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，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mTOR复合物，根据组成蛋白的不同分为mTORC1和mTORC2。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^［4］。mLST8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PKCα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，在小鼠胚胎内，小鼠受精卵接受shRNA处理后Rictor的表达受到了抑制，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. 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活RholGTPase开关，PKG被活化的Rho1激活，继而MAPK通路被激活。实验证明，提高Rictor的表达量可提高PKCα的活性^［8］。目前研究发现，质膜中

PIP3的合成可通过Rac1活化而激动，并进一步促进了肌动蛋白细胞骨架重组^［9］，但mTOPC2调节肌动蛋白细胞骨架重组装具体过程有待进一步探索。此外，能与mTOR复合物结合的Rho-GEF P-Rex1，依赖mTORC2在受到亮氨酸刺激后促进细胞迁移。

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。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^［10］。并且RhoGTP激酶可以调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。

1. 1.2.3. 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］。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。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mTORC2与核糖体结合可以调节新生多肽链的磷酸化。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。

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）也能被观察到^［13］。TM和HM位点同时磷酸化才可活化Akt，其中TM位点磷酸化激酶为磷酸肌醇激酶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作用。在Akt信号通路中mTORC2抑制底物Fox01/3而使细胞存活。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，mTORC2介导的HM磷酸化可能特异性作用于Akt。

1.2.5.mTORC2调节PKC

根据氨基末端的不同，PKC（protein 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（PKCα/βII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活性则会进一步降低。这表明，mTORC2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SGK1 Thr256位点发生磷酸化，mTORC2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mTORC1

S6K1-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

mLST8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在发挥作用时并不是必需mLST8的。

1.3.3.mTORC2与Deptor

当与mTOR的c端的DEP结构域结合时，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瘤抑制剂研究的重心。

2.1.1.雷帕霉素及其类似物

因水溶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，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］。然而受反馈效应对PI3K的影响，此类抑制剂的治疗效果也会大大折扣。

2.1.3.PI3K和mTORC1／2双重抑制剂

根据JakeShortt及其团队的实验结果，抑制PI3K／mTOR信号通路治疗淋巴瘤具有显著的效果^［20］,因PI3K／Akt信号通路活跃度上调，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仍能在一定程度上增加PI3K／Akt的活跃度。对此，研究者们提出多种猜测，有人认为在微量凋亡浓度的细胞里，BEZ235对PI3K的抑制强度不足以和因mTORC1受抑制引起的反馈效应相竞争。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。他们甚至提出了一种对伯基特（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。而对二甲双胍这一功能的发现，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，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。并且二甲双胍在抑制mTORC1的同时不会过度磷酸化Akt-Ser473。

2.3.芦荟大黄素

近年来有研究者对芦荟大黄素［1.8-二羟基-3-羟甲基蒽醌（1.8-Dihydroxy-3-[hydroxymethyl]-anthraquinon）1,8-Dihydroxy-3-hydroxymethylanthraquinone；1,8-Dihydroxy-3-(hydroxymethyl)-9,10-anthracenedione；3-(Hydroxymethyl)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，延长生存期。其作用机制之一是抑制癌细胞的DNA、RNA和蛋白质的生物合成。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上下游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上，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。而中医补气壮阳药物研究，可以改变cAMP/cGMP、PKA/PKC做为mTORC1／mTORC2下游分子的状态，也许为寻找mTOＲC1/mTOＲC2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。

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