PI3K-AKT 信號通路在胃癌中的作用機制及研究進展

郝艷嬌 李志宇 常明智 張曉麗

河北北方學院，基礎(chǔ)醫(yī)學院，張家口，075000，中國

胃癌是全球第五大常見癌癥，也是第三大常見癌癥的死亡原因［1］，患病人數(shù)以及胃癌導致死亡數(shù)量逐年增加，形式不太樂觀。胃癌的發(fā)病率特點表現(xiàn)為發(fā)病人數(shù)、死亡人數(shù)和轉(zhuǎn)移能力均較高，據(jù)統(tǒng)計，每33 名男性、每78 名女性中就有1 人為胃癌患者［2］。胃癌的致癌因素眾多，比如幽門螺桿菌（helicobacter pylori，HP）感染、慢性胃炎、飲食不規(guī)則、過度吸煙和飲酒等。雖然近年來胃癌的預后有所改善，但以進展快、化療耐藥為特點的惡性型胃癌預后較差［3］。胃癌致病機制不明，但達成共識的是胃癌的病變過程是多環(huán)節(jié)、多原因、多步驟和包含多條通路積累的改變過程，此過程中信號傳導通路會發(fā)生異常改變。

1 PI3K/AKT 信號通路的構(gòu)成與功能

1.1 PI3K

磷脂酰肌醇3-蛋白激酶（phosphatidylinositol 3-protein kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）通路是一條與細胞凋亡和增殖密切相關(guān)的信號生存通路，參與了許多惡性腫瘤的形成且通路異常狀態(tài)與腫瘤的分期、分化甚至轉(zhuǎn)移度等緊密聯(lián)系［4］。PI3K 在20 多年前被發(fā)現(xiàn)，屬于磷酸化肌醇磷脂的-OH基團［5］，是細胞內(nèi)脂質(zhì)激酶的大家族成員之一。PI3K含有調(diào)節(jié)功能亞基p85α、p65β、p65γ和催化效能亞基p110α、β和γ。SH3 區(qū)域和豐富的脯氨酸區(qū)域構(gòu)成了p85 的N 末端，兩個SHZ 區(qū)域與一個蛋白質(zhì)分子亞基p110 連接的結(jié)構(gòu)域組成了COOH 末端。根據(jù)PI3K 結(jié)構(gòu)特點和子序列特異性可將其分為三個子型：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。研究表明參與這條途徑的調(diào)控主要為Ⅰ型，且與癌癥的發(fā)生有關(guān)聯(lián)［6］。

Ⅰ型PI3K 可以再劃分為兩型：A 和B 亞型。催化功能的球蛋白P110（α、β、γ）和調(diào)節(jié)功能的球蛋白p85共同構(gòu)成A 亞型。催化亞基和調(diào)節(jié)亞基構(gòu)成了異質(zhì)復合體蛋白質(zhì)，控制蛋白定位，受體結(jié)合和激活［7-8］。P110γ可以促進激酶活性，屬于Ⅰb 亞型，p1l0γ和p85不相結(jié)合，而與一個接頭蛋白連接并參與G 蛋白亞基活化的過程［9］。Ⅱ型PI3K 有三種亞型，包含α亞型、β亞型和γ亞型，在許多器官和組織中表達，擁有各自不同的細胞作用，同時包括細胞遷移、存活、吞噬、胞飲、通道調(diào)節(jié)的重要作用［10］。Ⅲ型PI3K 由催化亞基Vps34（空泡蛋白分類34）和VPS15（空泡蛋白分類15）組成，可以通過雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）進行調(diào)節(jié)，進一步促進蛋白質(zhì)的合成，調(diào)節(jié)細胞的自噬水平［11］。III 類PI3K 家族也被證明可以促進自噬、核內(nèi)體運動-核內(nèi)體成熟、生物合成、膜轉(zhuǎn)運和細胞質(zhì)的分裂［12-14］。研究發(fā)現(xiàn)，PI3K 幾乎與所有人類的癌癥均有關(guān)，如結(jié)直腸癌，前列腺癌，乳腺癌等，為治療癌癥提供了潛在的方向與研究價值［15］。

1.2 AKT

AKT 屬于細胞質(zhì)中的信號蛋白，作為PI3K 通路的核心蛋白，也是三磷酸磷脂酰肌醇（three phosphatidyl inositol phosphate，PIP3）重要的作用部位，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的多種功能，如細胞生長、凋亡和糖代謝等方面，并通過一系列下游效應因子抑制細胞凋亡［16-17］。目前發(fā)現(xiàn)AKT 表達的三種分型：由PKBα基因編碼的AKT1、由PKBβ基因編碼的AKT2、由PKBγ基因編碼的AKT3［18-19］。它們的基因雖然互不相同，但是在氨基酸分子水平上有80%的重疊部分。AKT 包含3個不同的功效區(qū)間：①在AKT 的氨基端存在作用于底物Ser 或THr 殘基，pH 區(qū)間（pleckstrinhomology）存在于AKT 的N 尾端，該區(qū)域由相似其它分子的三磷酸酰肌醇和數(shù)量約100 個AA 的連接域，在物質(zhì)調(diào)節(jié)方面發(fā)揮功能，尤其是在類脂化合物、蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)間相互影響。② 中心結(jié)構(gòu)域在AKT 分子中是極為關(guān)鍵的激酶區(qū)，該區(qū)308 位點還有AKT 不全激活所必要的ser 并與PkA、PkC 有相同的區(qū)間。③AKT 尾部的羧基端存在疏水調(diào)控區(qū)域，其富含大量的Pro，該區(qū)所擁有的絲或蘇氨酸殘基的磷酸化位點是AKT 完整活化所必需的。AKT 的PH 區(qū)域在進化過程中是基本不變的，說明其可能起著主要作用［20］。

AKT 是人類癌癥中最活躍的激酶之一，能夠直接影響腫瘤細胞的各種生物學表現(xiàn)［21-22］。有研究發(fā)現(xiàn)，蛇床子素可以降低AKT，誘導胃癌細胞凋亡以及阻滯細胞周期在G2/M 期，從而抑制胃癌細胞的生長［23］。AKT 在許多胃癌的發(fā)生發(fā)展中經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)，高表達的XLOC_006753 通過抑制AKT 途徑增強胃癌細胞的耐藥性［24］。多種研究表明，靶向AKT 對治療胃癌有較大的潛力。

2 PI3K/AKT 信號通路的調(diào)控

P13K/AKT 涉及多種腫瘤細胞的增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移等腫瘤發(fā)生發(fā)展過程，是腫瘤細胞的關(guān)鍵信號生存通路之一，其與致癌基因相關(guān)聯(lián)，并且與腫瘤的發(fā)生發(fā)展和治療預后也顯著相關(guān)［25-26］。該通路的調(diào)控是多因素的，包括受體：酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs）、GTP 連接蛋白等，配體：內(nèi)毒素、胰島素生長因子1、2（insulin like growth factor 1、2，IGFs1，2）和胰島素等。

PI3K/AKT 通路的活化過程是繁復、多原因的。當酪氨酸殘基磷酸化后可激活受體Tyr 激酶（receptor tyrosine kinase，RTK），激活的RTK 將和P85α亞基相關(guān)聯(lián)，它們的協(xié)同作用上調(diào)了P110 催化亞基活化率［27］。從而激活底物肌醇磷脂二磷酸（phosphatidylinositol（4，5）bisphosphate，PiP2），生成無法被磷脂酶切割的肌醇磷脂三磷酸（PiP3）。PIP3 信號分子在增殖、凋亡、生存和胰島素信號調(diào)控中發(fā)揮作用，是信號整合和下游蛋白激活的主要目標［28］。隨后與信號蛋白AKT 的絲-蘇氨酸激酶位點相匹配，導致AKT 激活由細胞質(zhì)轉(zhuǎn)于胞膜上，使其構(gòu)像發(fā)生改變。被激活的所有AKT 與其下游的多種底物相互作用，可以完成多種效能，包括磷酸化胞質(zhì)和細胞核中的靶蛋白，活化Camp 反應元件結(jié)合蛋白，整合細胞外信號信息，抑制P27 和激活哺乳動物雷帕霉素蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）等［29］。最主要是通過激活下游的mTOR 信號分子進而調(diào)控細胞增殖、細胞周期、細胞分化、血管生成和侵襲等［30-32］。PIP3 去磷酸化通過磷酸酯酶和張力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）表達下調(diào)來完成，進一步抑制PIP3 激活AKT，并且使mTOR 在AKT 下游被負調(diào)控，mTOR 誘導下游的激酶如P70-S6K 和轉(zhuǎn)錄起始因子4E（4E-binding protein 1，4EBP1）磷酸化，進一步影響蛋白質(zhì)表達水平和合成增多［33］。PTEN 是一種新型的抑癌基因，可以調(diào)控細胞周期，在胃癌中經(jīng)常發(fā)生突變，它的失活和胃癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。PTEN 的失活也能夠激活AKT 及其下游的分子，從而調(diào)控細胞存活、凋亡、周期等［34］。有研究表明，吳茱萸通過抑制PTEN 介導的PI3K 通路的表達，進而抑制胃癌細胞的增殖，誘導凋亡［35］。

3 靶向PI3K-AKT 信號通路與胃癌研究現(xiàn)狀

PI3K-AKT 是細胞生存和代謝的激動器，涉及胃癌細胞的凋亡、自噬及其它功能狀態(tài)等。其限制了腫瘤發(fā)生發(fā)展的幾種不同形式：如參與腫瘤細胞血管生成和形成、腫瘤細胞遷移、侵襲等過程。值得關(guān)注的是，在關(guān)鍵的血管通透因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的產(chǎn)生和其受體的信號轉(zhuǎn)導過程中該通路發(fā)揮了極其重要的功能。

3.1 PI3K/AKT 抑制劑與胃癌的關(guān)系

在正常和腫瘤細胞的許多過程中PI3K-AKT 途徑發(fā)揮了主要的功能，同時在胃癌細胞的生長、代謝、分化、自噬等方面也發(fā)揮了不可替代的作用，所以抑制該信號通路是治療胃癌的一個重要靶點。

雷帕霉素是常見的抗血管生成代表藥物之一，其類似物在臨床上的開發(fā)是藥物應用研究熱點，雷帕霉素具有抗血管生成的活性，可使血管內(nèi)皮對生長因子刺激所帶來的的反應完全消除，也是調(diào)節(jié)許多致癌和代謝功能的重要靶點。雷帕霉素抑制血管化腫瘤因子的生長，機制為作用于PI3K-AKT 通路中的抗腫瘤的某一部分。雷公藤紅素是PI3K 的抑制劑，楊靜等［36］研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素以濃度依賴性降低PI3K、AKT 磷酸化的表達水平，可顯著抑制胃癌MFC 細胞的增殖。沒食子酸（gallic acid，GA）是具有抗腫瘤作用的一種有機酸。李沐涵等［37］采用蛋白印跡法檢測目標蛋白的表達，將不同濃度的GA 和PI3K 抑制劑分別作用胃癌細胞，提取蛋白，測蛋白濃度并記錄，實驗結(jié)果表明，沒食子酸組的胃癌細胞p-PI3K/AKT 等蛋白表達水平受到顯著抑制，表明沒食子酸可能介導PI3K/AKT 使胃癌細胞的表達降低。派立福辛是一種新型的AKT 抑制劑，屬于抗腫瘤藥物之一，目前已經(jīng)在臨床上進行不斷的試驗。經(jīng)RNA 干擾下調(diào)胃癌細胞中的AKT 下游底物eIF4E（真核翻譯起始因子4E）的表達水平來抑制信號途徑，結(jié)果表明胃癌細胞的增殖受到了顯著抑制。Liang Son 等［38］對人體胃癌標本及臨床胃癌患者進行一系列的研究，發(fā)現(xiàn)eIF4E 蛋白表達量降低可阻滯胃癌細胞生長，并可能成為新的抗胃癌的藥物。

3.2 PI3K/AKT 與胃癌細胞的凋亡

凋亡能夠促進機體正常生長、生物體的進化以及保持細胞外液的穩(wěn)定性，是由遺傳機制調(diào)控的生理性死亡。細胞進行的主動性死亡和抗死亡因子處于微妙的平衡狀態(tài)，而這種平衡的打破正是引發(fā)多數(shù)疾病的原因。因此，該通路的研究是了解細胞凋亡信號通路的抑制、激活、相關(guān)機制與多種疾病關(guān)聯(lián)的重要突破點。

當細胞線粒體中的促凋亡Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）和抗凋亡B 淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）基因之間的平衡改變時，可以誘導細胞周期蛋白（cyclin D1）的活化，從而使細胞產(chǎn)生凋亡［39］。趙士齡等［40］經(jīng)過體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，氯胺酮處理胃癌細胞導致Bcl-2 蛋白水平下降，同時Bax，caspase-3 活性增強，進而誘導細胞凋亡，并能夠使PI3K、AKT 蛋白的磷酸化水平降低，有效地抑制體內(nèi)外腫瘤生長。黏著班激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）位于PI3K 的上游，上調(diào)FAK 可以抑制胃癌細胞的遷移和誘導其凋亡，結(jié)果表明β咔啉類生物堿通過活化FAK/PI3K/AKT 通路來抑制胃癌細胞生長［41］。葉黃素具有抗氧化能力，不僅可抑制腫瘤細胞的發(fā)展，還可以提高人體免疫力［42］。使PI3K、AKT 在胃癌干細胞中的表達及其磷酸化水平下降，從而導致細胞的凋亡數(shù)量增加，表明在胃癌中葉黃素可調(diào)節(jié)此通路誘導細胞的凋亡［43］。人參具有抗腫瘤活性，能夠抑制血小板的聚集，抑制化療誘導的免疫抑制作用，因此，人們從人參中提取了人參皂苷Rg3［44］。研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg3 可以降低細胞中的因子、增強免疫力和化療敏感性等方面來限制癌細胞的生長［45］。胞外蛋白激酶、有絲分裂活化蛋白激酶水平可以通過黃芪甲苷來降低從而減少癌細胞在機體侵襲的發(fā)生。黃芪甲苷通過抑制PI3K-AKT 通路，使多種凋亡蛋白的表達水平下降，比如Bcl-2、Fas、p53 等，同時增加了多種促凋亡蛋白的表達水平，比如Bax、Bak、Bok 等，從而抑制胃癌細胞的增殖并促進凋亡。子銀化痰方由半夏、白花蛇舌草等組合而成［46］，經(jīng)過子銀化痰方處理的胃癌細胞組，明顯的抑制了胃癌細胞中的PI3K、CyclinD1、Bcl-2 的表達，Bcl-2 是Bcl-2 家族中最重要的抗凋亡基因，CyclinD1是AKT 的下游蛋白，參與胃癌細胞G0/G1周期的表達，其表達增加在腫瘤的分化和惡性轉(zhuǎn)化有重要作用［47］。結(jié)果顯示子銀化痰方通過調(diào)控PI3K/AKT 信息轉(zhuǎn)導促進胃癌細胞的凋亡。

3.3 PI3K/AKT 與胃癌細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移

侵襲與轉(zhuǎn)移的發(fā)生作為大多數(shù)腫瘤細胞生長的標志［48］，此過程與許多通路、分子機制相關(guān)聯(lián)。此通路與癌細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等過程緊密相連。通過激活該通路中的相關(guān)蛋白，進一步促進了胃癌的轉(zhuǎn)移，有望成為治療胃癌轉(zhuǎn)移的一個潛在的靶點［49］。

研究發(fā)現(xiàn)，PI3K 下游分子AKT 參與調(diào)控胃癌細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移，基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）參與細胞外基質(zhì)的降解，并能夠穿透基底膜，其中MMP-9 和MMP-2 是研究最廣泛的金屬蛋白酶，在細胞侵襲與轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮了重要作用，AKT 能夠激活MMP，進而調(diào)控腫瘤細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移［50］。芬太尼是一種阿片受體激動劑，李春來等［51］發(fā)現(xiàn)芬太尼抑制MMP-9 蛋白水平的表達，促進對胃癌細胞侵襲和轉(zhuǎn)移的抑制作，可能與PI3K/AKT 有關(guān)。藤黃醇具有抗炎、抗應激等作用，可以調(diào)節(jié)多種信號通路參與腫瘤的發(fā)生。在胃癌的研究中發(fā)現(xiàn)，藤黃醇通過PI3K/AKT 信息轉(zhuǎn)導減少細胞增殖、降低MMP-2/9蛋白的表達，從而抑制胃癌的進展［52］。酪蛋白激酶2A1（CSNK2A1）是一種多效性的激酶，可磷酸化多種底物，與多種腫瘤細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移有關(guān)，Chao Jiang等［53］研究發(fā)現(xiàn)，CSNK2A1 通過降低AKT 和mTOR 的磷酸化水平進而阻斷PI3K/AKT 分子信號的傳遞，限制了胃癌細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移。Shh 作為一種信號傳遞途徑在特定細胞的生長和分化中發(fā)揮了主要的功能。通過分析人類胃癌組織切片表明Shh 傳導途徑通過活化PI3K-Akt 信息轉(zhuǎn)導進而促進上皮-間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和MMP-9的激活，從而參與胃癌的轉(zhuǎn)移和侵襲［54］。湯加寧等［55］實驗表明槐耳清膏可能參與PI3K/AKT 通路負性調(diào)控，使MMP-2 和MMP-9 能力降低，進而抑制了胃癌的腹腔轉(zhuǎn)移。LMO4 屬于T 細胞白血病的致癌基因，王寧等［56］通過基因探針（gene set enrichment analysis，GSEA）分析發(fā)現(xiàn)LMO4 與AKT/mTOR 信息轉(zhuǎn)導密切相關(guān)，在胃癌細胞中加入LMO4 蛋白、米替福辛（PI3K/Akt 抑制劑）和dactolisib（mTOR 抑制劑），觀察發(fā)現(xiàn)LMO4經(jīng)PI3K/AKT 信息轉(zhuǎn)導途徑顯著抑制了PI3K、AKT和p85 的磷酸化水平，抑制了胃癌細胞的侵襲和增殖。KLOTHO 基因是調(diào)控衰老的基因分子，可作為抑癌基因在腫瘤細胞生長中起作用，蔣茂芬等［57］通過體外培養(yǎng)人胃癌細胞和正常胃黏膜細胞，經(jīng)過一系列的方法提示上調(diào)KLOTHO 可與細胞膜表面受體結(jié)合，隨后啟動細胞內(nèi)特定的信號傳導通路，抑制胰島素和胰島素促生長作用的多肽物質(zhì)在細胞內(nèi)傳遞，進而下調(diào)AKT蛋白的磷酸化水平，進一步抑制了PI3K-AKT 的信息傳遞，使胃癌細胞表面的MMP-9 蛋白表達水平下降，抑制胃癌細胞的遷移、侵襲。許多研究證實UFM1 參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，通過對437 例胃癌患者進行分析［58］，證明過表達的UFM1 可以抑制AKT 磷酸化水平進而影響PI3K/AKT 信息調(diào)節(jié)，使肌醇3 磷酸依賴性的蛋白激酶-1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDKl）的表達水平升高，PDK1 在調(diào)節(jié)腫瘤細胞遷移中能夠發(fā)揮主要作用，其不僅是蛋白激酶類的主要管理者，也是PI3K-AKT 信號通路中關(guān)鍵的蛋白激酶，可以磷酸化其下游的許多蛋白，比如p70S6K、AKT 等，導致其泛素化水平升高，降低蛋白的表達水平，從而抑制胃癌的侵襲、轉(zhuǎn)移。能使編碼序列基因轉(zhuǎn)錄翻譯而來的蛋白編碼功能的非編碼長度超過200 的RNA 分子（lncRNA），對于腫瘤的發(fā)展過程起了重要的作用。一系列的體內(nèi)外實驗表明lncRNA 可以通過PI3K-AKT通路促進胃癌的侵襲、轉(zhuǎn)移，并參與多種腫瘤的生長過程。lncRNA 有可能望成為治療胃癌細胞的一種新型生物標志物。

4 結(jié)語與展望

研究證實，在胃癌發(fā)生、發(fā)展、治療、預后過程中PI3K-AKT 通路一直都是人們?yōu)檠兄浦委熜路桨傅耐黄泣c和熱點，其與胃癌細胞的增殖、自噬溶酶體的形成、程序性死亡、侵襲和遷移有關(guān)。該通路的發(fā)現(xiàn)對于人類治療癌癥既是機遇也是挑戰(zhàn)。隨著人們對PI3K/AKT 通路不斷的深入研究，靶向腫瘤的藥物出現(xiàn)會越來越多。目前其作用機制尚未完全闡明，比如在胃癌組織中PI3K/AKT 通路與RAS/Raf、NF-κB、JAK-STAT等通路之間是否有協(xié)同作用，中藥和化療的聯(lián)合應用通過PI3K/AKT 通路在胃癌中是否有協(xié)同、拮抗作用等。相信隨著對通路機制的研究將有助于治療胃癌更加有效方案的研發(fā)，將會大大提高胃癌患者的生存質(zhì)量。