PI3K/AKT/mTOR信號通路及其相關(guān)抑制劑在急性髓系白血病中的作用

劉夢 綜述 陳琦 審校

(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院血液內(nèi)科，貴州 遵義 563000)

PI3K/AKT/mTOR信號通路及其相關(guān)抑制劑在急性髓系白血病中的作用

劉夢 綜述 陳琦 審校

(遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院血液內(nèi)科，貴州 遵義 563000)

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有多種信號通路參與急性髓系白血病的生長、增殖及凋亡，PI3K/AKT/mTOR信號通路是其中比較重要的一種。本文就PI3K/AKT/mTOR信號通路的組成、調(diào)控以及其相關(guān)抑制劑在AML中的研究現(xiàn)狀進行闡述，并簡要介紹其應(yīng)用前景。

急性髓系白血病；磷脂酰肌醇3-激酶；蛋白激酶B；抑制劑

急性白血病(AL)是一種惡性克隆性疾病，全世界每年估計有14萬人被確診為該病，且呈逐年上升的趨勢。盡管大劑量化療大約能誘導(dǎo)緩解75%的AL患者[1]，然而，在所有高?；颊咧屑毙运柘蛋籽?AML)的緩解率不到35%[2]。目前雖然自體或異體干細(xì)胞移植均已用于AML患者，且可以獲得較高緩解率，但仍存在較高的復(fù)發(fā)率和死亡率。因此，研究急性髓系白血病新的發(fā)病機制以及開發(fā)新的有效治療藥物顯得尤為重要和必要。

隨著對AML的深入研究，信號通路逐漸成為AML的研究重點和熱點。近年來，PI3K/AKT/mTOR信號通路與腫瘤的關(guān)系越來越引起人們的重視。研究發(fā)現(xiàn)，在多種腫瘤細(xì)胞系中均可檢測到該信號通路中相關(guān)基因的突變、擴增，或者相關(guān)受體以及該通路下游樞紐分子的激活，或介導(dǎo)其他與該通路相關(guān)的信號分子活性的改變，這些行為最終影響腫瘤細(xì)胞的生長、增殖以及凋亡。目前該信號通路抑制劑已成為研究腫瘤靶向治療的重要方向。

1 PI3K/AKT/mTOR信號途徑的組成以及作用機制

磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)家族根據(jù)PI3K-p110的結(jié)構(gòu)特點和功能可分為3種類型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)，目前對I型PI3K的研究相對透徹。I型PI3K是由五個不同的調(diào)節(jié)亞基(p85α、p85β、p55α、p55γ、p50α)和四個催化亞基(p110α、p110 β、p110γ和p110δ)構(gòu)成，這些調(diào)節(jié)和催化亞基激活時，p85/p110異源二聚體發(fā)生構(gòu)象變化并釋放p110的催化活性。AKT又稱蛋白激酶B(protein kinaseB，PKB)，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是PI3K下游最重要的信號分子，也是PI3K/AKT信號通路的中心環(huán)節(jié)。AKT的PH結(jié)構(gòu)域在AKT的激活過程中突變或缺失導(dǎo)致AKT活性降低，從而表明PH結(jié)構(gòu)域具有重要功能。PI3K激活后在質(zhì)膜上產(chǎn)生“第二信使”PIP3，它與含PH結(jié)構(gòu)域的AKT結(jié)合，誘發(fā)AKT蛋白的Thr308及Ser473位點磷酸化，激活的AKT蛋白從細(xì)胞膜脫離，進入細(xì)胞漿或細(xì)胞核里，激活或抑制其下游蛋白mTOR、Bad、Caspase-9等的活性。mTOR可通過調(diào)節(jié)翻譯抑制分子elF-4E結(jié)合蛋白1(4E-BP1)和p70核糖體蛋白S6激酶(p70S6K)的活性來發(fā)揮其重要作用，從而進一步控制細(xì)胞生長和增殖[3]。

2 PI3K/AKT/mTOR信號途徑在AML發(fā)生發(fā)展中的調(diào)節(jié)機制

急性髓系白血病可能是由于某些基因激活或突變，使細(xì)胞失去控制和細(xì)胞級聯(lián)反應(yīng)性激活，進而導(dǎo)致細(xì)胞過度生長和凋亡受限[4]。PI3K、AKT和mTOR都被證明在多種腫瘤包括血液系統(tǒng)腫瘤中發(fā)揮關(guān)鍵作用。PI3K/ AKT/mTOR信號上調(diào)可能是數(shù)個因素的結(jié)果，包括特定的染色體易位以及生長相關(guān)基因的改變導(dǎo)致的遺傳畸變。在AML病例中，F(xiàn)lt3的串聯(lián)重復(fù)占25%，F(xiàn)lt3、c-kit、Ras的突變分別占10%、30%、20%[5]，這些改變通過激活幾種下游信號通路導(dǎo)致白血病細(xì)胞生長。研究發(fā)現(xiàn)，在AML中，PI3K-p110δ亞型始終以高水平表達(dá)[6]。AKT-Thr308和Ser473位點的激活在50%～72%的AML患者中都可以被檢測到，且AKT-Thr308位點磷酸化與患者低總生存期(OS)相關(guān)聯(lián)[1]。同時，mTOR調(diào)節(jié)的4E-BP1和p70S6K在AML細(xì)胞中也高度磷酸化。另外，胰島素樣生長因子1(IGF1)/胰島素樣生長因子1受體(IGF1R)的信號活化，能促進AML的侵襲和轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)，在70%的PI3K激活樣品中，抑制IGF-1R可導(dǎo)致AKT活性的衰減[7]。因此，PI3K/AKT/mTOR信號通路相關(guān)抑制劑成為AML治療的一個重要途徑。

3 PI3K/AKT/mTOR信號通路相關(guān)抑制劑在AML中的作用

3.1 PI3K抑制劑 渥曼青霉素和LY294002是最具有代表的PI3K抑制劑，它們能抑制AKT磷酸化，進而抑制AML細(xì)胞增殖、促進細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，LY294002可以降低CD34+CD38-白血病干細(xì)胞的生存能力，而這些白血病干細(xì)胞呈現(xiàn)出AKT磷酸化[8]。然而，由于其在體外具有較強的細(xì)胞毒性和不溶性，渥曼青霉素和LY294002至今難以用于臨床[9]。使用選擇性PI3K亞型抑制劑比使用廣譜的PI3K抑制劑具有較少的副作用[10]。在AML中P110δ催化亞基選擇性的表達(dá)，使PI3K亞型抑制劑在AML治療中可能成為研究目標(biāo)。

3.2 AKT抑制劑 Perifosine是兩性離子，且是水溶性的，可通過與AKT的PH結(jié)構(gòu)域相互作用，從而抑制AKT蛋白激酶磷酸化。研究發(fā)現(xiàn)，Perifosine在AML中降低細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并能增強化療劑依托泊苷對AML的敏感性，它還可以降低白血病患者CD34+細(xì)胞的克隆生成活性，且不影響健康供體[11]。此外，在AKT激活的AML細(xì)胞系中，perifosine能夠協(xié)同促凋亡TRAIL(TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體)的作用。

3.3 雙重TORC1/TORC2抑制劑 特定的mTOR激酶抑制劑AZD8055[12]在AML中能阻斷mTORC1和mTORC2信號，可提高經(jīng)典mTORC1抑制劑雷帕霉素治療AML的效果，其機制是AZD8055完全抑制eIF4E結(jié)合蛋白1的磷酸化，進而阻斷蛋白質(zhì)翻譯。AZD8055還能減少AML細(xì)胞增殖和減慢細(xì)胞周期進展，減少白血病祖細(xì)胞的克隆生長以及誘導(dǎo)胱天蛋白酶依賴的細(xì)胞凋亡，而對正常未成熟的CD34+細(xì)胞無影響。另一方面，AZD8055還可以誘導(dǎo)自噬。體外實驗發(fā)現(xiàn)，AZD8055通過減少腫瘤生長，顯著增加AML移植小鼠的生存時間，且沒有明顯的毒性。另外一種雙重TORC1/2抑制劑OSI-027[13]與雷帕霉素相比較，研究者發(fā)現(xiàn)只有OSI-027在AML細(xì)胞中阻止mTORC2特定的細(xì)胞事件。重要的是，OSI-027能夠在蘇氨酸37/ 46位點阻斷4E-BP1的磷酸化，而雷帕霉素不行。該研究還發(fā)現(xiàn)，OSI-027能有效抑制白血病祖細(xì)胞集落形成，這種效應(yīng)比雷帕霉素的影響更有效。此外，OSI-027增強了低劑量阿糖胞苷對AML的抑制效應(yīng)，這表明雙重TORC1/2抑制劑聯(lián)合化療劑可能對白血病的治療提供了一種方法。

3.4 雙重PI3K和mTOR抑制劑 雷帕霉素?zé)o法阻止蛋白質(zhì)合成，因為其誘導(dǎo)4E-BP1磷酸化失敗。此外，在AML中，盡管伴隨PI3K/AKT的激活，但mTORC1的活性似乎不在PI3K/AKT信號的控制下[14]。因此，使用同時針對PI3K和mTORC1催化位點的單個抑制劑可能比只針對PI3K/AKT信號或mTORC1的抑制劑呈現(xiàn)顯著的優(yōu)勢。NVPBEZ235是一種抑制PI3K還兼有抑制TORC1和TORC2復(fù)合物的分子，它充分抑制雷帕霉素的抗4E-BP1磷酸化效應(yīng)，在AML細(xì)胞中顯著抑制蛋白質(zhì)翻譯；該化合物還是一種ATP競爭性抑制劑，直接靶向PI3K和mTOR的催化結(jié)構(gòu)域，以劑量依賴性方式降低AML細(xì)胞增殖，并顯著誘導(dǎo)白血病細(xì)胞的凋亡以及抑制白血病祖細(xì)胞克隆形成[15]。另外一種雙重PI3K/mTOR抑制劑是PI-103，它能抑制IA類、IB類PI3K，也能抑制mTORC1和mTORC2。據(jù)報道，PI-103本身具有適當(dāng)?shù)拇偌?xì)胞凋亡活性，它可通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期在G1期停滯從而抑制AML細(xì)胞系生長。在AML細(xì)胞中，PI-103抑制白血病細(xì)胞的增殖和白血病祖細(xì)胞集落形成，誘導(dǎo)線粒體凋亡，且與依托泊苷具有協(xié)同作用[16]。值得注意的是，PI-103主要影響粒細(xì)胞和單核細(xì)胞集落形成。PI-103針對PI3K/AKT和mTOR的多靶向療法可能對AML的治療有一定的價值，其對人類腫瘤異種移植的小鼠體內(nèi)表現(xiàn)出低毒性和耐受性良好，但因其在體內(nèi)迅速代謝[17]而沒有進入臨床試驗。

3.5 微管解聚劑 CYT997是一種結(jié)構(gòu)新穎的具有口服活性的MTA(微管解聚劑)，可抑制微管蛋白聚合并破壞微管細(xì)胞[18]。CYT997可誘導(dǎo)CD123+白血病細(xì)胞死亡，并減少白血病集落形成[19]，該抑制作用的主要機制是CYT997抑制PI3K的Ⅲ類蛋白的表達(dá)和降低P-65的水平，誘導(dǎo)p-mTOR和mTOR表達(dá)水平的下調(diào)以及完全消除磷酸化AKT。

3.6 天然PI3K/AKT/mTOR抑制劑 對于AML，一些天然產(chǎn)品因為其廣泛的生物活性和相對低的毒性已逐漸替代藥物治療，天然產(chǎn)物抗癌作用和機理的研究也成為倍受重視的領(lǐng)域?？鄥A，從苦參萃取的一種主要成分，已證實在各種癌細(xì)胞中具有抗癌作用。研究發(fā)現(xiàn)，苦參堿可通過抑制細(xì)胞增殖，具有強效的抗腫瘤活性，還可誘發(fā)白血病K562細(xì)胞株的分化[20]。淫羊藿素是淫羊藿苷的水解產(chǎn)物，能抑制多種腫瘤細(xì)胞系的擴散，但其對急性髓系白血病的影響以及潛在的機制仍有待確定。研究發(fā)現(xiàn)，苦參堿和淫羊藿素均可在AML細(xì)胞系HL-60、NB4、U937中下調(diào)p-AKT的表達(dá)，使得AKT蛋白失活[20-21]，其潛在的抗白血病機制可能與下調(diào)PI3K/AKT信號通路的激酶活性相關(guān)。因此，苦參堿和淫羊藿素均可作為治療AML的新候選藥物，但其體內(nèi)及臨床研究仍然待進一步深入。有研究表明[22]左旋一葉萩堿(L-securinine)在HL-60細(xì)胞株中參與PI3K/AKT/mTOR信號通路的調(diào)控，以劑量依賴性方式使PI3K、AKT和mTOR的基因表達(dá)下調(diào)，同時使PTEN基因的表達(dá)上調(diào)，從而誘導(dǎo)HL-60細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞周期。然而，左旋一葉萩堿在動物模型體內(nèi)對正常細(xì)胞系的影響需要進一步研究。

4 展 望

急性髓系白血病(AML)是一種高度異質(zhì)性的惡性血液病。雖然可以通過化療來緩解，但是，仍呈現(xiàn)出高復(fù)發(fā)率和高死亡率，特別是對于老年患者效果不佳。因此，目前迫切需要新的治療方法。AML患者可能出現(xiàn)基因突變，最終導(dǎo)致細(xì)胞級聯(lián)反應(yīng)的激活，進而促進細(xì)胞生長、增殖和存活等。隨著對AML研究的深入，信號通路異常逐漸成為研究AML的重點和熱點。在本文中，我們闡述了PI3K/AKT/mTOR信號途徑的組成、調(diào)節(jié)和在AML中的發(fā)病機制，以及相關(guān)抑制劑對AML細(xì)胞增殖和生存的影響。但在這些研究中，仍然存在著很多與PI3K/AKT/mTOR途徑上調(diào)相關(guān)因素的問題。到目前為止，抑制劑的臨床研究不多，療效也不佳。另外，對于該信號通路的下游目標(biāo)(基因/蛋白)知之甚少，至今尚未明確該信號通路上最有效且副反應(yīng)最小的靶點。信號級聯(lián)的水平或垂直封鎖組合是否比阻斷一個單一的節(jié)點更有效，以及是否可與其他信號通路的抑制或激活協(xié)同治療AML，這些問題有待解決。因此，我們需要更進一步了解PI3K/AKT/mTOR信號通路在急性髓系白血病發(fā)生、發(fā)展機制。隨著分子靶向治療的持續(xù)發(fā)展，加上急性髓系白血病中相關(guān)信號通路機制的進一步研究，我們可以獲得更有效的和選擇性的治療AML的方法。

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2016-01-09)

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