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脉管肿瘤mTOR信号通路在发病和治疗中的作用研究

2020-07-06 160 上传者：管理员

摘要：脉管肿瘤是内皮细胞肿瘤,包括婴幼儿血管瘤和卡波西样血管内皮细胞瘤等。目前的治疗效果有限且副作用明显。雷帕霉素是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白抑制剂,常规应用于器官移植术后抗移植排斥反应。本文就近年来,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路在脉管肿瘤发病机制中的作用,和雷帕霉素治疗复杂难治血管瘤和卡波西样血管内皮细胞瘤的疗效进行综述。

关键词：
mTOR
卡波西样血管内皮细胞瘤
心血管肿瘤
脉管肿瘤
血管瘤
雷帕霉素
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哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)属雷帕霉素的靶分子,是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,在感受营养信号、调节细胞生长与增殖中起着关键性的作用。磷酸肌醇3激酶(phosphatidylinositide3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(proteinkinaseB,Akt/PKB)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)途径信号通路调节多种细胞功能,包括增殖、代谢和转录。这种途径及相关分子的异常激活已涉及多种肿瘤[1]。

婴儿血管瘤的患病率为2.6%～4.5%,是最常见的婴儿期肿瘤。尽管大多数婴儿血管瘤不需要治疗并且自发退化,但是约10%的婴儿血管瘤表现出并发症,例如(器官)梗阻,溃疡或毁容[2]。婴儿血管瘤的形成机制是异常的血管生成和血管产生,并涉及mTOR途径和血管内皮生长因子途径[3]。卡波西样血管内皮细胞瘤是一种罕见的局部侵袭性/交界性血管性肿瘤,主要见于新生儿和儿童。卡波西样血管内皮细胞瘤偶尔与卡梅综合征有关,临床预后较差。卡波西样血管内皮细胞瘤的其他组织学鉴别诊断包括婴幼儿血管瘤、先天性血管瘤、梭形细胞血管瘤、疣状畸形/血管瘤和卡波西肉瘤。曾经认为切除术是卡波西样血管内皮细胞瘤的明确治疗手段,由于病变的范围往往难以达到,因此这些患者的治疗已采用单一或联合化疗。最近报道西罗莫司,即雷帕霉素,是治疗顽固性和复杂卡波西样血管内皮细胞瘤病例的成功药物[4]。

根据国际脉管性疾病研究学会2018年在阿姆斯特丹修订的脉管肿瘤新分类(图1)[5],脉管肿瘤由良性肿瘤、局部侵袭性或交界性肿瘤和恶性肿瘤组成。其中良性肿瘤包括婴幼儿血管瘤等,局部侵袭性或交界性肿瘤包括卡波西样血管内皮细胞瘤等。本文主要汇集了mTOR信号通路在婴儿良性血管瘤和卡波西样血管内皮细胞瘤的发病机制中的作用,以及mTOR抑制剂西罗莫司、依维莫司等在以上脉管肿瘤治疗中的应用。

图1脉管肿瘤的分类

1、mTOR信号通路

胞外生长因子信号通过受体酪氨酸激酶传送到PI3K,进而激活Akt。Akt进一步激活雷帕霉素靶点mTOR。与张力蛋白和辅助蛋白同源、第10号染色体丢失的磷酸酶基因(PTEN)可减少Akt的活化;结节性硬化症(TSC)基因TSC1、TSC2的形成抑制了mTOR的功能。mTOR激活后,核糖体蛋白S6激活(通过S6激酶1的磷酸化)以及真核起始因子4E(4EeIF,核糖体40S亚基的重要构成成分)从结合蛋白上释放,蛋白质合成上调。雷帕霉素直接作用于mTOR,抑制了下游蛋白质合成和之后的细胞增殖、血管生成[6](图2)。

图2mTOR通路

2、mTOR信号通路在脉管肿瘤发病机制中的作用

婴儿血管瘤是婴儿罹患最普遍的良性肿瘤[7]。婴儿血管瘤表明新生血管发生(从祖细胞从头形成血管)和血管生成(从已形成的脉管系统中萌发新血管)被破坏[8]。卡波西样血管内皮细胞瘤是一种局部侵袭的脉管肿瘤,多见于婴儿[9]。

2.1S6途径

Matsumoto等[10]的临床试验免疫组化显示,卡波西样血管内皮细胞瘤组织中mTOR高表达。Du等[11]发现mTOR信号通路在脉管肿瘤中有更高的活性,尤其是S6K,S6和PKCα的表达有所上升。但是4E-BP1在肿瘤中表达与在正常组织中相比,并没有显著变化,提示其在血管瘤细胞中不是起主要作用的因子。S6K丢失使得细胞迁移显著下降。对比外用二甲亚砜,外用雷帕霉素可显著降低肿瘤中p-S6表达。除了S6K,S6还可能被其他蛋白质激活,例如p90核糖体S6K,p90核糖体S6K在RAS/ERK通路中在S235/236磷酸化S6。S6K基因沉默对调节肿瘤细胞生长和迁移起重要作用。然而,S6K丢失对肿瘤细胞的抑制作用只是部分抑制。双重抑制上游通路PI3K和下游S6K效果可能比仅抑制S6K效果好。

2.2缺氧诱导因子-1途径

缺氧诱导因子-1和mTOR可通过刺激血管内皮生长因子信号通路的自分泌环,促进血管瘤上皮细胞的生长。雷帕霉素可以通过下调缺氧诱导因子-1依赖表达的血管内皮生长因子来抑制血管瘤上皮细胞的增殖[12]。

2.3蛋白激酶B途径

Perry等[13]组织学检查发现,被注射过含高活性Akt的上皮细胞后,裸鼠会出现血管畸形:内皮管腔厚,几乎没有周围细胞和(或)平滑肌细胞参与,由此可联想到人血管畸形。小鼠实验表明,上皮细胞内的Akt1的固有活性导致了血管畸形的发生。Zheng等[14]研究小鼠模型发现,mTOR复合物2的结合蛋白Rictor被敲除后,大幅抑制鼠血管内皮细胞瘤上皮细胞增长和增殖,以此下调Akt和S6的磷酸化。因此,认为Rictor有助于血管瘤的生长和发展。Bannayan-Zonana综合征患者有血管瘤和脉管畸形,源于Akt的负调因子PTEN缺乏。鼠模型中,Akt可以使内皮细胞转变为血管畸形[15]。

3、雷帕霉素在血管瘤和卡波西样血管内皮瘤治疗中的应用

3.1雷帕霉素在婴幼儿血管瘤治疗中的应用

3.1.1雷帕霉素的作用机制

糖皮质激素是经典的一线药,但不良反应很多,约16%的血管瘤无效;普萘洛尔是之后发现的安全有效的药物,但并不是毫无风险,且不是针对所有的血管瘤都有疗效。因此,有必要开发一种新的药物[8]。西罗莫司,即雷帕霉素,是目前唯一经美国食品药品监督管理局批准的mTOR抑制剂,主要用于防止成人和13岁以上儿童肾移植后的排异反应。在肾移植中,西罗莫司的良好耐受谷浓度在15～20ng/mL[6]。

雷帕霉素可以使血管瘤干细胞向周围血管表型分化,且抑制血管瘤干细胞从头形成血管。这是继雷帕霉素抗血管生成作用后一个新的机制。Greenburger等[8]实验发现,雷帕霉素(>1ng/mL)抑制了40%以下的血管瘤干细胞增殖。雷帕霉素还引起间充质成熟,降低血管生成潜能。雷帕霉素使得血管瘤干细胞形成的血管退化。该学者认为雷帕霉素可以和糖皮质激素等现有治疗方案协同作用,既触发肿瘤干细胞活性丢失,又抑制体内血管瘤血管生成。

地塞米松等皮质激素作用机制是抑制血管内皮生长因子A、白介素6、基质金属蛋白酶-1、单核细胞趋化蛋白-1和尿激酶型纤溶酶原激活物受体。与之不同的是,雷帕霉素下调血管瘤干细胞的血管生成素和胎盘生长因子-1。两种药物的作用机制不相同,这也成为两者可以协同作用的基础。现已证实,低剂量联合应用效能高于高剂量单独使用[8]。Zheng等[14]发现低浓度雷帕霉素(1ng/mL)即可抑制S6K磷酸化。雷帕霉素可部分抑制mTORC2的活性。雷帕霉素在长期治疗过程中可以有效降低Akt(S473)的磷酸化。Zheng等[16]研究利用鼠血管内皮细胞瘤内皮细胞及隐性纯合子裸鼠,再次确认了低浓度雷帕霉素(1nmol/L),相当于体内低血药浓度(7～16nmol/L),即可在体外抑制血管内皮细胞瘤的增生和迁移,在体内可抑制肿瘤生长。因为PKB/mTOR/S6核糖体蛋白通路降低了活性。这提供了血管瘤的一种低毒性药物治疗方案。

内皮脂肪酸结合蛋白4是血管形成所必需。通过血管内皮生长因子A可诱导内皮脂肪酸结合蛋白4上调。Wang等[17]发现雷帕霉素通过阻断mTOR-内皮脂肪酸结合蛋白4通路抑制血管瘤内上皮细胞增殖。①相比人皮肤微血管内皮细胞,细胞周期检查点基因组在血管瘤内皮细胞显着富集;②血管瘤内皮细胞中内皮脂肪酸结合蛋白4和mTOR的表达增加;③内皮脂肪酸结合蛋白4直接调节人皮肤微血管内皮细胞的增殖;④雷帕霉素可以抑制mTOR-内皮脂肪酸结合蛋白4通路和血管瘤内皮细胞的增殖。

3.1.2雷帕霉素的临床应用

Kaylani等[18]报道了1例西罗莫司成功应用于难治性血管瘤伴PHACE综合征(后颅窝畸形、血管瘤、动脉畸形、心功能不全、眼部畸形)的案例。经氢化波尼松、普萘洛尔、长春新碱、局部脉冲燃料激光等一线药物和疗法治疗,效果并不理想。遂予西罗莫司治疗,取得了良好疗效。类似案例似乎都证实了西罗莫司使血管瘤退化的功效。但考虑到病程本身可能走向血管瘤退化走向,以及延长疗程可能导致的毒性作用,仍需进一步探索和尝试以确定西罗莫司的功效。

3.2雷帕霉素在卡波西样血管内皮细胞瘤治疗中的应用

卡波西样血管内皮细胞瘤是一种婴儿多见的局部侵袭性脉管肿瘤。卡波西肉瘤普遍和卡梅综合征联系在一起,后者与显著的患病率和死亡率直接相关,包括血流动力学不稳定性、局部浸润和重要组织的压迫。传统治疗无效的患者迫切需要新的治疗方法[9]。

Liu等[19]用Meta分析评估了目前治疗方式对卡波西样血管内皮细胞瘤和丛状血管瘤的疗效。在这项分析中,包括了有244位参与者的15项研究。其中长春新碱有效率(0.72;95%CI0.64～0.79),其他有全身性皮质类固醇激素(0.27;95%CI0.17～0.36),干扰素(0.36;95%CI0.24～0.48),放射治疗(0.49;95%CI0.26～0.73),栓塞术(0.66;95%CI0.48～0.83),阿司匹林/噻氯匹定(0.42;95%CI0.06～0.78),西罗莫司(0.57;95%CI0.00～0.10)。Meta分析支持长春新碱作为卡波西样血管内皮细胞瘤/丛状血管瘤的一线治疗,但西罗莫司的治疗效果已开始得到认可。Meta分析报道了2项研究评估了37例使用西罗莫司治疗的病例。患者年龄为0.7～28.5个月(平均为8.1月龄),在汇总分析中,有效率为0.57(95%CI0.00～0.10)。然而,纳入文献的异质性检验结果显示P=0.249,I2=97.6%,说明各个研究之间有统计学异质性。张高磊等[20]统计了10例难治性卡波西样血管内皮细胞瘤伴卡梅综合征患者用西罗莫司联合泼尼松治疗后的临床效果。两药联用后,血小板计数、凝血酶原时间及部分凝血酶原时间等指标回升,瘤体和瘀斑缩小。其中,5例难治性卡波西样血管内皮细胞瘤伴发卡梅综合征取得的疗效优于另5例未伴发卡梅综合征的患者。故认为西罗莫司联合泼尼松治疗难治性卡波西样血管内皮细胞瘤及卡梅综合征取得了较好的疗效,且不良反应较少。推荐使用西罗莫司治疗卡波西样血管内皮细胞瘤伴发卡梅综合征的患者。Kai等[9]报道了6例难治性卡波西样血管内皮细胞瘤应用西罗莫司治疗缓解的案例,西罗莫司在病情危重的卡波西样血管内皮细胞瘤患者身上可能有效且安全。

Blatt等[21]报道了1例西罗莫司治疗卡波西样血管内皮细胞瘤的案例:2岁女婴经过6周一线药物和疗法治疗后,病情缓解后突然恶化,开始给予西罗莫司,病情有缓解。但治疗期间出现一次金黄色葡萄球菌败血症,有皮肤褪色。可见,使用西罗莫司后患者病情有缓解(血小板迅速提升,肿瘤迅速减小)。但患者在长期治疗中的反应,西罗莫司是否可以停药且肿瘤体积不回弹并未可知。尽管如此,西罗莫司在小儿肾移植中免疫抑制的应用已较为成熟。浓度在5～15ng/mL时毒性反应往往可控。但是针对不良反应——黏膜炎、外周性水肿、高血压、高甘油三脂血症、高胆固醇血症,肺炎(罕见)——须要调整剂量。总之,西罗莫司因其使得患者外形改观、口服制剂方便,成为治疗脉管肿瘤中有研究前景的药物。

依维莫司是西罗莫司的衍生物,其生物利用度(16%)高于西罗莫司(10%)。西罗莫司及其衍生物的副作用非常相似,患者对副反应耐受良好[22]。Matsumoto等[10]、Uno等[23]均报道依维莫司成功治疗卡波西样血管内皮细胞瘤伴卡梅现象的案例:常规治疗无明显改善,或卡梅现象有缓解,但针对卡波西样血管内皮细胞瘤没有明显疗效时,使用西罗莫司衍生物依维莫司,有立竿见影的疗效。观察到的副反应与西罗莫司相似,比如自限性口腔炎、皮肤红斑、心态自卑和高血脂等。针对不良反应时仍需调整剂量。

值得注意的是,尽管西罗莫司有抗血管生成和抗细胞增殖作用,西罗莫司似乎在血管性肿瘤如卡波西样血管内皮细胞瘤和淋巴管畸形中都起作用。传统上则认为畸形是稳定和非增殖性的。需要临床试验确定和分析额外的生物标志物,以解决这些问题[6]。

4、展望

近年来越来越明确脉管肿瘤发病过程中的信号传导机制,有助于制定合理有效的治疗策略。西罗莫司治疗血管瘤和卡波西样血管内皮细胞瘤在国外已有报道,国内正在逐步尝试临床应用。在常规一线药使用无效或效果甚微时,西罗莫司可以成为缓解疾病的重要药物,疗效可观,不良反应相对较少,逐渐受到重视;西罗莫司联合一线药物治疗是较好的选择。这些发现需要通过II期临床试验进一步观察其有效性和安全性。

参考文献：

[20]张高磊,高莹,刘燕,等.难治性卡波希样血管内皮细胞瘤及卡梅综合征十例临床分析[J].中华儿科杂志,2017,55(9):700-704.

唐昕月,蒋黎华.婴儿血管瘤和卡波西样血管内皮细胞瘤:mTOR信号通路在发病和治疗中的作用[J].临床口腔医学杂志,2020,36(01):58-61.

基金:上海交通大学医学院RBL项目资助