PI3K/AKT/mTOR通路

PI3K/AKT/mTOR通路（PI3K/AKT/mTOR pathway）是细胞内一条核心的信号转导网络，通过整合来自生长因子受体、细胞因子受体和整合素等上游信号，广泛调控细胞的生长、增殖、存活、代谢和蛋白质合成。该通路的过度激活是人类癌症中最常见的事件之一，是驱动肿瘤发生、维持肿瘤生长和导致治疗抵抗的关键因素。

1. 核心组件与信号传导

• 上游激活：生长因子（如IGF， EGF）与受体酪氨酸激酶结合，导致受体自磷酸化并募集磷脂酰肌醇3-激酶。

• PI3K的激活：PI3K（分为I， II， III类， I类最重要）被募集至膜上，催化磷脂酰肌醇(4,5)-二磷酸磷酸化为第二信使 磷脂酰肌醇(3,4,5)-三磷酸。

• AKT的募集与激活：PIP3在质膜上积累，募集含有PH结构域的蛋白，最重要的是蛋白激酶B（AKT）。AKT被PDK1和mTORC2磷酸化而完全激活。

• mTOR复合物的调控：

  • mTORC1：被AKT直接或间接（通过抑制TSC1/2复合物）激活。它是关键的代谢和合成中枢，通过磷酸化p70S6K和4E-BP1，促进核糖体生物合成和蛋白质翻译。

  • mTORC2：可磷酸化AKT的疏水基序，完全激活AKT，并调控细胞骨架。

2. 主要下游效应与生物学功能

• 促进细胞存活：活化的AKT磷酸化并抑制促凋亡蛋白BAD（使其与Bcl-2解离）和caspase-9，同时磷酸化FOXO转录因子使其出核失活，从而抑制凋亡相关基因表达。

• 驱动细胞周期进程：AKT抑制GSK-3β，稳定cyclin D1；同时抑制p27等细胞周期抑制剂，促进G1/S期转换。

• 增强蛋白质与脂质合成：mTORC1是合成代谢的主要调节器，促进核糖体生成、mRNA翻译以及脂质和核苷酸的合成。

• 调控代谢重编程：通过促进葡萄糖转运和糖酵解，支持癌细胞的瓦博格效应。

• 抑制自噬：mTORC1活性抑制自噬起始。

3. 在癌症中的异常激活机制

该通路的过度激活几乎见于所有癌症类型，主要通过以下方式：

• 上游信号异常：RTK的过表达或持续激活（如EGFR， HER2 扩增/突变）。

• PIK3CA 基因激活突变：编码PI3K催化亚基p110α，是癌症中最常见的功能获得性突变之一（如E545K， H1047R），导致PI3K持续活化。

• PTEN 基因功能丧失：PTEN是关键的负调控因子，其编码的磷酸酶将PIP3去磷酸化回PIP2。PTEN 的缺失、突变或沉默导致PIP3异常累积，是信号通路去抑制的经典范例，见于胶质母细胞瘤、前列腺癌、子宫内膜癌等。

• AKT 基因扩增或激活突变。

• *TSC1/2* 基因失活：导致对mTORC1的抑制解除，见于结节性硬化症和相关肿瘤。

• mTOR 基因本身的激活突变。

4. 作为治疗靶点

针对该通路各节点的抑制剂是癌症靶向治疗的重要方向：

• PI3K抑制剂：如Alpelisib（靶向p110α），与氟维司群联用治疗PIK3CA 突变的HR+/HER2-晚期乳腺癌。

• AKT抑制剂：如Ipatasertib， 在临床试验中与化疗联用治疗前列腺癌、乳腺癌等。

• mTOR抑制剂：

  • 雷帕霉素类似物：如依维莫司，抑制mTORC1，已批准用于肾细胞癌、乳腺癌等。

  • ATP竞争性抑制剂：同时抑制mTORC1和mTORC2（如Sapanisertib）。

• 双重抑制剂：如PI3K/mTOR双靶点抑制剂。

• 挑战：由于该通路在正常代谢中的核心作用，抑制剂常引起高血糖、皮疹、腹泻等副作用；同时，通路存在复杂的反馈激活和代偿机制，容易导致耐药。

5. 与其他通路的交互

• 与RAS/MAPK通路：存在广泛的串扰，两者可相互激活或抑制，共同驱动肿瘤生长。

• 与DNA损伤反应：调控DNA修复和细胞周期检查点。

• 与免疫微环境：影响T细胞功能和肿瘤免疫原性。

参考文献

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