PI3K/AKT信号通路与白血病

吴建敏 贾秀红 张健

滨州医学院附属医院儿科 256603

白血病的演变及耐药是一系列复杂机制相互作用的结果，如细胞内信号通路异常激活在其发生发展过程中发挥了重要作用。脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）信号通路参与细胞增殖、凋亡等过程，调节白血病的发生发展及耐药等［1-2］。PI3K/AKT 信号通路是一种胞内传导的信号通路，与肿瘤细胞生存息息相关［3-4］。研究显示，肿瘤演变以及多药耐药机制均与PI3K/AKT 信号通路有关［5］。PI3K/AKT通路异常激活会导致肿瘤的恶化及预后不良，实验研究证明阻断该通路的异常激活可提升肿瘤的治疗效果［6］，故通过检测该通路的活性可以评估白血病预后情况。以下就PI3K/AKT 信号通路的组成、功能、靶向抑制剂与白血病化疗耐药的关系做一综述。

1 PI3K/AKT信号通路的组成及功能

PI3K/AKT 信号通路组成主要包括两个部分：PI3K 和AKT。PI3K几乎在所有哺乳动物细胞中表达，在细胞进展、生存、迁移及生长中发挥重要作用［7］。PI3K 根据结构、调控模式和底物特异性被细分为3 类，即PI3KI～Ⅲ、它们包含一个催化亚基和一个调节亚基、控制酶的活性［8］。PI3KI 催化磷脂酰肌醇（3，4，5）-三磷酸的生成，招募各种效应分子。AKT 是PI3KI 下游研究最多且被广泛激活的分子。AKT 由3个主要部分构成，从N 端到C 端依次为PH 结构域、激酶结构域（或催化结构域）和疏水性调节结构域。每个部分都有其功能：PH 结构域主要是介导蛋白与蛋白、蛋白与脂质的相互作用；激酶结构域与PKA、PKC 高度同源，含有一个重要的苏氨酸残基；疏水性调节结构域是调控AKT 丝氨酸磷酸化。PI3K/AKT 信号通路下游存在多种重要的效应分子，如哺乳动物雷帕素靶蛋白（mammalian target rapamycin，mTOR）。mTOR 的结构类似于PI3K，在PI3K/AKT 信号通路中扮演着重要角色。PI3K 是该信号通路的启动因子，在信号通路中起着承前启后的作用。当细胞受到刺激后，先后激活PI3K、AKT［9］。激活的AKT 进入细胞核，结合下游的各种信号分子（如mTOR），调节细胞增殖、凋亡等［10-11］。

2 PI3K/AKT信号通路与白血病耐药

白血病的发病率、病死率以及年确诊率均很高，在血液系统的肿瘤中是恶性程度相对较高的一类。大量研究表明，PI3K/AKT 信号通路异常激活贯穿于白血病发生发展及耐药等过程。该通路过度激活后，通过下调肿瘤、抑制蛋白、刺激蛋白质合成、抑制细胞凋亡等导致肿瘤细胞的无限增殖，促进细胞耐药。大多数白血病患者在大剂量化疗药物治疗后均能得到较好缓解，但由于细胞耐药，化疗效果大打折扣［12］。P 糖蛋白（P-gp）和多药耐药蛋白1（MRP1）均与多药耐药相关。Ma 等［13］通过细胞实验探讨ST6GAL1 基因与白血病多药耐药关系，发现在K562/ADR 细胞系中P-gp和MRP1 的水平与ST6GAL1 的表达水平以及PI3K/AKT 信号的活性呈正相关。由于ST6GAL1 是调控PI3K/AKT 信号通路活性的基因，推测ST6GAL1可能通过PI3K/AKT通路增加P-gp和MRP1的表达，从而介导白血病细胞的多药耐药。可见，白血病的进展以及化疗耐药的过程与PI3K/AKT 信号通路激活紧密相关，抑制该信号异常激活可进一步抑制白血病的进展以及多药耐药形成。

3 PI3K/AKT信号通路抑制剂与白血病预后

随着分子靶向热潮的兴起，PI3K/AKT 信号通路的靶向抑制剂越来越多应用于临床试验［14］。该信号通路的靶向抑制剂以及天然提取的中药与化疗药物联用能明显提升化疗药物的敏感性，进而降低化疗耐药，促进预后［3，15］。

3.1 PI3K 和AKT 抑制剂 PI3K 抑制剂主要分为广谱和选择性PI3K抑制剂。选择性PI3K抑制剂具有不易脱靶、药物相关不良反应低等优点，且患者耐受性相对较高，故选择性PI3K 抑制剂的研究比较多［16］。AKT 抑制剂主要分为PH 结构域抑制剂、ATP 竞争性抑制剂、变构抑制剂3 类。AKT抑制剂的优势在于不仅可以减少抑制上游信号分子所带来的副作用，还可以减少抑制下游分子引起的负反馈机制［7］。

艾代拉里斯（CAL101）是一种选择性PI3K抑制剂，通过选择性作用PI3Kδ，并抑制AKT 的磷酸化而发挥作用。He等［17］通过实验研究发现，CAL101 联合FLT3 抑制剂能克服急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）细胞获得性耐药，显著增强抗肿瘤活性，同时抑制AKT 和ERK，提升AML 疗效。Furman 等［18］评估CAL101 联合利妥昔单抗与利妥昔单抗联合安慰剂的临床疗效，发现在复发慢性淋巴细胞白血病（chronic lymphocytic leukemia，CLL）患者CAL101 组中的总生存率优于安慰剂组（12 个月时92%比80%），由此可见联合CAL101 治疗CLL 可提升患者的生存率。虽然CAL101能提升白血病疗效，但由于其有一定的细胞毒性［19］，故在临床应用还有一定的局限。

哌立福新（Perifosine）是首个用于临床研究的AKT抑制剂，靶向作用于AKT的PH结构域。哌立福新可选择性作用于白血病细胞，抑制其增殖，诱导其凋亡，但对正常CD34+细胞并没影响［20］，这是一大优势，其机制有待深入研究。Martelli 等［21］在临床试验中联合哌立福新和依托泊苷治疗白血病患者，发现哌立福新可增强依托泊苷在白血病细胞中的敏感性，延缓患者病情的发展。Lin［22］在一项细胞实验中，用哌立福新处理HL-60 白血病细胞，发现可增加HL-60 白血病细胞早期凋亡细胞和凋亡样坏死细胞数量。但哌立福新溶解性差、易聚集、药动力学性质较差，目前的研究也相对比较缓慢。

MK2206 是一种高选择AKT 变构抑制剂，主要作用于AKT1、2［23］，通过诱导细胞自噬［24］，促进CLL 细胞的凋亡。在CLL中MK2206选择性杀伤癌细胞，并对正常细胞无毒性作用［25］。Konopleva 等［26］通过实验及临床前研究发现，MK2206 在较低浓度下就可以抑制AKT 磷酸化，诱导白血病细胞的凋亡并抑制其进一步发展。Piovan 等［27］研究表明，AKT1可以通过直接抑制糖皮质激素受体来驱动对糖皮质激素的抗性；在体外和体内，用MK2206 抑制AKT 可有效恢复糖皮质激素诱导的NR3C1 转位，增加T-ALL 细胞对糖皮质激素治疗的反应，有效逆转糖皮质激素抵抗，提升T-ALL 患者疗效。综合以上，MK2206 作为AKT 抑制剂，在逆转耐药方面有重要作用。

3.2 PI3K/mTOR 双重抑制剂 PI3K/mTOR 通路的改变在所有白血病类型中是主要的，这也是治疗失败和复发的原因。PI3K、mTOR均属于PI3K相关激酶家族的成员，基于它们的结构类似，所以研发能同时抑制PI3K 和mTOR 的双重靶向抑制剂成为可能［28］。此类双重靶向抑制剂比单一靶点抑制剂更具有优势，如使用剂量小、效果更强、产生耐药概率小等。

NVPBZE235 是双重抑制剂，直接靶向作用于PI3K、mTOR 催化结构域。Chapuis 等［29］设计实验检测AML 细胞中NVP-BEZ235的活性，发现它可争结合ATP 位点，进而减少AML 细胞的增殖，促进AML 细胞的凋亡；并证实NVP-BEZ235 化合物有抗白血病作用。Yu 等［30］研究发现NVPBZE235 能降低抗癌药物引起的AKT 磷酸化水平，促进抗癌药物的疗效。Airiau等［25］发现在某些BCR-ABL基因突变的慢性粒细胞白血病（chronicmyelogcnousleukemia，CML）细胞中，BEZ235 与尼洛替尼联合作用于细胞，可加强尼洛替尼对CML 细胞毒性，促进CML 细胞凋亡。综合以上研究，NVP-BEZ235 是未来白血病靶向治疗的一个很有前途的选择。

PKI-587 是一种新的PI3K、mTOR 双重靶向抑制剂，它直接选择性靶向作用PI3K、mTOR，降低信号通路的活性，发挥作用。Gazi 等［31］通过设计急性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，TALL）细胞体外和体内实验，发现在用更高浓度的PKI-587 处理时，观察到AKT 和S6K 磷酸化水平下降，但对ERK1/2 和p38 的体外磷酸化没有影响；临床前小鼠模型研究中发现PKI-587 选择性地抑制了体内AKT和S6K的磷酸化，PKI-587不论在体内或体外都选择性地抑制PI3K/mTOR 信号活化，这些结果强烈表明PKI-587 是PI3K/mTOR 通路的选择性抑制剂。这项临床前研究显示了PKI-587 对TALL 的有益作用。但目前为止，PKI-587 仍在临床前研究中，建议采取进一步的临床前试验和早期临床试验。

3.3 天然提取的中药 靶向抑制剂中还有一些天然提取的中药成分，这类药物具有毒性低、生物活性广泛等优势，也通过降低PI3K/AKT 信号通路的活性而促进白血病细胞的凋亡。下面重点介绍近两年来的研究热点青蒿琥酯。青蒿琥酯（Artemisinin）是青蒿素衍生物之一，是衍生物中唯一一种在碱性条件下可溶的物质，最先被当作一种抗疟疾药物使用，后有研究表明它可用于降低PI3K/AKT信号通路的激活，具有抑制癌细胞的增殖、迁移、侵袭作用。青蒿琥酯联合化疗药物共同用于治疗白血病时，观察到白血病细胞对化疗的敏感性增加［32］。王朦等［33］研究44 例AML 患儿的原代细胞及K562 细胞株4 株，发现青蒿琥酯上调PTEN抑癌基因表达而抑制AKT信号通路；PTEN抗肿瘤作用主要通过其脂质磷酸酶活性，调控信号分子AKT 去磷酸化而实现降低通路活性；该信号通路调节相关凋亡蛋白的表达，促进AML细胞的凋亡。Tan等［34］从院内诊断出的30例急性骨髓性白血病患者中各自提取2 ml 骨髓，分离了单核细胞做实验研究，发现青蒿琥酯以剂量依赖性和时间依赖性方式显著抑制该细胞的增殖并增加其凋亡。综上，青蒿琥酯等天然提取中药是未来白血病治疗领域的研究热点，值得期待。

综上所述，白血病的演变及化疗耐药的产生均与PI3K/AKT 信号通路异常激活联系密切。大量研究显示，联合PI3K/AKT 信号通路抑制剂与化疗药物治疗白血病，可增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感度，增强疗效。但基于白血病发病机制的复杂，靶向抑制剂以及天然药物的研制尚未成熟，更多靶向抑制剂及天然药物的研究处于实验室或者临床研究阶段。因此，深入探索PI3K/AKT 信号通路在白血病的发病机制，研制更高效、安全的靶向PI3K/AKT 信号通路抑制剂及探索更多、更有效的天然提取物，与化疗联合用于治疗白血病，有望提高白血病患者的缓解率以及降低化疗耐药率，更好地提高白血病患者的生活质量。