馬寅瑞，李楊,4，明海霞,2,3*

(1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省中藥藥理與毒理學(xué)重點實驗室，甘肅 蘭州 730000；4.敦煌醫(yī)學(xué)與轉(zhuǎn)化教育部重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

根據(jù)中國疾病負(fù)擔(dān)研究報告[1]顯示，心腦血管疾病和慢性阻塞性肺疾病的發(fā)病率及死亡率位于首位，癌癥位于之后，在各種癌癥中肺癌位于首位，占各疾病總死亡率的6.6%，其次是肝癌?；诜肿铀?、信號通路研究腫瘤的發(fā)生發(fā)展是目前的研究熱點。信號通路中關(guān)鍵因子的激活或沉默是腫瘤形成中必不可少的一環(huán)，在眾多信號通路中PI3K/AKT/mTOR 信號通路的過度激活[2]與其密切相關(guān)。該通路的過度活化，不但促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移以及抗細(xì)胞凋亡，而且促進(jìn)腫瘤微環(huán)境血管的形成增加血供。故通過對PI3K/AKT/mTOR 信號通路的研究，可以從分子水平提供腫瘤的防治方法。

1 PI3K/AKT/mTOR 信號通路

1.1 PI3K 即磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)

PI3K 是一組質(zhì)膜相關(guān)脂質(zhì)激酶，由三個亞基組成：p85 調(diào)節(jié)亞基，p55 調(diào)節(jié)亞基和p110 催化亞基[3]。PI3K 分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型，但只有Ⅰ型與腫瘤的形成有關(guān)[4]。研究發(fā)現(xiàn)[5]，Ⅰ型PI3K 有4 種起催化作用的亞型，分別為p110α、β、γ 和δ，分別由PIK3CA、PIK3CB、PIK3CG 和PIK3CD 基因編碼，其中p110α 和p110β 表達(dá)廣泛而p110γ 和p110δ 的表達(dá)富集于免疫細(xì)胞。 110α、β、δ 與p58 構(gòu)成ⅠA 類PI3K，p110γ 構(gòu)成ⅠB 類PI3K，其中ⅠA 在人類癌癥中最明顯。生理狀態(tài)下，PI3K 可被生長因子、細(xì)胞因子等細(xì)胞外刺激物激活；在腫瘤形成中以PIK3CA 和PTEH 突變常見，從而激活PI3K 的活化，Ⅰ型PI3K 的活化須刺激受體酪氨酸激酶(PTK)及G 蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)，活化的PI3K 可磷酸化PIP2 為PIP3，AKT 可與PIP3 結(jié)合，從而激活細(xì)胞生長和存活途徑[3-6]。脂質(zhì)磷酸酶PTEN 可將PIP3 去磷酸化為PIP2 來調(diào)節(jié)該途徑，從而阻止下游激酶的活化。升高的PI3K 可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、同時也是腫瘤的標(biāo)志[5]。

1.2 PKB 即絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(protein kinase B，PKB/AKT)

研究發(fā)現(xiàn)，AKT 存在于胞質(zhì)中，有三個結(jié)構(gòu)域，即C-末端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域、N-末端的PH 結(jié)構(gòu)域及內(nèi)部激酶結(jié)構(gòu)域[7]，是PI3K 下游的關(guān)鍵蛋白當(dāng)。其中PH 結(jié)構(gòu)與的改變影響了AKT 的功能。目前已知AKT 家族主要有3 種亞型，分別為AKT1(PKBα)、AKT2(PKBβ)和AKT3(PKBγ)，三者通過相互協(xié)調(diào)對細(xì)胞的生長、代謝、增殖和存活起到調(diào)節(jié)作用[5,8]。AKT1在全身廣泛表達(dá)，具有促進(jìn)細(xì)胞增殖、存活的作用[9]；AKT2 在胰島素依賴性組織顯著表達(dá)，具有調(diào)節(jié)胰島素分泌，參與糖代謝的作用[10]；AKT3 可在大腦中觀察到，與學(xué)習(xí)、記憶以及行為功能有關(guān)[11]。PI3K 通過生成三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)導(dǎo)致AKT1(T308 和S473)，AKT2(T309 和S474)，AKT3(T305 和S472)兩個關(guān)鍵殘基磷酸化。AKT 由胞質(zhì)進(jìn)入胞膜并改變構(gòu)象，暴露蘇氨酸殘基(T308、T309、T305)，被磷脂酰肌醇依賴性蛋白激酶1(Phosphatidylinositol-dependent protein kinase 1，PDK1)磷酸化；暴露絲氨酸殘基(S473、S474、S472)，被磷脂酰肌醇依賴性蛋白激酶2(Phosphatidylinositol-dependent protein kinase 2，PDK2)即mTORC2 磷酸化，同時磷酸化后，AKT 才能活化[7-8,12]。研究發(fā)現(xiàn)[13]，活化的AKT 進(jìn)入胞質(zhì)或細(xì)胞核，調(diào)控下游信號分子，如激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)抑制細(xì)胞自噬；抑制Bad 和FOXO 直接調(diào)節(jié)細(xì)胞存活；抑制Fas 配體(FasL)和腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)等。同時磷酸酯酶PTEN、INPP4B 可抑制AKT 的活化。

1.3 mTOR 即哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)

該酶屬于磷脂酰肌醇激酶相關(guān)激酶(Phosphatidyl inositol kinase related kinase，PIKK)家族，mTOR 屬非典型高保守絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶[14]，調(diào)節(jié)細(xì)胞的存活、生長、代謝、自噬；蛋白質(zhì)的合成及體內(nèi)平衡[15]。研究發(fā)現(xiàn)[14,16-17]，在哺乳動物中，mTOR 有兩種存在形式：RAPTOR 蛋白和mTOR 結(jié)合形成復(fù)合物1，即mTORC1，可感知生長因子并響應(yīng)細(xì)胞能量。AKT 通過抑制結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物(TSC)1/2，磷酸化TSC2 使TSC1-TSC2 復(fù)合物解離，抑制Rheb 的活化，從而激活mTOR1。mTORC1 可以磷酸化真核翻譯起始因子4E 結(jié)合蛋白1(4EBP1)、S6 激酶(S6K)和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)，以促進(jìn)蛋白質(zhì)翻譯，核苷酸和脂質(zhì)的合成，溶酶體的生物發(fā)生，并抑制自噬過程；RICTOR 蛋白和mTOR結(jié)合形成復(fù)合物2，即mTORC2。mTORC2 受PI3K/AKT 和mTORC1 的調(diào)節(jié)，PI3K 可激活mTORC2，使其與核糖體結(jié)合，激活A(yù)KT。mTORC2 可磷酸化血清和糖皮質(zhì)激素激酶(SGK)及蛋白質(zhì)激酶C(PKC)調(diào)節(jié)參與腫瘤發(fā)生的細(xì)胞骨架重組和細(xì)胞運(yùn)動。同時S6K1 降解胰島素受體底物(IRS)1/2，從而抑制mTORC2，mTORC1 可通過生長因子受體- 結(jié)合蛋白10(Grb10)負(fù)反饋抑制mTORC2。

2 中醫(yī)藥通過PI3K/AKT/mTOR 信號通路防治腫瘤的機(jī)制

中醫(yī)藥作為我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)，以陰陽學(xué)說為軸心，一整體觀和辨證論治為重要手段，以自然療法為主要形式。腫瘤在發(fā)生發(fā)展過程中伴隨著機(jī)體的氣血、陰陽失衡以及臟腑功能紊亂，從而出現(xiàn)精虧氣虛、氣滯血瘀等表現(xiàn)，在治療過程中應(yīng)解毒散結(jié)、益氣養(yǎng)精[18]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)，中醫(yī)藥能通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR 信號通路防治腫瘤。

2.1 調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡

促凋亡分子Bax、抗凋亡分子Bcl-xL、caspase 酶在細(xì)胞凋亡中起著至關(guān)重要的作用，其表達(dá)是凋亡的標(biāo)志。AKT 作為凋亡分子的上游蛋白磷酸化Bax、Bcl-2 等凋亡分子，抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生[19]。通過下調(diào)PI3K/AKT/mTOR 信號通路的表達(dá)，解除對凋亡分子的抑制是目前腫瘤防治的一個途徑。張星星[20]研究發(fā)現(xiàn)，芪玉三龍湯通過抑制miRNA21 的轉(zhuǎn)錄上調(diào)PTEN，使PI3K/AKT/mTOR 信號通路表達(dá)降低，從而上調(diào)了Bax 的表達(dá)、下調(diào)Bcl-2 促進(jìn)肺癌細(xì)胞的凋亡發(fā)生。由此可見，中醫(yī)藥通過降低該通路調(diào)控下游促凋亡分子和抗凋亡分子，調(diào)節(jié)凋亡。

2.2 調(diào)節(jié)細(xì)胞周期

細(xì)胞周期的失調(diào)是腫瘤最常見的變化，正常的細(xì)胞周期由周期蛋白(cyclin) 和CDK 調(diào)控，依次經(jīng)歷G1 期、S 期、G2 期和M 期，CDK 與相應(yīng)的cyclin 形成復(fù)合物磷酸化下游分子調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程[21]。Dai 等[22]在胃癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，lncRNA-MALAT1 的表達(dá)升高，上調(diào)PI3K/AKT/mTOR 通路，并促進(jìn)細(xì)胞周期由G1 期向S 期過度和細(xì)胞侵襲性，從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的發(fā)生。CDK-4/6 和cyclin D 主要存在于G1期，在有絲分裂信號的刺激下形成復(fù)合物，磷酸化腫瘤抑制基因RB，使E2F 解離與DP1 結(jié)合，調(diào)控cyclin A、cyclin E、DNA 復(fù)制和有絲分裂的進(jìn)程，細(xì)胞由G1 期進(jìn)入S 期[23]。可見PI3K/AKT/mTOR 信號通路可通過調(diào)節(jié)cyclin-CDK 復(fù)合物對細(xì)胞周期起到一定的調(diào)節(jié)作用。Kathy 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，ASP 能顯著升高HT-29 結(jié)腸癌細(xì)胞中PTEN 表達(dá)，使mTOR表達(dá)降低，同時發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期停滯于S 期(主要)和G2/M 期。Fei 等[25]研究顯示，麥門冬湯加味精湯簡稱金配方對非小細(xì)胞肺癌有抑制作用，金配方可降低CDK4 和CyclinD3 的表達(dá)，金配方和DDP 聯(lián)合使用可顯著降低p-AKT(Thr308)的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。由此可見，中醫(yī)藥能降低該通路的表達(dá)調(diào)節(jié)cyclin-CDK 復(fù)合物，阻滯細(xì)胞周期。

2.3 調(diào)節(jié)p53 基因

p53 基因是一種重要的腫瘤抑制基因，在DNA 損傷，癌基因激活，缺氧等多種應(yīng)激反應(yīng)中被激活，通過誘導(dǎo)p21WAF1/CIP1 轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞周期停滯于G1 期從而阻止DNA 合成，通過Cyclin B1，CDC2 等基因?qū)⒓?xì)胞周期阻滯于G2 期；并誘導(dǎo)DNA 修復(fù)基因GADD45 的轉(zhuǎn)錄，當(dāng)細(xì)胞周期未能停滯于G1期，p53 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[26-28]。p53 與PI3K/AKT/mTOR 信號通路之間存在雙向調(diào)控，AKT 可促進(jìn)下游分子MDM2 磷酸化，參與p53 的降解作用，相反的，p53 可促進(jìn)PTEN 的表達(dá)，水解PIP3 從而抑制AKT 的活化，同時p53 可誘導(dǎo)sestrin1和sestrin2 的表達(dá)來促進(jìn)AMPKβ1 的活化和TSC2 的表達(dá)來抑制mTORC1[27]。Ye 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，中藥丹參的提取物丹參酮(CTN) 在NSCLC 中升高了p53 和p21，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時PTEN、Caspase-3/9、Bax 的表達(dá)升高，AKT(Thr308 和Ser473)磷酸化和Bcl-2/xl 的表達(dá)降低。可以認(rèn)為p53 通過升高PTEN 抑制了PIP3 的形成從而截斷PIP3 對AKT 的磷酸化，Bax 和Bcl-2 作為AKT 的下游分子失去了AKT 的磷酸化解除Bax 的抑制作用。中醫(yī)藥通過對p53 的調(diào)節(jié)分別從細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡兩方面來防治腫瘤或是一種方法。

2.4 調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬

自噬調(diào)節(jié)中存在多種轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，其中依賴mTOR 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑尤其重要[30]。在細(xì)胞錯綜復(fù)雜的自噬通路中，負(fù)向調(diào)節(jié)的核心基因便是mTOR，它可起到逆向調(diào)控者的作用[31]，PI3K/AKT/mTOR 是其主要的作用途徑之一。在自噬調(diào)節(jié)能量缺乏和饑餓的反應(yīng)中mTORC1 起到主要作用，營養(yǎng)充足時，ULK1 的Ser758 被mTORC1 磷酸化并抑制其與AMPK的作用阻斷自噬，而處于饑餓狀態(tài)或營養(yǎng)不足時mTORC1 從ULK1 復(fù)合物中解離，從而減輕對ULK1 的抑制，ULK1 通過磷酸化AKMP 來下調(diào)后者的活性，啟動自噬[32]。Zhao 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，中藥姜黃的提取物姜黃素能誘導(dǎo)人黑素瘤細(xì)胞發(fā)生自噬，并能下調(diào)PI3K/AKT/mTOR 信號通路的表達(dá)。用CQ等自噬抑制劑來抑制乳腺癌細(xì)胞自噬后，姜黃素降低AKT 的作用降低[34]。因此，姜黃素能通過下調(diào)PI3K/AKT/mTOR 的表達(dá)，促進(jìn)ULK1 啟動自噬。由此可見，中醫(yī)藥能下調(diào)該通路表達(dá)調(diào)控ULK1 的活性，促進(jìn)細(xì)胞自噬的發(fā)生。

對人類中32 種不同類型的腫瘤進(jìn)行蛋白組學(xué)的分析，發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT/mTOR 信號通路中相關(guān)因子的mRNA 與磷酸化蛋白水平之間并無強(qiáng)相關(guān)性；分別對PI3K/AKT 途徑和mTOR途徑進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)在許多腫瘤中mTOR 活性都較高但PI3K/AKT 的活性較低，PI3K/AKT 與mTOR 的活性高度相關(guān)，并且之間有一定程度的解偶聯(lián)現(xiàn)象[35]。中醫(yī)藥能通過降低PI3K/AKT/mTOR 信號通路分別調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和自噬誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來發(fā)揮抗腫瘤作用。

2.5 中醫(yī)藥對骨髓的保護(hù)作用

放療及化療是腫瘤的主要治療方式，但放化療會損傷骨髓組織，研究發(fā)現(xiàn)中醫(yī)藥在防治腫瘤放化療后的骨髓抑制有一定的緩解作用，其多以補(bǔ)腎滋陰血及健脾益氣生學(xué)為方法，從腎、脾、肝論治[36]。師林等[37]研究發(fā)現(xiàn)，加味龜鹿二仙膠湯從中醫(yī)角度具有陰陽雙補(bǔ)、補(bǔ)腎益精、益氣養(yǎng)血等功效，其與順鉑(DDP)聯(lián)合使用，降低PI3K、p-AKT 蛋白和mTOR 蛋白表達(dá)，抑制腫瘤體積的增長，增強(qiáng)順鉑的抗腫瘤作用及抑瘤率，保護(hù)由順鉑引起的骨髓有核細(xì)胞降低，并可能調(diào)控骨髓間充質(zhì)細(xì)胞。Sheng 等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧能誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化，骨髓間充質(zhì)細(xì)胞內(nèi)AKT 表達(dá)升高，并有CD31 和VEGF 的升高，用LY294002 處理后CD31 和VEGF的表達(dá)都出現(xiàn)降低。因此PI3K/AKT/mTOR 可能通過CD31和VEGF 的表達(dá)促進(jìn)骨髓間充質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化。故某些中醫(yī)藥可發(fā)揮雙重調(diào)控作用，如：上調(diào)的PI3K、p-AKT、mTOR 蛋白在骨髓組織中表達(dá)、下調(diào)在肺癌組織中mTOR 蛋白的表達(dá)。

3 PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制劑的應(yīng)用

3.1 PI3K 抑制劑

根據(jù)作用目標(biāo)將PI3K 抑制劑分為PI3K 選擇抑制劑、泛PI3K 抑制劑和PI3K-mTOR 雙重靶向抑制劑[39]。泛PI3K 抑制劑可抑制四類亞型(p110α、β、γ 和δ)，其中LY294002 是最早的藥物，但對機(jī)體產(chǎn)生的副作用較大[40]。PI3K 選擇抑制劑可針對性的作用于某一亞型發(fā)揮作用，如Alpelisib(BYL719)選擇作用于p110α 亞型，Idelalisib(CAL-101) 特異性抑制p110δ。PI3K 的p110 亞基與mTOR 激酶的結(jié)構(gòu)與相似，因此PI3K-mTOR 雙重靶向抑制劑同時作用，并能抑制mTORC1對上游AKT 的激活，如Bimiralisib(PQR309)抑制p110 四各亞型和mTORC1、mTORC2[39,41]。隨著長期的藥物使用，腫瘤細(xì)胞逐漸出現(xiàn)耐藥，耐藥機(jī)制或通過調(diào)節(jié)不同的信號通路實現(xiàn)，聯(lián)合治療可降低腫瘤細(xì)胞的耐藥。紫杉醇(PTX)作為宮頸癌的主要治療藥物，在長期應(yīng)用后可產(chǎn)生獲得性化療抗性，對晚期的宮頸癌治療是一個挑戰(zhàn)。Liu 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，在宮頸癌細(xì)胞中存在PIK3CA 的突變，并且在存在耐藥性的宮頸癌細(xì)胞內(nèi)PIK3CA 的mRNA 水平明顯上調(diào)，說明對紫杉醇內(nèi)耐藥可能與PI3K/AKT 通路有關(guān)，紫杉醇上調(diào)了AKT 的表達(dá)，紫杉醇分別與BYL719 和LY294002 聯(lián)合作用具有協(xié)同作用，阻斷PI3K-110α/p-PTEN/p-PDK1/p-GSK-3β 信號通路降低AKT 的活化，解除對下游分子的限制，Bax、caspase-9 等與調(diào)往有關(guān)蛋白表達(dá)升高，同時抑制了CDC2、CCNB1 等將細(xì)胞周期阻滯于G2/M 期，從而促進(jìn)了細(xì)胞凋亡的發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)聯(lián)合使用還可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞DNA 的損傷，降低腫瘤細(xì)胞的遷徙能力。

3.2 AKT 抑制劑和mTOR 抑制劑

根據(jù)作用部位不同將AKT 抑制劑分為變構(gòu)抑制劑、ATP競爭性抑制劑和PH 結(jié)構(gòu)域抑制劑。與PIP3 競爭性結(jié)合AKT的PH 結(jié)構(gòu)域從而阻止AKT 的活化是PH 結(jié)構(gòu)域抑制劑的作用機(jī)制，并能抑制PDK1 與mTORC2 的磷酸化，如PX316；封閉AKT 磷脂結(jié)合的位點，從而阻斷AKT 的激活是變構(gòu)抑制劑的作用機(jī)制，如MK-2206；與ATP 競爭性結(jié)合AKT 的激酶域的ATP 位點，從而阻斷AKT 的活化是ATP 競爭性抑制劑的作用機(jī)制，如GSK-690693(泛AKT 激酶抑制劑)、BAY-1125976(針對AKT1 和AKT2)等[43,44]。mTOR 抑制劑分為一代mTOR 抑制劑和二代ATP 競爭性mTOR 激酶抑制劑兩種，一代屬于大環(huán)內(nèi)酯類藥，能特異性抑制mTORC1，如雷帕霉素等。二代與ATP 競爭性結(jié)合mTOR 激酶上的ATP 結(jié)合位點從而發(fā)揮作用，如Sapanisertib(MLN0128)、Tokinib(PP242)。與一代相比二代抑制劑不但阻止細(xì)胞生長還誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[14]。

4 展望

PI3K/AKT/mTOR 信號通路在惡性腫瘤中都存在過度表達(dá)，對腫瘤的發(fā)生于發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。因此，抑制PI3K/AKT/mTOR 信號通路的過度表達(dá)是腫瘤的治療的一個方法。但是現(xiàn)在仍有一些腫瘤中的機(jī)制未研究清楚，這對抗癌起到了一定的限制因素。PI3K/AKT/mTOR 信號通路的表達(dá)機(jī)制在腫瘤發(fā)生發(fā)展的情況仍是現(xiàn)在一大研究熱點，隨著PI3K/AKT/mTOR 信號通路以及在腫瘤組織中表達(dá)機(jī)制的研究逐漸清晰，能提供更多治療腫瘤的方法。中醫(yī)藥對于PI3K/AKT/mTOR 信號通路中的關(guān)鍵蛋白也參與調(diào)節(jié)，從而降低通路的表達(dá)，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期，誘導(dǎo)自噬和凋亡，從而對腫瘤起到抑制作用，并且中醫(yī)藥能提高骨髓組織中PI3K、AKT、mTOR 蛋白的表達(dá)，預(yù)防及緩解作用由放化療產(chǎn)生的骨髓抑制作用。從中醫(yī)角度來看，中醫(yī)藥還具有益氣養(yǎng)血、活血化瘀、化痰散結(jié)、扶正祛邪、增強(qiáng)自身抵抗力的作用，對腫瘤發(fā)生中機(jī)體陰陽失衡、臟腑功能紊亂等起到對證治療。基于PI3K/AKT/mTOR 信號通路探究中醫(yī)藥對腫瘤的影響及機(jī)制也是目前的一大熱點，結(jié)合我國對中醫(yī)藥的大力扶持，中醫(yī)藥對于腫瘤的治療機(jī)制會更明了。