PI3K/AKT/mTOR (PAM)信号通路是真核细胞中高度保守的信号转导网络，促进细胞存活、细胞生长和细胞周期进程。生长因子向PAM轴上转录因子的信号传导受到多种其他信号通路交叉相互作用的高度调控，信号转导的失调可导致癌症的发生。PAM轴是人类癌症中最常见的激活信号通路，通常与抗癌治疗的耐药性有关。该通路的功能障碍，如PI3K的过度活跃、PTEN的功能丧失和AKT的功能获得，是癌症治疗抵抗和疾病进展的臭名昭著的驱动因素。在这篇综述中，我们重点介绍了癌症中PAM信号通路的主要失调，并讨论了PI3K, AKT和mTOR抑制剂作为单一治疗和与其他抗肿瘤药物共同给药的临床试验结果，作为克服治疗耐药的策略。最后，还讨论了PAM信号靶向治疗的主要耐药机制，包括PAM信号在免疫学和免疫疗法中的应用。
PAM信号通路是所有高等真核细胞中高度保守的主要转导网络，在外界刺激下促进细胞存活、生长和增殖[1,2,3]。该途径的两个主要功能蛋白是PI3K和AKT[4,5,6,7]。重要的是，在PAM通路中，外部生长因子向转录因子发出信号是一个高度调控的过程，涉及与其他细胞信号网络的广泛串扰[8,9,10]。已知PAM通路的失调可驱动癌症的发生和进展[11,12,13]。事实上，大约50%的肿瘤发生了PAM通路畸变[14]，并且是人类癌症中最常见的激活途径[15,16,17]。此外，PAM通路在癌症中的过度激活往往是治疗耐药的基础[11,14,18]。已知该通路中许多组分的异常表达或突变与人类肿瘤发生有关[19,20]。因此，膜受体(RTK或GPCR)的激活，PI3K上游癌基因的诱导[21]，PIK3CA等激酶的突变或扩增，肿瘤抑制因子PTEN的表达减少或失活[22]，和/或AKT癌基因的扩增和功能获得错义突变[23]等突变，都可能导致癌症的发生和/或进展[11,24,25]。此外，过度活跃的PAM通路还通过对细胞迁移的显著影响促进上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)和转移[26,27]。本文重点介绍了PAM轴的生物学和生物化学，描述了其在癌症中的主要失调，展示了其与其他信号通路的主要串扰，并讨论了PI3K-、AKT-、mTOR-和pdk1靶向抑制剂，强调了它们的治疗耐药机制。因此，我们的文章是全面的PAM信号通路，包括其在生物学和疾病中的主要效应物AKT和mTOR。关于PI3K抑制剂靶向癌症基质，重点是免疫调节的更详细综述，请参考Okkenhaug等人2016年[28]和Vanhaesebroeck等人2022年[29]。关于过去和未来的PI3K抑制剂的更多信息，我们建议读者参考Castel等人2021[30]。此外，虽然我们的论文关注的是多种PI3K驱动的癌症，但对于PI3K通路在雌激素受体(ER) +乳腺癌中的相关性，以及雌激素受体(ER)与PI3K通路在乳腺癌中的相互作用，Vasan等人已经从特定角度进行了广泛的综述[31]。此外，由于目前的工作没有详细讨论PI3K通路在代谢中的作用，我们建议读者参考Vasan和Cantley 2022[32]。在这篇综述中，我们首先关注正常细胞和癌细胞之间PAM轴的主要差异，然后通过总结在广泛的癌症中进行的和已完成的试验，描述当前的PI3K, AKT, mTORC1/mTORC2和PDK1抑制剂。
癌症中的RTK过度激活
生长因子介导的RTKs[33]或GPCRs[34]的诱导通常启动导致AKT活化的典型途径，导致质膜定位并诱导一类PI3K家族的一种或多种亚型[35](图1a)(补充信息1)。表皮生长因子受体(EGFR)[36,37]、成纤维细胞生长因子受体(FGFR)[38,39]、血小板衍生生长因子受体(PDGFR)[40,41]、血管内皮生长因子受体(VEGFR)[42,43]、肝细胞生长因子(HGF)[44,45]、白细胞受体酪氨酸激酶(LTK)[46,47]和胰岛素受体(INSR)[48,49]家族基因主要通过激活PAM途径导致治疗失败(图1b)(补充信息1)。
图1
PI3K、PTEN和AKT调控的生化机制。正常细胞中PI3K、PTEN和AKT调控的机制。RTK或GPCR的诱导可激活ras调控的PI3K, PI3K与PIP2相互作用，并在质膜上产生PIP3。细胞质基质中失活的AKT被募集到细胞膜上，通过PH结合域与PIP3结合。这驱动PDK1磷酸化T308, mTORC2磷酸化S473，导致AKT完全激活(见上图)。信号终止是由PI3K-PIP2相互作用的丧失决定的，通过(PIP3) PTEN蛋白磷酸酶、(AKT) PP2A蛋白磷酸酶和(AKT) PHLPP蛋白磷酸酶的抑制，导致AKT与细胞膜分离。由于DNA损伤反应，p53激活PTEN，其功能降低pam诱导的细胞增殖(中)。然后AKT在细胞质中切换到关闭模式(如下图)。B肿瘤细胞中PI3K、PTEN和AKT调控的机制。RTK、Ras、PI3K、AKT(上图)、PTEN蛋白磷酸酶、p53、(AKT) PP2A蛋白磷酸酶和(AKT) PHLPP蛋白磷酸酶可能发生突变，导致AKT滞留细胞膜(中)。随后，AKT在细胞质中保持开模状态(见下图)，导致PAM通路信号转导失调，并可能导致癌症的发生和/或进展(见下图)。激活(磷酸化或非磷酸化)用箭头线表示，而去磷酸化用圆头线表示。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红十字表示信号阻塞。P:磷基
癌症中的PI3K突变和扩增
在众多类型的PI3K中，只有I类在生长刺激后能够发挥脂质磷酸化作用[50]。PI3K (I类)是一种异源二聚体，由两个不同的亚基组成:调节亚基p85和催化亚基p110[51,52]。具体来说，PI3K的调控亚基p85可以通过其Src同源性2 (SH2)结构域与活化rtk上磷酸化的酪氨酸残基结合。随后，PI3K催化亚基p110可以形成完整的活性PI3K酶[53](图1a)(补充信息1)。PIK3CA激活突变编码PI3K的p110α催化亚基，是在肿瘤谱系中检测到的最常见的突变癌基因[15,54]。事实上，PIK3CA通常在几种人类癌症中发生突变或扩增[55]，包括结直肠癌(CRC)[56]、乳腺癌[57]、肺癌[58]、胃癌[59]、前列腺癌[60]和宫颈癌[61,62]。大多数突变发生在E545K(外显子9)和H1047(外显子20)附近。hotpot E542K和E545K位于螺旋磷脂酰肌醇(肌醇磷脂)激酶同源结构域，可降低p85调控亚基对p110α的抑制作用，而靠近催化结构域末端的H1047可增强p110α-脂膜相互作用[63,64]。p110β、p110γ和p110δ亚基的突变相当罕见;然而，它们的过表达在培养细胞中容易促进致癌性[65]。PIK3CA突变存在于头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)[66]、胃癌[67]、胆囊癌[68]和黑色素瘤[69]中。此外，已知PIK3CA E542K和PIK3CA E545K突变可促进宫颈癌的增殖和糖酵解[64]。此外，PIK3CA突变导致小鼠前列腺癌，并与前列腺癌预后不良相关。值得注意的是，PIK3CA突变和PTEN缺失在前列腺癌患者中共存，并在体内协同合作，通过PAM通路超激活加速癌变和癌症进展[70,71]。在转移性非肌肉浸润性膀胱癌中，PIK3CA突变经常与FGFR3突变相关[72]。与此相一致，在25%的骨肉瘤患者中检测到PAM通路突变。事实上，PIK3CA和mTOR对于骨肉瘤细胞的存活和增殖至关重要[73]。在多形性胶质母细胞瘤[74]、睾丸生殖细胞瘤[75]和尤文氏肉瘤[76]中，PI3K家族基因的突变，尤其是PIK3CA或PIK3R1的突变，导致PAM通路模式发生改变。PIK3CA、PIK3R1和PIK3R2突变常见于小细胞肺癌(SCLC)、非小细胞肺癌(NSCLC)[77]、肝细胞癌[78]和卵巢浆液性囊腺癌[79]。同样，大肠癌中PAM通路的失调主要是由于PIK3CA的突变，PIK3R1和PIK3R2的突变较少。此外，CRC PIK3CA突变通常与KRAS突变相关[80,81]。肾癌中PAM通路的遗传改变也可由PIK3CA、PIK3R1和PIK3R2突变引起。此外，PIK3R1可以通过AKT/GSK3β/β-catenin信号通路调节肾细胞癌细胞的EMT以及干细胞样表型[82,83]。食管鳞状细胞癌存在PI3K家族基因和PTEN的遗传改变，尤其是PIK3CA、PIK3CG、PIK3C2A和PIK3C2G的体细胞突变[84]。此外，PAM通路基因如PIK3CA、PIK3CG、PIK3C2G、PIK3C3、PIK3R1和PIK3R2在低分化甲状腺癌和间变性甲状腺癌中经常检测到突变[85]。因此，PAM通路的突变可以影响rtk和生长因子，以及Ras和PI3K p110亚基，导致异常的信号活动(图1b)。
PTEN在癌症中的失活或丧失
PI3K/PIP3信号终止主要通过肿瘤抑制因子PTEN实现，PTEN对PIP3施加去磷酸化作用，使其切换回PIP2。因此，PTEN作为影响细胞生长存活的PAM通路的重要负调节因子，而PTEN的缺失会导致这些细胞内信号的持续输出[86](图1a)(补充信息1)。几种肿瘤中存在PTEN功能缺失突变[88,88]。PTEN缺失在原发性和转移性乳腺癌中经常发生，导致PAM通路过度激活，从而增强细胞增殖[89,90]。PTEN下调和PAM通路激活均与抗雌激素治疗耐药有关[91]。胃癌中经常检测到PTEN的突变[67]。此外，PRL-3过表达[92]和/或扩增[93]通过去磷酸化下调PTEN的表达[94]，间接通过PAM通路增加信号[95]在人胃癌中表达[93]。在结直肠癌中也观察到PTEN的突变[80]。值得注意的是，TGF-β信号的缺失导致PRL-3上调和PAM通路激活，从而促进原发性CRC的EMT和肿瘤侵袭性[96]。PTEN突变在膀胱癌中也有报道，因为PTEN缺失合并TP53改变决定了负面影响，促进了肿瘤进展[97]。PAM通路也可以在白血病干细胞中作为促存活因子，因此，PTEN的遗传畸变可能在白血病中被检测到。事实上，PTEN通过壁龛依赖机制调节造血干细胞的活性，同时也调节白血病和造血[98]。在脑癌[87]、多形性胶质母细胞瘤[99]、间变性/低分化甲状腺癌[85]、SCLC、NSCLC[77]、黑色素瘤[69]、食管癌[100]、胆囊癌[68]、胰腺癌[101]、肾细胞癌[102]、前列腺癌[103]、睾丸生殖细胞瘤[75]、宫颈癌[104]、卵巢癌[105]和多种肉瘤[106,76]中也发现了PTEN的功能丧失改变，尤其是缺失。导致PAM通路的典型病理作用(图1b)。
AKT在癌症中的过度激活
质膜内表面磷酸化的磷脂酰肌醇脂可以直接结合含有PH或FYVE锌指结构域的细胞内蛋白。事实上，PIP3结合AKT和PDK1，因此，它们可以在膜附近积聚[107]。一旦被激活，AKT从质膜迁移到细胞质和细胞核，许多底物都位于细胞质和细胞核中[108](图1a)(补充信息1)。AKT基因突变在人类癌症中相当罕见[1]。然而，据报道，编码致癌蛋白AKT的三种同工异构体之一的基因存在功能获得性错义突变和扩增，AKT参与调节细胞存活、增殖、生长、凋亡和糖原代谢[109][23]。值得注意的是，最常见的突变是PH结构域的AKT1点突变，其中17号残基上的谷氨酸被17号残基上的赖氨酸(E17K)取代，导致AKT1通过诱导其组成定位到质膜上而增强活性[110]。此外，其他激活突变包括发生在PH结构域的E49K (AKT1)替代，以及发生在激酶结构域的G171R (AKT3)替代[111]。事实上，由于这些点突变，活化的p-AKT水平在癌细胞系中显著增加，并且p-AKT水平与AKT抑制的敏感性相关[112]。此外，乳腺癌的高分辨率测序研究也报道了AKT PH结构域的进一步体细胞变异[113,114]。然而，由于AKT突变的频率相对较低，其作为肿瘤发生驱动因素的意义尚未完全阐明。事实上，AKT活性的变化通常是通过激活上游AKT的突变或扩增发生的，如PIK3CA或PTEN、生长因子或细胞因子受体、细胞内癌基因如Ras等，从而导致AKT的一种、两种或三种亚型的表达和活性增强[1]。与AKT突变不同，AKT基因扩增更为频繁，已在乳腺癌[115]、结肠癌、胃癌、卵巢癌、胰腺癌、食管癌和甲状腺癌中检测到，主要扩增通常涉及AKT2亚型[116]。此外，AKT的翻译后修饰，如赖氨酸修饰、酪氨酸磷酸化、o - glcn酰化、乙酰化和sumo酰化，对于在癌症中保持AKT的过度激活非常重要，即使在正常的PI3K和PTEN活性持续存在的情况下也是如此[1,117,118]。AKT在乳腺癌癌前病变亚群中升高。事实上，p-AKT在33%的导管原位癌和38%的浸润性乳腺癌中过表达，其中大多数肿瘤(79%)表达雌激素受体[119]。此外，AKT Ser473位点的磷酸化可促进乳腺癌转移[120]，在40%的乳腺癌中观察到AKT1活性升高[121]。此外，在其他几种类型的癌症中也观察到AKT过度激活[77,122,123,80,78,82,75](图1b)(补充信息1)。
AKT蛋白在癌症中的靶点
AKT下游底物的磷酸化决定了不同细胞功能的调控[124](图2a)(补充信息1)。在癌细胞中，由于AKT突变或PAM通路上游突变导致AKT过度激活，可触发底物磷酸化，从而决定其活性的阻断或增强[125]。事实上，在癌症中，AKT可以发挥许多重要的功能:1)增加BAD的磷酸化，从而抑制细胞凋亡，从而提高细胞存活率[126];2)增强IKKα磷酸化，促进细胞存活和增殖[127];3)增加磷酸化，从而抑制FOXO的转录功能，促进细胞存活、增殖、生长[128]和重编程细胞代谢[129];4)增加MDM2磷酸化，从而调节和抑制p53反应，促进细胞存活和增殖，导致肿瘤发生[130];5)增强Chk1磷酸化，促进细胞存活和增殖[131];6)增加磷酸化，从而抑制p21和p27，从而增加细胞增殖[132];7)增强GSK3磷酸化，导致细胞增殖和生长增加，并促进细胞合成代谢[133];8)增加TSC2上的磷酸化，从而降低对mTORC1的抑制，从而增强细胞生长和细胞代谢[134](图2b)(补充信息1)。
图2
AKT信号网络靶向并调控关键的细胞底物。AKT对正常细胞中目标蛋白的调控。AKT下游底物的磷酸化决定了不同细胞功能的调节。AKT的细胞质靶点包括BAD、IKKα、FOXO、MDM2、CHK1、p21、p27、GSK-3和TSC2，它们是AKT信号通路与补充细胞调控回路相互连接的关键信号节点。正常情况下，PAM通路适度促进细胞的生存、增殖、生长和代谢等基本功能。B AKT调控肿瘤细胞中的靶蛋白。RTK、Ras、PI3K、PTEN蛋白磷酸酶、AKT和/或其他原癌基因可能发生突变，导致AKT过表达，导致BAD、FOXO、CHK1、p21、p27、GSK3和TSC2的抑制增强，以及IKKα、MDM2活性增加，从而提高生存率、增加增殖、促进生长和促进代谢。激活(磷酸化或非磷酸化)用箭头线表示，抑制(磷酸化或非磷酸化)用阻断线表示，由磷酸酶进行的去磷酸化用圆头线表示。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红色叉表示信号阻塞，而绿色虚线(与箭头线相邻)表示信号增强。P:磷基
肿瘤中akt介导的GSK3抑制
AKT介导的GSK3抑制是由AKT在GSK3 nh2末端磷酸化决定的，AKT在GSK3 nh2末端形成一个分子内伪底物，阻断磷酸盐结合袋，从而抑制底物对GSK3的可利用性[135](图3a)(补充信息1)。GSK3与PAM途径密切相互作用，可以作为肿瘤启动子和肿瘤抑制子。事实上，GSK3的异常表达可以通过调节细胞周期、细胞凋亡、衰老以及对化疗和放疗的耐药性等方式干扰肿瘤的进展和进化[133]。GSK3是一种信号积分器，通常在几种生化途径的交叉点起作用。事实上，EGFR/Ras/PI3K/PTEN/AKT/GSK3/mTORC1轴是经常参与人类肿瘤的GSK3相关信号转导通路，它在自然细胞生长中发挥重要作用，并且经常过度激活，突变主要发生在PI3K (PIK3CA)、Ras和PTEN中[136]。值得注意的是，AKT可以直接磷酸化、灭活并靶向GSK3降解[137]。因此，GSK-3失活或低水平活性可导致多种信号通路失调。事实上，当mTOR和TSC2未被GSK3灭活时，mTORC1复合物具有活性，导致多种生长调节mrna的翻译[138]。重要的是，WNT/β-catenin是GSK3调控的主要通路。WNT/β-catenin轴在细胞增殖和EMT中也至关重要，而EMT是上皮性肿瘤转移的必要条件。GSK3以活性形式存在时，使β-catenin磷酸化，导致蛋白酶体降解β-catenin;因此，细胞增殖所需的几个重要基因没有转录。相反，AKT磷酸化抑制GSK3，从而使β-catenin从细胞质进入细胞核作为转录因子，从而导致细胞增殖[139](图3b)(补充信息1)。
图3
akt介导的GSK3磷酸化及调控。正常细胞中akt介导的GSK3调控。AKT介导的GSK3调控是通过AKT磷酸化GSK3的氨基端来实现的，从而在分子内形成一个伪底物，从而阻断磷酸盐结合袋，抑制底物对GSK3的可及性。当处于激活状态时，GSK3只能识别和磷酸化先前被启动激酶磷酸化的底物。相反，当处于非活性(关闭)形式时，由于AKT磷酸化，GSK3结果被阻断，因此，它无法进入引物底物。显示了一些GSK3底物及其相应的细胞功能。B akt介导的肿瘤细胞中GSK3的调控。AKT的突变可以增强磷酸化，从而使GSK3失活。因此，活性GSK3的失活或限量可导致多种信号转导失调，从而导致癌症的发生和/或进展。AKT磷酸化对GSK3的过度抑制可能导致磷酸化减少或缺失，从而导致蛋白酶体分子(如β-catenin)降解减少，从而导致存活增加、增殖增强和代谢促进。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。tf:转录因子。磷酸化用箭头线表示，而抑制用阻断线表示。红十字表示信号阻塞。P:磷基
akt诱导的FOXO在癌症中的调控
FOXO转录因子家族调节几个主要参与不同胰岛素和胰岛素样生长因子1 (IGF1)信号应答的基因靶点[140]。FOXO靶向基因与细胞凋亡的激活、细胞周期阻断、生长抑制和组织特异性代谢变化有关[141](图4a)(补充信息1)。在癌症中，AKT的过度激活诱导FOXO的持续磷酸化和FOXO与14-3-3蛋白的结合，从而导致FOXO核持续输出。FOXO3随后在细胞质中经历泛素化，并因此被蛋白酶体降解。这种akt介导的活性导致FOXO表达的稳定阻断，从而促进细胞存活(例如由于BIM失活)、细胞增殖(例如由于p21失活)、细胞生长(例如由于ATG4B失活)[142]，并减少组织特异性代谢变化(例如由于LPL失活)[143]。因此，由于其促凋亡活性，FOXO也可以在几种类型的癌症中作为肿瘤抑制因子[144](图4b)。
图4
akt诱导的FOXO磷酸化及调控。正常细胞中akt诱导的FOXO磷酸化及其调控。在正常情况下，AKT对FOXO进行普通的适度磷酸化，使FOXO能够转录其靶基因。B akt诱导癌细胞FOXO磷酸化及其调控。上游AKT和/或AKT的突变及其过表达可增加AKT对FOXO的磷酸化，使14-3-3衔接蛋白与FOXO结合，14-3-3 /FOXO复合体从细胞核穿梭至细胞质，从而抑制FOXO基因靶点的表达。因此，AKT磷酸化对FOXO的过度抑制最终可以增加存活，增强增殖，促进生长，抑制细胞代谢。激活(磷酸化或非磷酸化)、相互作用和细胞核/细胞质穿梭用箭头线表示，中度或可能的磷酸化用虚线表示，抑制用阻断线表示。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红十字表示信号阻塞。P:磷基。存活:细胞存活;增殖:细胞增殖;生长:细胞生长;代谢:组织特异性代谢变化
akt介导的mTORC1和TSC2在癌症中的调节
细胞生长主要通过akt介导的蛋白激酶mTORC1的激活来调节[145]。mTORC1的激活是通过营养和akt诱导的TSC2的抑制性磷酸化发生的[146]，其作用于一个分子复合物(称为TSC复合物)，该分子复合物也包含TSC1和TBC1D7[145]。mTORC1发挥双重作用:在细胞表面受体(rtk或gpcr)诱导AKT时具有显著负反馈作用的抑制因子[147](图5a)(补充信息1)。在癌细胞中，AKT的突变[23]和/或基因扩增[116]，或PAM通路上游基因的突变，尤其是PI3K基因[15]和PTEN基因[148]，都可能导致AKT诱导的mTORC1过激活。导致癌细胞的细胞存活、生长、增殖和代谢增加。此外，mTORC1激活的改变会发出关键信号，促进肿瘤细胞转移，并侵入新的健康组织[149]。因此，PAM通路的突变允许TSC复合物从Rheb中释放出来，因此，Rheb转变为GTP负载，导致Rag蛋白募集的mTORC1激活[150](图5b)。
图5
通过TSC复合物调控mTORC1。A正常细胞中通过TSC复合物调控mTORC1。mTORC1的信号整合模式受生长因子和氨基酸的调控。Rag异二聚体(RagA和RagC)与溶酶体膜上的调节因子和v - atp酶相互作用。然后氨基酸允许mTORC1连接到Rag异源二聚体/调节剂/ v - atp酶复合物。TSC复合体将Rheb维持在受gdp约束的状态。生长因子诱导的AKT磷酸化TSC2，导致与溶酶体膜分离，促进Rheb成为GTP负载，从而激活mTORC1。B通过TSC复合物在癌细胞中调控mTORC1。AKT或PAM通路上游基因的突变可能导致mTORC1过度激活，这是由于TSC复合物从Rheb中释放出来。因此，Rheb成为GTP负载，导致mTORC1的激活，由Rag蛋白募集。这种失调可能促进癌症的发生和/或进展，导致癌细胞的细胞存活、增殖、生长和代谢增强。mTORC1的激活可能会发送导致肿瘤细胞转移和侵入新组织的关键信号。mTORC1:雷帕霉素复合物1的机制靶点detor:含DEP结构域的mtor相互作用蛋白;MLST8:哺乳动物SEC13蛋白8致死;PRAS40:富含脯氨酸的AKT1底物1;RAPTOR: mTOR的调控相关蛋白;RHEB:脑内富集的Ras同源物;TBC1D7: TBC1域家族成员7;TSC2:结节性硬化症复合体。激活(磷酸化或非磷酸化)用箭头线或虚线箭头表示。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红十字表示信号阻塞。P:磷基
癌症中的反馈机制
PAM通路受负反馈和正反馈调节，以确保刺激信号转导被瞬时捕获和传递[151](图6a)(补充信息1)。在癌症中，RTK[152]、PI3K[153]、AKT[23]、mTORC2[154]和/或mTORC1基因[155]的突变可以改变PAM负反馈信号转导。同样，NF-κB[156]、PRL-3[92]和/或PTEN[157]的突变也会使PAM正反馈回路失调。因此，负反馈回路或正反馈回路中的PAM通路突变都可能导致癌症的发生和/或进展[158,145](图6b)。
图6
PAM信号通路及其下游功能。PAM通路下游在正常细胞中起作用。PI3K的激活通过生长因子诱导的受体或通过与支架接头(包括IRS1/2蛋白)的相互作用发生。然后PI3K被招募到它的底物PIP2上，促进PIP3的产生。胞质基质中失活的AKT与细胞膜上的PIP3结合，允许PDK1和mTORC2磷酸化，导致AKT完全激活，随后磷酸化几个下游靶点，包括TSC2上的多个位点，与TSC1形成功能复合物(TSC复合物)。akt诱导的TSC2磷酸化阻碍了TSC复合物作为小GTPase Rheb的GAP的能力，支持Rheb- gtp的积累。结果，Rheb-GTP显著激活mTORC1, mTORC1磷酸化并激活S6K。在PAM负反馈回路中，mTORC1和S6K1直接磷酸化IRS1/2，阻碍PI3K的激活。此外，mTORC1阻断grb10介导的生长因子诱导的PI3K受体信号传导。相反，在PAM正反馈回路中，AKT磷酸化IKKα，间接激活转录因子NF-κB，从而抑制PTEN磷酸酶。此外，PRL-3磷酸酶也能抑制PTEN磷酸酶。PAM的下游功能包括细胞存活、代谢、合成代谢、分解代谢和细胞周期进程。B - PAM通路下游在癌细胞中的作用。可能发生RTK、PI3K、AKT、PTEN以及其他基因的突变。AKT的过度激活强烈增强了TSC2的磷酸化，这进一步阻碍了TSC复合物作为小GTPase Rheb的GAP的能力，从而显著支持Rheb- gtp的积累。因此，由于负反馈回路或正反馈回路的突变和/或不可避免的改变，PAM通路信号转导的失调可能导致癌症的发生和/或进展。这导致PAM下游功能增强，如增加细胞存活、促进代谢、增强合成代谢、减少分解代谢和增加细胞周期进程。激活(磷酸化或非磷酸化)用箭头线或虚线表示，抑制(磷酸化或非磷酸化)用阻断线表示，去磷酸化用圆头线表示。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红色叉表示信号阻塞，而绿色虚线(与箭头线或阻塞线相邻)表示信号增强。红色上箭头表示增加，而蓝色下箭头表示减少。红色上箭头表示增加，而蓝色下箭头表示减少。P:磷基
主要PAM通路与Ras/ERK和Wnt/GSK3/β-catenin通路交叉调控
PAM通路经常与Ras/ERK通路交叉调控[159](图7a)(补充信息1)。在人类肿瘤中，PAM通路和Ras/ERK通路效应分子编码基因的突变通常共存。的确，PI3K基因和Ras基因突变，PI3K基因和BRAF突变，或者PTEN和BRAF突变经常在许多癌症类型中同时发生。有趣的是，在这两个信号通路中同时发生的突变可以消除肿瘤细胞对单个信号通路的依赖，这是由于诱导的分子的功能整合了这两个信号轴的作用。事实上，mRNA翻译的阻遏因子4E-BP1是PAM途径和Ras/ERK途径的重要整合子，是它们在恶性转化中的关键中介[160]。重要的是，mTOR通过磷酸化持续抑制4E- bp1的肿瘤抑制功能，从而从eIF4E中释放4E- bp，并在癌症中启用帽依赖翻译启动[161,162]。在过度表达ErbB-2的乳腺肿瘤细胞中，PI3K抑制导致Ras/ERK通路的激活，这是ErbB受体诱导的结果。与单一药物相比，使用ErbB-2抑制剂或MEK抑制剂治疗可增强PI3K抑制剂的活性，从而减少增殖并提高抗癌效果[163]。进一步的研究描述了PAM通路与Ras/ERK通路在癌症中的交叉调控(图7b)(补充信息1)。PAM通路也经常与Wnt/GSK3/β-catenin通路交叉调控[164](图7a)(补充信息1)。在癌症中，AKT通常过表达，因此，GSK3经常进一步失活[133]。此外，AKT可直接磷酸化(Ser552)并激活β-catenin，触发其核易位，增强其转录活性[139]，导致细胞增殖失控，在癌症侵袭发展过程中发挥关键作用[165]。同样，AKT的表达也可以通过Wnt/β-catenin信号传导调节。事实上，β-catenin能够增加结直肠肿瘤中AKT的激活[166]。此外，GSK3可以磷酸化TSC复合物[167]。有趣的是，据报道TSC复合物反过来通过GSK3调节β-catenin信号传导活性，这种串扰促进β-catenin的降解。事实上，结节性硬化症患者中TSC复合物的突变通常与室管膜下巨细胞星形细胞瘤(SEGA)等癌症的发病率有关。在SEGA患者的肿瘤组织中检测到较高水平的β-catenin，这种增加与β-catenin从细胞质向细胞核的易位有关，并上调靶原癌基因c-Myc[168]。因此，当TSC2复合物未被GSK3禁用时，mTORC1复合物是有效的，并可导致几种生长调节mrna的翻译和增殖[138]。更多的研究集中在PAM通路与Wnt/GSK3/β-catenin通路在癌症中的交叉调控[169](图7b)(补充信息1)。
图7
PAM通路与RAS/ERK通路或Wnt/GSK3/β-catenin通路的信号交叉调节网络。正常细胞中PAM通路与RAS/ERK通路或Wnt/GSK3/β-catenin通路的简化交叉调控。PAM通路与RAS/ERK通路或Wnt/GSK3/β-catenin通路之间存在大量的串扰点，导致正常的细胞存活和增殖、细胞周期进程、细胞代谢、凋亡等细胞功能。B简化了肿瘤细胞中PAM通路与RAS/ERK通路或Wnt/GSK3/β-catenin通路的交叉调控。RTK、RAS、PI3K、PTEN、AKT、APC等基因可能发生突变，导致PAM通路与RAS/ERK通路或Wnt/GSK3/β-catenin通路的串扰失调。这可能导致PAM下游信号传导增强，如细胞存活和增殖增加，细胞周期进程加快，细胞代谢加快，细胞凋亡减少，以及其他重要细胞功能失调。激活(磷酸化或非磷酸化)用箭头线表示，抑制(磷酸化或非磷酸化)用阻断线表示，相互作用用连续线表示，解耦用虚线表示，由磷酸酶进行的去磷酸化用圆头线表示。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红色叉表示信号阻塞，而绿色虚线(与箭头线或阻塞线相邻)表示信号增强。红色上箭头表示增加。U:泛素化
PAM通路与其他通路主要交叉调节
除了MEK通路和Wnt通路外，还有其他直接与PAM通路相互作用的信号通路，包括NF-κB通路[170]、g蛋白通路[171]、整合素通路[172]、固有凋亡通路[173]和p53通路[174,175](图8)。在癌细胞中，RTK和PI3K基因以及Ras基因、PTEN、AKT和/或其他原癌基因发生突变，导致PAM信号通路过表达。AKT过度激活可触发底物磷酸化，从而决定其活性的阻断或增强。此外，PAM通路与其他通路之间的信号互传在肿瘤细胞功能失调中发挥着重要作用。重要的是，PAM信号通路的失调通常会导致akt诱导的促凋亡蛋白的更强抑制，包括FOXO[128]、BAD[126]、BAX[176]、BAK[173]，和/或抗凋亡蛋白的活性增强，如XIAP[177]。此外，这种情况可导致akt诱导的mTORC1[134]、IKKα[127]和MDM2[130]活性升高，以及akt诱导的GSKβ磷酸化和随之而来的抑制[133]。此外，pi3k介导的PKC[178]和Rac[179]活性升高以及ras诱导的CDC42过表达[180]也可能发生。总之，这些改变的转导信号随后会导致癌细胞不受控制的存活、增殖、生长和促进代谢(图9)。
图8
简单概述PAM信号通路在正常细胞网络回路中与其他主要信号转导通路的位置。信号通路的每个组成部分根据其相对于初始刺激所起的作用来命名，如配体(如IGF1)、受体(如RTK)和效应器(如PI3K)。在正常细胞中，PAM通路适度促进细胞的生存、增殖、生长和代谢等基本功能。PAM通路与其他通路之间的信号互传在细胞的最终功能中起着重要作用。显示PI3K途径、NF-κB途径、G-Protein途径、MEK途径、Integrin途径、Wnt途径、Gli途径、SMAD途径、外源性凋亡途径、内在凋亡途径、STAT途径、雌激素途径、p53途径、Rb途径。核膜由一条长虚线隔开。箭头线:激活(磷酸化或非磷酸化)。阻断系:抑制(磷酸化或非磷酸化)。连续的线条:互动。虚线箭头:信号通路间的串扰激活(磷酸化或非磷酸化)。虚线阻断:信号通路间的串扰抑制(磷酸化或非磷酸化)。PI3K: PI3K/Ras复合物。mek: MEK1/2。兵:ERK1/2。TFs1:转录因子Jun, ATF2, RNPK, p53, NFAT4, Shc。转录因子CHOP, ATF2, MNK, MSK, MEF2, Elk-1。TFs3:转录因子Elk-1、Ets-2、RSK、MNK、MSK、cPLA2、Fos、Myc。FAK: FAK/Src复合体。Fyn: Fyn/Shc复合物。Dsh:散乱的。Cyclin:CDKs1, Cyclin A:CDK1, Cyclin A:CDK2, Cyclin B:CDK1, Cyclin E:CDK2。Cyclin:CDKs2, Cyclin D:CDK4, Cyclin D:CDK6。CKIs:细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(p16, p18, p19)
图9
肿瘤细胞网络回路中PAM信号通路在其他主要信号转导通路中的位置的简单概述。信号通路的每个组成部分根据其相对于初始刺激所起的作用来命名，如配体(如IGF1)、受体(如RTK)和效应器(如PI3K)。在癌细胞中，RTK、Ras、PI3K、PTEN蛋白磷酸酶、AKT和/或其他原癌基因可能发生突变，导致PAM信号通路过表达。这种情况可导致akt诱导的促凋亡蛋白(如FOXO、BAD、BAX、BAK、NOXA、PUMA)的更强抑制，以及抗凋亡蛋白(如XIAP)的活性增强，mTORC1、IKKα、PKC、CDC42、Rac、GSKβ和MDM2的活性增强，从而导致生存、增殖、生长和代谢不受控制。PAM通路与其他通路之间的信号串扰在癌细胞功能失调中起重要作用。显示PI3K途径、NF-κB途径、G-Protein途径、MEK途径、Integrin途径、Wnt途径、Gli途径、SMAD途径、外源性凋亡途径、内在凋亡途径、STAT途径、雌激素途径、p53途径、Rb途径。核膜由一条长虚线隔开。箭头线:激活(磷酸化或非磷酸化)。阻断系:抑制(磷酸化或非磷酸化)。连续的线条:互动。虚线箭头:信号通路间的串扰激活(磷酸化或非磷酸化)。虚线阻断:信号通路间的串扰抑制(磷酸化或非磷酸化)。红色闪电符号表示PAM通路中特定基因的突变。红色十字:信号阻塞。绿色虚线(与箭头线或闭塞线或虚线相邻):信号增强。PI3K: PI3K/Ras复合物。mek: MEK1/2。兵:ERK1/2。TFs1:转录因子Jun, ATF2, RNPK, p53, NFAT4, Shc。转录因子CHOP, ATF2, MNK, MSK, MEF2, Elk-1。TFs3:转录因子Elk-1、Ets-2、RSK、MNK、MSK、cPLA2、Fos、Myc。FAK: FAK/Src复合体。Fyn: Fyn/Shc复合物。Dsh:散乱的。Cyclin:CDKs1, Cyclin A:CDK1, Cyclin A:CDK2, Cyclin B:CDK1, Cyclin E:CDK2。Cyclin:CDKs2, Cyclin D:CDK4, Cyclin D:CDK6。CKIs:细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(p16, p18, p19)
越来越多的证据表明，在不同类型的癌症中，表观遗传改变在PAM信号通路失调中与基因突变一样重要[181,182,183,184]。其中，DNA甲基化[185]、组蛋白翻译后修饰[186]和非编码rna调控[187,188]是影响PAM通路并与癌症相关的三种主要表观遗传机制。因此，启动子异常高甲基化导致的PTEN肿瘤抑制基因表达缺失与胃癌[189]、结直肠癌[190]和子宫内膜癌[191]的发生有关。同样，在AKT负调节因子的位点编码中，包括NSCLC中的肿瘤抑制基因SCGB3A1[192]和乳腺癌中的PPP2R2B[193]，启动子超甲基化与转录沉默相结合，因此有助于癌症的发生/进展。反过来，AKT在癌细胞中的过度激活导致参与PAM通路的各种表观遗传参与者进一步失调，如DNA维持甲基转移酶DNMT1[194]、组蛋白乙酰转移酶CBP/p300复合物[195]、组蛋白H3K27甲基转移酶EZH2[196]、组蛋白H3K4甲基转移酶和去甲基化酶KMT2D和KDM5A[31]。可以认为，在癌症进展过程中，由PAM途径调节的染色质位点组蛋白乙酰化和甲基化的不平衡经常发生。事实上，暴露于AKT抑制剂B2311的甲状腺癌细胞会显著降低H3K9ac和H3K4me3水平，这两种转录激活标记;肿瘤抑制因子tshr基因启动子上著名的转录抑制标记H3K27me3水平升高，导致tshr下调[197]。不同癌症的表观遗传特征也与PAM通路中多个长、短非编码rna的影响有关。事实上，不同的mirna通过靶向PTEN mRNA触发PAM通路，包括胃癌中的miR-21[198]，食管癌中的miR-20b和miR-301a-3p [199]， NSCLC中的miR-421[200]。逐步研究揭示了表观遗传机制的不同组成部分通过PAM途径诱导癌细胞增殖的协同作用。例如，印迹IGF2-AS位点染色质拓扑结构和DNA甲基化模式的改变会导致前列腺[201]和CRC[202]以及宫颈上皮内瘤变[203]中长链非编码IGF-AS RNA的转录显著减少。此外，IGF2-AS丰度低的患者可能发展成更大的肿瘤。相反，IGF2-AS过转录抑制乳腺癌细胞增殖，从而在体内延缓肿瘤的恶性和进展。机制上，igf2 - as通过表观遗传依赖dnmt1的方式抑制其感同源igf2基因的表达，导致下游PAM通路失活[204]。因此，识别和理解表观遗传变化，如DNA甲基化、组蛋白翻译后修饰和非编码rna介导的转录沉默，沿着PAM途径发生，可能为改善更多癌症患者的个性化医疗带来巨大希望。
摘要
癌症中的PAM通路
PAM抑制剂的临床进展
电阻
PAM信号在免疫和免疫治疗中的应用
结论
数据和材料的可用性
缩写
参考文献
致谢
作者信息
道德声明
补充信息
搜索
导航
#####
在PAM通路上，PI3K是癌症治疗的主要药物靶点，因为它的高活性与人类肿瘤进展、肿瘤微血管形成增强和侵袭性癌细胞数量增加显著相关[205]。人们一直致力于改善靶向PI3K信号的抑制剂。事实上，在过去的几十年里，一些制药公司已经开发出了PI3K的药物抑制剂[206]。尽管一些抑制剂已被美国食品和药物管理局(FDA)批准，但仍存在对耐药性、敏感性标记物和毒理学发展的担忧[207]。重要的是，PI3K抑制剂被分为三大类:泛PI3K抑制剂(pan-PI3Ki)、异构体特异性PI3K抑制剂(IS PI3Ki)和双PI3K/mTOR抑制剂(双PI3K/mTORi)[208](图10)。
图10
癌细胞中沿PAM通路的PI3K-， AKT-， mTOR-和pdk1靶向抑制剂。PI3K抑制剂分为泛PI3K抑制剂(Pan-PI3Ki)、双PI3K/mTOR抑制剂(Dual PI3K/mTORi)和异构体特异性PI3K抑制剂(IS PI3Ki)，分别命名为异构体特异性PI3Kα抑制剂(IS PI3Kα αi)、异构体特异性PI3Kβ抑制剂(IS PI3Kβi)、异构体特异性PI3Kγ抑制剂(IS PI3Kγ γi)和异构体特异性PI3Kδ抑制剂(IS PI3Kδi)。总的AKT抑制剂被称为AKTi。mTOR抑制剂分为变构(非竞争性)mTOR抑制剂(A-NC mTORi)、atp竞争性mTOR抑制剂(ATP-C mTORi)和双位mTOR抑制剂(Bi-Steric mTORi)。PDK1抑制剂被称为PDK1i。沿着PAM途径的底物激活(磷酸化)用箭头线表示。Pan-PI3Ki、Dual PI3K/mTORi、IS PI3Kαi、IS PI3Kβi、IS PI3Kγi、IS PI3Kδi、AKTi、A-NC mTORi、ATP-C mTORi、Bi-Steric mTORi和PDK1i对PAM通路的底物抑制呈阻断线。?:fda批准的抑制剂
Pan-PI3K抑制剂
Pan-PI3Ki抑制PI3K I类四种亚型的催化活性:PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ和PI3Kδ，这四种亚型分别由PIK3CA、PIK3CB、PIK3CG和PIK3CD编码。因此，这些药物通常对产生高水平PIP3的肿瘤有效，而不考虑PI3K基因的类型或PTEN的改变。潜在地，pan-PI3Ki通过包含许多分子靶点提供更广泛的活性，尽管存在靶标和脱靶毒性的风险增加[209]。几种pan-PI3Ki已进入临床开发阶段，但只有copanlisib(一种主要针对PI3K p110α和p110δ亚型的强效选择性药物)在临床试验中取得了显著效果[210]。事实上，copanlisib在既往接受过≥2次全身治疗的复发性滤泡性淋巴瘤(FL)患者中显示出显著的临床益处，因此已被fda批准用于该队列(补充信息2)(补充图1)。coanlisib在FL患者中的安全性是有利的或可接受的。任何级别的治疗相关不良事件包括高血糖、白细胞减少、能量下降、腹泻、高血压、中性粒细胞减少、恶心、血小板减少和感染。严重不良反应包括肺炎(8%)、肺炎(5%)和高血糖(5%)[211]。copanlisib的临床抗癌活性已被证明用于血液系统恶性肿瘤的单药治疗[212,213,214,215]和晚期实体肿瘤[216,217]，以及与伊鲁替尼[218]、吉西他滨[219]、苯达莫司汀[220]、利妥昔单抗[221]或利妥昔单抗+环磷酰胺+阿霉素+长春新碱+泼尼松[220]联合治疗血液系统恶性肿瘤，以及与瑞法美替尼[222]、吉西他滨[223]或吉西他滨+顺铂[224]联合治疗。在晚期实体瘤中。此外，在血液系统恶性肿瘤和晚期实体瘤中，布帕利西布单药/联用，pictilisib、pilaralisib和sonolisib单药/联用在晚期实体瘤中也观察到其他pan-PI3Ki的抗肿瘤活性(补充信息2)(补充表1)。
特异性PI3K抑制剂
IS PI3Ki have been established to target cancer types dependent on either PI3Kα, PI3Kβ, PI3Kγ, or PI3Kδ isoforms. Conventionally, these drugs show a wider therapeutic index, and lesser off-target-based toxicologic effects due to the reduced expression of the diverse PI3K isoforms in non-cancerous cells. Notably, PI3Kα and PI3Kβ isoforms are ubiquitously expressed, whereas PI3Kγ and PI3Kδ isoforms are predominantly restrained to leukocytes [225]. Among all IS PI3Ki, only three have been approved by the FDA: alpelisib, duvelisib, and idelalisib. Alpelisib, a potent and specific drug with targeted efficacy against PI3Kα isoform, in combination with fulvestrant, has displayed significant clinical benefits in hormone receptor (HR)?+?/HER2- PIK3CA-mutated advanced or metastatic breast cancer patients, and as a result has been FDA-approved for use in this cohort (Supplementary information 2) (Supplementary figure 1). The safety profile of this combination in breast cancer patients is favourable or manageable. Grade 1–2 adverse events include hyperglycemia, diarrhea, rash, nausea, fatigue, diarrhea, anemia, stomatitis, reduced appetitie, vomiting, anorexia, and alopecia [226, 227]. Clinical antitumor activity of alpelisib has been shown as monotherapy in breast cancer [228] and other advanced solid tumors [229, 230], as well as in combination with either trastuzumab-emtansine [231], fulvestrant [232,233,234,235], letrozole [236,237,238,239], nab-paclitaxel [240], olaparib [241], or trastuzumab?+?LJM716 [242], in breast cancer, and in combination with either imatinib [243], BGJ398 [244], binimetinib [245], olaparib [246], cetuximab?+?intensity modulated radiation therapy [247], everolimus?+?exemestane [248], or cetuximab?+?encorafenib [249, 250], in advanced solid tumors. Duvelisib, a potent and selective agent with targeted efficacy against PI3Kγ and PI3Kδ isoforms, has exhibited remarkable clinical benefits in relapsed or refractory chronic lymphocytic leukemia (CLL) or small lymphocytic lymphoma (SLL) patients after?≥?2 prior therapies, and in relapsed or refractory FL patients after?≥?2 prior systemic therapies, and thus has been FDA-approved for use in these cohorts (Supplementary information 2) (Supplementary figure 1). The safety profile of duvelisib in CLL, SLL, and FL patients is favourable or tolerable. The most common adverse events include diarrhea, neutropenia, pyrexia, anaemia, nausea, and cough. In CLL/SLL patients only, grade?≥?3 immune-related toxicities consist of colitis (12%), pneumonitis (3%), increased alanine aminotransferase (ALT) (3%), and enhanced aspartate transferase (AST) (3%); in addition, the most frequently reported serious adverse event is pneumonia (15%) [251]. Clinical anticancer activity of duvelisib has been shown as monotherapy [252,253,254,255,256,257,258], as well as in combination with either rituximab?+?bendamustine [259], or fludarabine?+?cyclophosphamide?+?rituximab [260], in several hematological malignancies. Idelalisib, a specific drug with targeted efficacy against PI3Kδ isoform, has displayed significant clinical benefits as monotherapy in SLL and FL patients who have received?≥?2 prior systemic therapies, and in combination with rituximab in CLL patients for whom rituximab singly would be considered appropriate therapy due to co-morbidities. As a result, idelalisib has been FDA-approved for use in these cohorts [261, 262] (Supplementary information 2) (Supplementary figure 1). The safety profile of idelalisib in SLL, FL and CLL patients is favourable or acceptable. The most frequent?≥?grade 3 adverse events after idelalisib monotherapy in SLL and FL patients include decreased neutrophils (25%), increased ALT (18%), pneumonia (16%), diarrhea (14%), and enchanced AST (12%) [261]; whereas the incidence of?≥?grade 3 adverse events after combination of idelalisib and rituximab in CLL patients comprise neutropenia (34%), thrombocytopenia (10%), anemia (5%), elevation in transaminases (5%), and diarrhea (4%) [262]. Clinical antitumor activity of idelalisib has been shown as monotherapy [263,264,265,266,267,268,269], in different hematological malignancies, and in combination with either rituximab [270,271,272,273,274,275], bendamustine [270], tirabrutinib [276], ofatumumab [277], or rituximab?+?bendamustine [270, 278], in chronic lymphocytic leukemia, as well as in combination with obinutuzumab in Waldenstr?m’s macroglobulinemia [279]. Notably, dual inhibitor of PI3Kδ/casein kinase-1-ε umbralisib received its first FDA approval in 2021 for the treatment of relapsed or refractory marginal zone lymphoma (MZL) patients who had received?≥?1 prior anti-CD20-based regimen, and relapsed or refractory FL patients who had received?≥?3 prior lines of systemic therapy [280]. Nonetheless, due to safety concerns the FDA withdrew its approval in 2022. Several clinical studies have shown anticancer activity of umbralisib, both as monotherapy [281] and in combination [282], in different hematological malignancies. Besides, antineoplastic activity has been observed with other IS PI3Ki such as PI3Kαi taselisib and serabelisib as monotherapy/in combination with other drugs in advanced solid tumors, PI3Kβi GSK2636771 and AZD8186 as monotherapy/in combination with other agents in advanced solid tumors, PI3Kβ/δi acalisib as monotherapy in hematological malignancies, PI3Kγi eganelisib in combination in advanced solid tumors, PI3Kγ/δi tenalisib as monotherapy in hematological malignancies, PI3Kδi linperlisib as monotherapy in hematological malignancies, and PI3Kδi parsaclisib as monotherapy in hematological malignancies and in combination in advanced solid tumors (Supplementary information 2) (Supplementary table 1).
双重PI3K/mTOR抑制剂
双PI3K/mTORi对所有PI3K亚型以及mTORC1/mTORC2都有效，从而抑制PAM信号通路的三个关键交叉点。目前有几个正在进行的双PI3K/mTORi临床试验，包括apitolisib、dactolisib和paxalisib单药治疗晚期实体瘤，gedatolisib和samotolisib单药/联合其他药物治疗晚期实体瘤，voxtalisib单药/联合治疗血液恶性肿瘤和晚期实体瘤。然而，它们都没有获得FDA的批准(补充信息2)(补充表1)。
许多药物可以特异性抑制AKT蛋白，从而阻止PAM信号通路中下游蛋白的过度激活。事实上，有几个正在进行的临床试验使用AKT抑制剂，如capivasertib、ipatasertib和M2698作为单独治疗/与其他药物联合治疗晚期实体瘤，afuresertib和perifosine作为单独治疗/与其他药物联合治疗晚期实体瘤和血液系统恶性肿瘤，MK-2206作为单独治疗/联合治疗晚期实体瘤和血液系统恶性肿瘤，TAS-117作为单独治疗晚期实体瘤。然而，这些药物都没有得到FDA的批准(图10)。值得注意的是，capivasertib是所有三种AKT亚型的有效选择性抑制剂[283]，是晚期实体瘤，特别是乳腺癌中最突出的抗AKT药物[284]。事实上，在最近的3期CAPItello-291研究中，在对芳香酶抑制剂和CDK4/CDK6抑制剂产生耐药性的HR +、HER2-乳腺癌患者中，capivasertib和氟维司汀联合治疗的PFS比单独使用氟维司汀增加了一倍[288,286]。因此，capivasertib为这些患者提供了一种新的有价值的治疗选择，并有望在适当的时候获得FDA的批准[227](补充信息2)(补充表2)。
mTOR抑制剂是第一个进入临床的pam靶向药物[287]。mTORC1的诱导增强了蛋白质、脂质、核苷酸的形成，减少了自噬，导致细胞存活、增殖和生长;而mTORC2的激活调节蛋白激酶，包括AKT，导致细胞存活和增殖[288,289]。因此，mTORC1和mTORC2的功能为靶向肿瘤中的mTOR复合物提供了重要的理论依据，尽管一些mTORC抑制剂的有效性可能会受到导致AKT激活的代偿反馈回路的影响[290]。有三种类型的mTOR抑制剂:第一代变构(非竞争性)mTOR抑制剂(变构mTORi)，仅抑制mTORC1;第二代atp竞争性mTOR抑制剂(atp竞争性mTORi)可以抑制mTORC1和mTORC2，第三代双位mTOR抑制剂(双位mTORi)只抑制mTORC1(图10)。
变构mTOR抑制剂
变构(非竞争性)mTORi作用于mTORC1。由于变构抑制剂只能对mTORC1发挥作用，因此无法避免由mTORC1的抑制决定的基于反馈回路的AKT诱导[291]。此外，变构mTORi可以通过抑制(4E-BP1)磷酸化而适度降低p4E-BP1水平，因此不能有效抑制癌症中eif4e介导的帽依赖翻译起始[161]。因此，与atp竞争的mTORi相比，这些药物对PAM信号的抑制作用较弱，导致抗肿瘤活性降低。第一代变构mTORi包括雷帕霉素及其类似物，通常称为rapalogs，它们仅对mTORC1发挥特异性抑制作用[291]。依维莫司是一种靶向mTORC1的选择性药物，在几种类型的癌症中显示出中等的临床益处。因此，依维莫司已被fda批准用于神经内分泌肿瘤(NET)患者、tsc相关SEGA患者、肾脏tsc相关血管平滑肌脂肪瘤成人患者和晚期肾细胞癌(RCC)患者的单药治疗，以及与lenvatinib联合治疗先前接受过抗血管生成治疗的晚期RCC患者。在既往接受来曲唑或阿那曲唑治疗后复发或进展的绝经后HR + /HER2乳腺癌患者中联合依西美坦(补充信息2)(补充图1)。依维莫司在NET、SEGA、血管平滑肌脂肪瘤、RCC和乳腺癌患者中的安全性是可以接受的。NET患者依维莫司单药治疗后3-4级药物相关不良事件包括口炎(9%)、腹泻(7%)、感染(7%)、贫血(4%)、疲劳(3%)和高血糖(3%)。依维莫司联合lenvatinib治疗后最常见的3-4级治疗不良事件是便秘(37%)和腹泻(20%)[4,292]。依维莫司的临床抗癌活性已被证明用于晚期实体肿瘤的单药治疗[293,294,295,296,297,298]，以及与依西美坦[299,300,301]、来曲唑[302]、依西美坦+核素单抗[303]、依西美坦+ xentuzumab[304]、来曲唑+曲妥珠单抗[305]或紫杉醇+曲妥珠单抗[306]联合治疗乳腺癌，以及与核素单抗[307]、lenvatinib[292]、来曲唑[308]、紫杉醇[309]、alpelisib +依西美坦[248]联合治疗。或来曲唑+二甲双胍[310]，用于晚期实体瘤。Temsirolimus是西罗莫司(雷帕霉素)的一种酯，是一种静脉给药药物，它与FKBP12建立复合物，然后将其整合到mTORC1中，但不整合到mTORC2中，从而抑制mTORC1[311]，从而抑制与细胞周期[312]和血管生成[313]相关的蛋白质的产生。替西莫司作为RCC患者的单药治疗显示出显著的临床益处，因此已被fda批准用于该队列(补充信息2)(补充图1)。替西莫司在RCC患者中的安全性是可以接受的。最常见的替西莫司引起的3-4级不良反应包括高甘油三酯血症(44%)、贫血(20%)、低磷血症(18%)、淋巴细胞减少症(16%)、高血糖症(16%)、虚弱(11%)、呼吸困难(9%)、中性粒细胞减少症(5%)、皮疹(5%)和疼痛(5%)[314]。temsirolimus的临床抗肿瘤活性已被证明用于血液系统恶性肿瘤[315,316]和RCC[287]，在晚期实体瘤中与来那度胺[317]、依托泊苷+环磷酰胺[318]或利妥昔单抗+克拉德滨[319]联合，在晚期实体瘤中与perifosine[320]、卡培他滨[321]、贝伐单抗[322]或化疗[323]联合。此外，在晚期实体瘤中也观察到其他药物的抗肿瘤活性，如单用纳布-西罗莫司，以及用雷帕霉素和利达福莫司单用/联用其他药物治疗晚期实体瘤(补充信息2)(补充表3)。
atp竞争性mTOR抑制剂
atp竞争性mTORi(也称为活性位点mTORi)可以同时作用于mTORC1和mTORC2，从而避免了由mTORC1抑制决定的基于反馈回路的AKT诱导[291]。值得注意的是，atp竞争性mTORi通过抑制(4E-BP1)磷酸化显著降低p4E-BP1水平，因此可以有效地阻止癌症中eif4e介导的帽依赖翻译启动。因此，atp竞争性mTORi积极促进Thr46 (4E-BP1)的去磷酸化，从而重建其内源性生长抑制和促凋亡功能[161]。因此，与变构性mTORi相比，这些抑制剂可诱导更强的PAM信号抑制，从而增强抗肿瘤活性[291]。这种差异主要是由于代表第一代mTORi的变构mTORi通过与FKBP12结合间接抑制mTORC1;而atp竞争性mTORi，即第二代mTORi，通过直接抑制mTOR激酶抑制mTORC1和mTORC2[324]。事实上，就变抗性mTORi而言，mTOR的fkbp12 -rapamycin binding (FRB)结构域内存在催化裂口，使得4E-BP1作为底物能够有限地进入;而与atp竞争的mTORi则能够在催化裂孔内部更深的地方结合，从而取消4E-BP1磷酸化的能力[161]。有几个正在进行的使用atp竞争性mTORi的临床试验，包括sapanisertib作为血液系统恶性肿瘤和晚期实体肿瘤的单药治疗，以及晚期实体肿瘤(特别是乳腺癌)的联合治疗，onatasertib和AZD8055作为晚期实体肿瘤的单药治疗，visstusertib单一治疗血液系统恶性肿瘤和晚期实体肿瘤的联合治疗，以及OSI 027单一治疗血液系统恶性肿瘤。然而，主要由于毒性的原因，它们都没有获得FDA的批准(补充信息2)(补充表3)。
双位mTOR抑制剂
由于atp竞争性mTORi的临床益处受到毒性的阻碍，最近设计了第三代mTORi，称为双立体mTORi(也称为Rapalinks)，选择性抑制mTORC1而不是mTORC2[325]。这些抑制剂含有与mTOR活性位点抑制剂共价连接的雷帕霉素样核心片段[326]，由于它们同时参与mTOR的变构FRB结构域和正构催化结构域，因此被称为双立体抑制剂，以加深对mTORC1的抑制，同时保持对mTORC1对mTORC2的选择性[325]。重要的是，双位mTORi，如rmmc -4627，在b细胞急性淋巴细胞白血病异种移植[327]和乳腺癌异种移植[325,326]中显示出有效和选择性抑制4E-BP1磷酸化，导致肿瘤消退。此外，双位mTORi rmmc -6272介导的ER + /HER2-乳腺癌中mTORC1的抑制在激素治疗耐药的获得性患者来源的异种移植物以及来自CDK4/6抑制剂耐药患者的患者来源的异种移植物中显示出显著的疗效[328]。值得注意的是，与atp竞争的mTORi相比，这些化合物对akt依赖的RTK表达反馈抑制的缓解作用较小，这众所周知会导致RTK受体再激活诱导的适应性抗性和毒性。此外，与其他类型的mTORi相比，双立体mTORi在靶标上的停留时间更长，因此可以定期用于间歇性给药计划[327,325]。有趣的是，双位mTORi rmmc -5552[329]联合Ras抑制剂在复发或难治性Ras突变实体瘤患者中显示出临床抗癌活性，且具有良好的安全性[330]。因此，根据这些临床前和临床数据，双立体mTORi可以被认为是未来癌症治疗中主要的候选mTORi(补充信息2)(补充表3)。
PDK1也被称为PDPK1，由于其在AKT上的磷酸化，是PAM信号通路的重要调节因子。事实上，PDK1可以在各种类型的恶性肿瘤中发挥潜在的作用[331]。因此，我们有理由认为，单独抑制PDK1或与其他PAM抑制剂联合抑制PDK1有助于增强不同类型人类癌症的抗肿瘤功效(图10)。几种PDK1抑制剂在体外和体内均显示出巨大的抗癌潜力，但尚未进入临床。这主要是由于PDK1药物的发现工作在某种程度上被其他更有特征的激酶(如PI3K、AKT和mTOR)所吸引。然而，自PDK1抑制剂被发现以来，越来越多的专利申请被报道[332](补充信息2)。
下载原文档：https://link.springer.com/content/pdf/10.1186/s12943-023-01827-6.pdf