肝细胞癌(HCC) 是常见的消化系统恶性肿瘤,其每年的病死率均排在所有肿瘤的前三位。研究资料显示,HCC 发病率呈逐年上升的趋势,预计在2015-2020年HCC 病死率将达到峰值。目前,针对HCC 的治疗主要包括保守治疗、手术切除、肝移植、经皮射频消融术等。虽然这些疗法可以提高HCC 患者5年生存率,但仍不能有效降低本病的复发率。近年来多项研究显示,磷脂肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(phosphninositide 3-kinase /protein kinase B/the mammalianta target of rapamycin,PI3K/Akt /mTOR) 信号转导通路是机体内蛋白质合成的重要信号通路,在调控肿瘤细胞增殖、分化、凋亡等过程中发挥重要作用。因此,针对本通路的靶向治疗将成为HCC 的研究焦点。本文就近年PI3K/Akt /mTOR信号转导通路在HCC 中的研究进展及此通路的靶向治疗作一综述。
1 PI3K/Akt /mTOR信号转导通路组成及功能
PI3K 是一种癌基因,由调节亚基p85和催化亚基p110组成的异源性二聚体,主要存在于细胞质内。PI3K 家族主要分为3个亚型: Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,它们在调节激酶活性、催化及结合亚基性质等方面存在差异。当机体细胞内PI3K 受到生长因子等刺激后,PI3K 活化后并聚集到细胞膜上,将其底物3,4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2) 转化为3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3) 。
Akt 又称为蛋白激酶B(protein kinase B,PKB) ,是一种在进化上高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,主要存在胞浆中,是PI3K 下游分子。Akt 通过血小板-白细胞C 激酶同源区与PIP3相结合,使得Thr308和Ser473位点磷酸化而被激活。激活后Akt 蛋白将其底物磷酸化,从而调控肿瘤细胞的凋亡。
mTOR(mammalian target of rapamycin) 是Akt 信号分子下游雷帕霉素作用的靶点。活化的Akt 可以通过直接磷酸化mTOR的ser2448位点而激活mTOR信号或者通过抑制结节性硬化复合物1/2形成复合物而激活mTOR信号。激活后的磷酸化mTOR可以有效的调控其两个下游分子,即核糖体S6蛋白激酶(S6K) 和真核生物启动因子4E 结合蛋白1(4E-BP1) 。核糖体S6蛋白在p70S6K 的作用下发生磷酸化,可以明显增强其含有嘧啶基序列mRNA 的翻译功能,这些mRNA经过不同排列组合后形成多种核糖体蛋白和翻译调节蛋白。而4E-BP1经mTOR作用发生磷酸化后使其失活,导致与真核细胞翻译起始因子4E(eIF-4E) 结合能力下降,从而启动蛋白质的翻译。
PI3K/Akt /mTOR信号转导通路的负反馈作用主要由10号染色体上缺失与张力蛋白同源的磷酸酶基因(PTEN) 来控制。PTEN 位于人体染色体10q23,属于抑癌基因,其通过促进PIP3在D3位去磷酸化生成PIP2,从而实现PI3K 下游Akt /mTOR信号通路的负性调节,达到抑制细胞增殖和促进细胞凋亡的目的。所以,PTEN 的缺失或失活都会导致PI3K/Akt /mTOR信号通路的高度激活,从而出现此通路及其介导的下游信号分子的异常反应。近年来随着研究的不断深入,PI3K/Akt /mTOR信号通路的异常在肿瘤的发生发展过程中的作用也日益凸显,目前针对此通路关键分子的靶向治疗策略已经展开。
2 PI3K/Akt /mTOR信号通路与HCC
2.1 抑制细胞凋亡和促进细胞生存PI3K/Akt/mTOR信号通路的激活可以明显抑制细胞凋亡,同时还可以有效调节肿瘤细胞翻译相关蛋白的合成和细胞周期进程。流行病学调查显示,大约40%的HCC 患者出现Akt 的突变。激活的PI3K可以引起Akt 的突变使细胞失去正常的生理功能,并诱发肿瘤的生成,达到抑制肿瘤细胞凋亡的作用。研究证实通过转染后Akt 失活的等位基因可以改变其致癌现象。Liu 等运用基因芯片技术发现与正常肝脏组织相比,HCC 细胞中Akt的表达明显升高。Suzuki 等研究表明,PI3K/Akt /mTOR信号通路在HCC 发病过程中被过度激活,mTOR呈高表达,肿瘤细胞的凋亡受到明显抑制作用。此外,PI3K/Akt /mTOR信号通路在HCC 中还受到诸多细胞因子和炎性介质的影响。例如,白细胞介素-6可以通过激活此通路导致肿瘤细胞免受转化生长因子β 的诱导而凋亡。
2.2 促进肿瘤细胞的侵袭和转移PI3K/Akt /mTOR信号通路依靠降低肿瘤细胞间的粘附作用来影响HCC 细胞的远处转移。研究表明,各种病毒蛋白都可以通过调节此通路来影响肿瘤的发生。Tuck 等 在HCC 中均发现表皮生长因子(EGF) 诱导骨桥蛋白(osteopontin,OPN) 的表达作用依赖于PI3K/Akt /mTOR信号通路的调控,而PI3K 抑制剂可以降低OPN 的表达但是不能完全阻断。PI3K/Akt /mTOR通路还可以调节肿瘤细胞对细胞外基质的降解,影响基质金属蛋白酶的合成和分泌,促进肿瘤细胞的侵袭和转移。例如此通路可以上调基质金属蛋白酶(MMP) 2mRNA 和蛋白质的表达,HBV X蛋白(HBX) 通过刺激此通路活化调节MMP-9的转录,从而提高HCC 肿瘤细胞侵袭力。除了病毒蛋白作用外,还有一些常见的下游蛋白可以调控此通路在HCC 中的作用。例如肝细胞生长因子以及胰岛素生长因子1都可以通过其受体激活HCC 中PI3K/Akt /mTOR通路。
2. 3 促进血管形成PI3K/Akt /mTOR通路可以诱导许多肿瘤血管新生。目前认为此通路促进血管形成的机制为: 活化的Akt 可以激活内皮型一氧化氮合酶磷酸化,产生一氧化氮(NO) ,而NO 与血管新生关系密切; 另外,PI3K/Akt /mTOR通路还可以通过激活激酶HDM2来调控血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF) 和缺氧诱导因子-1α 的表达。但是近年来关于PI3K/Akt /mTOR与促进血管新生在HCC 中的说法还处于争议中: Mottet 等采用低氧环境来激活PI3K/Akt /mTOR通路后出现糖原合酶激酶-3β 的失活和乏氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF) 1的稳定。而Arsham 等发现在缺少HIF-1的HCC 细胞株中,Akt 的效应没有受到任何影响,研究结果表明HCC 中Akt 可能通过非依赖HIF-1的机制来调节血管新生。
3 针对PI3K/Akt /mTOR信号通路的HCC 治疗策略
PI3K/Akt /mTOR通路可以诱导肿瘤细胞生存、分化和血管新生,在HCC 发病过程中起到重要作用,因此近年来逐渐将此通路作为HCC 治疗干预的新靶点。
3. 1 PI3K 抑制剂Wortmannin 和LY294002是目前研究较为深入的2种PI3K 抑制剂,可以有效的增加化疗药物对癌细胞的敏感性。LY294002由于其稳定性较佳,所以被广泛应用于细胞生物学研究。对于其他的PI3K 抑制剂还处于临床和动物试验初级阶段,如HS-104、NVP-BEZ235、IPD-196。Jung 等研究发现HS-104对HCC 的治疗存在剂量依赖性,同时HS-104抑制信号通路下游蛋白表达如PAKT、p-mTOR、p-p70S6K,降低HCC 组织中PCNA、CD34、裂解的caspase-3的含量。Chang 等研究发现NVP-BEZ235可以有效抑制HCC 细胞株的生长、增加LC3的表达、降低p62蛋白的表达,诱导机体自噬作用,从而达到抗癌功效。Lee 等研究发现IPD-196可以有效抑制PI3K 下游效应物,提高亚G1凋亡细胞的比例,增加裂解PARP 及caspase-3水平,因此认为IPD-196可能是HCC 靶向治疗的候选药物。
3. 2 Akt 抑制剂Akt 抑制剂是当前针对此通路的研究热点,可以拮抗Akt 在HCC 中抗凋亡作用,诱导肿瘤细胞的凋亡,降低肿瘤细胞的耐药性。MK-2206作为一种新型Akt 抑制剂,研究发现MK-2206可以抑制G0/G1周期细胞活性、诱导HCC 细胞凋亡,并提高细胞自噬功能,同时研究还发现MK-2206与阿霉素联合应用是一种更有效的治疗HCC 方案。而PX-316是另一种Akt 抑制剂,可以阻止Akt 的膜定位。目前实验研究中发现注射PX-316可以减缓MCF-7裸小鼠移植肿瘤的生长速度,但是并不影响HT-29裸小鼠移植肿瘤的生长速度。Zhang 等研究发现新型的Akt 抑制剂CMEP(9-chloro-2-methylellipticinium acetate) ,它的作用是通过抑制Akt Ser473的磷酸化下调Akt 的活性,但是对PI3K 的活性并没有太大的影响。
3. 3 mTOR抑制剂传统mTOR抑制剂是通过阻断mTORC1来干扰PI3K/Akt /mTOR信号通路的抑制剂,主要包括雷帕霉素及其类似物特癌适、依维莫司。雷帕霉素可以结合FK506结合蛋白,抑制mTOR,阻止4EBP 和P70S6K 磷酸化,还可以抑制相关蛋白的转录和翻译。在HCC 组织培养和动物模型中,雷帕霉素均具有浓度依赖性的抑制肿瘤细胞生长活性。
传统mTOR抑制剂不能阻断mTORC2,这已经在尿路上皮癌中得到证实。新型mTOR抑制剂能够通过mTORC2抑制Akt 第473位丝氨酸路磷酸化而消除这种反馈效应,同时阻断mTORC1和mTORC2,主要药物有AZD8055和OSI027。Kirstein 等报道mTOR抑制剂BEZ235主要是通过影响HCC细胞周期进程,达到抑制肿瘤生长的目的,而且BEZ235抗肿瘤效果与线粒体呼吸功能直接相关。
3. 4 PI3K/Akt /mTOR抑制剂联合其他药物目前在临床试验和动物研究中,除了单一使用上述药物之外,药物之间的联合使用治疗HCC 开始成为重要的选择。但是,由于无法具体解释PI3K/Akt /mTOR抑制剂治疗HCC 的关键机制,所以如何选择最佳药物联合抑制剂就成为最新的研究热点。例如临床上已经证实依维莫司与苏尼替尼联合治疗的可行性,而特癌适与贝伐单抗联合应用正在进行Ⅲ期临床试验。
4 结语
综上所述,PI3K/Akt /mTOR信号通路主要在抑制细胞凋亡、促进肿瘤细胞的侵袭和转移、影响血管新生等方面参与HCC 的形成,但其具体作用机制尚未明确,还有待进一步研究。对于PI3K/Akt /mTOR信号通路的深入研究,不仅可进一步明确HCC 的发病机制,还可为HCC 的干预治疗提供新的靶点。
原文链接: http:/www.novoprolabs.com/support/articles/201411121134.html
(by admin)
1 PI3K/Akt /mTOR信号转导通路组成及功能
PI3K 是一种癌基因,由调节亚基p85和催化亚基p110组成的异源性二聚体,主要存在于细胞质内。PI3K 家族主要分为3个亚型: Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,它们在调节激酶活性、催化及结合亚基性质等方面存在差异。当机体细胞内PI3K 受到生长因子等刺激后,PI3K 活化后并聚集到细胞膜上,将其底物3,4-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2) 转化为3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3) 。
Akt 又称为蛋白激酶B(protein kinase B,PKB) ,是一种在进化上高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,主要存在胞浆中,是PI3K 下游分子。Akt 通过血小板-白细胞C 激酶同源区与PIP3相结合,使得Thr308和Ser473位点磷酸化而被激活。激活后Akt 蛋白将其底物磷酸化,从而调控肿瘤细胞的凋亡。
mTOR(mammalian target of rapamycin) 是Akt 信号分子下游雷帕霉素作用的靶点。活化的Akt 可以通过直接磷酸化mTOR的ser2448位点而激活mTOR信号或者通过抑制结节性硬化复合物1/2形成复合物而激活mTOR信号。激活后的磷酸化mTOR可以有效的调控其两个下游分子,即核糖体S6蛋白激酶(S6K) 和真核生物启动因子4E 结合蛋白1(4E-BP1) 。核糖体S6蛋白在p70S6K 的作用下发生磷酸化,可以明显增强其含有嘧啶基序列mRNA 的翻译功能,这些mRNA经过不同排列组合后形成多种核糖体蛋白和翻译调节蛋白。而4E-BP1经mTOR作用发生磷酸化后使其失活,导致与真核细胞翻译起始因子4E(eIF-4E) 结合能力下降,从而启动蛋白质的翻译。
PI3K/Akt /mTOR信号转导通路的负反馈作用主要由10号染色体上缺失与张力蛋白同源的磷酸酶基因(PTEN) 来控制。PTEN 位于人体染色体10q23,属于抑癌基因,其通过促进PIP3在D3位去磷酸化生成PIP2,从而实现PI3K 下游Akt /mTOR信号通路的负性调节,达到抑制细胞增殖和促进细胞凋亡的目的。所以,PTEN 的缺失或失活都会导致PI3K/Akt /mTOR信号通路的高度激活,从而出现此通路及其介导的下游信号分子的异常反应。近年来随着研究的不断深入,PI3K/Akt /mTOR信号通路的异常在肿瘤的发生发展过程中的作用也日益凸显,目前针对此通路关键分子的靶向治疗策略已经展开。
2 PI3K/Akt /mTOR信号通路与HCC
2.1 抑制细胞凋亡和促进细胞生存PI3K/Akt/mTOR信号通路的激活可以明显抑制细胞凋亡,同时还可以有效调节肿瘤细胞翻译相关蛋白的合成和细胞周期进程。流行病学调查显示,大约40%的HCC 患者出现Akt 的突变。激活的PI3K可以引起Akt 的突变使细胞失去正常的生理功能,并诱发肿瘤的生成,达到抑制肿瘤细胞凋亡的作用。研究证实通过转染后Akt 失活的等位基因可以改变其致癌现象。Liu 等运用基因芯片技术发现与正常肝脏组织相比,HCC 细胞中Akt的表达明显升高。Suzuki 等研究表明,PI3K/Akt /mTOR信号通路在HCC 发病过程中被过度激活,mTOR呈高表达,肿瘤细胞的凋亡受到明显抑制作用。此外,PI3K/Akt /mTOR信号通路在HCC 中还受到诸多细胞因子和炎性介质的影响。例如,白细胞介素-6可以通过激活此通路导致肿瘤细胞免受转化生长因子β 的诱导而凋亡。
2.2 促进肿瘤细胞的侵袭和转移PI3K/Akt /mTOR信号通路依靠降低肿瘤细胞间的粘附作用来影响HCC 细胞的远处转移。研究表明,各种病毒蛋白都可以通过调节此通路来影响肿瘤的发生。Tuck 等 在HCC 中均发现表皮生长因子(EGF) 诱导骨桥蛋白(osteopontin,OPN) 的表达作用依赖于PI3K/Akt /mTOR信号通路的调控,而PI3K 抑制剂可以降低OPN 的表达但是不能完全阻断。PI3K/Akt /mTOR通路还可以调节肿瘤细胞对细胞外基质的降解,影响基质金属蛋白酶的合成和分泌,促进肿瘤细胞的侵袭和转移。例如此通路可以上调基质金属蛋白酶(MMP) 2mRNA 和蛋白质的表达,HBV X蛋白(HBX) 通过刺激此通路活化调节MMP-9的转录,从而提高HCC 肿瘤细胞侵袭力。除了病毒蛋白作用外,还有一些常见的下游蛋白可以调控此通路在HCC 中的作用。例如肝细胞生长因子以及胰岛素生长因子1都可以通过其受体激活HCC 中PI3K/Akt /mTOR通路。
2. 3 促进血管形成PI3K/Akt /mTOR通路可以诱导许多肿瘤血管新生。目前认为此通路促进血管形成的机制为: 活化的Akt 可以激活内皮型一氧化氮合酶磷酸化,产生一氧化氮(NO) ,而NO 与血管新生关系密切; 另外,PI3K/Akt /mTOR通路还可以通过激活激酶HDM2来调控血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF) 和缺氧诱导因子-1α 的表达。但是近年来关于PI3K/Akt /mTOR与促进血管新生在HCC 中的说法还处于争议中: Mottet 等采用低氧环境来激活PI3K/Akt /mTOR通路后出现糖原合酶激酶-3β 的失活和乏氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF) 1的稳定。而Arsham 等发现在缺少HIF-1的HCC 细胞株中,Akt 的效应没有受到任何影响,研究结果表明HCC 中Akt 可能通过非依赖HIF-1的机制来调节血管新生。
3 针对PI3K/Akt /mTOR信号通路的HCC 治疗策略
PI3K/Akt /mTOR通路可以诱导肿瘤细胞生存、分化和血管新生,在HCC 发病过程中起到重要作用,因此近年来逐渐将此通路作为HCC 治疗干预的新靶点。
3. 1 PI3K 抑制剂Wortmannin 和LY294002是目前研究较为深入的2种PI3K 抑制剂,可以有效的增加化疗药物对癌细胞的敏感性。LY294002由于其稳定性较佳,所以被广泛应用于细胞生物学研究。对于其他的PI3K 抑制剂还处于临床和动物试验初级阶段,如HS-104、NVP-BEZ235、IPD-196。Jung 等研究发现HS-104对HCC 的治疗存在剂量依赖性,同时HS-104抑制信号通路下游蛋白表达如PAKT、p-mTOR、p-p70S6K,降低HCC 组织中PCNA、CD34、裂解的caspase-3的含量。Chang 等研究发现NVP-BEZ235可以有效抑制HCC 细胞株的生长、增加LC3的表达、降低p62蛋白的表达,诱导机体自噬作用,从而达到抗癌功效。Lee 等研究发现IPD-196可以有效抑制PI3K 下游效应物,提高亚G1凋亡细胞的比例,增加裂解PARP 及caspase-3水平,因此认为IPD-196可能是HCC 靶向治疗的候选药物。
3. 2 Akt 抑制剂Akt 抑制剂是当前针对此通路的研究热点,可以拮抗Akt 在HCC 中抗凋亡作用,诱导肿瘤细胞的凋亡,降低肿瘤细胞的耐药性。MK-2206作为一种新型Akt 抑制剂,研究发现MK-2206可以抑制G0/G1周期细胞活性、诱导HCC 细胞凋亡,并提高细胞自噬功能,同时研究还发现MK-2206与阿霉素联合应用是一种更有效的治疗HCC 方案。而PX-316是另一种Akt 抑制剂,可以阻止Akt 的膜定位。目前实验研究中发现注射PX-316可以减缓MCF-7裸小鼠移植肿瘤的生长速度,但是并不影响HT-29裸小鼠移植肿瘤的生长速度。Zhang 等研究发现新型的Akt 抑制剂CMEP(9-chloro-2-methylellipticinium acetate) ,它的作用是通过抑制Akt Ser473的磷酸化下调Akt 的活性,但是对PI3K 的活性并没有太大的影响。
3. 3 mTOR抑制剂传统mTOR抑制剂是通过阻断mTORC1来干扰PI3K/Akt /mTOR信号通路的抑制剂,主要包括雷帕霉素及其类似物特癌适、依维莫司。雷帕霉素可以结合FK506结合蛋白,抑制mTOR,阻止4EBP 和P70S6K 磷酸化,还可以抑制相关蛋白的转录和翻译。在HCC 组织培养和动物模型中,雷帕霉素均具有浓度依赖性的抑制肿瘤细胞生长活性。
传统mTOR抑制剂不能阻断mTORC2,这已经在尿路上皮癌中得到证实。新型mTOR抑制剂能够通过mTORC2抑制Akt 第473位丝氨酸路磷酸化而消除这种反馈效应,同时阻断mTORC1和mTORC2,主要药物有AZD8055和OSI027。Kirstein 等报道mTOR抑制剂BEZ235主要是通过影响HCC细胞周期进程,达到抑制肿瘤生长的目的,而且BEZ235抗肿瘤效果与线粒体呼吸功能直接相关。
3. 4 PI3K/Akt /mTOR抑制剂联合其他药物目前在临床试验和动物研究中,除了单一使用上述药物之外,药物之间的联合使用治疗HCC 开始成为重要的选择。但是,由于无法具体解释PI3K/Akt /mTOR抑制剂治疗HCC 的关键机制,所以如何选择最佳药物联合抑制剂就成为最新的研究热点。例如临床上已经证实依维莫司与苏尼替尼联合治疗的可行性,而特癌适与贝伐单抗联合应用正在进行Ⅲ期临床试验。
4 结语
综上所述,PI3K/Akt /mTOR信号通路主要在抑制细胞凋亡、促进肿瘤细胞的侵袭和转移、影响血管新生等方面参与HCC 的形成,但其具体作用机制尚未明确,还有待进一步研究。对于PI3K/Akt /mTOR信号通路的深入研究,不仅可进一步明确HCC 的发病机制,还可为HCC 的干预治疗提供新的靶点。
原文链接: http:/www.novoprolabs.com/support/articles/201411121134.html
(by admin)
2014-11-12