mTORC2在肿瘤中作用的研究进展及展望.docx

1、mTORC2在肿瘤中作用的研究进展及展望mTORC2 在肿瘤中作用的研究进展及展望于子惠 吉林大学卫生学院 2011 届于建成 烟台于建成中医诊所 摘要：哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体( mammalian target of rapamycincomplex ，mTORC )在细胞内可以调节基因表 达、细胞增殖与存活、细胞迁移、血管生成和新陈代谢等重 要生理活动。根据组成蛋白的不同分为 mTORC1 和mTORC2 ，其中 mTORC2 的组成蛋白主要有 Rictor ，mSin1 ，mSLT8 和 Protor 等。 mTORC2 可调控胚胎发育、细胞骨架 重组与细胞迁移及蛋白质合成等过程，

2、 并作用于 Akt 、PKC 、SGK 等形成信号通路。 并且随着研究的深入， 在肿瘤中可观 察到异常的 mTOR 信号通路， 同时发现 mTORC2 在多种肿 瘤中存在异常的活化。因此，对 mTORC2 的具体分子机制 的研究，可能为相关的靶向抑制药物的研究乃至肿瘤治疗提 供新思路。本综述将介绍 mTORC2 的基本结构、 主要功能、 参与的信号通路，以及肿瘤治疗中的靶向药物的研究进展。1. mTORC2 概述1.1.mmTORC2 的基本结构 1991 年在酵母中发现了可作 为雷帕霉素 ( rapamyicn )靶蛋白的 TOR 基因，它属于 PI3K相关蛋白激酶家族 1。作为一种不典型的

3、丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 ,因受 FRB 结构域的影响， TOR 基因能实现信号转导及磷酸化底物的 Ser/Thr 等功能。 FKBP-rapamycin 复合物mTOR位于 FRB 结构域中，当雷帕霉素与其细胞内受体 FK506 结合蛋白 12 结合时，可以起到连接的作用。其有两种mTOPC1 的组成蛋白主要有 Raptor ，mSLT8 ， PRAS40 和Deptor 等，负责蛋白质合成的调节和细胞周期进程；而mTORC2 的组成蛋白主要有 Rictor ，mSin1 ，mSLT8 和Protor 等，负责维持肌动蛋白细胞骨架组织和细胞存活。mTORC2 在实现这些功能时受生长因子、营养

4、素、能量、 应激状态等影响 2 。mTORC2 的各组成蛋白调控着不同的生命过程。在真核生 物中保守性较弱的 Rictor 作为 mTORC2 的基础组成蛋白， 也能与底物结合。雷帕霉素能够致使 mTORC1 功能下降的 原因是解除了 mTOR 与 Raptor 的结合。因为雷帕霉素不影 响 mTOR-Rictor 复合物的形成， 一般情况下雷帕霉素并不能 影响 mTORC2 的活性。值得关注的是， Rictor 和 Raptor 的 含量在哺乳动物细胞中呈反比关系 3，其意义还有待阐明。实验表明， Rictor 可能与 Cullin-1 和 Rbx1 等 E3 泛素连接酶 家族的功能有关，因

5、为 RictorThr1135 位点的磷酸化可以阻 断它与 Cullin-1 的相互作用，使得 Rictor/Cullin 复合物无法 将SGK1泛素化4mLST8的功能是维持 Rictor与mTOR的相互作用，还能与Rictor共同参与调节 Akt和PKCa疏水基的磷酸化。 Deptor 是 mTOR 相关蛋白，其表达受到mTORC1 和 mTORC2 的负调控 5。 1.2.mTORC2 的基 本功能 1.2.1.mTORC2 调控胚胎发育 mTORC2 是调节胚 胎和胚外组织发育的重要复合物。 mTORC2 在胚胎发生过程中，受到生长因子刺激可磷酸化 Akt Ser473。Akt是细胞内

6、重要的调节因子，它调控着基因表达、细胞增殖与存活、细胞迁移、 血管生成和新陈代谢等重要生理活动。 实验表明，达受到了抑制，卵裂率极低， Akt 活性也显著降低。同样方 法处理单细胞期胚胎，受精卵在 G2 期时分裂受到了抑制， 正常的有丝分裂无法进行，并且无法由单细胞期进入二细胞 期。若将动物中的 Rictor 或 Sin1 完全敲除，呈现出相似的 胚胎致死的表型 6,7。 1.2.2. mTORC2 调控细胞骨架重 组与细胞迁移 TORC2 介导肌动蛋白细胞骨架的组装是受Rom2 、Ypk2 等调节因子的影响， Rom2 是 Rho1 和 Rho2的鸟嘌呤核苷酸交换因子，而 Ypk2 则属于

7、AGC 激酶。TORC2 参与肌动蛋白细胞骨架的重组的调节机制是通过激MAPKPKCa活RhoIGTPase开关，PKG被活化的Rho1激活，继而通路被激活。实验证明，提高 Rictor 的表达量可提高但 mTOPC2 调节肌动蛋白细胞骨架重组装具体过程有待进步探索。此外，能与 mTOR 复合物结合的 Rho-GEFP-Rex1 ，依赖 mTORC2 在受到亮氨酸刺激后促进细胞迁移0 癌症的转移与 mTORC2 调控肌动蛋白细胞骨架重组与细胞o 迁移这一过程也有相关性0 研究发现， Rictor 与 PKC 对乳 腺癌细胞的趋化性和转移起到了共同调节的作用 100并且 RhoGTP 激酶可以调

8、节结直肠癌细胞的运动与转移， 在这类癌细胞中， Rictor 等 mTORC2 组成蛋白的表达量都较高01.2.3.mTORC2 调控蛋白质合成 已知 mTORC1 参与蛋白 质翻译过程是利用 eIF4E 、eEF2K 、 eIF4B 等多种蛋白，促 进翻译的起始和延伸。最近，越来越多的实验证据表明，mTOPC2 通过调节新生的多肽链的残基磷酸化， 参与蛋白质 的合成11 :0 TORC2蛋白主要结合在酵母菌和哺乳动物的细胞的内质网、高尔基体的膜结构上，因此推断 mTORC2可能在核糖体的膜结构上发挥作用0 PI3K 信号系统在受到胰 岛素的刺激时，可促进 mTORC2 与核糖体结合 12，而

9、 mTORC2 与核糖体结合可以调节新生多肽链的磷酸化0但 目前对于 mTORC2 调控翻译过程的准确作用底物还不清楚， 对于 mTORC1 和 mTORC2 如何协调促使翻译过程有序进行 也不明确， 这些均需要进行更深入的研究0 1.2.4.mTORC2参与调节 Akt 信号通路 在哺乳动物的生命活动存在了一个 重要的信号通路 PI3K/Akt/mTOR ，该通路参与细胞的增殖、 生长与存活的调节，当细胞处于缺氧和能量缺乏的环境时，该通路可诱导细胞产生应激反应。 PI3K/Akt/mTOR 通路激活 状态能够在肿瘤、 糖尿病等疾病中被观察到， 在约 50% 的急性髓性白血病(AML )也能被

10、观察到13。TM和HM位点肌醇激酶 1(PDK1) ，而 HM 位点磷酸化激酶为 3磷酸肌醇依赖激酶 2(PDK2) 。研究发现， mTORC2 能特异性磷酸化Ser473 的原因是其具有 HM 激酶活性， 并证实 mTORC2 就是 PDK2 激酶，它对 AktSer473 的磷酸化有着至关重要的细胞存活。 在缺乏 mTORC2 的细胞中， Akt HM 位点未磷酸 化，从而导致细胞未能进行 FoxO1/3 磷酸化， 而其他底物如GSK3 、 TSC2 不受 Akt 的影响 7。这些研究结果表明，Akt。mTORC2 介导的 HM 磷酸化可能特异性作用于125.mT0RC2 调节PKC 根据

11、氨基末端的不同， PKCprotein kinase C )被分成了多种亚型，它与细胞凋亡、细 胞周期调控、细胞骨架与细胞迁移等多种生命活动相关。研 究发现， mTORC2 影响了 PKC 的成熟与稳定，同时它还能 够将所有cPKC和部分nPKC的TM位点(PKCa / 3的Thr-638/641 )和 HM 位点( Ser657/660 )磷酸化 14。当细胞中的 mTORC2 受到抑制时， TM 位点不能发生磷酸化，cPKC 激酶活性较低。然而， mTOPC2 介导 TM 位点磷酸化 的具体机制尚不明确。 而当细胞中的 mTORC2 受到抑制时，HM 位点的磷酸化有所减弱，使得 cPKC

12、活性降低但并不完 全消失，若在此基础上抑制 Hsp90 ， cPKC 活性则会进降低。这表明，mT0RC2在相关分子的协助下可以促进 PKC的成熟和稳定。 1.2.6.mTORC2 调节 SGK 生长因子可以诱 导调控糖皮质素诱导激酶 （SGK ），而 SGK 对渗透压起着正 调节的作用 15。 PDK1 在胰岛素的刺激下， 可以使 SGK1Thr256 位点发生磷酸化， mT0RC2 则使 Ser422 （HM ）位 点发生磷酸化。 SGK1 在敲除 mTORC2 的细胞中发生失活， 进而异常磷酸化 Fox01/3 。同时， SGK1 的其他特异性底物 如 NDRG1 的磷酸化也减少。研究表

13、明， mTOPC2 磷酸化HM 位点时受到 Protor 协同作用 16 。目前尚不明确SGK1TM 位点的磷酸化机制，还需进一步研究。1.3.mTORC2 相关结合蛋白 1.3.1.mTORC2 与 mTORC1S6K1-IRS1 反馈弧在 mTORC2 过度激活时形成， mTORC1磷酸化 S6K1 ，被活化的 S6K1 抑制 IRS1 （胰岛素受体底物1），而 IRS1 是一种可以募集胰岛素受体关键下游底物的转 接蛋白。因此，机体丧失对胰岛素的敏感性，从而导致因依 赖胰岛素等生长因子的 mTORC2 磷酸化 Akt HM 位点的过程受到抑制。1.3.2.mTORC2 与 mLST8 mL

14、ST8 起到激活 并稳定 mTOR 的功能， 而这一功能是通过 mLST8 特异性作 用于 mTOR 分子中激酶催化域来实现的。 在缺少营养素等上 游因子时 , mTOR 和 Raptor 被 mTORC2 紧密地锁在一起，使得 mTOR 与下游的靶基因结合的功能丧失；反之，mTORC2 发生空间构象改变，断裂 mLST8 和 Raptor 之间 的结合， 暴露出 mTOR, 从而与下游靶基因结合。 研究发现， 利用 RNAi 技术在细胞中敲除 mLST8 抑制 mTORC1 底物磷酸化，底物磷酸化的水平并未发生改变，说明 mTORC1 在Deptor 当与 mTOR 的 c 端的 DEP 结

15、构域结合时， Deptor可以负性调节 mTORC1 和 mTORC2 的活性。当 Deptor 缺 失时， mTORC1 和 mTORC2 的活性被激活，磷酸化 S6K和 Akt 等，促进细胞的成长和生存；当 Deptor 过度表达时，S6K 活性受到抑制， Akt 因负反馈环路的存在而过度激活。Deptor 高表达发生在 28 的多发性骨髓瘤中，进而在多发 性骨髓瘤细胞中来维持 PI3k 及 Akt 的活性，而当 Deptor 水 平降低时细胞将死亡。最新研究表明，作为内源性抑制剂，Deptor 在 mTORC1 和 mTOEC2 的作用机制及生物学作用 中发挥重要的桥梁作用。 2.特异性

16、抑制剂及抗癌药物的发展 2.1.mTOR 抑制剂的研究进展 目前，共存在 3 种小分子抑 制剂，然而特异性抑制 mTORC2 的抑制剂尚不存在。这三 种抑制剂为雷帕霉素及其类似物、 ATP 竞争抑制剂及同时抑 制 PI3K 和 mTORC1 2 的双重抑制剂。三种抑制剂因其作 用机制的不同，治疗效果也不尽相同，对于疾病的疗效也有 差异。因此发现 mTORC2 的特异性抑制剂成为目前临床肿性和化学稳定性相对较低，雷帕霉素的生物活性受到了极大 地限制。后来随着几种雷帕霉素类似物的研发，肿瘤治疗上 不仅提高了药物代谢特性还降低了免疫抑制效应，而这些类 似物主要有替西莫司( temsirolimus

17、， CCI-779 )、依维莫司everolimus ，RAD001 )、42 雷帕霉素 (deforolimus ，AP23573) 17 。但是不少研究仍表明单一的雷帕霉素抑 制剂对于实性肿瘤作用微弱 18 。 2.1.2.ATP 竞争抑制剂ATP 竞争抑制剂以 ATP 结合点为靶点， 同时抑制 mTORC1和 mTOPC2 的活性。作为此类选择性 mTORC1 2 抑制剂，PP22 能完全阻断 Akt-Ser473 位点的磷酸化。 近期有研究发 现，特效抗癌药 PP242 在治疗骨髓瘤时比雷帕霉素抗癌效 果佳的原因是他对 mTORC2 有良好的抑制力 19 。然而受折扣。反馈效应对 PI

18、3K 的影响，此类抑制剂的治疗效果也会大大2.1.3.PI3K 和 mTORC1 2 双重抑制剂 根据 通路治疗淋巴瘤具有显著的效果 20,因 PI3K Akt 信 通路活跃度上调，雷帕霉素及其类似物的治疗效果受到限制。可以推断的是在淋巴瘤治疗中双重抑制剂因其阻碍了反馈 调节效应，从而 Akt 的活性下降 21 。作为 PI3K 超家族抑 制剂， BEZ235 能抑制 PI3K 的所有亚型、 mTORC1 及mTORC2 22 。然而和预期结果相反， BEZ235 仍能在定程度上增加 PI3K Akt 的活跃度。对此，研究者们提出多PI3K 的抑制强度不足以和因 mTORC1 受抑制引起的反馈

19、效 应相竞争。也有人认为是 BEZ235 对 mTORC1 的抑制效力 要比对 PI3K 的抑制效力强。还有人认为，在反馈效应里增 加 Akt 活性与 PI3K 活跃度上升是相互独立的，没有任何联 系的 23 。所以， PI3K mTOR 双重抑制剂并非都能完全 抑制 mTOR 和 PI3K 的活性，联合用药效果更佳完善。Spender 及其实验团队通过实验，联合使用 PI3K mTOR 双重抑制剂或 mTOR 活跃靶点抑制剂与 ABT-737 对ABT-737 的耐药问题有很好的解决疗效。 他们甚至提出了 种对伯基特(氏)淋巴瘤新型有效的治疗途径，联合使用mTORC1 2 抑制剂与 BH3

20、拟晶态。 2.2. 二甲双胍 近年 来研究发现， 二甲双胍( metformin )可以负性调节 mTORC1 ， 在临床上二甲双胍常用来治疗二型糖尿病。而对二甲双胍这功能的发现，使得不少研究者都对采取化学药物预防癌症 抱有了希望。根据流行病学的调查，二型糖尿病患者若服用 了二甲双胍来降低血糖可以降低多种肿瘤的发生率、复发率 及致死率，其中尤以胰腺导管腺癌最为突出 24 。有实验 数据显示，服用二甲双胍的二型糖尿病患者的胰腺导管腺癌的发生率比未服用二甲双胍的对照组降低了 62% 25。也 许这与在胰腺导管腺癌细胞中， 二甲双胍能刺激 AMPK 有关，因为 AMPK 不仅可以阻滞 mTORC1

21、，还能介导 IRS-1 在Ser794 位点的磷酸化，从而降低 PI3K Akt 的活性26 Soares 等研究声称， Akt 和 ERK 活性受二甲双胍的 调控机制完全不同于以往的 mTORDE 抑制剂，尽管他们都是抑制 mTORC1 S6K 信号通路为主要机制。并且二甲双-3-羟甲基蒽醌1.8-Dihydroxy-3-hydroxymethyl-anthraquinon )1,8-Dihydroxy-3-hydroxymethylanthraquinone1,8-Dihydroxy-3-(hydroxymethyl)-9,10-anthracenedione 3-(Hydroxymeth

22、yl)chrysazin. 的抗肿瘤作用颇感兴趣，主 要的抗肿瘤活性集中在对神经外胚叶肿瘤、肝癌、肺鳞状细 胞癌、皮肤 Merkel 细胞癌、胃癌、白血病等肿瘤，抗癌范围广泛，芦荟大黄素对 P388 白血病细胞有抑制作用，延长 白质的生物合成。 具体报道有芦荟大黄素通过靶向 mTORC2抑制前列腺癌、芦荟大黄素可诱导鼠 C6 神经胶质细胞瘤发 生自噬性死亡。3. 问题与展望 3.1.PI3K Akt mTOR 信号通路无论是在正 常细胞生理中还是肿瘤细胞的形成、增殖及转移过程，都发 挥着重要的作用。重要的分子机制也随着研究的进展而日渐清晰，但是目前仍存在着不少矛盾和争议。如 mTORC2 上游

23、分子的调控机制尚不明确， TSC1 2 是否能与mTORC2 直接结合， 其影响与在反馈调节中增强 PI3K 的活 性从而激发 mTORC2 的活跃度相矛盾 27 。而笔者认为通 过系统生物学和生物信息学和统计学的方法，也许是解开诸 多矛盾和争议的有效手段。 3.2.mTORC2 特异性抑制剂的开 发在进一步研究 mTORC2 与 mTORC1 相互影响机制的基础，可以为临床肿瘤治疗提供有效的帮助。自从发现mTORC1 受到雷帕霉素抑制后， 基于 PI3K mTOR 信号通 路的新型抑制剂就相继被研发出来。 对于 PI3K Akt 信号通 路，抑或是 mTORC1 2 为靶点的抑制剂， 研究者

24、均抱有了 浓厚的兴趣。然而，现阶段每一种抑制剂都有着不同程度的 副作用和耐药性 28 。作为广泛抑制剂的 BEZ235 也不能 完全地抑制每一个靶点，与抑制 PI3K 相比，它对 mTORC1的抑制效果更为显著，仍可激活 PI3K/Akt 信号系统。因此， 在根据临床患者实际病情及肿瘤特性的基础上，联合使用广泛抑制剂与特异性抑制剂可能会取得更好的治疗效果。而中 做为 mTORC1 mTORC2 下游分子的状态，也许为寻找mTO R C1/mTO R C2为靶点的抑制剂提供思路。合理联合用药治疗一般的肿瘤，采取系统生物医学和系统生物工程研 究方法也许是最佳的选择。参考文献 1 Jacinto E

25、,Hall MN.TOR signalling in bugs,brain and brawn.Nat RevMol Cell Biol.2003; 4(2) 117-126 2 Sengupta S,Peterson TR,SabatiniDM.Regulation of the mTORcomplex 1 pathwayby nutrients,growth factors,and stressJ.MolCell.2010.40(2):310-322. 3 SarbassovDD,Ali SM,KimDH,et al.Rictor,a novel bindingpartnerof mTOR

26、,defines a rapamycin-insensitive and raptorindependent pathway thatregulates the cytoskeleton.CurrBtiol.2004;14(14):1296-302 4 Gao D,Wan L,InuzukaH,et al.Rictor forms a complex withCullin-1 to promoteSGK1 ubiquitination and destruction.MolCell.2010;39(5):797-808. 5 ZhaoY,Xiong X,SunY.D.DRPTOR,an mTO

27、R inhibitor,is aphysiological substrate of SCF(betaTrCP)E3 ubiquitin ligase and regulatessurvival and autophagy.Mol Cell.2011; 44(2) : 304-316 6 Shiota C,Woo JT,Lindner J,et al.Multiallelic disruption oftherictor gene in mice reveals that mTOR complex 2 is essential forfetal growthand viability.DevC

28、ell.2006;11(4):583-589 7 Jacinto E,Facchinetti V,LiuD,et al.SIN1 /MIP1 maintainsrictor-mTORcomplex integrity and regulates Akt phosph-orylationand substratespecificity.Cell.2006;127(1) : 125-137 8 MasriJ,Bernath A,Martin J,et al.mTORC2 activity is elevatedingliomas and promotes growth and cell motil

29、ity viaoverexpression ofrictor.CanceRes.2007;67(24):11712-11720 9 OhWJ,Jacinto E.mTOR complex 2 signaling andfunctions.CellCycle.2011;10(14): 2305-231610ZhangF,Zhang X,Li M,et al.mTORcomplex componentRictorinteracts with PKCzeta and regulates cancercellmetastasis.Cancer Res.2010; 70(22) : 9360-93701

30、1Zoncu R,Efeyan A,Sabatini DM.mTOR:fromgrowthsignalintegration to cancer,diabetes and ageing.Nat RevMol Cell Biol.2011;12(1):21-35. 12 Gan X,Wang J,Su B,etal.Evidence fordirect activation of mTORC2 kinase activityby phosphatidylinositol 3 ，4， 5-trisphosphate.JBiolChem.2011;286(13):10998-11002. 13 Ma

31、rtelliAM,Evangelisti C,Chiarini F,etal.Thephosphatidylinositol3-kinase /Akt /mTOR signaling network asatherapeutictarget in acute myelogenous leukemiapatients.Oncotarget.2010;1(2):89-103 14 SchroderWA,Buck M,Cloonan N,et al.HumanSin1 containsRas-binding and pleckstrin homology domains andsuppresses Rassignalling.CellSignal.2007;19(6):1279-1289. 15Lang F,BohmerC,Palmada M,et al.(Patho)physiologicalsignificance of theserum-and glucocorticoid-induciblekinaseisoforms.PhysiolRev.2006;86(4):1151-1