高级癌症研究。作者手稿；PMC 2010年9月4日发布。
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PI3K/PPTEN信号在血管生成和肿瘤发生中的作用
*†和*
冰花江
*玛丽·巴布·伦道夫癌症中心和微生物学、免疫学和细胞生物学系，西弗吉尼亚大学，摩根敦，西佛吉尼亚26506，美国
†南京医科大学肿瘤中心病理科，江苏南京210029
刘玲芝
*玛丽·巴布·伦道夫癌症中心和微生物学、免疫学和细胞生物学系，西弗吉尼亚大学，摩根敦，西佛吉尼亚26506，美国
*玛丽·巴布·伦道夫癌症中心和微生物学、免疫学和细胞生物学系，西弗吉尼亚大学，摩根敦，西佛吉尼亚26506，美国
†南京医科大学肿瘤中心病理科，南京210029，江苏
摘要
磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和10号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）信号通路在细胞代谢、增殖、细胞周期进展和生存等多种细胞功能中起着重要作用。PI3K由生长因子和血管生成诱导因子激活，如血管内皮生长因子（VEGF）和血管生成素。PI3K的扩增和突变以及抑癌基因PTEN的丢失在各种人类实体瘤中很常见。PI3K信号分子上游和下游的基因改变，如受体酪氨酸激酶和AKT，在人类癌症中也经常发生改变。PI3K信号通过激活AKT和其他靶点，并通过诱导HIF-1和VEGF表达，调节肿瘤生长和血管生成。血管生成是肿瘤生长和转移所必需的。在这篇综述中，我们重点介绍了PI3K和PTEN在调节肿瘤发生和血管生成中的作用和机制，以及PI3K下游靶点在传递信号中的作用。我们还讨论了这些信号分子与肿瘤生长、转移和肿瘤血管生成过程中细胞事件的串扰。最后，我们总结了PI3K、AKT和mTOR抑制剂的潜在应用及其在癌症治疗临床试验中的结果。
I.PI3K/PTEN信号通路的引入
哺乳动物细胞中的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）组成一个家族，根据其结构、底物、分布、活化机制和功能，可分为三类，即I类、II类和III类(Domin and Waterfield，1997年;散步的人等。, 1999). 在这些类别中，I类PI3K被认为在调节由许多生长和生存因子启动的细胞增殖、生长和生存中起着至关重要的作用(坎特利，2002年;弗鲁曼等。, 1999;森田等。, 1999). 根据不同的相关适配器，I类PI3K分为IA类和IB类PI3Ks。IA类PI3K由受体酪氨酸激酶（RTK）激活，而IB类PI3Ks由G蛋白偶联受体（GPCR）激活(恩格尔曼等。, 2006;范海塞布罗克等。, 1997). IA类PI3K由一个p110催化亚单位和一个p85调节亚单位的异二聚体组成，并使用磷脂酰肌醇、磷脂酰肌糖醇-4-磷酸（PIP）和磷脂酰肌糖醇-4,5-二磷酸（PIP2）作为底物。p110、p110的三种亚型α，第110页β和第110页δ由编码PIK3CA公司,PIK3CB型、和PIK3CD公司分别是。p85亚单位还有三种亚型：p85α，第85页β和第85页γ由编码的PIK3R1,PIK3R2、和PIK3R3型分别是。IB类PI3K由p110的异二聚体组成γ催化亚单位和p101调节亚单位或其同源物p84或p87PIKAP（PI3Kγ87kDa的适配器蛋白）。II类PI3K包括PIK3C2α，PIK3C2β和PIK3C2γ它们的特征都是在C末端包含一个共同的C2结构域。II类PI3K也可被RTK、细胞因子受体和整合素激活，并使用磷脂酰肌醇和PIP作为底物(阿卡罗等。, 2000;Falasca和Maffucci，2007年;麦克道格尔等。, 2004;惠勒和多明，2001年). 但是，II类PI3K对这些激活物的反应的具体功能尚不清楚。III类PI3K由催化亚基和适配器亚基的异二聚体组成。这类PI3K仅使用磷脂酰肌醇作为底物（例如哺乳动物PI3K和酵母Vps34p）。PI3K家族的结构如方框1所示。已有研究表明，III类PI3K参与调节哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）活性以响应氨基酸水平，以及调节细胞应激的自噬(古拉蒂等。, 2008;塔萨等。, 2003). III类PI3K Vps34存在于所有真核生物中，而I类和II类PI3Ks仅存在于多细胞生物中。
IA类和IB类PI3K的两个亚科在哺乳动物中进化而来。I类，尤其是IA类PI3K在调节细胞功能（如细胞增殖、生长和存活）方面被广泛研究。I类PI3K通过与生长因子或激素激活的上游受体相连的调节亚单位p85催化D-3位PIP2转化为磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）(坎特利，2002年;罗等。, 2006;赵等。, 2006). RTK，如表皮生长因子受体（EGFR）、血小板衍生生长因子受体、成纤维细胞生长因子受体和胰岛素样生长因子1受体（IGF-1R），可以与p85调节亚单位相互作用激活PI3K(胡等。, 1992;麦格拉德等。, 1992;朱等。, 1992)而Ras蛋白以GTP依赖的方式直接与PI3K的p110催化亚单位相互作用(Peyssonnaux公司等。2000年;罗德里格斯-维奇亚纳等。, 1996). 此外，p85亚单位还与细胞内蛋白如蛋白激酶C、SHP1、Rac、Rho、激素受体、突变的Ras和Src结合，为p110活化提供整合点(轩尼诗等。, 2005). 已经证明PI3K可以通过分子开关进行调节，该分子开关由PI3K p85调节亚基上的GTP酶反应结构域和抑制结构域形成。H-Ras和Rac1通过靶向GTPase反应域激活PI3K，抑制域可以阻断刺激作用，抑制域通过与酪氨酸磷酸化分子结合发挥作用(陈等。, 2002).
10号染色体上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN），也称为MMAC1或TEP1，因其与磷酸酶和细胞骨架蛋白张力蛋白的序列同源性而得名(达希亚等。, 1997;锂等。，1997年b;Maehama和Dixon，1998年). PTEN是一种肿瘤抑制因子，在许多人类癌症中经常发生突变(萨勒梅纳等。, 2008). PTEN位于10q23.3，它编码一个403位的双特异性磷酸酶，该磷酸酶具有蛋白磷酸酶活性，脂质磷酸酶活性拮抗PI3K活性(Maehama和Dixon，1998年). 由于p110的乘积αPIP3是促进细胞增殖、生长、代谢和生存的第二信使，PTEN水解PIP3上的3-磷酸生成PIP2，并负调控PIP3介导的信号通路。因此，PTEN在磷脂酰肌醇稳态中起着重要作用(Maehama和Dixon，1998年). 已经证明，PTEN可以通过与PTEN启动子直接结合而被早期生长调节转录因子1（EGR1）上调。此外，过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ)p53和激活转录因子2（ATF2）也可以通过与PTEN启动子结合来转录上调PTEN(帕特尔等。, 2001;沈等。, 2006;符号化等。, 2001)，同时转化生长因子（TGF）-β，核因子kappaB（NF-κB） 和Jun负调节PTEN mRNA表达(海廷格等。, 2007;马希马尼坦等。, 2006;夏等。, 2007). 最近，人们发现一些微小RNA，如miR-21、miR-19a和miR-214，通过靶向PTEN的3′-非翻译区（UTR）来抑制PTEN，从而抑制PTEN的翻译(孟等。, 2007;佩佐莱西等。, 2008;杨等。, 2008). PTEN活性也可以通过翻译后调节进行调节，包括磷酸化、乙酰化、氧化和对其定位的控制(格里克等。，2006年;宜家（Ikenoue）等。, 2008;Leslie，2006年;普朗雄等。, 2008;Tamguney和Stokoe，2007年).
丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶AKT（也称为蛋白激酶B）最初被发现是AKT8逆转录病毒癌基因的细胞同源物(贝拉科萨等。, 1991). AKT是PI3K最重要的下游目标之一。人类AKT有三种亚型：AKT1、AKT2和AKT3（也称为PKBα，PKBβ、和PKBγ）。PI3K的产物PIP3与AKT结合并导致AKT的膜募集，还通过其同源性（PH）结构域与磷脂酰肌醇依赖性激酶1（PDK1）结合(向下，1998;恩格尔曼等。, 2006)，然后PDK1磷酸化激酶域中的AKT（AKT1中的Thr 308）。为了完全激活AKT，需要PDK2在AKT的羧基末端疏水基序（AKT1中的Ser 473）内磷酸化(赫雷斯科等。, 2003;萨尔巴索夫等。, 2005;斯托科等。, 1997). 一旦激活，AKT就会移动到细胞质和细胞核，在那里磷酸化、激活或抑制许多下游靶点，以调节各种细胞功能，包括细胞代谢、蛋白质合成、细胞存活/抑制凋亡和细胞周期进展（方框1）。在这篇综述中，我们将重点介绍IA类PI3Ks、PTEN和AKT在肿瘤生长和血管生成中的作用。
二、。血管内皮生长因子、血管内皮素和PI3K激活对血管生成的调节
血管生成是从原有的血管系统中产生新毛细血管的过程。它对胚胎发育、女性生殖、组织修复、炎症疾病、肿瘤生长和转移至关重要。肿瘤血管生成是通过从原有血管中长出新血管或将间质组织柱插入原有血管的管腔来实现的(Carmeliet和Jain，2000年). 这一过程可由细胞外信号（如生长因子）、基因改变（如PI3K等癌基因的激活）以及抑癌基因（如PTEN和p53）的突变触发(Carmeliet和Jain，2000年;福克曼，1995). 在所有促血管生成因子中，血管内皮生长因子（VEGF）和血管生成素（Ang）及其受体-VEGF和Tie[酪氨酸激酶与免疫球蛋白（Ig）和EGF同源域]受体在肿瘤生长和血管生成中起着重要作用。
VEGFR家族和Tie受体家族在内皮细胞中特异性表达。VEGF家族成员是分泌的二聚糖蛋白。在哺乳动物中，VEGF家族成员包括VEGF-A、-B、-C、-D和胎盘生长因子（PLGF）(奥尔森等。, 2006). VEGF-A在血管生成和血管生成中起着关键作用。遗传学研究表明血管内皮生长因子-一个基因敲除小鼠无论是纯合子还是杂合子都会因血管系统缺陷在胚胎期死亡(卡莫利特等。, 1996;费拉拉等。, 1996). VEGF-A有五种人类亚型：VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEG189和VEGF206。其中，根据数量和生物活性，VEGF121、VEGF165和VEGF189是主要的亚型(奥尔森等。, 2006;涉谷，2008). VEGF受体有三个家族成员：VEGFR1（fms样酪氨酸激酶，Flt-1）、VEGFR2（Flk-1/KDR）和VEGFR3（Flt-4）。所有三种VEGF受体都含有具有调节和信号功能的酪氨酸磷酸化位点。这些受体在正常胚胎发生和病理性血管生成过程中促进血管生成起关键作用。VEGF-A与VEGFR1和VEGFR2结合以调节肿瘤发生和血管生成，而VEGF-B和PLGF与VEGFR1结合。在病理条件下，增加的PLGF和VEGF-A可以通过VEGFR1招募单核细胞/巨噬细胞到癌组织或炎症病变，并显著诱导血管生成(棕色等。, 2001;村上春树等。, 2008). VEGF-C和-D主要与VEGFR3结合，并刺激淋巴管生成。
VEGFR1与Tyr1213和1333上PI3K的p85调节亚单位结合，并与VEGFR2在控制细胞迁移、分化和血管生成方面存在串扰(奥蒂埃罗等。, 2003;坎宁安等。, 1995). VEGFR2是血管生成信号的主要受体，因为它调节内皮细胞迁移、增殖、分化和存活，以及血管通透性和扩张(Cebe-Suarez公司等。, 2006). 已经证明VEGFR2的酪氨酸799和1173是p85亚单位的结合位点，PI3K的激活负责内皮细胞的增殖(达亚尼尔等。, 2001). 先前的研究表明，VEGFR2与PI3K的p85调节亚基相关，磷酸化p85亚基，导致PI3K和AKT活性增加在体外(格伯等。, 1998). Grb2-适配器结合物1（Gab1）PH域通过涉及PIP3及其PH域的放大环将VEGFR2耦合到PI3K中起主要作用(舞蹈等。, 2006;拉雷米等。, 2007). VEGF诱导的内皮细胞存活被PI3K抑制剂wortmannin和LY294002以及显性阴性形式AKT（AKT-DN）的过表达阻断(格伯等。, 1998). VEGFR3在发育中的静脉和淋巴管、肿瘤附近的血管以及一些良性和恶性肿瘤细胞中表达(Cebe-Suarez公司等。, 2006). VEGFR3通过激活PI3K和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路促进淋巴管内皮细胞的迁移和存活(林等。，2005年;马基宁等。, 2001).
血管生成素是一个分泌蛋白家族，包括三种人类血管生成素（Ang-1、Ang-2和Ang-4）和一种小鼠血管生成素Ang-3。Ang-1是一种血管生成生长因子，在促进血管系统结构完整性方面起着核心作用。Ang-1和Ang-2都能与Tie2受体结合。Ang-1是一种Tie2激动剂，而Ang-2可以根据细胞类型和微环境条件作为环境依赖性竞争性拮抗剂或激动剂(戴维斯等。, 1996;梅森皮埃尔等。, 1997). Ang-1和Ang-2的转基因过度表达导致血管缺陷(佐藤等。, 1995). Ang-3在多个小鼠组织中适度表达，并作为Tie2激活剂或Tie2拮抗剂发挥作用。Ang-4 mRNA在人类肺部大量表达，并作为Tie2激动剂发挥作用(琼斯等。, 2001;Makinde和Agrawal，2008年). Tie受体家族由Tie1和Tie2/Tek组成。Ang-1、2、3和4是Tie2的特异性配体。Tie1的特异配体未知。Tie1的磷酸化依赖于Tie2的活化，这表明Tie2酪氨酸激酶结构域可能是Tie1磷酸化的异源二聚体(元等。, 2007). Tie2不仅在血管细胞中表达，也在癌细胞中表达。一些肿瘤细胞表达高水平的Ang-1，表明肿瘤中存在Ang-1-Tie2信号的自分泌/旁分泌回路。遗传学研究表明，Ang-1或Tie2基因的缺失导致了血管系统的严重缺陷和随后的致命性，表明微血管发育需要Ang-1/Tie2信号通路(Makinde和Agrawal，2008年). 有多种证据表明PI3K/AKT信号在Ang-1介导的细胞迁移、存活和血管生成中起着重要作用：（1）Ang-1被证明诱导Tie2磷酸化，然后通过其Src同源性2（SH2）结构域以磷酸化酪氨酸依赖的方式招募PI3K的p85亚基并与之相互作用，导致PI3K活性的诱导和AKT的激活(琼斯等。, 1999); （2） Ang-1通过PI3K和AKT活化诱导内皮细胞存活、迁移和发芽(琼斯等。, 1999;神田语等。, 2005;基姆等。, 2000); (3)体内研究还表明，Ang-1通过增加AKT磷酸化和PI3K介导的内皮型一氧化氮合酶（eNOS）激活来诱导血管生成(巴贝伊语等。, 2003;Cho公司等。, 2004).
III、 癌症中PI3K、PTEN和AKT的遗传变异
通过观察PI3K与Src和中间T癌蛋白相关，表明PI3K激活与肿瘤发生有关(杉元等。, 1984;惠特曼等。, 1985). PI3K的激活是通过与PI3K的p85调节亚基相互作用实现的，p85调节亚基含有与磷酸酪氨酸结合的SH2结构域，并将PI3K定位在质膜上(大津等。, 1991). p110αPI3K催化亚单位最初被鉴定为来自自发性鸡肿瘤的癌基因(张等。, 1997). 禽逆转录病毒表达活性PI3K诱导鸡胚成纤维细胞转化在体外和诱发鸡肿瘤(张等。, 1997). PI3K上游分子的异常在癌症中很常见，这种级联在肿瘤发生和肿瘤转化中起作用。PI3K也经常在各种人类癌症中突变，如卵巢癌、乳腺癌、胃癌、肠癌、脑癌、结肠癌和肝细胞癌(恩格尔曼等。, 2006;轩尼诗等。, 2005;江和刘，2008). 放大PIK3CA公司，编码p110的基因α在卵巢癌、宫颈癌、胃癌和乳腺癌中观察到PI3K的催化亚基(恩格尔曼等。, 2006;轩尼诗等。, 2005;江和刘，2008). 此外PIK3CA公司是乳腺癌中最常见的遗传变异，尤其是HER2扩增和激素受体阳性乳腺癌(帕拉迪索等。, 2007). 基因突变PIK3CA公司也发现于结直肠癌、胃癌、肺癌、卵巢癌、肝细胞癌、甲状腺癌、子宫内膜癌、胶质母细胞瘤、急性白血病以及中枢神经系统恶性肿瘤(坎贝尔等。, 2004;江和刘，2008;萨缪尔等。, 2004). p85调节亚单位与p110催化亚单位二聚，并抑制正常细胞中的PI3K活性。缺乏抑制结构域的p85蛋白的缺失以及p85抑制结构域自身磷酸化位点的丢失通常会增加PI3K活性。p85的缺失和体细胞突变α调节亚单位(PIK3R1)罕见，见于人类原发性胶质母细胞瘤、结肠癌、卵巢癌和淋巴瘤(胡克等。, 2002;费城等。, 2001). 最近的研究表明PIK3CA公司-敲除小鼠胚胎成纤维细胞对各种生长因子的反应缺乏细胞信号传导，无法分化为脂肪细胞，并且对RTK诱导的致癌转化具有抵抗力(赵等。, 2006). 另一项遗传学研究表明，p110的激酶活性β是溶血磷脂酸触发的GPCR信号所必需的，并在致癌转化中发挥作用。
PTEN公司1997年首次在人类染色体10q23上发现抑癌基因(锂等。，1997年a;斯特克等。, 1997). PTEN在许多人类恶性肿瘤中极易缺失或突变，包括脑癌、乳腺癌、肾癌和前列腺癌(锂等。，1997年a;斯特克等。, 1997). 一系列研究表明，抑癌基因PTEN在多种人类原发癌中经常发生突变或缺失，包括胶质母细胞瘤、肾和子宫内膜样癌、乳腺癌、肺癌、结肠癌和黑色素瘤(江和刘，2008;萨尔梅纳等。, 2008;斯特克等。, 1997). 此外，PTEN表达水平的降低与实体癌（包括卵巢癌、前列腺癌和宫颈癌）的进展相关(哈里玛等。, 2001;吉本等。, 2007).PTEN公司种系突变导致一组常染色体显性综合征，包括Cowden综合征、Lhermitte–Duclos病、Bannayan–Riley–Ruvalcaba综合征、Proteus和Proteus-like综合征，其特征是发育障碍、神经缺陷、多发性错构瘤以及乳腺、甲状腺、，和子宫内膜癌(Liaw公司等。, 1997;沼泽等。, 1997;邹等。, 1997;土谷等。, 1998). 老鼠PTEN公司缺失和突变对肿瘤诱导和条件性敲除高度敏感PTEN公司导致乳腺、皮肤和前列腺等多器官的瘤变(贝克曼等。, 2004;锂等。, 2002;铃木等。, 1998). 在PTEN缺失诱导的前列腺肿瘤动物模型中，p110的消融βAKT磷酸化降低阻碍肿瘤发生(贾等。, 2008)，表明p110的重要作用β在细胞转化和肿瘤发生中。这些研究证明了PI3K和PTEN在癌症发展中的关键作用。PI3K和PTEN在肿瘤发生中的转基因消融模型综述如下.
表一
PI3K/PTEN/AKT信号通路的转基因消融模型与肿瘤发生、血管生成和血管生成相关
| 靶向亚单位 | 遗传改变 | 评论 |
|---|
| 第110页α | 第110页α−/− | 胚胎致死、多血管缺陷、Tie2蛋白水平较低(列列夫尔等。, 2005) |
| 内皮细胞特异性-p110α−/− | 由于血管生成性芽生和血管重塑的严重缺陷，妊娠中期胚胎死亡(格劳佩拉等。, 2008) |
| 第110页γ | 第110页γ−/− | Ras和VEGF均显著降低血管通透性(塞尔邦等。, 2008) |
| 第85页α/第55页α/第50页α（面板-p85α) | 锅-p85α−/− | 胚胎致死，神经管两侧的表皮下水泡，在转向过程中出血进入水泡(布拉赫曼等。, 2005) |
| p85亚单位 | 肌肉特异性pan-p85α−/−第85页β−/− | 存活，心脏AKT信号减弱，心脏缩小，心脏基因表达改变(罗等。，2005年) |
| PTEN公司 | PTEN公司−/− | 早期胚胎致死 |
| PTEN公司+/− | 多器官肿瘤，包括前列腺、皮肤和子宫内膜、肝脏、结肠、胃肠道和胸腺、自发发育的生殖细胞、性腺间皮瘤、乳腺、甲状腺肿瘤和淋巴瘤(迪克里斯托法诺等。, 1998;波德西帕尼娜等。, 1999;口吃的等。, 2000;铃木等。, 1998) |
| PTEN公司−/−在平滑肌细胞中 | 6周前死亡，主要血管、心脏和肺部磷酸化AKT增加，病理性血管重塑和祖细胞血管募集，广泛的平滑肌细胞增生和腹部平滑肌肉瘤(埃尔南多等。, 2007;内梅诺夫等。, 2008) |
| 支气管肺泡上皮特异性PTEN−/− | 90%SOPten公司flox/flox公司（E10–E16）小鼠在出生后2小时内死亡，存活小鼠发生自发性肺腺癌，支气管肺泡上皮细胞和肌成纤维细胞前体增生，肺泡上皮上皮细胞增大，表面活性蛋白的产生受损。K（K）-ras（拉斯维加斯）在腺癌中经常发生突变(柳城等。, 2007) |
| 肝细胞特异性PTEN−/− | 伴有甘油三酯蓄积的巨大肝肿大和脂肪性肝炎，继发肝纤维化和肝细胞癌(堀江等。, 2004;瓦塔纳贝等。, 2007) |
| PTEN公司−/−在内皮细胞中 | 内皮细胞过度增殖和血管重塑受损导致的胚胎致死(铃木等。, 2007) |
| PTEN公司−/−在内皮细胞中 | 增强出生后新生血管生成，包括肿瘤生长所必需的肿瘤血管生成(铃木等。, 2007) |
| 尿嘧啶特异性PTEN−/− | 出现尿路上皮增生，10%的小鼠自发发展为带蒂乳头状移行细胞癌(Tsuruta公司等。, 2006) |
| 胰腺特异性PTEN−/− | 用高度增殖的导管结构进行腺泡胰腺替代，这些小鼠中的一小部分发展为导管恶性肿瘤(斯坦格等。, 2005) |
| 前列腺靶向PTEN−/− | 前列腺增生与肿瘤变化(贝克曼等。, 2004;妈妈等。, 2005;特洛特曼等。, 2003;王等。, 2003,2006) |
| 星形细胞特异性PTEN−/− | 星形胶质细胞肥大和增殖增加体内(弗雷泽等。, 2004) |
| 皮肤特异性PTEN−/− | 皮肤角质形成细胞的过度增殖和自发成瘤(科马扎瓦等。, 2004) |
| PTEN公司+/−在原始生殖细胞中 | 睾丸畸胎瘤与胚胎生殖细胞生成增强(木村等。, 2003) |
| 哺乳动物特异性PTEN−/− | 乳腺早熟发育和肿瘤形成(锂等。2002年) |
| AKT1型 | AKT1型−/− | 胎仔数减少，胎儿体重减轻，胚胎外血管受损和胎盘萎缩导致胎儿死亡率升高(陈等。, 2001;Cho公司等。，2001年1月;杨等。, 2003)
血管成熟受损，血管通透性增加，eNOS激活减少，血小板反应蛋白1（TSP-1）和TSP-2表达减少(陈等。, 2005)
缺陷性缺血和VEGF诱导的血管生成与严重的外周血管疾病(阿克等。, 2005)
ErbB2过度表达的乳腺上皮细胞的极性消减、迁移方向性和乳腺癌发病(Ju公司等。, 2007)
MMTV-v-H-Ras诱导的肿瘤耐药和皮肤癌变(Skeen公司等。, 2006) |
| AKT2型 | AKT2型−/− | 在刺激反应中显示正常心脏生长，在缺血性损伤反应中对心肌细胞凋亡敏感(德博世等。，2006年) |
四、 PI3K和AKT在血管生成中的调节作用
PI3K/AKT信号通路在调节血管系统和血管生成中也起着重要作用。斑马鱼的K-ras/PI3K/AKT信号对造血和血管生成至关重要(线路接口单元等。2008年a). PI3K和AKT参与调节血管生成的直接证据体内最初通过使用RCAS逆转录病毒载体系统强制表达PI3K和AKT观察到(江等。, 2000). PI3K或AKT的过度表达诱导了血管生成，而PTEN或PI3K的显性阴性结构的过度表达抑制了鸡胚的血管生成，表明PI3K信号是正常胚胎血管生成所必需的(江等。, 2000). p110缺陷小鼠αPI3K催化亚单位表现出多种血管缺陷，包括头部血管扩张，心内膜分支形态发生减少，卵黄囊大小分支缺乏层次性，前主静脉发育受损，Tie2蛋白水平显著降低(列列夫尔等。, 2005). 在缺乏p110的小鼠中γ血管对Ras和VEGF的通透性反应均显著降低，提示PI3Kγ对血管通透性来说是必要和充分的(塞尔邦等。, 2008). 内皮细胞特异性-p110α−/−由于血管生成芽和血管重塑的严重缺陷，导致妊娠中期胚胎死亡(格拉乌佩拉等。, 2008). p85敲除α/第55页α/第50页α在翻身过程中出血进入水泡导致围产期死亡(布拉赫曼等。, 2005). 肌肉特异性pan-p85α−/−第85页β−/−小鼠心脏缩小，心脏基因表达改变(罗等。, 2005). 突变的p110α蛋白质显示出酶的功能增强在体外最近的研究表明，p110的三个流行突变体α、E542K、E545K和H1047R致癌体内(贝德等。, 2006). 这些肿瘤的特征是血管生成增加和AKT通路激活(贝德等。, 2006).
AKT最初被发现是病毒致癌基因的同源物(贝拉科萨等。, 1991). 在各种肿瘤中，AKT也过度表达或扩增，AKT磷酸化水平升高(轩尼诗等。，2005年;江和刘，2008). 有几份报告显示了AKT同种型的遗传扩增。AKT1型在胃腺癌、胶质母细胞瘤、胶质肉瘤和高级胶质瘤中观察到扩增(江和刘，2008;Liaw公司等。, 1997;沙沙贵等。, 2003;斯塔尔，1987年).AKT2型在头颈部鳞癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌和结直肠癌中发现扩增或突变(轩尼诗等。, 2005;江和刘，2008). AKT3 mRNA水平升高与乳腺癌和前列腺癌相关(中谷等。, 1999). 最近的研究表明AKT1型−/−小鼠对ErbB2-or MMTV-v-H-Ras诱导的致癌作用具有抵抗力，表明AKT1在肿瘤发生中的关键作用(Ju公司等。, 2007;Skeen公司等。, 2006). 在AKT的三种亚型中，AKT1与动物发育过程中的血管系统和病理性血管生成密切相关。AKT1型−/−小鼠在胎儿和出生后发育到成年时都有缺陷，产仔数较小，胎儿体重减轻(陈等。, 2001;Cho公司等。，2001年1月). 由于AKT1广泛表达于胎盘，包括所有类型的滋养层细胞和血管内皮细胞，AKT1型−/−由于胚胎外血管受损和胎盘萎缩，小鼠的胎儿死亡率较高，这表明AKT1在胎儿发育和血管形成中起着重要作用(杨等。, 2003). AKT1是血管细胞中的主要亚型。AKT1型−/−由于eNOS活性降低，血管通透性和血管生成的主要表型改变，血小板反应蛋白1和2（TSP-1和TSP-2）表达降低，小鼠的血管成熟度受损(陈等。, 2005). AKT1对缺血和VEGF诱导的血管生成至关重要。AKT1型−/−小鼠表现出有缺陷的缺血和VEGF诱导的血管生成，并表现出严重的外周血管疾病。针对缺血，AKT1型−/−小鼠内皮祖细胞（EPC）动员较少。静脉注射来自野生型AKT1小鼠的内皮祖细胞，但不是来自AKT1型−/−小鼠进入小鼠后，改善了肢体血流量，增加了股骨结扎后成纤维细胞和内皮细胞的迁移。这些结果表明，AKT1对于调节缺血诱导的血管生成是充分和必要的(阿克等。，2005年).AKT2型−/−小鼠对刺激表现出正常的心脏生长，并对心肌细胞凋亡敏感以应对缺血损伤(德博世等。, 2006). 与血管系统和血管生成相关的转基因模型的研究综述如下.
V.PI3K/PTEN通过增加HIF-1和VEGF的表达来控制血管生成
缺氧是肿瘤微环境的一个整体特征，与肿瘤的加速生长有关。低氧诱导因子1（HIF-1）是一种由HIF-1组成的异二聚体α和HIF-1β[也称为芳香烃核转运体（ARNT）]亚单位，在低氧反应中充当转录激活的介体(王等。, 1995). HIF-1型α在常氧条件下通过几个脯氨酸残基的羟基化和赖氨酸5328的乙酰化快速降解(Jeong（郑）等。, 2002;塞门扎，2000年). von Hippel-Lindau抑癌基因产物pVHL作为E3-泛素连接酶的底物识别成分发挥作用，其靶向氧敏感性HIFα亚单位，在正常氧条件下快速蛋白酶体降解，因此在氧传感中起着核心作用(麦克斯韦等。, 1999). 缺氧或pVHL缺失抑制脯氨酰羟基化，导致HIF-1积聚α细胞质中的蛋白质(卡皮西诺和哈斯，2008年). 生长因子、细胞因子和其他信号分子刺激HIF-1α通过激活PI3K或MAPK途径合成(迷宫等。, 1997;钟等。2000年). HIF-1通过结合VEGF启动子的缺氧反应元件（HRE）调节VEGF的表达(征收等。, 1995;王等。, 1995). HIF-1可激活60多个已知基因，这些基因与细胞增殖、存活、凋亡、细胞死亡、粘附、红细胞生成、细胞骨架结构、pH调节、上皮内稳态、耐药性、铁、核苷酸、葡萄糖、能量、氨基酸和细胞外基质代谢、血管张力和血管生成有关(塞门扎，2003年). 高强度F1α在许多人类癌症中上调。在所有的血管生成因子中，VEGF是生理和病理血管生成中最有效的因子。
HIF-1型α表达受PI3K激活调节，以响应生长因子。胰岛素和EGF诱导HIF-1表达α和VEGF通过PI3K信号通路(江等。, 2001). 钴和缺氧诱导的HIF-1αPI3K依赖机制在气道平滑肌和肺动脉平滑肌细胞中的表达(贝莱巴等。2007年;查查米等。, 2004). HIF-1依赖性基因转录被AKT-DN或PI3K和野生型PTEN阻断，而转录被组成活性形式的AKT刺激。PI3K抑制剂LY294002和mTOR抑制剂雷帕霉素也抑制生长因子和有丝分裂原诱导的VEGF分泌，这可能提供PI3K/PTEN/AKT与mTOR、HIF-1和肿瘤血管生成的联系(江等。2001年;钟等。, 2000). 另一方面，PI3K或AKT的过度表达提高了VEGF的mRNA水平。LY294002抑制VEGF mRNA的表达，而这种抑制通过PI3K或AKT的过度表达得以恢复(江等。, 2000). 这些结果表明，PI3K足以诱导血管生成，其作用可能部分通过增加HIF-1和VEGF的表达来实现。同样，PI3K/AKT通过HIF-1调节卵巢癌细胞中VEGF的转录激活α表达式(斯金纳等。, 2004). 大量研究表明，PI3K/PTEN/AKT信号调节不同类型癌细胞、Ras转化细胞、气道平滑肌细胞、肺动脉平滑肌细胞，成骨细胞、肺血管内皮细胞和肥大细胞中HIF-1和VEGF的表达(贝莱巴等。, 2007;卡弗等。, 2007;查查米等。, 2004;江等。, 2001;李等。, 2008;迷宫等。, 1997;特里肖利奥等。, 2005;日元等。, 2005;钟等。, 2000). 肥大细胞通过HIF-1介导VEGF表达α通过PI3K-HIF-1激活α过敏性气道疾病小鼠血管通透性增加的途径(李等。, 2008). 低氧暴露过度表达bcl-2激活的AKT磷酸化和细胞外信号调节激酶（ERK）1/2蛋白的黑色素瘤细胞，诱导VEGF和HIF-1的表达，PI3K和MAPK抑制剂可以抑制VEGF的表达，提示bcl-2通过PI3K和ERK途径与缺氧协同促进黑色素瘤细胞中血管生成因子的表达(特里肖利奥等。, 2005).
与这些结果一致在体外,体内研究表明，LY294002可显著降低小鼠的肿瘤负担，抑制腹膜和肿瘤血管生成，从而在稀少、笔直、相对不通透的血管中形成大量不规则、迂曲的泄漏血管，证明PI3K在介导卵巢癌相关血管生成和血管通透性中的作用(胡等。，2005年). p110的特异性下调α使用小干扰RNA（siRNA）在卵巢癌细胞中的表达表明p110α敲除显著降低卵巢肿瘤生长和血管生成，通过降低HIF-1抑制VEGF表达α在卵巢癌细胞和肿瘤组织中均有表达。此外，AKT1是调节肿瘤生长、血管生成和VEGF表达的主要下游介质，这表明p110αAKT1通过诱导血管生成和增加HIF-1在肿瘤生长中发挥重要作用α和VEGF表达(夏等。, 2006). LY294002抑制PI3K活性降低癌细胞诱导的血管生成(方等。, 2007). PTEN的重组或AKT显性阴性的过度表达也抑制了血管生成和肿瘤生长，与HIF-1的减少相关α和VEGF在肿瘤异种体内的表达(方等。, 2007). 这些结果表明，PI3K和AKT可能通过HIF-1和VEGF在癌细胞中的表达来调节肿瘤发生和血管生成。
六、 PI3K/PTEN介导的下游信号分子调控肿瘤生长和血管生成
AKT的过度表达和激活在肿瘤发生中起重要作用(恩格尔曼等。, 2006;轩尼诗等。, 2005;江和刘，2008). PTEN的突变或缺失存在于多种实体瘤中。如所示在VEGF和其他生长因子的刺激下，RTKs可以激活PI3K，PI3K通过AKT和其他下游靶点发挥作用(恩格尔曼等。, 2006;江和刘，2008). GSK-3型βAKT的下游靶点，与腺瘤性息肉病大肠杆菌（APC）蛋白和axin一起，形成磷酸化的多蛋白复合物β-连环蛋白使其随后泛素化和降解(线路接口单元等。, 2005;鲁宾菲尔德等。, 1996). 因此，GSK-3的表达减少β会导致β-连环蛋白活性。另一方面，PI3K可能通过Rho-GTPases间接激活ERK和p38 MAPK信号通路(Mizukami公司等。, 2006;薛等。, 2006). 最近的研究表明，除了抑制AKT激活外，PTEN还控制Jun N末端激酶（JNK）的活性(维万科等。2007年). AKT和ERK都能激活NF-κB通路，在调节肿瘤生长、转移和血管生成中执行复杂网络(). 与肿瘤发生和血管生成相关的下游信号分子概述于，并在下面简要介绍。
PI3K和PTEN在调节肿瘤生长、转移和血管生成中的靶点。（见书背面颜色部分的第1页。）
A.肿瘤生长
PI3K可能通过几个下游靶点向AKT传递致癌信号以调节肿瘤发生。AKT可直接磷酸化人双分钟2（HDM2），并通过p70S6K1激活调节HDM2(方等。, 2005;梅奥和唐纳，2001年;斯金纳等。, 2004). HDM2通过促进蛋白酶体介导的降解调节肿瘤抑制因子p53(方等。, 2006;斯金纳等。, 2004). p53在肿瘤发生和细胞凋亡中起着关键作用。AKT激活NF-κIκB激酶（IKK）磷酸化的B途径α/β(受伤了等。2002年;Lu和Wahl，2005年;Ozes公司等。, 1999;田中等。, 2005). 激活的AKT通路还通过激活一氧化氮合酶（NOS）、抑制FOXO介导的促凋亡蛋白转录以及通过磷酸化使促凋亡蛋白BAD失活来激活生存信号，从而表现出抗凋亡作用。此外，AKT通过增加细胞周期进展来调节细胞增殖和肿瘤生长。AKT阻断FOXO介导的细胞周期抑制剂的转录，并促进G1到S的相变。AKT通过激活NF稳定c-Myc和cyclin D1-κB通路和GSK-3β/β-catenin信号轴。通过PI3K/AKT和MAPK通路激活mTOR，细胞增殖、大小和生长受到严格调控。AKT和MAPK可以调节mTOR以控制蛋白质合成和细胞增殖，这与致癌有关。细胞存活和细胞周期的调节与肿瘤中细胞数量的增加有关。
B.肿瘤转移
基底膜形成肿瘤的细胞支持物，由细胞外基质（ECM）蛋白的复杂混合物组成。包括基质金属蛋白酶（MMPs）在内的蛋白水解酶可以降解ECM(Orlichenko和Radisky，2008年). PI3K激活MMP-2、MMP-9和尿激酶型纤溶酶原激活物（uPA），导致ECM破坏(伊斯帕诺维奇和哈斯，2006年;舒克拉等。, 2007). 与非转移癌细胞相比，转移细胞中的PI3K活性更高。MMPs水平的升高也是由于AKT/IKK/NF的激活-κB通路和AKT/GSK-3β/β-连环蛋白轴(阿加瓦尔等。, 2005;阿米里和里士满，2005年;伊斯帕诺维奇和哈斯，2006年;基姆等。, 2005). PI3K信号通路还调节趋化因子（C-X-C基序）配体1（CXCL-1）、环氧合酶-2（COX-2）和白细胞介素-8（CXCL-8），从而增强肿瘤转移。PI3K和AKT调节上皮-间质转化（EMT），EMT是一种预示组织侵袭和预测转移潜能的改变(程等。, 2008;尾上等。, 2006). NF公司-κB通过激活间充质程序（包括MMP2/9、VCAM-1、ICAM-1、组织蛋白酶B和Z等基因）在EMT中发挥关键作用(胡贝尔等。, 2004)以及通过激活bcl-2和TWIST抑制转移抑制蛋白E-cadherin(Naugler和Karin，2008年). E-钙粘蛋白是EMT的关键标志物，E-钙粘蛋白的缺失不仅会破坏细胞间的连接，还会导致正常器官结构的缺失。β-连环蛋白在下调E-cadherin表达中起重要作用(布拉伯茨等。, 2005;卢等。, 2003). PI3K和AKT也增加侵袭性并下调E-cadherin的表达(格栅等。, 2003;拉鲁和贝拉科萨，2005年;施拉梅克等。, 2003;Thiery和Sleman，2006年). 细胞运动是肿瘤转移的基本过程。PI3K结合小GTPase Rac和Cdc42通过控制运动细胞中的肌动蛋白动力学来调节细胞运动(恩格尔曼等。, 2006). ERK通路还参与调节MMPs的表达、细胞迁移和EMT(雷迪等。, 2003).
C.肿瘤血管生成
首先，PI3K和AKT可能通过几个下游靶点调节肿瘤血管生成，如mTOR/p70S6K1信号轴、FOXO的抑制、NOS的诱导(Emering公司等。, 2008;恩格尔曼等。, 2006;昆特罗等。，2006年;王等。, 2004)和/或GSK-3的抑制β这些目标通常会增加HIF-1α诱导VEGF转录激活的表达。抑制GSK-3β通过激活PI3K/AKT可以上调HIF-1α表达，并增加β-连环蛋白活性，可以通过β-catenin-HIF-1αHIF-1靶基因启动子区的相互作用(凯迪等。, 2007;莫特特等。, 2003). 此外，缺氧是快速生长肿瘤中肿瘤微环境的特征。缺氧诱导HIF-1α通过增加其稳定性和ERK1/2通路的激活来生产。在某些类型的癌细胞中，缺氧会刺激多种K-ras（拉斯维加斯）效应器和PI3K，以HIF-1依赖方式或通过PI3K/Rho/ROCK/c-myc途径诱导VEGF表达(Mizukami公司等。, 2006;薛等。, 2006). PI3K可通过HIF-1、ERK1/2和NF诱导VEGF表达-κB激活诱导肿瘤血管生成。NF公司-κB还可以刺激肿瘤坏死因子（TNF）、CXCL-8、IL-1和IL-6诱导VEGF(阿米里和里士满，2005年;Sparmann和Bar-Sagi，2004年). 越来越多的证据表明PI3K、AKT、mTOR及其效应器HIF-1的关键作用α和VEGF调节癌细胞诱导的血管生成(方等。, 2007;胡等。, 2005;夏等。, 2006).
其次，通过促血管生成因子（如VEGF）和血管生成抑制剂（如TSP-1）的集体作用之间的平衡变化来调节血管生成和血管系统。PI3K/AKT可以增加肿瘤细胞和内皮细胞中VEGF的表达并抑制内源性抗血管生成分子TSP-1(牛等。2004年;文等。, 2001). 此外，AKT1型−/−小鼠表现出血管成熟受损，TSP-1和TSP-2表达降低，而移植野生型骨髓的小鼠中TSP-1及TSP-2的再表达与血管生成异常有关AKT1型−/−老鼠(陈等。, 2005). 因此，PI3K/AKT信号通路通过过度表达血管生成因子和抑制抗血管生成分子诱导肿瘤生长。
第三，肿瘤血管生成受到由肿瘤细胞、血管内皮细胞和基质细胞组成的肿瘤微环境的调节。除了癌细胞外，肿瘤吸收的微血管内皮细胞对癌症的发展也很重要(Carmeliet和Jain，2000年;斯托尔茨等。, 2006). PI3K/AKT通路也控制肿瘤微环境，包括内皮细胞(蓬等。, 2006;元等。, 2007). PI3K通过其下游靶点（如NOS、p70S6K1和FOXO）调节肿瘤血管生成，从而调节内皮细胞迁移、增殖和存活(福斯布林等。, 2006;Nakao公司等。, 2007;郑等。, 2008). IA类PI3K在发育和肿瘤发生过程中调节血管完整性(元等。, 2008). 对p110亚型的进一步分析表明，p110α需要控制内皮细胞迁移和血管生成，以及p110α−/−内皮细胞导致胚胎死亡，并伴有血管生成芽和血管重塑的严重缺陷(格拉乌佩拉等。, 2008;铃木等。, 2007). PTEN公司−/−内皮细胞过度增殖和血管重塑受损导致胚胎死亡；PTEN公司+/−内皮细胞促进新生血管和肿瘤血管生成以促进肿瘤生长(铃木等。, 2007). Myr-AKT1在内皮细胞中的转基因表达足以重现非肿瘤组织中肿瘤血管的异常结构和功能特征，可能是由于VEGF-A的诱导(江等。, 2000;蓬等。, 2006). 内皮细胞AKT持续激活会导致血管扩张和过度渗透，其作用可以通过AKT抑制或雷帕霉素治疗完全逆转(蓬等。, 2006). 我们使用嵌合肿瘤模型进行的研究发现，p70S6K1在人类皮肤微血管内皮细胞（HDMEC）中的过度表达可促进肿瘤生长和血管生成，而p70S6K1激酶突变体或HIF-1的过度表达αsiRNA显著抑制肿瘤生长和血管生成，表明内皮p70S6K1通过HIF-1控制肿瘤血管生成α和VEGF表达(线路接口单元等。2008年b).
肿瘤微环境中肿瘤细胞和血管内皮细胞的相互作用影响血管生成。在癌细胞中，生长因子、胰岛素和其他激素等刺激物激活PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α轴，并诱导VEGF的产生，VEGF通过PI3K途径改变血管生成反应并导致内皮细胞活化和通透性增加(尼伯格等。, 2008;斯托尔茨等。, 2006). 因此，抑制PI3K/AKT/mTOR通路是癌症治疗的选择之一，目前正在进行临床前和临床试验。PI3K的信号通路与肿瘤生长、转移和血管生成有关.
七、。抑制PI3K信号通路在肿瘤治疗和预防中的作用
鉴于PI3K信号通路在调节肿瘤生长和血管生成中的重要作用，开发使用PI3K、AKT和mTOR抑制剂的治疗药物对癌症治疗至关重要。在这里，我们介绍了PI3K、AKT和mTOR的抑制剂。
A.PI3K抑制剂
PI3K抑制剂沃特曼和LY294002通常用于抑制癌细胞增殖和肿瘤生长，并使肿瘤细胞对化疗药物和放射治疗敏感(格兰维尔等。, 2006). Wortmannin是一种从沃特曼青霉菌1957年，它通过与PI3K的保守Lys802的共价相互作用发挥作用αPI3K中的催化亚基和Lys833γ(散步的人等。2000年;韦曼等。, 1996). 九十年代初合成了pan-PI3K抑制剂LY294002。沃特曼和LY294002也与PI3K相关激酶如mTOR和DNA-依赖性蛋白激酶（DNA-PKs）发生交叉反应。这些PI3K抑制剂溶解度低，毒性高，因为它们针对范围广泛的PI3K相关酶，这限制了它们的临床应用(马罗内等。, 2008). 为了克服这些缺点，正在开发许多沃特曼和LY294002的衍生物(马罗内等。, 2008). 此外，PI3K/AKT抑制剂肌醇（1,3,4,5,6）五磷酸五（Ins（1,34,5,1）P5]抑制肿瘤生长和血管生成在体外和体内(马富西等。, 2005). PWT-458是一种新型聚乙二醇化的17-羟基沃特曼，具有水溶性，在药物稳定性以及体内药代动力学参数。抑制PI3K信号传导并抑制裸鼠实体瘤的生长(于等。, 2005). SF1126是一种含有pan-PI3K抑制剂的小分子偶联物，可抑制PI3K类IA亚型和PI3K超家族的其他关键成员，包括DNA-PK。临床前研究表明，它可以抑制肿瘤生长、扩散和血管生成(加里奇等。, 2008). 另外两种pan-PI3K抑制剂PI-103和ZSTK474共享LY294002的芳基吗啉结构。PI-103是一种双重PI3K IA/mTOR抑制剂，而ZSTK474抑制所有I类PI3K的活性。这两种药物对各种癌症都有抗肿瘤作用(Chaisuparat公司等。, 2008;风扇等。，2006年;Kong和Yamori，2007年;矢口等。，2006年;袁和坎特利，2008). IC486068，第110页δ特异性抑制剂，增强辐射诱导的肿瘤血管破坏(耿等。, 2004). NVP-BEZ235是一种口服双泛类I PI3K和mTOR激酶抑制剂，抑制PI3K活性突变的乳腺癌和前列腺癌细胞的生长，并减少肿瘤血管(迈拉等。, 2008;Schnell公司等。, 2008;塞拉等。, 2008). 最近的研究表明，双重PI3K/PDK-1抑制剂BAG956对BCR-ABL和突变的FLT3-表达细胞都有抑制作用在体外和体内(魏斯伯格等。, 2008).
目前临床试验中使用了几种PI3K抑制剂。例如，XL147和XL765，即exelixis化合物，正处于治疗实体肿瘤的第一阶段试验。NVP-BEZ235和另一种诺华化合物BGT226正在进行乳腺和其他实体肿瘤的试验，取得了一些有希望的结果(Yuan和Cantley，2008年).
B.AKT抑制剂
AKT是PI3K调节肿瘤生长和血管生成的主要下游靶点。第一组AKT抑制剂是基于脂质的抑制剂，包括副膦、磷脂酰肌醇醚脂质类似物（PIAs）和D-3-脱氧-磷酸肌醇-1-[（R）-2-甲氧基-3-十八烷基氧基丙基磷酸氢]（PX-316），具有抗肿瘤作用在体外和体内(吉尔等。, 2006;格兰维尔等。, 2006;江和刘，2008;梅莱特等。, 2004). 其他几种AKT拮抗剂，如9-甲氧基-2-甲基椭圆啶醋酸盐（API-59-OMe）、吲哚唑-吡啶A-443654和异型体特异性斑蝥生物碱类似物已通过化学库的高通量筛选鉴定，并显示出抑制人类癌细胞生长和诱导凋亡(格兰维尔等。, 2006;线路接口单元等。，2008年c;施等。, 2005). 正在开发的其他种类的AKT抑制剂包括基于肽的AKT抑制剂（例如KP372-1）、AKT的假肽底物、抗AKT的单链抗体（scFv）、腺病毒系统表达的AKT的抑制形式以及抗AKT的siRNA(格兰维尔等。, 2006;江和刘，2008;利特曼等。2007年;曼达尔等。, 2006;夏等。, 2006).
副膦是一种最具特征的AKT抑制剂，可抑制AKT向细胞膜的转运。培哚福辛抑制几种不同类型实体肿瘤的生长。它已用于治疗前列腺、乳腺、胃肠道间质瘤、黑色素瘤和软组织肉瘤的临床试验，但临床结果并不令人满意().
表二
PI3K/AKT/mTOR通路抑制剂治疗癌症的临床试验
| 目标 | 药品名称 | 阶段 | 肿瘤类型 | 评论和参考 |
|---|
| 阿克特 | 哌啶 | 我 | 无法治愈的实体恶性肿瘤 | 为了获得合适的剂量、药代动力学数据和副作用(残酷等。, 2002;范·乌默森等。, 2004) |
| | 我 | 晚期实体瘤 | 药代动力学研究表明，培福辛可以安全地与分次放疗联合使用(文克等。, 2006) |
| | 一/二 | 胃肠道间质瘤联合伊马替尼 | 培哚磷与眼部毒性和溃疡性角膜炎相关(肖姆等。, 2008) |
| | 二 | 晚期乳腺癌 | 在这组经过预处理的转移性乳腺癌患者中未发现客观反应(Leighl公司等。, 2008) |
| | 二 | 雄激素非依赖性前列腺癌 | 在该人群中未观察到明显的抗前列腺癌临床活动(波萨达斯等。, 2005) |
| | 二 | 晚期软组织肉瘤 | STS患者对该药物仍持乐观态度(贝利等。，2006年)
未发现明显反应(知识等。, 2006) |
| | 二 | 复发性激素敏感性前列腺癌 | 适度的单剂临床活动(奶酪等。, 2007) |
| | 二 | 胰腺癌 | 在这组患者中，哌啶似乎不值得进一步研究(沼泽等。, 2007) |
| | 二 | 头颈部复发或转移癌（SCCHN） | SCCHN中使用的剂量和时间表中的副膦缺乏单药活性(阿吉里斯等。, 2006) |
| mTOR公司 | 雷帕霉素（西罗莫司） | | 肝细胞癌和胆管细胞癌 | 确定了暂时疾病控制率，毒性可接受(里塞尔等。, 2008) |
| | | 慢性粒细胞白血病（CML） | 雷帕霉素对伊马替尼耐药CML有抗白血病作用(Sillaber公司等。, 2008) |
| | 我 | 非小细胞肺癌 | 西罗莫司、放疗和顺铂联合治疗患者耐受性良好(萨卡里亚等。, 2007) |
| | 我 | 复发性PTEN缺乏性胶质母细胞瘤 | 雷帕霉素对PTEN缺乏的胶质母细胞瘤有抗癌活性，值得进一步的临床研究单独或与PI3K途径抑制剂联合使用(克劳塞西等。, 2008) |
| | 我 | 复发性恶性胶质瘤 | 吉非替尼联合西罗莫司安全地连续每日给药(里尔登等。, 2006) |
| CCI-779（替西罗莫司） | | 实体瘤、复发性恶性胶质瘤、晚期肾癌 | 建立CCI-779的安全性、耐受性和药代动力学参数(库恩等。, 2007;佩拉尔瓦等。, 2003;雷蒙德等。, 2004) |
| | 我 | 实体瘤或淋巴瘤 | 观察到了抗肿瘤疗效，CCI-779在这种间歇性方案中通常耐受性良好(伊达尔戈等。, 2006) |
| | 我 | 晚期实体瘤 | 按照这些剂量和时间表服用CCI-779和5-FU/LV导致了不可接受的毒性，因此不建议服用(蓬特等。, 2003) |
| | 我 | 复发性恶性胶质瘤 | CCI-779对服用酶诱导抗癫痫药物的患者的推荐剂量为每周静脉注射250 mg(张等。, 2004) |
| | 一/二 | 晚期肾细胞癌 | CCI-779和IFN联合使用具有可接受的安全性，并在晚期RCC患者中显示抗肿瘤活性(莫策等。, 2007) |
| | 二 | 晚期乳腺癌 | CCI-779具有抗肿瘤活性，安全性一般可耐受(陈等。, 2005) |
| | 二 | 复发性多形性胶质母细胞瘤 | CCI-779在复发性GBM患者中耐受性良好。在接受CCI-779治疗的患者中，36%的患者无反应或影像学改善(张等。, 2005;加拉尼等。, 2005) |
| | 二 | 晚期神经内分泌癌 | CCI-779似乎几乎没有活性，不保证在高级NEC中进行进一步的单剂评估(杜兰等。, 2006) |
| | 二 | 广泛型小细胞肺癌 | CCI-779似乎没有增加该患者群体的无进展生存率(潘迪亚等。, 2007) |
| | 二 | 转移性黑色素瘤 | CCI-779在该患者群体中没有足够的活性(玛戈林等。, 2005) |
| | 二 | 晚期难治性肾细胞癌 | 在晚期肾细胞癌患者中，CCI-779显示出抗肿瘤活性并鼓励生存(阿特金斯等。, 2004) |
| | 三 | 晚期肾细胞癌 | CCI-779增加了干扰素α的作用，提高了转移性肾细胞癌患者的总生存率和不良预后(哈德斯等。, 2007) |
| RAD001（依维莫司） | 我 | 儿童难治性实体瘤 | 复发性或难治性实体瘤患儿持续口服RAD001耐受性良好，并显著抑制mTOR信号通路(福拉迪等。, 2007) |
| | 我 | 晚期实体瘤 | RAD001在高达70 mg/周和10 mg/天的剂量下耐受性良好，建议进一步开发10 mg/日或50 mg/周的剂量(奥唐纳等。, 2008;塔韦内罗等。, 2008) |
| | 我 | 高级非小细胞肺癌 | 建议每天服用5 mg，同时每天服用250 mg吉非替尼。两名患者的放射反应令人鼓舞(米尔顿等。, 2007) |
| | 我 | 晚期乳腺癌 | 每日使用RAD001加来曲唑治疗很有希望，建议在进一步试验中每天服用10 mg的RAD001(阿瓦达等。, 2008) |
| | 一/二 | 复发或难治性血液恶性肿瘤 | 每天服用10毫克的RAD001耐受性良好，对骨髓增生异常综合征患者有效(Yee是的等。, 2006) |
| | 二 | 复发性慢性淋巴细胞白血病 | 尽管患者最初对治疗有反应，但随后患者发展成一种快速致命的爱泼斯坦-巴尔病毒相关淋巴增生性疾病(格策等。, 2007) |
| | 二 | 中低级别神经内分泌肿瘤 | 5或10 mg/d的RAD001与具有良好抗肿瘤活性的奥曲肽联合使用耐受性良好(姚明等。, 2008) |
| | 三 | 晚期肾细胞癌 | 在其他靶向治疗进展的转移性肾细胞癌患者中，与安慰剂相比，依维莫司治疗延长了无进展生存期(莫策等。, 2008) |
| AP23573（去氟莫司） | 我 | 晚期恶性肿瘤 | 迪福莫司耐受性良好，在广泛的恶性肿瘤中具有抗肿瘤活性(米塔等。, 2008) |
| | 二 | 复发或难治性血液恶性肿瘤 | 在经过严重预处理的血液恶性肿瘤患者中，去氟莫司耐受性良好，并观察到抗肿瘤活性(里齐耶里等。, 2008) |
C.mTOR抑制剂
mTOR抑制剂雷帕霉素（西罗莫司）及其类似物CCI-779（替米西罗莫斯）、RAD001（依维莫司）和AP-23573（去氟莫司）通过结合FK506结合蛋白-12抑制mTOR活化(轩尼诗等。, 2005). 这些药物目前正在进行癌症治疗的临床试验。对这些化合物的临床前研究表明，当它们与常规化疗剂或放射治疗一起使用时，这些化合物对抑制肿瘤生长具有协同作用。在临床研究中，这些化合物已被证明对许多类型的癌症有效(伊斯顿和霍顿，2006年;费夫雷等。, 2006). 在I期试验中，雷帕霉素对复发性胶质母细胞瘤具有抗癌活性，吉非替尼加雷帕霉素可以安全地连续每日联合用药(克劳塞西等。, 2008;里尔登等。, 2006). 在II期和III期临床研究中，CCI-779已被证明对晚期乳腺癌和晚期难治性肾细胞癌患者有疗效(阿特金斯等。, 2004;陈等。, 2005). 此外，CCI-779增加了干扰素-α的作用，改善了转移性肾细胞癌患者的总体生存率，且预后不良(哈德斯等。, 2007;莫策等。, 2007). RAD001口服用于临床应用。II期临床研究表明，RAD001治疗增强了吉非替尼对晚期非小细胞肺癌患者的疗效，增加了lerozole对晚期乳腺癌患者的疗效。奥曲肽治疗中低级别神经内分泌肿瘤的疗效也得到了证实(阿瓦达等。, 2008;米尔顿等。, 2007;姚明等。, 2008). 最近的一项研究表明，与其他靶向治疗进展的转移性肾细胞癌的安慰剂治疗患者相比，RAD001治疗延长了无进展患者的生存期(莫策等。, 2008). AP-23573是雷帕霉素的含磷衍生物，在临床试验中以静脉和口服剂型开发。最近的临床试验表明，它具有良好的耐受性，并在广泛的恶性肿瘤中表现出令人鼓舞的活性，在严重恶性血液病患者中观察到抗肿瘤活性(米塔等。, 2008;里齐耶里等。, 2008). 临床试验中公布的结果总结于.
八、。总结性意见
PI3K/PTEN信号通路在调节各种细胞功能以响应生长因子、胰岛素和其他激素方面发挥着重要作用。人们对PI3K和PTEN在肿瘤发生中的研究兴趣浓厚。最近的研究表明，PI3K的活性形式是一种癌基因，PI3K的扩增和突变在多种人类癌症中普遍存在。PTEN作为PI3K的抑癌剂和拮抗剂，在许多人类癌症中经常发生突变或丢失。PI3K/PTEN信号通过肿瘤细胞与肿瘤微环境特别是内皮细胞的相互作用调节血管生成。血管生成诱导剂如VEGF和血管生成素激活PI3K信号传导以诱导血管生成。仅PI3K的强制表达就足以增加血管生成。PI3K基因改变导致血管系统和血管生成功能障碍。RTKs突变通过PI3K/PTEN信号调节肿瘤生长和血管生成。PI3K反过来通过下游靶点AKT、mTOR和p70S6K1调节肿瘤生长和血管生成；以及通过效应物HIF-1和VEGF。越来越多的证据表明，PI3K、PTEN及其上游和下游分子在人类癌症中普遍发生改变；在肿瘤发生和血管生成中发挥重要作用。该信号通路的抑制剂，包括PI3K、AKT和mTOR抑制剂，目前正在临床试验中，结果令人鼓舞。
最初发现了Pan-PI3K抑制剂，一些最近开发的Pan-PI3K抑制剂广泛靶向IA类PI3K（p110α，第110页β和第110页δ)和mTOR的催化位点。与pan-PI3K抑制剂相比，异形物特异性PI3K抑制剂对细胞的毒性更小，后者可用于特异性靶向某些癌细胞中的PI3K活化。临床数据表明，与PI3K和AKT抑制剂相比，mTOR抑制剂具有更强的疗效和更具前景的结果。然而，由于p70S6K1负调节IRS和PDGFR，因此存在反馈回路。雷帕霉素或其类似物由于失去反馈抑制作用，可以激活上游分子，包括AKT。因此，利用这些抑制剂的靶向治疗和最佳治疗的潜在益处非常重要。PI3K通路抑制剂可能对PI3K/AKT通路活跃的患者更有效，例如PIK3CA公司突变或PTEN突变。此外，PI3K/AKT信号通路与化疗和放疗的耐药性有关。因此，将这些治疗药物与PI3K抑制剂结合是有益的。我们预计，靶向PI3K通路的治疗方法将在不久的将来代表有前景的癌症治疗。
Box 1PI3K家族及其细胞功能
PI3K根据底物、结构、分布、活化机制和功能分为三类。I、II和III类PI3K的结构如下所示。
IA类监管亚单位
催化亚单位
IB类调节亚单位
催化亚单位
II类
III类调节亚单位
催化亚基
PI3K通过其下游靶点AKT发挥各种细胞功能。
启动翻译和蛋白质合成
AKT通过磷酸化TSC2块茎蛋白来抑制结节性硬化复合物1（TSC1）-TSC2复合物的GTP酶激活蛋白（GAP）活性，导致mTOR猛禽激酶复合物的积累和激活。mTOR介导核糖体蛋白S6激酶（p70S6K）和真核生物翻译起始因子4E-结合蛋白1（4E-BP1）的磷酸化，导致翻译起始因子eIF4E的释放(轩尼诗等。, 2005;Schmelzle and Hall，2000年). 然而，由于TSC/mTOR/S6K级联也通过下调胰岛素受体底物（IRS）1/2和PDGFR来抑制PI3K/AKT通路，因此该信号通路中存在复杂的相互作用和反馈回路(哈灵顿等。, 2004;张等。, 2003).
细胞存活/凋亡抑制
AKT的重要下游靶点之一是FOXO转录因子家族。AKT通过磷酸化使FOXO蛋白失活。AKT的其他一些重要靶点是GSK-3、BAD（Bcl2-细胞死亡拮抗剂）、IkappaB激酶（IKK）和MDM2。AKT阻断一些促凋亡蛋白如Fas-ligand（FasL）和Bim的FOXO介导的转录，直接磷酸化促凋亡蛋白BAD，从而抑制前生存分子Bcl-XL。IKK的磷酸化导致I磷酸化κB（NF抑制剂-κB） 导致其蛋白酶体降解和NF-κB核定位。另一方面，MDM2的磷酸化导致p53的降解，表现出抗凋亡作用(巴西等。2002年). 此外，eIF4E还具有抗凋亡活性在体外和体内(孔特雷拉斯等。, 2008;山口等。, 2008).
致谢
这项工作得到了国家卫生研究院资助项目CA109460、ES017237和HL091456的部分支持，资助项目为2007CB947002。
