靶向PI3K/AKT/mTOR信號通路治療急性T淋巴細胞白血病的研究進展

黃顯博 史 庭 葉琇錦

急性T淋巴細胞白血病(T-ALL)源于胸腺T祖細胞，是具有強侵襲性和異質(zhì)性的血液系統(tǒng)惡性腫瘤[1]。文獻報道，T-ALL分別約占兒童急性淋巴細胞白血病(ALL)患者的15%，成人ALL患者的25%；聯(lián)合化療策略使T-ALL的預后有了較大改善，目前兒童T-ALL患者治愈率已達到80%，在成人中這一比例約為60%[2]。盡管T-ALL的治療取得了很大的進步，但對原發(fā)性耐藥或復發(fā)難治性T-ALL患者以及成年T-ALL患者的療效仍不佳[3]。鑒于此，越來越多的研究者將重心放在探究T-ALL發(fā)生發(fā)展的分子機制上，以求尋找到更有效的治療靶點并研制開發(fā)出更加高效且低毒性的藥物治療策略。

1 PI3K/AKT/mTOR通路

磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB，又稱AKT)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路在細胞的生長增殖、細胞周期進程和凋亡過程中發(fā)揮了關鍵性作用[4]。在PI3K/AKT/mTOR通路中，PI3K是一種屬于脂質(zhì)激酶家族的異源二聚體成員，可分為三大類(PI3K Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ)，其中PI3K I被研究最多，其與腫瘤相關性也最大；PI3KⅠ由4個不同的催化亞基(p110α、p110β、p110γ、p110δ)和5種不同調(diào)節(jié)亞基(p85α、p85β、p55α、p55γ、p50α)組成不同的異二聚體亞型[4]。AKT是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于AGC蛋白激酶家族；作為PI3K信號通路的中間效應分子，過度表達于造血干細胞中[5]。mTOR也是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于磷脂酰肌醇3激酶相關激酶(PIKK)超家族成員，可與其他不同蛋白形成兩種復合物：mTOR復合物1(mTORCl)和mTOR復合物2(mTORC2)；而Raptor和Rictor分別是定義mTORCl和mTORC2的關鍵蛋白。正常情況下PI3K可被多種生長因子刺激活化并催化底物磷脂酰肌醇2磷酸(PIP2)為磷脂酰肌醇3磷酸(PIP3)，而PIP3將AKT和磷酸肌醇依賴性激酶1(PDK1)募集到質(zhì)膜使得AKT的第308位上蘇氨酸位點(Thr308)和第473位上絲氨酸位點(Ser473)在PDK1的作用下磷酸化而被激活(圖1)。與正常和惡性造血相關的是，活化的AKT可磷酸化滅活結(jié)節(jié)性硬化癥配合物2(TSC2)以激活mTORCl，從而誘導一系列細胞生長、存活、代謝相關蛋白的合成而促使腫瘤的發(fā)生[4](圖1)。

圖1 PI3K-AKT-mTOR信號通路傳遞及抑制劑作用靶點Figure 1 PI3K-AKT-mTOR pathway and its inhibitor targets

2 PI3K/AKT/mTOR通路與T-ALL

PI3K/AKT/mTOR信號通路異常激活常發(fā)生在T-ALL中，且與預后不良有關[6]。PTEN(染色體10上缺失的磷酸酶與張力蛋白同源物基因)屬于磷酸酶，是PI3K/AKT/mTOR通路相關的重要負調(diào)控因子。在作用機制方面，PTEN可催化PIP3去磷酸化形成PIP2，因而可制約PI3K而發(fā)揮抗腫瘤作用[4](圖1)。目前包括白血病在內(nèi)的絕大多數(shù)惡性腫瘤皆出現(xiàn)PTEN基因的缺失或失活，因而促進了腫瘤細胞的增殖和侵襲，其中PTEN基因的缺失可誘發(fā)小鼠T-ALL[7]。PTEN基因突變或缺失引起的AKT持續(xù)活化是T-ALL的特征之一，研究表明在轉(zhuǎn)錄層面抑制PTEN能顯著激活AKT信號通路[8]；另一研究表明利用氧化磷酸化在轉(zhuǎn)錄后水平抑制PTEN蛋白活性可激活T-ALL細胞AKT分子[9]。在初發(fā)T-ALL患者原代細胞中亦可常見AKT激活。除此之外，蛋白磷酸酶2A(PP2A)可通過催化AKT 308位蘇氨酸去磷酸化而發(fā)揮拮抗PI3K/AKT/mTOR通路的作用[11]。研究表明mTORC1和mTORC2兩種mTOR活性復合物均參與T-ALL的病理生理過程。Raptor作為mTORC1重要組成部分，在小鼠模型上敲除Raptor基因可達到根治T-ALL的目的，提示mTORC1在T-ALL白血病起始細胞存活中扮演重要角色[12]。mTORC2同樣促進T-ALL的發(fā)生，敲除Rictor基因能有效遏制PTEN基因敲除小鼠白血病的發(fā)生[13]。

3 靶向PI3K/AKT/mTOR通路治療T-ALL

3.1 PI3K抑制劑

目前，抑制PI3K γ和δ兩種亞基已成為治療PTEN缺失T-ALL的一個新策略。研究表明PI3K-γ和PI3K-δ促進PTEN缺失白血病的發(fā)生和發(fā)展。新型PI3K-γ/PI3K-δ抑制劑CAL-130處理PTEN基因缺失T-ALL小鼠模型，能顯著抑制腫瘤生長，延長小鼠生存期。體外實驗表明CAL-130能顯著抑制T-ALL細胞株和PTEN缺失T-ALL患者原代細胞生長，誘導凋亡[10]。mTORC1被抑制后多通過負反饋旁路引起PI3K依賴的AKT的激活[4]，為PI3K/mTOR雙靶向策略提供了依據(jù)。NVP-BEZ235是一種新型口服PI3K/mTOR雙靶向抑制劑，對多種T-ALL細胞株展現(xiàn)出抑制生長和誘導凋亡的特性[14]，并已進入臨床試驗階段用于治療急性髓細胞白血病(AML)、慢性髓細胞白血病(CML)和ALL。另一項研究通過體外實驗證實NVP-BEZ235可介導T-ALL細胞生長和周期阻滯，并顯著抑制AKT及其下游RPS6磷酸化，呈劑量依賴性。小鼠體內(nèi)實驗表明NVP-BEZ235能顯著抑制腫瘤生長，延長生存期[15]。一項高劑量NVP-BEZ235治療進展期實體瘤患者的臨床研究表明其對人體具有良好的耐受性及安全性[16]。一項關于NVP-BEZ235治療進展期白血病的臨床研究(NCT01396499)也正在進行。PI3K/mTOR雙抑制劑PI-103同樣能發(fā)揮顯著抗T-ALL效應，同時抑制AKT、mTOR及其下游靶標的活性[14，17]。

3.2 AKT抑制劑

AKT抑制劑同樣是治療T-ALL的有效藥物。Perifosine為經(jīng)典的AKT抑制劑，具有顯著的抗腫瘤特性，目前已進入臨床II期實驗用于治療多種類型的惡性腫瘤。Perifosine能誘導T-ALL細胞株CEM發(fā)生線粒體介導的Caspase依賴的細胞凋亡[18]。Perifosine與依托泊苷聯(lián)用能協(xié)同抑制Jurkat細胞AKT及其下游的抗凋亡因子Bcl-xl和轉(zhuǎn)錄因子FOXO，發(fā)揮顯著抗T-ALL效應[19]。新型AKT抑制劑A443654能顯著殺傷T-ALL細胞株(Jurkat、CEM、Molt-4)和患者原代細胞，與依托泊苷聯(lián)合亦發(fā)揮協(xié)同效應[20]。近年來發(fā)現(xiàn)一些天然植物提取物亦顯現(xiàn)出良好的AKT抑制活性。從葡萄皮中提取的白藜蘆醇(Resveratrol)能抑制AKT通路，誘導T-ALL細胞株Molt-4凋亡[21]。從天然植物姜黃的根莖中提取的姜黃素(Curcumin)可抑制T-ALL細胞株AKT及其下游GSK3、FOXO的活性，抑制細胞增殖和誘導Caspase依賴的凋亡[22]。此外一些藥物如Enzastaurin可抑制皮膚T細胞淋巴瘤(CTCL)細胞株Hut-78和HH的AKT信號通路，提示其在T-ALL中的應用潛力[23]。

3.3 mTOR抑制劑

雷帕霉素是經(jīng)典的mTORC1抑制劑，但不抑制mTORC2活性，其能有效抑制多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。體內(nèi)外研究顯示雷帕霉素能有效抑制T-ALL細胞生長，誘導凋亡和周期阻滯，并能與傳統(tǒng)化療藥(如地塞米松、阿霉素和去甲柔紅霉素)發(fā)揮協(xié)同效應[24-25]。雷帕霉素衍生物如西羅莫司(CCI-779)、依維莫司(RAD001)和AP23573(deforolimus)具有更好的生物利用度。CCI-779能在體外阻斷IL-7介導的T-ALL細胞生長、存活和周期進程，并能與阿霉素、地塞米松等化療藥發(fā)揮協(xié)同作用[26]。依維莫司(RAD001)聯(lián)合CD4/6抑制劑LEE011能協(xié)同殺傷T-ALL細胞[27]；RAD001與Hyper-CVAD化療方案聯(lián)合治療復發(fā)難治ALL已進入臨床Ⅰ/Ⅱ期試驗，研究結(jié)果提示其1年總生存率達21%，尤其對T-ALL患者療效顯著[28]。

應用雷帕霉素及其衍生物單獨治療急性白血病的療效并不如人們一開始所預期的那樣，臨床研究證實mTORC1抑制劑單用對T-ALL的作用有限，提示相關機制的觸發(fā)限制了其療效[29]。近年來研究顯示mTORC1抑制劑單用局限性主要與以下原因有關：(1)mTORC1抑制可通過旁路反饋性激活PI3K/AKT[4]和MEK/ERK通路[30-31]；(2)mTORC1抑制劑不能抑制細胞內(nèi)mTORC1的合成；(3)mTORC1抑制劑不能抑制mTORC1下游的4EBP-1磷酸化激活[32-33]，后者的活化能促進eIF4E(真核生物翻譯起始因子4E)介導的帽依賴mRNA翻譯，誘導Bcl-2、Bcl-xl、CDK2、cyclin-D1、Mcl-1、STAT-3等抗凋亡蛋白和腫瘤相關蛋白的表達合成[34-35]。鑒于此，同時抑制PI3K/mTOR或mTORC1/mTORC2[13-14，36]，或?qū)TORC1抑制劑與常規(guī)化療藥聯(lián)用治療復發(fā)/難治性急性白血病(AL)，尤其是對于雷帕霉素耐藥的患者，可能會取得更好的療效；Rizzieri等[28]所指出的在復發(fā)/難治性ALL患者(中位年齡25歲，范圍11～64歲)中，依維莫司與Hyper-CVAD聯(lián)合治療后總反應率達33%，而近來一項研究表明，在兒童復發(fā)ALL中RAD001聯(lián)合其他標準方案治療所得CR2達86%，在隨訪近5年時仍有90%的患者生存[37]；另有研究指出，在復發(fā)性AML患者中聯(lián)合治療后完全緩解率(CR)達68%，中位總體生存期為19.5個月[38]。西羅莫司聯(lián)合強化再誘導方案治療兒童復發(fā)T-ALL正處于Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗中(Clinical Trials.gov：NCT01403415)，依維莫司與常規(guī)化療藥聯(lián)合的療效也正在多個臨床試驗中被評估(Clinical Trials.gov：NCT00968253；NCT01523977；NCT01403415)。ATP競爭性mTORC1/mTORC2雙抑制劑是新一代mTOR抑制劑，能阻斷mTOR上ATP結(jié)合位點而同時抑制mTOR復合體1和2的形成，相比雷帕霉素衍生物，mTORC1/mTORC2雙抑制劑具有更強的抗T-ALL效應，并同時抑制mTOR通路下游p70S6K和4EBP-1的激活，有效阻斷mTORC1抑制劑介導的AKT負反饋激活和mTORC1依賴的AKT活化[39-41]。目前mTORC1/mTORC2抑制劑PP-242、AZD-8055和OSI-027對T-ALL的療效已在體內(nèi)外實驗和臨床試驗(Clinical Trials.gov：NCT01194193；NCT00698243)中得到初步驗證[13，36]。

4 小結(jié)與展望

PI3K/AKT/mTOR信號通路在T-ALL細胞株和絕大多數(shù)T-ALL患者中多出現(xiàn)異常激活，且常伴PTEN基因的缺失突變或PTEN蛋白失活。異常激活的PI3K/AKT/mTOR信號通路促進T-ALL白血病起始細胞(T-ALL LIC)的生長和存活，在T-ALL發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。目前，諸多體內(nèi)外研究和臨床試驗證實mTORC1抑制劑、PI3K/mTOR抑制劑、AKT抑制劑和mTORC1/mTORC2抑制劑等多種類型的抑制劑單用或與其他化療藥聯(lián)合能有效抑制T-ALL的生長，改善患者預后。隨著靶向治療的興起和發(fā)展，我們相信T-ALL患者的預后將獲得穩(wěn)步提高。