路的激活会抑制肿瘤细胞凋亡过程，促进肿瘤生长。Akt 及下游信号的激活能够抑制细胞周期的停滞和破坏曲妥珠单抗介导的细胞凋亡［29］，这可能是靶向治疗出现耐药的机制之一。KANG 等［30］的研究显示，Akt 激活后会促进乳腺上皮细胞的异常生长和分化，并抑制细胞凋亡，为乳腺肿瘤形成提供了条件。一项使用金雀异黄酮成功诱导三阴性乳腺癌MDA-MB-231 细胞凋亡的实验中发现，金雀异黄酮可以明显抑制Akt、p-Akt 蛋白表达水平，说明其能使三阴性乳腺癌MDA-MB-231 细胞凋亡的机制或与抑制了PI3K/Akt/mTOR信号通路有关［31］。

2.4 促进乳腺癌细胞中炎症因子分泌肿瘤在增殖侵袭过程中会大量分泌炎症因子，形成炎症微环境，利于肿瘤细胞间信号传导。研究表明，在乳腺癌骨转移、骨质破坏的过程中，肿瘤坏死因子α、胰岛素样生长因子Ⅱ、白细胞介素6、白细胞介素Ⅱ等炎症因子与激活破骨细胞的破骨作用促进骨质溶解密切相关［32］。肿瘤促进性细胞因子——核因子κB主要来源于炎症细胞，Akt能够增加核因子κB的转录活性，使细胞运动能力增强，利于癌细胞侵袭转移［33］。一项体外实验结果显示，白细胞介素8可显著抑制MCF-7细胞的凋亡［34］。当使用不同浓度梯度的白细胞介素8处理MCF-7细胞后，细胞内p-Akt表达升高且呈与浓度呈正相关，说明白细胞介素8可能是通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，来抑制乳腺癌MCF-7细胞凋亡的。

3 中药通过PI3K/Akt/mTOR 信号通路干预乳腺癌细胞生长

3.1 抑制乳腺癌细胞增殖PI3K/Akt/mTOR 信号通路的过度激活，能促进乳腺癌细胞的异常增殖。中药能通过抑制该信号通路上相关蛋白的表达或激活来抑制该通路活性，影响肿瘤细胞增殖，发挥抑癌作用。TAN 等［35］的一项利用流式细胞及蛋白印迹法的实验研究显示，猪苓能使乳腺癌实验小鼠的肿瘤体积明显缩小。其作用机制是下调Akt 通路表达，使乳腺癌细胞的增殖、侵袭性、迁移性下降。时华等［36］一项关于扶正祛毒方研究显示，扶正祛毒方通过抑制PI3K、Akt 蛋白磷酸化，抑制了乳腺癌细胞株MCF-7 的增殖，且随着药物浓度的提高PI3K、Akt 蛋白表达水平逐渐降低。李佳等［37］在对消癌解毒方的研究中发现，消癌解毒方能通过降低PI3K、Akt、mTOR 的表达水平促进细胞周期的负性调控蛋白生成，从而阻碍细胞周期进程，影响乳腺癌细胞增殖。

3.2 促进乳腺癌细胞凋亡诱导肿瘤细胞凋亡是抗肿瘤治疗的重要思路中药能通过抑制PI3K/Akt/mTOR 信号通路，促进乳腺癌细胞凋亡。马丛等［38］研究显示，在实验组小鼠中p-Akt、p-mTOR 及mTOR 表达显著下降，固本抑瘤Ⅱ号方通过抑制PI3K/Akt/mTOR 通路诱导细胞自噬，发挥抑制乳腺癌细胞生长的作用。马立威等［39］使用大戟大枣汤含药血清作用于MCF-7 细胞后可以诱导MCF-7细胞凋亡。将MCF-7 细胞荧光染色后发现PI3K、p-Akt 等蛋白的荧光强度随含药血清浓度增加逐渐降低。黄芊等［40］通过流式细胞术发现阳和汤能使人乳腺癌MDA-MB-231 细胞的凋亡率明显增加。此外使用阳和汤干预的细胞的p-Akt、p-mTOR 蛋白表达明显降低。说明阳和汤可能是通过抑制Akt、mTOR的磷酸化，诱导乳腺癌细胞凋亡。

3.3 改善乳腺癌细胞耐药性化疗耐药是乳腺癌患者治疗效果不佳的重要原因，肿瘤细胞在化疗药物的刺激下激活PI3K/Akt/mTOR 信号通路，Akt 磷酸化水平增加，从而激活该信号通路的下游信号因子，引起乳腺癌细胞耐药。研究发现，中药提取物能通过抑制PI3K/Akt/mTOR 信号通路增加患者对化疗药物的敏感性。KAI等［41］首次从中药川楝子中提取出一种三萜类化合物——川楝素。研究发现，川楝素能促进阿霉素在乳腺癌细胞核中的积累、抑制乳腺癌细胞上的转运蛋白表达，同时抑制阿霉素诱导的Akt磷酸化，从而逆转乳腺癌细胞对阿霉素的耐药性。苦参碱是中药苦参中提取出的生物碱成分。魏昌晟等［42］实验发现，苦参碱能逆转乳腺癌耐药株MCF-7/ADR的耐药性，该作用可能是通过降低Akt 的磷酸化水平，增加抑癌基因PTEN表达，同时降低耐药蛋白的表达来完成。

内分泌耐药激素受体阳性是乳腺癌患者出现病情进展的主要原因。研究显示，乳腺癌的内分泌治疗抵抗通常与PI3K/Akt/mTOR 通路的过度活化有关［43］。中药提取物及复方在治疗他莫昔芬耐药乳腺癌的实验室研究中效果显著。俞萍萍等［44］研究发现，青藤碱和他莫昔芬联合使用能抑制乳腺癌MCF-7/TAM耐药细胞的活力，增强他莫昔芬诱导的细胞凋亡和细胞周期阻滞，剂量依赖性地降低MCF-7/TAM细胞中PI3K、Akt和mTOR的磷酸化水平。万斯斯等［45］使用祛瘀解毒方作用于他莫昔芬耐药乳腺癌细胞株MCF-7C后，MCF-7C细胞对他莫昔芬的敏感性明显增加。同时祛瘀解毒方对PI3K/Akt/mTOR信号通路有明显抑制作用，若阻断了这种抑制作用，则MCF-7C细胞株对他莫昔芬的敏感性也会随之下降。徐茜茜等［7］研究证明，阳和化岩汤能降低PI3K/Akt/mTOR信号通路上相关蛋白表达，抑制他莫昔芬耐药型乳腺癌移植瘤的生长。

4 讨论

PI3K/Akt/mTOR 通路对乳腺癌的生长、增殖、侵袭都有着重要的影响，是目前乳腺癌研究领域的热点之一。中医学认为，乳腺癌的发病机制为外邪侵袭，肝郁气滞，冲任失调，导致气滞、血瘀、痰凝、邪毒壅滞乳络而成。中药及方剂具有成分天然、副反应少、接受度高等多种优点，在防治乳腺癌方面表现出一定的成效。目前针对中药抑制乳腺癌PI3K/Akt/mTOR 通路的研究尚少，还停留在实验室阶段，中药及方剂通过PI3K/Akt/mTOR通路防治乳腺癌是一个有价值的潜在研究方向。希望未来能通过多方面的深入研究，使乳腺癌患者能在不久的将来获得更多用药选择。