郭宇，周水洪

頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC）常表現(xiàn)為高耐放療，主要取決于腫瘤細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的改變及其與腫瘤微環(huán)境的動(dòng)態(tài)相互作用。本文綜述PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路在HNSCC放射抵抗中的作用機(jī)制，總結(jié)HNSCC中聯(lián)合放療的靶向PI3K/AKT/mTOR研究及聯(lián)合靶向抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路用于HNSCC放射增敏的研究。通過(guò)靶向或聯(lián)合靶向PI3K/AKT/mTOR通路治療放射抵抗的HNSCC有很好的臨床前研究結(jié)果，各種單用或聯(lián)合應(yīng)用正在研究中，以期用于放射增敏。

1 HNSCC的放療與PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路

1.1 HNSCC的放療 HNSCC是世界上第六大常見(jiàn)癌癥，主要發(fā)生在口腔、口咽、喉部和下咽，每年診斷病例約80萬(wàn)例[1]。接觸煙草衍生的致癌物和過(guò)度飲酒是HNSCC的主要危險(xiǎn)因素，而在美國(guó)和西歐，與感染人類(lèi)乳頭瘤病毒（HPV）有關(guān)的口咽癌正在增加[2]。HNSCC治療失敗的主要原因有15%～50%的病例發(fā)生局部復(fù)發(fā)，即使給予最大限度的綜合治療，其5年生存率約為40%。對(duì)腫瘤治療（化療、放療、分子治療和免疫治療）的抵抗是治療失敗的原因。放療是HNSCC局部晚期除手術(shù)外最重要的治療方式，可作為單一或輔助治療方案，或與具有放射增敏潛力的治療相結(jié)合。雖然HNSCC聯(lián)合放化療對(duì)腫瘤控制有益，但由于嚴(yán)重的毒副作用，可能會(huì)降低患者的生活質(zhì)量，甚至降低生存期。因此需要新的策略來(lái)了解腫瘤細(xì)胞的耐藥特性，預(yù)測(cè)對(duì)治療的反應(yīng)，并通過(guò)使用放療增敏藥物來(lái)降低毒副反應(yīng)，改善患者預(yù)后。

1.2 HNSCC中PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路 HNSCC基因組特征分析顯示HNSCC中有50%～90%的EGFR過(guò)表達(dá)[3]。EGFR參與包括增殖、抗凋亡和分化等關(guān)鍵的細(xì)胞過(guò)程，其下游通路（PI3K/AKT/mTOR）是HNSCC最常見(jiàn)的突變位置[4-5]。80%的HNSCC常存在EGFR-PI3K/AKT/mTOR途徑一個(gè)或多個(gè)組分的分子改變。EGFR或下游蛋白的過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致腫瘤的惡性行為[6-7]。特別是HPV感染的口咽腫瘤，隨著下游靶點(diǎn)mTOR的激活，PI3K通路出現(xiàn)頻繁的突變[8-9]。HNSCC的放射抵抗節(jié)點(diǎn)大多數(shù)都與EGFR-PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路有關(guān)。因此，了解和針對(duì)PI3K/AKT/mTOR通路的分子治療對(duì)放射增敏具有重要意義。

2 HNSCC中PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路介導(dǎo)的放射抵抗

放療是HNSCC除手術(shù)外最重要的治療方式，局部復(fù)發(fā)仍然是治療失敗的主要形式，而高達(dá)60%的局部復(fù)發(fā)通常與放療抵抗有關(guān)。放療抵抗與腫瘤細(xì)胞增殖、內(nèi)在機(jī)制和微環(huán)境相互作用有關(guān)。探究晚期HNSCC進(jìn)展過(guò)程及放療抵抗機(jī)制是巨大挑戰(zhàn)。

2.1 放療的DNA損傷 放療是利用電離輻射切斷DNA的化學(xué)鍵，以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。DNA損傷導(dǎo)致DNA損傷反應(yīng)（DDR）的激活，減輕這種損傷，有助于防止突變或細(xì)胞死亡，促進(jìn)細(xì)胞存活。DNA雙鏈斷裂（DSB）是電離輻射最嚴(yán)重的損傷類(lèi)型[10]，可以通過(guò)同源重組（HR）或非同源末端連接（NHEJ）進(jìn)行修復(fù)，在哺乳動(dòng)物中以NHEJ途徑為主[11]。如果修復(fù)失敗，細(xì)胞可能通過(guò)凋亡、有絲分裂突變、衰老、壞死或自噬等途徑發(fā)生死亡。

2.2 EGFR-PI3K/AKT介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)HNSCC中EGFR是PI3K/AKT通路激活的主要調(diào)節(jié)因子。在頭頸部腫瘤中PI3K/AKT活性對(duì)下咽癌的放射抵抗的影響已在體外報(bào)道[12]，電離輻射誘導(dǎo)EGFR及其下游PI3K/AKT通路的激活，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和存活，從而影響對(duì)電離輻射的反應(yīng)。

DNA依賴(lài)蛋白激酶（DNA-PK）是DDR中NHEJ過(guò)程的一種主要酶。在NHEJ過(guò)程中，DNA-PK催化亞基的特定位點(diǎn)（Thr2609和Ser2056）的磷酸化對(duì)于高效修復(fù)DNA-DSB是必需的。磷酸化位點(diǎn)突變后細(xì)胞對(duì)放射的敏感性增強(qiáng)，支持DNA-PK磷酸化在DNA-DSB修復(fù)中的特定功能。AKT是通過(guò)C末端（結(jié)構(gòu)域）與DNA-PK催化亞基相互作用。輻照后，AKT1與DNA-PK催化亞基在細(xì)胞核內(nèi)立即形成功能復(fù)合體，促進(jìn)DNA-PK亞基在DNA-DSB位點(diǎn)的積累并刺激DNA-PK活性，這是DNA-DSB修復(fù)進(jìn)程的必要步驟。AKT被EGFR、PI3K等通路上游突變或過(guò)表達(dá)激活，導(dǎo)致輻射誘導(dǎo)的DNA-PK活性增加，DNA-DSB的修復(fù)增強(qiáng)。PI3K/AKT對(duì)不同來(lái)源腫瘤細(xì)胞DNA-DSB修復(fù)和輻射抵抗的影響已被證實(shí)。

2.3 腫瘤微環(huán)境中缺氧以HIF-1-VEGF介導(dǎo)的放射抵抗 腫瘤微環(huán)境通過(guò)缺氧與細(xì)胞增殖、血管生成和代謝的相互作用影響放射抵抗。大量臨床研究顯示腫瘤缺氧與HNSCC患者放療后預(yù)后不良有關(guān)[13]。缺氧狀態(tài)主要刺激缺氧誘導(dǎo)因子-1亞基（HIF-1）的穩(wěn)定，導(dǎo)致許多下游靶基因轉(zhuǎn)錄，除促進(jìn)介導(dǎo)Warburg效應(yīng)的糖酵解酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1（GLUT-1）表達(dá)外，還促進(jìn)一個(gè)非常重要的下游靶基因血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）表達(dá)，即HIF-VEGF通路。HIF-1和VEGF過(guò)表達(dá)均與HNSCC局部區(qū)域控制惡化和放療后患者生存期降低相關(guān)。HIF-1-VEGF可激活EGFR-PI3K導(dǎo)致AKT/mTOR信號(hào)通路活性增加。增加的mTORC1，動(dòng)員GLUTs、激活糖酵解酶HK2，增強(qiáng)糖酵解，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，從而間接增加HIF-1豐度以及HIF-1相關(guān)的糖酵解酶和GLUT的表達(dá)，促進(jìn)Warburg效應(yīng)介導(dǎo)的放射抵抗。

3 HNSCC中的PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路及基因突變

PI3K是一類(lèi)高度保守的酶家族，是由調(diào)節(jié)亞基p85和催化亞基p110構(gòu)成的二聚體。當(dāng)PI3K與EGFR結(jié)合后，可改變AKT的蛋白結(jié)構(gòu)，使其活化，并以磷酸化作用激活或抑制下游一系列底物，下游靶點(diǎn)是mTOR。PTEN為具有雙重特性磷酸酶活性的腫瘤抑制基因，可使AKT去磷酸化而減少活化，可阻止所有由AKT調(diào)控的下游信號(hào)傳導(dǎo)事件，是PI3K的負(fù)向調(diào)節(jié)因子。

目前，HNSCC患者中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了廣泛的PI3K通路中不同基因的突變、擴(kuò)增和過(guò)表達(dá)，其中基因突變最多為編碼p110的PIK3CA基因。HNSCC中激活PI3K軸的基因改變可以分為四類(lèi)：激活上游分子（如EGFR）的基因改變（47%），涉及PIK3CA的基因改變（50%），軸效應(yīng)者的基因改變，以及PTEN的基因改變（10%～15%）[14]。EGFR-PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的高激活狀態(tài)與HNSCC患者臨床預(yù)后較差有關(guān)，其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在介導(dǎo)HNSCC的放射抵抗中發(fā)揮重要作用。

4 放療中靶向PI3K/AKT/mTOR

4.1 靶向上游EGFR 阻斷EGFR包括靶向受體配體結(jié)合域的單克隆抗體和小分子酪氨酸激酶抑制劑。研究最多的EBER單克隆抗體是西妥昔單抗（Cetuximab）。2006年FDA批準(zhǔn)聯(lián)合放療可用于治療局部或區(qū)域晚期的HNSCC[15]，并作為鉑難治復(fù)發(fā)/轉(zhuǎn)移性HNSCC的單藥治療。一項(xiàng)由106名患者參與的隨機(jī)II期研究[研究了尼妥珠單抗（Nimotuzumab）聯(lián)合放療]，結(jié)果顯示了生存獲益的趨勢(shì)，特別是在EGFR陽(yáng)性腫瘤中[16]。

4.2 靶向PI3K及負(fù)向調(diào)控因子PTEN

4.2.1 靶向PI3K 目前靶向PI3K有兩大類(lèi)抑制劑：泛PI3K抑制劑和異構(gòu)體選擇性抑制劑。泛PI3K抑制劑Buparisib、Copanlisib、Pilaralisib、Taselisib、PX-866等在HNSCC患者中的治療效果較好。而泛PI3K抑制劑如Wortmannin、LY294002，在HNSCC細(xì)胞系中具有良好的放射增敏作用，但由于不利的毒副作用，其臨床應(yīng)用受到限制。BYL-719是唯一的p110特異性抑制劑，目前有5個(gè)臨床試驗(yàn)招募患者來(lái)測(cè)試BYL-719單獨(dú)或聯(lián)合順鉑、紫杉醇、Cetuximab和放療對(duì)HNSCC患者的療效[17]。

4.2.2 靶向PI3K負(fù)向調(diào)控因子PTEN 靶向抑制PTEN作為PI3K/AKT信號(hào)的負(fù)調(diào)控是癌癥治療的另一個(gè)要點(diǎn)。硼替佐米（Bortezomib）是26S蛋白酶體抑制劑，可阻斷蛋白酶體介導(dǎo)PTEN降解，來(lái)降低PI3K/AKT活性來(lái)增強(qiáng)放射敏感性。正在進(jìn)行Bortezomib聯(lián)合放療的臨床試驗(yàn)（NCT01445405、NCT00629226、NCT00011778）將為放療增敏帶來(lái)新的研究信息。

4.3 靶向PI3K軸下游效應(yīng)因子

4.3.1 靶向AKT 與PI3K抑制劑不同，盡管AKT抑制劑如Perifosine和Tricribine在臨床前研究中具有良好的抗癌效果，但在II期臨床試驗(yàn)中未能成功治療HNSCC患者。體外培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，用Tricribine抑制AKT可提高與LY294002相似的放射敏感性，但作為單一藥物時(shí)對(duì)細(xì)胞增殖沒(méi)有影響。目前為止，只有一項(xiàng)臨床研究將AKT抑制劑（MK-2206）應(yīng)用于HNSCC的II期治療（NCT01349933），但由于出現(xiàn)一些不良反應(yīng)，其應(yīng)用受到限制[18]。

4.3.2 靶向mTOR Ekshyyan等[19]證明mTOR1抑制劑坦西莫司（Torisel）在體外、體內(nèi)對(duì)HNSCC細(xì)胞有放射增敏效果。放療聯(lián)合Torisel在抑制腫瘤生長(zhǎng)方面明顯強(qiáng)于聯(lián)合順鉑。另一種mTOR1抑制劑依維莫司聯(lián)合放療在HNSCC中的治療效果正在臨床試驗(yàn)階段（NCT01058408、NCT00858663、NCT01057277），還未批準(zhǔn)用于臨床。

Cerniglia等[20]研究了選擇性雙PI3K和mTOR激酶抑制劑NVP-BEZ235在HNSCC中的作用。NVPBEZ235在體外和異種移植中顯著提高了HNSCC細(xì)胞的放射敏感性，可通過(guò)減弱輻射誘導(dǎo)的DNA-PK磷酸化，來(lái)減少DDR過(guò)程。

5 聯(lián)合抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路用于HNSCC放射增敏

5.1 聯(lián)合HIF-1 HIF-1現(xiàn)被認(rèn)為是一種重要的抗癌藥物靶點(diǎn)。大量研究采用各不相同的策略抑制HIF-1表達(dá)以提高腫瘤細(xì)胞的放射敏感性[21]。PI3K/AKT/mTOR可調(diào)節(jié)人70%以上來(lái)源癌細(xì)胞中的HIF-1翻譯，目前正在研究的mTOR抑制劑可以抑制HIF-1的翻譯，如坦西莫司由于其抗血管生成活性，被用于治療乳腺癌的臨床開(kāi)發(fā)研究。在PI3K/AKT/mTOR通路的抑制劑中，只有Torisel因?yàn)槠湟种艸IF-1翻譯的抗血管活性而獲得了臨床上的成功。

前期在裸鼠中通過(guò)ASO HIF-1質(zhì)粒能降低HIF-1的mRNA水平及蛋白的表達(dá)水平，從而增加移植瘤放射敏感性。Wang等[22]發(fā)現(xiàn)人結(jié)腸癌細(xì)胞中Wogonin通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路抑制HIF-1表達(dá)和糖酵解相關(guān)蛋白，對(duì)荷瘤裸鼠具有顯著的腫瘤生長(zhǎng)抑制作用，可用來(lái)增加結(jié)直腸癌放射敏感性。丹酚酸B在口腔鱗狀細(xì)胞癌中通過(guò)抑制PI3K/AKT/HIF-1信號(hào)通路來(lái)增加其抗癌活性。課題組前期通過(guò)基于CRISPR/Cas9系統(tǒng)靶向敲除HIF-1來(lái)降低其mRNA和蛋白表達(dá)水平，可能通過(guò)PI3K/AKT/mTOR通路來(lái)抑制喉癌的生長(zhǎng)、增殖和轉(zhuǎn)移[23]。

如前述腫瘤缺氧以HIF-1-VEGF表達(dá)增加可激活EGFR-PI3K導(dǎo)致AKT/mTOR信號(hào)通路活性增加，促進(jìn)Warburg效應(yīng)介導(dǎo)的放射抵抗，因此HIF-1-VEGF與PI3K/AKT/mTOR之間相互調(diào)控。Torisel具有HIF-1-VEGF與PI3K/AKT/mTOR雙重抑制的作用，在放射增敏中取得成功。因此提出靶向抑制HIF-1及聯(lián)合抑制PI3K/AKT/mTOR通路可以增加腫瘤的放射敏感性，新的聯(lián)合放射增敏方案值得探索。

5.2 聯(lián)合自噬 HNSCC中PI3K信號(hào)通路除控制細(xì)胞增殖外，還是自噬的主要調(diào)節(jié)因子，其抑制劑可能會(huì)增加HNSCC的自噬，并間接支持癌細(xì)胞存活。HNSCC的體外研究和動(dòng)物模型表明，自噬支持腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和治療耐藥性。目前僅有兩種自噬抑制劑被批準(zhǔn)用于臨床使用：氯喹（CQ）和羥氯喹（HCQ）。

Bernard等[24]研究了PI3K聯(lián)合自噬對(duì)HNSCC的作用，氯喹可有效抑制PI3K抑制劑誘導(dǎo)的自噬，聯(lián)合使用可以協(xié)同減少癌細(xì)胞增殖，而不依賴(lài)于細(xì)胞系的PIK3CA狀態(tài)。Cerniglia等[20]發(fā)現(xiàn)NVPBEZ235使HNSCC細(xì)胞（SQ20B）及異種移植瘤放射增敏，加用氯喹，可增加對(duì)癌細(xì)胞的殺傷作用。為未來(lái)臨床試驗(yàn)中聯(lián)合自噬與靶向PI3K/AKT/mTOR抑制策略提供了理論依據(jù)。

6 展望

獲得性放療耐藥性是HNSCC治療失敗的主要原因之一，了解癌細(xì)胞中與輻射抵抗相關(guān)的分子機(jī)制有助于探索治療方案。最新的基因組研究發(fā)現(xiàn)HNSCC的PI3K突變最頻繁，探索PI3K/AKT通路在放射抵抗中的作用，已成為非常有吸引力的分子治療靶點(diǎn)。

綜上所述，通過(guò)靶向抑制PI3K/AKT/mTOR通路及聯(lián)合抑制HIF-1或自噬策略在治療放射抵抗的HNSCC中都有很好的臨床前研究效果。針對(duì)同一腫瘤樣本中的許多突變和激活的信號(hào)通路，聯(lián)合治療可能有更好的放射增敏效果。

利益沖突 所有作者聲明無(wú)利益沖突