【关键词】  PI3K/Akt信号传导通路 肿瘤多药耐药 研究进展

　　磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B[phosphatidylinositol-3-kinase(PI3K)/protein kinase B(Akt)，PI3K/Akt]信号传导通路作为细胞生存重要通路之一，在促进细胞生长、增殖，促进细胞运动、侵袭，抑制细胞凋亡，促进血管生成，抵抗化疗和放疗等方面起重要作用。近年来，关于PI3K/Akt信号通路与药物耐药性关系的研究越来越多，并被认为是化疗耐药治疗的新靶点。Akt是PI3K/Akt通路中的关键性效应分子，多种肿瘤组织中都有Akt的过度表达和活化。多项实验表明，化疗药物可增加Akt磷酸化水平，使肿瘤细胞产生化疗耐受，深入研究其作用机制，可能为肿瘤的基因治疗、抗肿瘤药物开发提供新靶点。

　　一、PI3K/Akt信号传导通路及其活化机制

　　PI3K/Akt通路(又称Akt或PKB通路)是新近发现的一条酪氨酸激酶级联信号传导通路，是细胞生存通路之一。PI3K激活可使膜磷酸肌醇磷酸化，催化肌醇环上3位羟基生成磷脂酰肌醇4,5二磷酸(phosphatidyilinsoitol 4,5-diphosphate，PIP2)及PIP3，它们均可作为第二信使在细胞中传递信号，可通过与Akt的PH区结合来激活Akt。在多种肿瘤组织如卵巢癌、前列腺癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌、胰腺癌、肺癌、子宫内膜癌等中都有Akt的过度表达和活化[1-6]，有文献报道，多种生长因子(如EGF、PDGF、IGF、HGF、NGF等)、胰岛素、细胞因子等均可通过PI3K/Akt通路刺激Akt的活化[7-10]。Akt是一种Ser/Thr蛋白激酶，在磷脂酰肌醇依赖的蛋白激酶协同作用下，PIP2和PIP3可与Akt结合，导致Akt从胞质转位到胞膜，并促进Akt的磷酸化。磷酸化是Akt激活的必要条件，激活的Akt主要通过促进Bad (Bcl-2家族促凋亡成员之一)、哺乳动物rapamycin靶点(mammalian target of rapamycin，mTOR)、Caspase家族、糖原合酶激酶-3(GSK-3)等下游底物磷酸化而发挥广泛的生物学效应，包括抗凋亡、促细胞生存等功能。

　　二、PI3K/Akt信号传导通路与细胞生物学功能的关系

　　PI3K/Akt信号传导通路活化可促进细胞生长、增殖，抑制多种刺激诱发的细胞凋亡，促进细胞周期进展以及促进细胞运动、侵袭、转移，参与血管形成，同时在介导肿瘤多药耐药导致化疗和放疗抵抗方面发挥重要作用。

　　1. 抑制细胞凋亡： PI3K/Akt信号传导通路可调控多个与细胞凋亡有关的家族从而抑制细胞凋亡。(1)Bcl-2家族。 Akt磷酸化Bad，引起Bad与14-3-3蛋白结合，阻止其与抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL的相互作用，发挥抑凋亡作用。Akt也磷酸化Bax，使Bax停留在细胞质中，促进它和Bcl-2抗凋亡家族成员Mcl-1和Bcl-XL形成异源二聚体的能力，抑制凋亡。Bix、Bcl-2、Bcl-XL也被Akt磷酸化失活，从而灭活了它们的抗凋亡能力[11]。(2)Forkhead转录因子的Foxo家族。Foxo家族FKHR、FKHRL1、AFX是Akt的直接下游作用底物，Akt能够磷酸化FKHR、FKHRL1及AFX，其中磷酸化的FKHR、FKHRL1能够和14-3-3蛋白结合，而AFX借助于Crm1(chromosomal region maintenance protein 1)的结合，从胞核移到胞质，不能调节胞核中的靶基因，同时也丧失了下调Fasl、P27klp1 mRNA及蛋白质表达水平、上调cyclin D蛋白表达的功能，因而抑制凋亡[12]。有学者认为Akt介导的Forkhead转录因子失活有助于细胞转化和再生，对于G0期细胞再次进入细胞周期是关键的一步[13]。(3) 细胞凋亡抑制蛋白 (inhibitor of apoptosis proteins，IAPS)。包括cIAPs-1、cIAPs-2、XIAP和生存素(survivin)。Gagnon等[14]研究证实Akt上调子宫内膜癌中cIAP-1。Akt还可以磷酸化卵巢癌中的XIAP，使其免于泛素化和降解，从而发挥抑凋亡作用[15]。PI3K/Akt活性的抑制可下调survivin表达，从而阻断细胞周期的进程[16]。(4)caspase-9。Akt磷酸化caspase-9，抑制其蛋白酶活性，阻止它的促凋亡作用[17]。

　　2. 促进细胞增殖： 活化的Akt蛋白调节许多与细胞增殖相关的底物，如mTOR、GSK-3、P21Cip1、CREB和TSC2(tuberous sclerosis complex 2)等。(1)PI3K/Akt/mTOR途径。mTOR是新发现的被称之为磷酸肌醇激酶3相关激酶中的一员，可调节至少三种在翻译过程中有重要作用的蛋白：4E-BP1、P70S6K和真核细胞翻译起始因子4GI。在卵巢癌、前列腺癌细胞中，PI3K传递一个有丝分裂原信号给Akt，Akt可直接磷酸化mTOR，进而调节P70S6K，介导G1进展和cyclin表达[18]。mTOR也可磷酸化nPKCd C端疏水区的Ser662位点及nPKCe C端疏水区的Ser729位点，使nPKC活性增加。PKCd近年来发现能介导4E-BP1的磷酸化，使之失活，抑制4E-BP1和eIF-4E之间的相互作用，刺激5'帽状结构依赖的mRNA翻译[19]。(2)GSK-3。GSK-3能被Akt磷酸化，磷酸化失活后，拮抗β-连环素的降解，胞质中β-CAT积聚并进入核内与DNA结合蛋白家族的淋巴细胞增强子/T细胞因子(LEF/TCF)作用，启动转录过程，上调c-Myc、c-Jun、cyclin D1的表达，下调E-cadherin表达，有助于肿瘤发生。GSK-3βSer9的磷酸化还阻碍CREB活性的增加[20]。(3)P21cip1。在体内、外，Akt均能够磷酸化P21cip1，阻止P21cip1和PCNA复合物的形成，从而使PCNA能与聚合酶δ形成复合物，促进DNA复制。P21cip1Thr145磷酸化后与cyclinE-cdk2、cyclinD-cdk4结合减少，解除了对其活性的抑制，使Rb磷酸化，释放E2F，促进DNA合成，细胞进入S期，促增殖[21]。(4)CREB。CREB的磷酸化和非磷酸化形式均可与CRE(CAMP response element)结合，但只有磷酸化的CREB可进一步与CBP(CREB binding protein)结合，激活转录发生。Akt可磷酸化CREB，刺激CBP招募到启动子上，活化细胞基因表达，刺激细胞生存[22]。近年来还发现CREB是Bcl-2表达的阳性调节者，在Bcl-2启动子区域包含着一个CRE位点。研究证实Akt的活化增加CREB活性，导致Bcl-2启动子活性增加，Bcl-2 mRNA水平增加，促进细胞生存[23]。(5)TSC2：有研究发现Akt在体外直接磷酸化果蝇的TSC2，使其失活，抑制TSC1-TSC2复合物的形成，抑制4E-BP1，活化P7OS6K，因而刺激细胞生长[24]。

　　3. 促进细胞的运动、侵袭、转移：Kim等[25]构建了表达突变的甲状腺激素受体β基因的鼠模型，在此基础上诱发甲状腺癌并使其发生远处转移。免疫组化和共聚焦显微镜显示，原发灶和转移灶中Akt都有高表达。尤其在肺转移灶中，免疫组化示pAkt高表达而正常鼠肺组织中仅少量表达。进一步实验证实[26]，细胞运动能力的增加是经过Akt/mTOR/P70S6K途径，P70S6K的活化能促进肌动蛋白的细丝重构，促进细胞运动。当使用PI3K/Akt的抑制剂LY294002时，pAkt的活性降低50%～60%，细胞运动能力下降57%。

　　4.促进血管形成：乳腺癌研究中发现，ErbB-2信号诱导VEGF-A基因转录依赖PI3K/Akt/mTOR通路的活化，该通路的活化能明显增加VEGF蛋白的合成[27]。卵巢癌中，PI3K/Akt/mTOR通路参与4-羟基雌二醇诱导VEGF-A的表达，是卵巢癌发生的重要机制[28]。进一步研究证实，PI3K/Akt/mTOR通路在低氧反应和新生血管形成中发挥作用。PI3K信号传导通路通过诱导细胞生存、分化和血管形成，在新生血管的发生发展和耐药方面发挥重要作用，也因此成为新生血管干预治疗的新靶点。

　　三、PI3K/Akt信号传导通路与肿瘤多药耐药的关系

　　近年来，研究表明PI3K/Akt信号通路在许多恶性肿瘤中过度活化[29]。

　　1. Akt和实体瘤多药耐药：Han等[30]发现胃癌AGS细胞中上调PI3K/Akt的表达导致P-gp相关及不相关药物耐药，该研究还揭示了P-gp、Bcl-2及Bax的改变可能与PI3K/Akt通路相关性耐药有关。Oki等[31]报道了Akt的活化与多种化疗药物如5-FU、阿霉素、丝裂霉素C及顺铂耐药有关，其机制与PTEN基因的杂合性丢失密切相关。Yuan等[32]发现卵巢癌耐吉西他滨细胞株A2780CP中存在PI3K/Akt通路的过度活化，活化的Akt通过抑制凋亡信号激酶(ASK)而抑制ASK下游JNK和P38的活性，从而导致耐药性的产生。Jin等[33]发现Ras介导的乳腺癌细胞株MCF7对阿霉素、紫杉醇以及5-Fu的耐药与PI3K/Akt的活性升高有关，抑制PI3K/Akt可以逆转MCF7的耐药性。Simon等[34]发现使用PI3K抑制剂可以明显增强胰腺癌耐药株对吉西他滨的敏感性。近期，我们报道了E3泛素连接酶Cbl-b能够与PI3K的P85亚单位结合位点相互作用而抑制Akt的活力，促进多药耐药胃癌细胞凋亡，逆转耐药[35]。

　　2. 血液系统肿瘤： O′Gorman等[36]发现抑制PI3K/Akt通路可以显著降低HL60的耐药性，增强多种化疗药物诱导的HL60细胞凋亡。Jazirehi等[37]发现Akt活化与非霍奇金淋巴瘤B细胞的化疗耐药有关，抑制Akt通路可以明显增强紫杉醇诱导的凋亡，降低细胞株的耐药性。

　　四、抑制PI3K/Akt通路与肿瘤多药耐药逆转的关系(图1)

　　近年的研究中，真菌代谢物Wortmannin作为高选择性的PI3K Ⅰ型抑制剂，与P110催化亚单位结合而不可逆地抑制PI3K，IC50范围为2～4 nmol/L。Wortmannin能明显抑制细胞的增殖反应和(或)促进凋亡，每天口服Wortmannin能抑制荷瘤的SCID鼠乳腺癌或胰腺癌的Akt磷酸化达50%以上，并缩小肿瘤体积。另一种PI3K抑制剂LY294002可竞争地、不可逆地抑制PI3K的ATP结合位点。LY294002能导致胰腺癌细胞系、胃癌细胞系(MKN-45)G1期阻滞，该作用与P27/Kip1水平增加，Cyclin D、Cyclin E水平降低，RB蛋白超磷酸化被抑制有关。非小细胞肺癌、人鼻咽癌中，LY294002能抑制Akt磷酸化及其活性并诱导凋亡，LY294002也能抑制卵巢癌的生长[38-39]。另外一些实验结果提示，Wortmannin和LY294002能增强化疗或放疗的疗效。因此，应用该通路的靶点可能具有治疗效应。前面所述的Wortmannin和LY294002均直接抑制PI3K，而不直接抑制Akt。Ogata等[40]报道磷脂酰肌醇和脂质类似物(PIAS)通过与Akt的PH结构域的磷脂酰肌醇结合位点相互作用而抑制Akt的活力。

　　五、结语与展望

　　作为细胞生存重要通路之一的PI3K/Akt信号传导通路在促进细胞生长、增殖，促进细胞运动、侵袭，抑制细胞凋亡、促进血管生成等方面起重要作用。目前研究证实多种肿瘤组织中都有Akt的过度表达和活化，同时研究结果提示我们PI3K/Akt通路活化可能是多药耐药产生的新机制，Akt作为细胞生存的一个关键性因子，对于肿瘤耐药逆转治疗具有十分重要的意义。深入研究其作用机制，应用新型的逆转药物成为多药耐药研究的重点，PI3K/Akt信号通路与细胞耐药的关系有望成为新的研究亮点。

　　目前，PI3K/Akt通路在肿瘤多药耐药机制中的研究国外刚刚起步，尤其是重要枢纽分子Akt活性与多药耐药产生和逆转的关系还没有更为详细的研究报道。深入研究PI3K/Akt通路在多药耐药中的具体机制可能为肿瘤治疗提供一个新的靶点。

　　(本文图片见光盘)

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