PIK3ca、AKT2在卵巢癌中的研究进展

JZ041567

【摘  要】 研究表明PI3K-AKT信号通路在广泛的人类肿瘤谱中失调导致肿瘤的发生发展。目前，以PI3K-AKT信号通路中组成性活化的关键分子为靶点的肿瘤治疗研究正在深入。PIK3CA、AKT2是参与这一信号通路的重要因子，关于二者联合在卵巢中的致癌机制及其他相关性研究国内报道甚少，本文就目前国内外关于PIK3CA、AKT2在卵巢癌中的研究进展进行综述。
【关键词】 PI3K-AKT信号通路；PIK3CA；AKT2；卵巢癌
        卵巢癌发病率有逐年上升的趋势，尽管卵巢癌的治疗已取得显著进展，但由于不能早期、及时、准确诊断，5 年存活率始终徘徊在30%-40%[1]，因此，寻找新的肿瘤标志物和分子治疗靶点已成为妇科领域卵巢癌研究的热点。PIK3ca和AKT2是近年来发现的PI3K-AKT信号通路中的关键因子，与卵巢癌的发生发展密切相关。下面就二者目前的研究进展进行综述。
        1  PI3K-AKT信号通路概述
        PI3K-AKT信号通路是细胞内信号转导途径，在细胞的增殖、转化、凋亡和肿瘤的发生中起重要作用[2]，是目前基础与临床研究的热点[3]，所以我们有必要先来简单了解一下这一信号通路的相关情况。
        1.1  PI3K-AKT信号通路组成及功能
        磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3- kinases,PI3K）和蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶（protein- serine-threomine kinase,AKT）[2]是PI3K- AKT信号通路主要组成结构。
        3-磷酸肌醇激酶（PI3K）家族成员属于癌基因，是肌醇与磷脂酰肌醇（PI）的重要激酶，正常情况下，其活化而产生的类脂产物3，4二磷酸磷脂肌醇[PI(3,4)P2]，3，5 [PI(3,5)P2]和3，4，5三磷酸磷脂肌醇[PI(3,4，5)P3]。PI(3,4，5)P3作为细胞内的第二信使，是AKT（又名蛋白激酶B，PKB）转位于胞膜并被活化所必需的[4]。AKT是PI3K调控的主要靶蛋白之一，二者共同作用参与调控细胞的正常生理活动[3]。
        PI3K／AKT通路激活可分为三步：① 活化的PI3K催化细胞膜上磷脂酰肌醇4，5二磷酸(PI：P1)肌醇环上D23位磷酸化，生成第二信使磷脂酰肌醇3，4，5三磷酸(pl，P1)。② PI，P1通过与AKT(即PKB)的PH结构域功能区结合，使之从细胞质移至细胞膜，引起AKT构象的改变。同时细胞质中PI 依赖的蛋白激酶(PDK)也借助自身的PH结构域．-qPI， 结合，导致已发生构象改变的AKT与PDK相互接近。③ 在PDK的直接或间接催化下，AKT的激酶活性区中的Thr308位点发生磷酸化，再在PDK2或整合素连接激酶(II K)的作用下，羧基端尾区的Ser473位点也发生磷酸化后，AKT即成为有活性的激酶，PI3K／AKT通路激活[19]，进而调节细胞的增殖、分化、凋亡以及迁移[2]。
        1.2  PI3K-AKT信号通路与肿瘤
        细胞信号传导是各类信号通过细胞膜和细胞内信使分子引起下游基因表达改变，调控细胞正常生理活动的过程，一旦信号通路中关键基因突变或分子活性异常，就会引起细胞信号传导异常，细胞生长、分化及代谢紊乱，导致肿瘤发生发展。
        研究表明，组成性活化的PI3K/AKT信号通路在广泛的人类肿瘤谱中失调，如卵巢癌[5]，乳癌[5]，恶性胶质瘤[6]，子宫内膜癌[7]，成神经管细胞瘤[8]，鼻咽癌[9]，骨髓异常增生综合征[10]等，其主要是由于①基因突变：在多种恶性肿瘤中均发现PI3K-AKT信号通路负性调控子PTEN基因的失活[11]，PI3K的催化亚单位PIK3CA基因突变及扩增在各类实体肿瘤如卵巢癌、结肠癌等的发生率超过30%[11]，此外AKT的基因异常扩增与PI3K调控亚基P85基因突变亦可引起信号通路活性异常，这些基因突变对肿瘤的发生有重要促进作用[3]。②细胞增殖和凋亡调控失衡使肿瘤快速生长：活性异常的PI3K-AKT信号通路通过促进细胞存活，抗细胞凋亡而促进肿瘤生长。③激活的PI3K-AKT信号通路通过促进肿瘤血管形成，增强细胞粘附能力，改变细胞骨架等作用参与部分肿瘤的侵袭和转移。④肿瘤化疗的多药耐药机制尚不明确，可能与癌基因的表达及活性异常有关，部分肿瘤细胞对化疗药物的敏感性可能与PI3K-AKT信号通路相关。目前，对于 PI3K-AKT信号通路中组成性活化的关键分子的明确作用机制及以其为靶点的肿瘤治疗研究正在深入[17-19]。
        2  PIK3CA概述
        2.1  PIK3CA的结构与功能
        PIK3CA基因是逆转录病毒v-p3k癌基因在细胞内的同系物，编码PI3K家族的关键成员Ⅰ类磷脂酰肌醇3激酶（PI3Ks）的p110a催化亚单位（Phosphatidylinositol 3-kinase catalytic alpha polypeptide gene）[12]，是一个34KB的基因，定位于3号染色体3q26.32，含20 个外显子，编码1068 个氨基酸，生成124KDa蛋白质，其功能是催化4，5-PIP2成为3，4，5PIP3[11]，激活PI3K-AKT信号通路，参与信号通路的功能发挥。研究人员已研究证实PIK3CA是PI3K中唯一出现突变的基因，在人类癌症中呈现高频突变，大量数据表明PIK3CA中有三个热点突变区：H1047 人、E542K、E545K，利用细胞移除基因实验证明了这些突变是致癌的[14-16]，有限的分析显示，PIK3CA突变与肿瘤抑制基因PTEN突变互相排斥，PI3K-AKT信号通路的持续激活而致功能失调可以由PIK3CA基因突变导致PI3K的持续激活引起，也可以是因为PTEN的异常引起PI3K累积，这表明导致肿瘤发生的信号既能通过PIK3CA的激活发生也可通过PTEN的失活发生，含突变的细胞株凋亡减少并具有更强的侵袭力，促使细胞癌变[20]。
        2.2  PIK3CA与卵巢癌
        Campbell等研究发现在卵巢癌中亦存在PIK3CA的高频突变（突变率18.8%），并且突变的发生与卵巢癌的组织学亚型有关：子宫内模样腺癌和透明细胞癌中突变率明显高于浆液性和粘液性癌[21]。但是，也有对于卵巢癌的研究认为没有迹象显示PIK3CA突变与组织学亚型或临床与预后等因素相关[21]。国内关于PIK3CA 基因的研究刚刚起步，国外对此研究较多，但PIK3CA突变与其他临床及组织学参数之间的联系还不是很明确。
        3  AKT2概述
        3.1  AKT2的结构与功能
        AKT是信号转导途径中重要蛋白激酶，其为PI3K下游的靶蛋白，是PI3K／AKT信号转导通路的核心，其持续活化与肿瘤的发生发展密切相关。蛋白激酶AKT有三种亚型AKTI、AKT2、AKT3。AKT分子约由480个氨基酸残基组成，包括氨基端的调节区、中间的激酶区及羧基端的尾部三部分。氮基端的捌节区有一个保守序列一AH结构(AKT homology domain，1～147氨基酸节段)，其1—106节段是与许多蛋白激酶同源的PH结构域(pleckst fin homology domain)，这个特殊的结构域又被称为AH／PH结构域。AKT的激酶区位于148—411氨基酸节段之间。内有ATP的结合部位。羧基端的尾部(残基412～480)约由70 个氨基酸构成。氨基端PH结构域含有7条p折叠，反向平行构成B片层并组成一个“疏水袋”。羧基端部分形成一个a螺旋，像帽子一样盖在“疏水袋”的上面。AKT的主要作用是作为PI3K的下游底物，参与PI3K／AKT通路激活[22]。Sale等利用亚型特异的反义寡核苷酸探针策略对AKT及其三种亚型的功能进行研究，发现三个亚型均参与下游底物的活化，其中以AKT2的作用为主。尽管三个亚型定位于不同的染色体，但三个亚型在氨基酸序列上有80%的同源性，均有上述三部分功能区域的共同结构特征[23]。在癌症的发生中，PKB备受关注。由于在逆转录致癌病毒中发现Akt蛋白的存在，人们认为它可能是一个原癌基因。在不同类型的人类恶性肿瘤中，发现AKT的三种亚型分别有不同程度的过量表达。关于AKT是如何促使肿瘤发生，普遍认为：①AKT抑制了细胞的凋亡，使恶变细胞得以存活下来；②AKT具有促进细胞周期进行的作用，加快了细胞的生长分裂；③ AKT促进新生血管形成的作用对肿瘤的形成很关键；④AKT的过度表达和活化可以抵消PTEN的作用[24]。其中AKT2主要介导肿瘤细胞的粘附、运动、侵袭与转移效应[27]。
        3.2  AKT2与卵巢癌
        不同的组织器官，PIK3CA的下游靶基因可能不同，研究发现在结肠癌中AKT1是下游的主要AKT异构体[25]，在卵巢癌中AKT2的效应被选择性放大[26]。国内已有学者研究证实AKT2在卵巢癌中表达越高，癌浸润程度越高，越容易复发转移[27]，但具体作用机制仍未彻底阐明。
    4  PIK3CA与AKT2
        PI3K是二聚体，由催化亚基（P110）和调和亚基（P85）组成，AKT是位于PI3K下游的重要激酶[28]，而PIK3CA是编码P110的催化亚单位，AKT2是AKT的重要分子亚型，二者均是促进细胞生存和维持细胞正常功能的关键信息分子，并且构成对外应激过程中促进细胞生长、抑制细胞凋亡和维持细胞重要功能的信号传递链。在PI3K-AKT信号传导通路致癌机制中：PIK3CA突变使PI3K脂类激酶活性增加，AKT（卵巢癌中主要是AKT2）磷酸化水平增强，持续激活PI3K-AKT信号通路,增强细胞信号转导、细胞生长及侵袭[18,22]。
        PI3K-AKT信号传导通路参与多种肿瘤的发生发展，PI3K-AKT信号传导通路的异常活化可以使肿瘤细胞逃避凋亡，异常增殖分化，促进肿瘤血管新生和肿瘤发生。已经发现在卵巢癌中PIK3CA的突变扩增和AKT2的变异。AKT的上游调节基因是PI3K，一旦PI3K激活AKT，AKT可磷酸化一些和细胞凋亡直接或间接相关的底物蛋白，促进卵巢癌的发生。
        5  结论与展望
        PI3K-AKT信号通路是目前学术界研究的热点，其中涉及多个因子相互作用，以及与其他信号通路的相互作用，关于这一信号通路的精密调控目前还知之甚少，但鉴于其在细胞的生长代谢凋亡中及肿瘤的发生发展中扮演重要角色，故关于这一信号通路的深入研究还是具有重大意义的。
        PIK3CA与AKT2作为PI3K-AKT信号通路中的关键因子，作为癌基因在卵巢癌的发生发展过程中起着举足轻重的作用，关于联合检测二者在卵巢癌中的表达情况及相关性研究国内外报道甚少，目前仍应深入研究PIK3CA与AKT2交叉及协同作用机制，以及二者的变异与卵巢癌生物学行为的关系，这将会为基因靶向对抗卵巢癌带来希望，并对降低卵巢癌发病率和死亡率产生巨大影响。
参考文献
[1] 沈铿,郎景和.复发性卵巢恶性肿瘤的诊治规范[J].中华妇产科杂志,2003,38:717-719.
[2] 杨宁,王恬,惠起源.PI3K-AKT信号通路与胃癌的研究进展[J].现代肿瘤医学,2010,18(1):197-200.
[3] 朱海涛. PI3K-AKT信号通路与小儿实体肿瘤研究进展[J].临床小儿外科杂志,2009,8(6):57-68.
[4] Osoki M,Oshimura M,Ito H.PI3K-AKT pathway:its funct ions and alteratuons in human cancer [J].Apoptosis, 2004,9 (6):667-676.
[5] Douglas A L,Faina B,Cindy J Y,et a1.Frequent mutation of the P1K3CAgene in ovarian and breast cancer[J].Clin Can cer Res，2005,ll(8):2875-2878．
[6] Knobbe C B, Kieslich A T, Reifenberger G.Genetic altera tion and expression of the phosphoinositol-3-kinase／Akt pathway genes PIK3CAand PIKE in human glioblas tomas [J].Neuropathol Appl Neurobiol，2005,31(5):486-490．
[7] Oda K，Stokce D，Taketnni Y, ct a1．Hi曲frequency of coexistent mutations0f PIK3CA and P1EN genes inendom etrial carcinoma [R]. CancerRes，2005，65(23):10669- 10673．
[8] Hartmarm W,1)igon—Sontgerath B，Koch A．et a1.Phosph atidylinositol 3’kirmse／AKT signaling is activated inmedulioblastoma cell proliferation andis associated with reduced expressionof PTEN[J]. Clin Cancer Res,2006,12 (10):3019-3027.
[9] 0r Y Y,Hui A B,Tam K Y,et a1.Characterization of chromo some 3q and12q amplicons in nasopharyngealcarcinoma cell lines[J].Int J Oneol,2005,26(1):49-56．
[10]Nyakem M,Tazzari P L,Finelli C,el a1.Frequent elevation of Akt kinaae phosphorylation in blood Inarl’ow and perip heral blood mononuelear ceils from high—risk myelodysplastie syndrome patients[J].Leukemia,2006,20(2): 230-238．
[11]Samuels Y,Ericson K.Oncogenic PI3K and its role in cancer[J].Curr Opin Oncol,2006,18(1):77-82.
[12]王红洁,蔡蓉,卢健. PIK3CA基因突变与癌症的关系[J].医学分子生物学杂志,2006,3(5):347-349.
[13]KANGS,BADER AG,VOGT PK.Phosphatidylinositol 3 kinase mutations identified in human cancer are oncogenic [J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102:802-807.
[14]Ikenoue T,Kanai F,Hikiba Y,et al.Functional analysis of PIK3CA gene mutation in human colorectal cancer. Cancer Res,2005,65:4562-4567.
[15]Kang S,Bader AG,Vogt PK.Phosphatidylinositol 3-kinase mutation identified in human cancer are oncogenic.Proe Natl Acad Sci USA,2005,7:561-573.
[16]Samuels Y,Diaz J,Schmidt-Kittler O,et al.Mutant PIK3CA promotes cell growth and invasion of human cancer cells.Cancer Cell,2005,7:561-573.
[17]杨扬,高月秋.PIK3CA突变在人类癌症发生中的作用[J].国际遗传学杂志,2008,31(2):111-114.
[18]黄秀兰,崔国辉,等.PI3K-AKT信号通路与肿瘤细胞凋亡关系的研究进展[J].癌症,2008,27(3):331-336.
[19]王洪艳,崔竹梅,等.原癌基因PIK3CA在宫颈癌组织中的表达及意义[J].青岛大学医学院学报，2008，44(1):48-50.
[20]Campbell IG,Russell SE,Choong DY,et al.Mutation of the PIK3CA gene in ovarian and breast cancer.cancer Res,2004,64:7678-7681.
[21]Levin DA,Bogomoliniy F,Yee CJ,et al.Frequent mutation of the PIK3CA gene in ovarian and breast cancer.Clin Cancer Res,2005,11:2875-2878.
[22]胡蕾,姜汉国.PI3K/AKT信号转导通路与肿瘤转移及其机制的研究[J].MEDICAL RECAPTTULATE,2006,12 (22).
[23]Sale E M,Hodgkinson C P,Jones N P,et al.A new strategy for studying protein kinase B and its three isoforms:role of protein kinase B in phosphorylating glycogen synthase kinase-3,tuberin,WNK1,and ATP citrate lyaae [J].Bioche mistry,2006,45(1):213-223.
[24]姜华,张学军. PKB／Akt:一个具有多种功能的蛋白激酶[J].生命科学,2004,16(3):148-152.
[25]SAMUELS Y,DIAZLA,SCHMDT-KITILER O, et al. Mutant PIK3CA promotes cell growth and invasion of human cancer cells[J].Cancer Cell,2005,7:561-573.
[26]CHENG J Q,RUGGER IB,KLEN WM,et al.Amplification of AKT2 in human pancreatic cells and inhibition of AKT2 expression and tomorigebicity by antisen RNA[J].Proc Natl Acad Sci USA,1996,93:3636-3641.
[27]Lin X.Bohle AS.Dohrmann P Overexpression of phospha tidylinositol 3-kinase in human lung cancer 2001(4)  
[28]Gao J,Flynn DC,Bellone S,et al.G1cell cycle progression and the expression of G1 cyclins are regulated by PI3K/AKT/MTOR/P70S6K1 signling in human cancer cells[J].Am J Physiol Cell Physiol,2004,287:281-291.