【doc】PKB／Akt与头颈部鳞癌靶向治疗研究进展

【doc】PKB／Akt与头颈部鳞癌靶向治疗研究进展 PKB,Akt与头颈部鳞癌靶向治疗研究进展 ? 238?立旦照匡堂生筮鲞筮堡BeijingJournalofs【0mat0l0灯August2008.VoL16,No.4 PKB/Akt与头颈部鳞癌靶向治疗研究进展 石艳柳志文 【摘要J蛋白激酶B(proteinkinaseB,PKB)/Akt在调节肿瘤细胞生长,增殖,促进细胞侵袭和转移,促进新 生血管生成,以及肿瘤细胞产生化疗,放疗耐受性中起着重要作用,PKB/Akt已成为头颈部鳞癌分子靶向治疗的 一 个潜在新靶点.本文就PKB/Akt的结构,功能和在头颈部鳞癌靶向治疗中的研究进展作一综述. 丝/苏氨酸蛋白激酶Akt,又名蛋白激酶B,在细胞增 生,分化,凋亡和代谢等一系列生理活动中起着重要作用. 它是磷脂酰肌醇(-3)激酶(phosphoino—sitide3-kinase, PI3K)/Akt通路中的关键分子,通过磷酸化mTOR,Bad, GSI(3,mdm2,easpase家族,Forkhead家族等多种作用底物, 在促进肿瘤细胞的生长,增殖,抑制细胞凋亡,促使细胞侵 袭和转移,促进血管生成,抵抗化疗和放疗中细胞的凋亡等 方面起重要作用.最近在许多人类肿瘤中发现,PKB/ Akt信号通路异常与肿瘤发生,发展关系密切,以Akt为靶 点的药物开发已成为当前头颈部鳞癌治疗研究的热点. PKB/Akt的分类及结构 Akt即细胞Akt(c-Akt),鼠类胸腺瘤病毒同源体(v—Akt 同源体),由于其催化区与蛋白激酶A(proteinkinaseA, PKA)和蛋白激酶C(proteinkinaseC,PKC)高度同源,故又 被称为PKB.目前已发现3个Akt家族成员:Aktl,Akt2和 Akt3. 三种亚型的Akt在氨基端(N端)有80%的同源序列, 具有类似的一级结构:N端含有一个pH(pleekstrin homologousdomain)结构域,中部为一个催化结构域,羧基端 (C端)含有一个调节结构域(regulatorydomain).其中 Akt的pH结构域由100个氨基酸残基组成,介导Akt与磷 酸化磷脂酰肌醇三磷酸(phosphati—dylinositoltriphosphate, PIV3)的结合,在Akt的激活过程中介导了Akt膜转位.PH 结构域突变或缺失可导致Akt的活性降低或丧失, 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明其 PH结构域具有重要作用?'.紧邻PH区是与PKA和 PKC极为相似的催化区,该催化区中308位苏氨酸的磷酸化 为Akt活化所必需. PKB/Akt信号通路的调节与功能 磷酸化是Akt激活的主要机制,Akt的激活可分为 PI3K依赖和PI3K非依赖两种方式.PI3K是一类特异性磷 酸化肌醇磷脂3位羟基的激酶,称为PI3Ks家族.受生长因 作者单位:410011长沙中南大学湘雅二医院口腔科(石艳现在 广东省深圳市罗湖区人民医院工作) 通讯作者:柳志文,E—marl:shiyan1225@21cn.cOlll,电话: O73l-5295012 子如血小板衍生生长因子,胰岛素样生长因子,成纤维细胞 生长因子等刺激后PI3K被活化,磷酸化磷脂酰肌醇二磷酸 的3位羟基,产生PIP3.PIP3可与PKB/Akt的pH区结合, 使PKB/Akt连接到质膜并发生构象改变,暴露出PKB/Akt 第308位上的苏氨酸位点,利于PIP3依赖的激酶(PIP3- dependentkinase-1,PDK一1)磷酸化该位点.PDK-1是一63 kD的丝/苏氨酸蛋白激酶,C末端PH区高亲和于PIP3,磷 酸化PKB/Akt_3].Akt有两个磷酸化位点,分别位于催化域 和调节域,即Thr308和Se~73,其完全激活需要两个位点都 被磷酸化J.Ser473磷酸化的机制尚未完全明确,可能是 被PDK2磷酸化或者是自身磷酸化. Troussard等则认为整合蛋白激酶(integrinlinked kinase,ILK)是Ser473磷酸化的关键调节子并对Akt的活 性调节起重要作用,因敲除ILK基因对Thr308磷酸化没有 任何影响,但却导致5er473的磷酸化几乎完全受抑,并且极 大地抑制了PKB/Akt的活性.而Ser473的磷酸化受抑可 被活性ILK所解除,但却不能被突变的缺陷型ILK所解除. 此外,PKB/Akt磷酸酶直接参与负性调节PKB/Akt活性, 抑制该酶能使PKB/Akt激活.此外,PTEN,含SI-I2功能区 的肌醇磷酸酶等磷酸脂酶通过水解PIP3,5位羧基上磷酸 基,使PIP3去磷酸化,间接抑制PKB/Akt活性.目前证 实,热休克蛋白90能阻止磷酸酶负性调节PKB/Akt活性, 神经酰胺等抑制剂使$473去磷酸化进而抑制PKB/Akt活 性,PDK一1除磷酸化PKB/AktThr308外,还通过其他未知 机制参与Thr308去磷酸化. 当Akt在细胞膜上被激活以后,能够向细胞质或细胞核 转运,并与相应部位的底物蛋白发生作用,使底物蛋白特定 部位的丝,苏氨酸发生磷酸化.激活的Akt可以通过不同的 底物对细胞的生长,增殖,分化及代谢进行调控'.根 据部位与功能的不同可将Akt的底物分为:(1)抗凋亡或促 凋亡基因转录因子,如Forkhead转录因子家族中的FKHR, FKHRL1与AFX;(2)促凋亡蛋白或蛋白激酶,如BcL-2家 族成员的BAD,BCL-2,easpase家族中的caspase9;(3)细 胞周期因子,如pRB,CDKS,P21Cipl,P27Kipl;(4)肿瘤发 生相关的分子,如激素受体,端粒逆转录酶;(5)血管生成 与营养供应相关因子,如内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric耐desyT1tllase,eNOS),低氧诱导因子lot(hypoxia inducefactor1,HIF一1),葡萄糖转运体(sheose 口腔医学2008年第l6卷第4期BeilingJournalofStomatology邺st堡o8,16: transporters.GLUTS),GSK一3.这些底物磷酸化后可能通过 直接改变凋亡机器组件或间接改变编码凋亡机器组件的基 因表达水平,从而发挥广泛的生物学效应,包括抗凋亡,促细 胞生存功能. PKB/Akt信号通路在肿瘤中的作用 细胞的存活,增殖,迁移,以及分化是人类肿瘤形成的生 物学基础,PBK/Akt信号途径的激活在其中起着一个关键 的枢纽作用.研究发现,PKB/Akt表达和活化异常与多 种肿瘤相关,包括恶性胶质瘤,卵巢癌,乳腺癌,胰腺癌以 及肺癌,暗示着Akt的激活在肿瘤发生中的重要角色. Akt具有抗凋亡作用已被大量实验所证明.Vlahakis等 人用基质细胞衍生因子一1(stromalcell—derivedfactor1,SDF一 1)与CIM+T细胞相作用致使T细胞发生了趋化,同时发 现T细胞并没有发生凋亡.进一步实验发现若把Akt活化 通路阻断,则CD4+T细胞发生凋亡.若把细胞外信号调 节激酶Erkl/2活化通路阻断细胞不会发生凋亡,同时在实 验中发现把抗凋亡活化通路PBK—Akt阻断,则可导致丝裂 原活化蛋白激酶相关的信号通路被激活进而使CD4+T细 胞发生凋亡.从以上实验可得出Akt信号通路的激活是 SDF.1与CIM+T细胞上的基质细胞衍生因子一1受体(C—X. CChemokinereceptor4,CXCR4)受体相互作用使细胞不发生 凋亡的重要途径.在烟碱,NNK处理的人类气管上皮细 胞中,Akt被迅速活化,能够削弱紫外线,过氧化氢等引发的 凋亡l.PKB/Akt抗凋亡的机制如下:(1)通过磷酸化 ~rkhead家族转录因子如forkhead受体,FKHR等降低死亡 基因转录;(2)通过核转录因子KB(nuclearfactor—KB,NF— KB)和cAMP反应元件连接蛋白促进抗凋亡基因转录;(3) 通过磷酸化抑制前凋亡蛋白Bad活性;(4)通过激活己糖激 酶维持线粒体的稳定性. PKB/Akt调节细胞周期.PKB/Akt通过多种途径调节 细胞周期:(1)磷酸化p21CIP1和p27KIP1使它们在胞内 堆积;(2)通过磷酸化负性调节forkhead家族转录因子 AFX降低p27KIP1转录;(3)增加细胞周期素(cyclin)D 转录;(4)增加cyclinDmRNA翻译.有研究发现,PKB/ Akt磷酸化p21CIP1,阻止其连接到CDKs和增殖细胞核抗 原,从而加速细胞周期进展.在许多人类肿瘤中p27kipl也 在Gl期表达下调,关于p27kipl的调节很复杂,涉及转录, 翻译和翻译后水平,目前已知p27kip1表达部分受forkhead 转录因子调节. 肿瘤增生梯度与肿瘤距离血管的远近有关.肿瘤生长 快,氧供和血液循环受限,低氧区扩大,耐受低氧和抗凋亡对 于肿瘤的发展是必需的.现已证实:PKB/Akt对于血管的 形成有重要作用,例如:PKB/Akt在促血管生成素1和血管 内皮生长因子(VascularendothdiMgrowthfactor,VEGF)刺激 下激活,阻止内皮细胞凋亡,PKB/Akt磷酸化后激活eNOS, 导致新生血管形成,促进VEGF诱导的内皮细胞迁移?. ? 239? 低氧的一个重要调节因子为HIF—let.该因子除被低氧诱导 外,胰岛素,生长因子也诱导其表达,HIF—let诱导血管形成 基因的转录,如VEGF和GLUTS.最近在乳腺和前列腺癌细 胞中发现PKB/Akt激活后,通过HIF—let调节VEGF的表 达. PKB/Akt与头颈部鳞癌的治疗 PKB/Akt是PBK最重要的下游效应器分子,被激活后 可促进细胞的存活,抵抗放疗和化疗引发的凋亡.west 等在研究烟碱,NNK刺激人类气管上皮细胞Akt活化时 发现,Akt活化的细胞可抵抗化疗,放疗引发的凋亡.通过 在分子水平抑制Akt的活化来治疗口腔鳞癌,是一种具备可 行性的新疗法_1. 许多Akt的抑制剂并不是竞争ATP结合位点,主要是 阻止PIP3的产生或阻止PIP3与Akt的结合,如两种PBK 的抑制剂wortmannin和LY294002可通过抑制PBK进而抑 制PIP2转化为PIP3,从而阻止Akt的活化.PBK抑制剂不 但能抑制肿瘤细胞的增殖和引起细胞周期阻滞,而且能诱导 凋亡和克服耐药以及抑制肿瘤侵袭,血管形成,转移等. Brognard等人研究表明,LY294002能显着增强化疗诱导 的凋亡;而对于低表达Akt的细胞,LY294002不明显增加 化疗诱导的凋亡.对于放疗诱发的细胞凋亡,LY294002增 加有Akt表达的细胞凋亡,抑制克隆生长.对于高Akt活性 的细胞,转染显性负突变Akt质粒将减少Akt活性,增加化 疗,放疗引发的凋亡;对于低Akt活性的细胞,转染构建的活 性Akt质粒,增加Akt活性,削弱化疗,放疗引发的凋亡. 经S-1(一种口腔氟嘧啶抗癌制剂)处理后的人口腔鳞 癌细胞株B88细胞凋亡显着增强,生存信号Akt/PKB决定 细胞的辐射敏感度.S-1通过抑制Akt/PKB活化,极大地提 高了B88的辐射敏感度".最近,Harada等进一步证 实,S一1抑制p-Akt,VEGF以及纤维生长因子-2(fibroblast growthfactor-2,FGF-2)的表达,阻断Akt/NF—KB信号传导 途径.体内实验证实,p-Akt,VEGF和FGF-2表达的下调, 可抑制病损区肿瘤形成及血管化作用,从而,S-1可抑制人口 腔鳞癌的肿瘤形成及血管新生.此外,Takaoka等研究了 EGFR的抗人单克隆抗体(C225),一种选择性酪氨酸激酶抑 制剂(AG1478)以及一种常规抗癌药顺铂对口腔鳞癌细胞株 的作用.发现C225,AG1478和顺铂可抑制癌细胞的增殖, 并且该抑制作用具有剂量依耐性.进一步研究发现,用 C225或AG1478处理过的口腔鳞癌细胞中P—EGFR,P—Akt 和Bad的表达显着降低;EGFR抑制剂下调clAP一1,XIAP, Bel-2,Bcl—xL等细胞内抗凋亡蛋白的表达,上调凋亡前体蛋 白Bax及Bak的表达,elAP-2及survivin的表达不受其影 响.因此,EGFR抑制剂通过调节clAP.1,XIAP,Bel-2, Bcl—xL,Bax及Bak的表达,对顺铂所介导的口腔鳞癌细胞 的凋亡进行局部的调节.以上结果表明,EGFR抑制剂可通 过PI3K/Akt信号途径的作用,来克服细胞所产生的对顺铂 ? 24O? 诱凋亡效应的抗药性. 展望 旦壁医堂生笠鲞筮翅BeijingJournalofStomatologyAugust2008.V01.16.N0.4 Akt作为细胞生存通路PI3K/Akt的关键分子,在促进 细胞生长,增殖,促进细胞运动,侵袭,抑制细胞凋亡,促进 血管生成,抵抗化疗和放疗等方面起重要作用.抑制PDK 信号通路中Akt的活性,为头颈部鳞癌的治疗提供了新的途 径.深入研究Akt的作用机制,可能为肿瘤的基因治疗,抗 肿瘤药物开发提供新靶点,并为了解Akt抑制剂在肿瘤治疗 不同阶段的效果提供分子基础.PI3K/Akt通路可能是头颈 部鳞癌分子靶向治疗的一个潜在新靶点,在头颈部鳞癌分子 靶向治疗有很好的研究前景. 参考文献 lNicholsonKM.AndersonNG.111eproteinkinaseB/Aktsignaling pathwayinhumanmalignancy.Cellsignal,2002,14(5):381— 395. 2DattaSR,BrunetA,GreenbergME,eta1.Cellularsurvival:aplay inthl~eAkts.GenesDev,l999,l3(22):29O5-2927. 3StokoeD,StephensLR,CopelandT.eta1.Dualroleof phosphatidylinositol一3,4,5一trisphosphateintheactivationof proteinkinaseB.Science,1997,277(5325):567-570. 4AlessiDR,AndjelkovicM.CaudwellB.eta1.Mechanismof activationofproteinkinaseBbyinsulinandIGF—l_EMB0J.1996. 15(23):654l-655l_ 5TokerA.NewtonAC.Akt/proteinkinaseBisregulatedby autophosphorylationatthehypotheticalPDK-2site.JBiolChem, 2ooO,275(12):8271名274. 6TroussardAA,MawjiNM,OngC,eta1.Conditionalknock—outof integrin—linkedkinasedemonstratesanessentialroleinproteinkinase B/从tactivation.JBiolChem,2003,278(25):22374-22378. 7SatoS,FujitaN.TsnmoMedulationofAktkinaseactivitybv bindingtoHsp90.ProcNailAcadSciUSA,2000,97(2O):10832— 10837. 8FrumanDA.MeyersRE.CanfleyLC.Phosphoinositidekinases~ AnnuRevBioehem.1998.67:48l-507. 9VigliettoG,MottiML,BmniP,eta1.Cytoplasmicrelocalization andinhibitionoft}leeyelin.dependentinhibtorofp27kiplbyPKB/ Akt-mediatedphosphorylationinbreastcancer. NatureMed,2002, 8(1o):1136.1144. 10TokerA,CantleyLC.Signallingthroughthelipidproductsof phosphorino?sitide-3—0Hkinas~Nature,1997,387(6634):673— 676. 1lVivancoI.SawyersCLThephosphatidylinositol3-kinaseAKT pathwayinhumancancer.NatRevCancer,2002,2(7):489-501. 12VlaIlakisSR,Villasis—KeeverA,GemezT.eta1.Gprotein—coupled chemokinereceptorsinducebothsurvivalandapoptoticsignaling pathwaysJImmunol,2002,169(1O):5546-5554. 13WestKA,BrognardJ,ClarkAS,eta1.RapidAktactivationby nicotineandatobaccocarcinogenmodulatesthephenotypeofnormal Intmanairwayepithelialcells.JClinInvest,2003,lll(1):81-90. 14DimmelerS,ZeiherAM.Akttakescenterstageinan~ogenesis signalin~CircRes,2000,86(1):425. 15ZhongH,ChilesK,FeldserD,eta1.Modulationofhypoxia— induciblefactorlalphaexpressionbytheepidermalgrowthfac2tor/ phosphatidylinositol3一kinase/PTEN/AKIl/FRAPpathwayin humanprostatecancercells:implicationsfortumorangiogenesisand thempeutics~CancerRes.2o0o,6O(6):l54l一1545. 16BrognardJ,ClarkAS,NiY,DennisPA.Akt/proteinkinaseBis constitutivelyactiveinnon—snmllcelllungcancercellsandpromotes cellularsurvivalandresistancetochemotherapyandradiation. CancerRes,200l,6l(1O):3986-3997. 17LimJ,KimJH,PaengJY.etaLPrognosticvalueofactivatedAkt expressioninoralsquamouscellcarcinoma.JClinPathol,2005.58 (11):l199—1205. 18HaradaK,KawaguchiS,Supriatno,eta1.S-l,anoral fluoropyrimidineanti—canceragent,enhancedradiosensitivityina humanoralcancercelllineinvivoandinvitro:involvement possibilityofinhibitionofsurvivalsignal,Akt/PKB.CancerLett, 2005,226(2):161—168. 19HaradaK,Supriatno,KawashimaY,eta1.S一1inhibits tumorigenicityandangiogenesisofhumanoralsquamouscell carcinomacellsbysuppressingexpressionofphosphorylatedAkt, vascularendothelialgrowthfactorandfibroblastgrowthfactor-2.IntJ Oncol,2007,30(2):365-374. 20TakaokaS,1waseM.UchidaM.eta1.Efiectofcombining epidermalgrowthfactorreceptorinhibitorsandcisplatinon proliferationandapoptosisoforalsquamouscellcarcinomacells.Int JOncol,20o7,30(6):1469—1476. (2007年lO月23日收稿) 简讯 . 消息 为促进北京地区种植界医生的学术交流,推动口腔种植科研和临床的发展,提高口腔种植的技术水平,经北京口腔医学 会批准,北京口腔医学会口腔种植专业委员会成立.成员如下: 主任委员谭包生 副主任委员(以姓氏笔划排序,下同)刘洪臣邱立新宿玉成 常务委员刘洪臣刘静明邱立新路东升宿玉成顾晓明谭包生 委员牛光良王莺刘洪臣刘林刘静明吕亚林林江海邱立新路东升何非何桐锋 法永红陈光宇陈德平郭航罗晨晨段景明宫林徐连来耿威高建勇唐志辉 彭玲燕宿玉成顾晓明程铮谭包生廖湘凌戴永雨 秘书耿威(兼)宋燕敏