【摘要】 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin， mTOR)是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，在细胞生长、增殖、分化、细胞周期调控等多个方面起到重要作用。近年来发现mTOR相关的信号通路复杂且涉及面广泛，其中多个元素的调控异常都与肿瘤的发生密切相关。mTOR抑制剂能够抑制由于该信号通路异常引起的癌基因的转化、肿瘤的生长和肿瘤血管生成。到目前为止，4种mTOR抑制剂被有效地应用于临床，有的已进入Ⅱ、Ⅲ期临床试验。因此，对mTOR信号通路的深入研究对肿瘤的靶向性治疗具有重要意义。
【关键词】 mTOR信号通路；雷帕霉素；mTOR抑制剂；肿瘤治疗
ChinaABSTRACT: Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a serine/threonine protein kinase that is centrally involved in the control of cell growth， proliferation， differentiation and cell cycle regulation. Recent studies have found that the mTOR pathway is complicated and the dysregulation of mTOR pathway is recognized to be associated with lots of tumors. Several inhibitors of mTOR could inhibit oncogene transformation， growth and angiogenesis of tumors. So far， four inhibitors of mTOR have been tested in clinical trials， and some have been accessed to phase Ⅱ or Ⅲ trial. Therefore， in this review， we discuss the regulators that govern mTOR pathway activity， and highlight clinical results obtained with the first generation of mTOR inhibitors to reach the oncology clinics.
KEY WORDS: mTOR signaling pathway; rapamycin; mTOR inhibitor; tumor therapy
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin， mTOR)是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，从酵母到哺乳动物其广泛存在，且进化十分保守。mTOR是1991年HEITMAN等在分析不同啤酒酵母突变体对雷帕霉素抵抗作用的差别时发现的[1]。mTOR属于磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶(phosphatidylinositol 3-kinase-related kinase， PIKK)蛋白家族，在调节细胞生长、增殖、调控细胞周期等多个方面起到重要作用。目前发现mTOR信号通路的过度活化与肿瘤的发生、发展密切相关，是肿瘤治疗的一个重要靶点。因此本文就mTOR信号通路与肿瘤的关系及治疗作一综述。
1 mTOR的结构
1.1 mTOR的分子结构
人的mTOR基因位于1p36.2上，其mRNA翻译后的蛋白质有2549个氨基酸残基，其分子结构复杂，分子质量为289ku。mTOR的结构域从氨基端到羧基端依次为HEAT重复序列(即Huntignton、EF3、PP2A一个亚基、TOR1)、FAT结构域、FRB激酶结构域、NRD及FATC结构域(图1)。mTOR的N端有20个重复的HEAT序列，每个HEAT大约由40个氨基酸残基组成2个α螺旋，每个α螺旋都有一个亲水基团和一个疏水基团。这些重复的HEAT模体介导了蛋白质间的相互作用[2]。靠近mTOR的C端有一个激酶结构域，约234个氨基酸残基，其结构和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的催化域相似，是mTOR属于PI3K蛋白激酶类家族的重要原因之一。紧挨着激酶结构域上游的是FRB(FKBP12-rapamycin binding)结构域，它是FKBP12-rapamycin复合物的结合位点，在雷帕霉素特异性抑制mTOR中起着连接作用：雷帕霉素可与细胞内的受体FKBP12结合形成FKBP-rapamycin复合物，再与mTOR的FRB区相结合，从而抑制mTOR的激酶活性[3]。FRB激酶结构域的上游是一个相对较大的FAT(focal adhesion targeting domain)结构域，约568个氨基酸残基，同样在mTOR的C端最后也有一个FAT结构域，即FATC(focal adhesion targeting domain of C-ternimal)结构域。它们在空间上形成特殊的构象以暴露出mTOR的激酶结构域区。FATC结构域在mTOR活性稳定上起着关键的作用，研究表明该结构域内一个氨基酸的缺失都能使mTOR活性丧失[4]。NRD(negative regulatory domain)结构域位于激酶催化域和FATC结构域中间，是mTOR负性调节域。
1.2 mTOR的存在形式
mTOR在生物体以两种复合物的形式存在，即mTORC1及mTORC2。mTORC1包括mTOR、mLST8(mammalian ortholog of LST8，又名GβL)和raptor (regulatory-associated protein of mTOR)；mTORC2包括mTOR、mLST8、mSIN1 (mitogen-activated protein kinase-associated protein 1)及rictor (rapamycin insensitive companion of mTOR)。研究表明，雷帕霉素主要通过与细胞内受体FKBP12结合而抑制mTORC1，但是对mTORC2无作用。目前研究较多的是mTORC1复合物。raptor分子结构相对保守，分子质量为150ku，所有raptor家族成员都在N-端有一段保守区及3个HEAT重复序列，mTOR分子N-端的重复序列使得它与raptor结合紧密，而C-端与raptor结合较疏松[5]。如图2所示，raptor是一种桥梁分子，它可以将mTOR与下游的靶分子如P70S6K、4EBP1连接起来。但是，在营养素等上游因子不存在时，mLST8将mTOR、raptor紧密地锁在一起，使得mTOR不能与其下游的靶基因结合；当营养素存在情况下，这一复合物发生空间构象改变，使得mLST8和raptor之间的结合断裂，暴露出mTOR，从而使其下游靶基因结合于raptor上[6]。对mTORC2复合物研究不多，目前认为它可以通过磷酸化蛋白激酶C-α(PKC-α)通路来调节肌动蛋白细胞骨架[7]。
2 mTOR信号传导途径
2.1 mTOR的上游信号传导途径
mTOR可对细胞外包括生长因子、胰岛素、营养素、氨基酸、葡萄糖等多种刺激产生应答。它主要通过PI3K/Akt/mTOR途径来实现对细胞生长、细胞周期等多种生理功能的调控作用。
2.1.1 经典信号传导途径——PI3K/Akt/mTOR信号通路
PI3K可被激活的Ras通路以及一些生长因子及细胞因子激活，如IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-6、胰岛素样生长因子、表皮生长因子、血小板源性生长因子、集落刺激因子等[8]。如图3所示，这些细胞外生长因子配体与跨膜的酪氨酸激酶受体如胰岛素受体(IR)结合后，IR的多个酪氨酸残基被磷酸化而激活；活化的IR通过磷酸化其底物蛋白来招募PI3K的p85亚基，并把信号传递给p110亚基，导致PI3K的激活；活化的PI3K催化PI-4-P与PI-4，5-P2的3位磷酸化而生成PI-3，4-P2与PI-3，4，5-P3后，后两者仍然在细胞膜上，召集下游分子Akt到细胞膜上。PI-3，4，5-P3可以激活磷脂酰肌醇依赖性激酶-1(PDK-1)，从而使Akt的308位的Thr磷酸化，在PDK-2的存在下，其473位的Ser再被磷酸化从而使Akt完全被激活。
正常情况下，结节性脑硬化复合物-1(TSC-1)和TSC-2形成二聚体复合物，是小GTP酶Rheb(Ras-homolog enriched in brain)的抑制剂，而Rheb是mTOR活化所必需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情况下抑制mTOR的功能。当Akt活化后，它可磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，抑制了TSC-1/TSC-2复合物的形成，从而解除了对Rheb的抑制作用，使得mTOR被激活[9]。
在整个PI3K/Akt/mTOR信号通路中，有一条十分重要的负反馈调节剂就是10号染色体上缺失与张力蛋白同源的磷酸酶基因(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome 10， PTEN)。PTEN是一个肿瘤抑制基因，位于人染色体10q23。它有一个蛋白酪氨酸磷酸酶结构域，在这条通路中可以将PI-3，4-P2与PI-3，4，5-P3去磷酸化，从而负调节PI3K下游AKt/mTOR信号通路的活性[10]。
2.1.2 非依赖PI3K/Akt途径
越来越多的研究发现AMPK(AMP-activated protein kinase A)与mTOR的活性调节有关。有研究表明在哺乳动物细胞系中，氨基酸的代谢调节不是通过PI3K/Akt/mTOR通路来实现的，而是直接通过LKB1/AMPK/mTOR通路来调节。在细胞中，当ATP/ADP比率下降时，AMP的水平变化比ATP的变化更为敏感。AMPK的活性则对于细胞内AMP水平非常细微的变化都能很快察觉到[11]。在缺乏能量的细胞内，AMPK可以直接磷酸化并提高TSC-2的活性，促进TSC-1/TSC-2复合物形成，抑制Rheb酶活性，从而间接抑制mTORC1通路的活性[12]。AMPK在能量压力下还可以直接磷酸化mTORC1[13]。
2.2 mTOR的下游信号传导途径
活化的mTOR通过磷酸化蛋白翻译过程中的某些因子来参与多项细胞功能，其中最主要的是4EBP1和P70S6K。
4EBP1：4EBP1(eIF4E-binding protein1)的mRNA中含有从DNA中转录得到的遗传信息，是蛋白质生物合成的模板。在真核生物蛋白质合成的起始阶段，由于5′端mRNA的特殊帽状结构，核糖体不能直接与mRNA相结合，而是需要翻译起始因子的帮助。eIF-4E又称为帽结合蛋白(cap-binding protein， CBP)，它与mRNA的5′帽结构结合后再与eIF-4G结合，eIF-4G作为一种支架蛋白募集eIF-4A形成三聚体复合物eIF-4F，而此复合物可以使核糖体结合到mRNA上从而起始蛋白质的翻译。4EBP1有同eIF-4G相似的eIF-4E识别序列，故4EBP1、eIF-4G与eIF-4E的结合存在部分重叠，4EBP1可以通过竞争性抑制eIF-4G与eIF-4E的结合来达到抑制翻译起始的作用。mTOR信号通路通过磷酸化4EBP1，使eIF-4E与其解离并活化，促使翻译起始复合物的形成，从而加速蛋白质的合成(图4)。4EBP1与eIF-4E的解离，在活化一些位于5′-UTR(5′-untranslated terminal region)区特殊的调控元件起着重要的作用，如c-myc， cyclin D1以及鸟氨酸脱羧酶。相反，当生长因子或营养素缺乏，或者有mTOR抑制物存在时，4EBP1去磷酸化，并与eIF-4E结合从而抑制翻译起始[14]。
3 mTOR信号通路与肿瘤的关系
近年来，很多关于雷帕霉素及其衍生物如CCI-779、RAD-001的作用研究，向我们展示了mTOR信号通路在肿瘤发生发展中起着重要的作用。与肿瘤密切相关的多项细胞功能如细胞增殖、细胞周期、蛋白合成、细胞迁移等均受控于mTOR的调节。现已发现许多肿瘤如乳腺癌、前列腺癌、肺癌中都有mTOR信号通路的调节异常。
3.1 PI3K/Akt/mTOR通路的过度激活
PI3K/Akt/mTOR信号通路活化与多种肿瘤发生密切相关，它能够加速细胞周期、减少细胞凋亡、并促进肿瘤细胞的迁移，这在脑胶质瘤、乳腺癌、卵巢癌中早已有报道[16-18]。活化的PI3K可激活下游的Akt，激活的Akt使肿瘤细胞对凋亡诱导耐受、细胞生长代谢异常增加。过度活化的Akt激活其下游的底物，包括糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3， GSK3)、6-磷酸果糖激酶-2、BAD蛋白、内皮型一氧化氮合酶、mTOR、遗传性乳腺癌与卵巢癌易感基因(hereditary breast and ovarian cancer susceptibility gene， BRCA1)，其中激活的靶蛋白mTOR可以引起肿瘤细胞的快速增殖、癌蛋白分泌增加、细胞周期加快、G1期时程缩短，利于肿瘤的迅速发生发展[19]。在这条信号通路中，如前所述，PI3K可以被Ras信号、或者直接被一些生长因子所激活；PI3K的催化亚基p110的异常扩增及突变亦出现在多种人类肿瘤中。Akt可被多条途径激活，尤其是PTEN基因的突变或缺失，这在前列腺癌、子宫内膜癌、胶质瘤和黑色素瘤中发生率最高[20]。在1/3的上皮性肿瘤中发现了原癌基因Ras可激活Akt通路[21]；在很多肿瘤中发现了活化的受体酪氨酸激酶可以激活Akt，可能是通过异二聚体ErbB-2/ErbB-3激活PI3K途径来完成[22]。见表1。表1 肿瘤组织中PI3K/Akt/mTOR通路的过度激活（略）
3.2 PTEN功能的缺失
自从PTEN发现以来，至今已在多种肿瘤中发现存在着PTEN的改变。肿瘤细胞中PTEN改变的主要形式之一是突变，包括插入、丢失、替换、移码突变、RNA异常拼接和蛋白截短等，其最常见的突变发生于外显子3、5、8。PTEN的另一种改变形式是5′启动子区的CpG岛甲基化。在PI3K/Akt/mTOR信号通路中，PTEN的功能缺失使其对PI3K的抑制作用解除，从而激活了Akt/mTOR等下游信号通路。
3.2.1 PTEN的先天性遗传突变
PTEN在36%～66%的子宫内膜癌中有突变，这在肿瘤中是突变率最高的，同时伴随Akt的高磷酸化[33]。SOLIMAN等[34]人在99例进展期子宫内膜癌标本中分析PTEN、磷酸化的Akt(p-Akt)、Ki-67(细胞增殖的一种标记)的表达，发现66%的标本不表达或低表达PTEN，同时有40%的肿瘤高表达p-Akt。PTEN的低表达与p-Akt的高表达显著相关。另外，该研究发现PTEN(+)和p-Akt(-)的患者拥有更高的生存率。p-AKT(-)使得Ki-67的表达下调，且表达低水平Ki-67的患者预后相对较好，也许能部分解释该现象。有趣的是，在子宫内膜非典型增生里PTEN的突变率亦高达20%～30%。临床上使用口服黄体酮治疗子宫内膜非典型增生，但是只有30%～50%病例有效。在对黄体酮治疗无反应的患者中发现有升高的或持续的p-mTOR表达存在。另外，MUTTER等[35]研究发现，子宫内膜腺癌中PTEN突变率为83%，癌前病变中达55%，而正常子宫内膜中没有PTEN突变；同时在富含雌激素的子宫内膜的上皮组织中的PTEN蛋白的表达缺失。这种激素和特殊的基因间的相互作用可能是导致癌前病变和癌发展的一个重要因素。以上所述均表明PTEN突变是子宫内膜腺癌发生的早发事件，且PTEN失活可能加速复杂性增生过长内膜发展为癌。
30%～40%的胶质瘤中存在PTEN的突变、纯合子缺失及不表达。PTEN的失活与p-Akt、p-mTOR、p-S6K1的增加有关。CHAKRAVARTI等[36]在92例胶质瘤患者中研究发现，p-PI3K、p-Akt、p-S6K1同caspase3的水平相反，表明活化的PI3K通路抑制凋亡。更重要的是，PI3K/Akt/mTOR通路的激活与胶质瘤的恶性程度增高和患者的生存率下降有关。
Cowden病又称多发性错构瘤综合征，是一种常染色体显性遗传病，以累及所有三胚层分化组织的多器官、多发性错构瘤，同时存在乳腺癌及甲状腺癌高发病风险，及伴有PTEN的体细胞突变为特征。Cowden的先症者中有80%有PTEN基因种系突变，大约2/3发生在外显子5、7、8。尽管散发的甲状腺癌中少有PTEN的体细胞突变，在20%～60%的甲状腺恶性肿瘤中存在10q23杂合子丢失，并且发生恶性侵袭性组织类别肿瘤的风险更高。例如，在87例散发甲状腺肿瘤(14例未分化癌、37例滤泡性癌、21例非典型性腺瘤、15例普通腺癌)中有6例标本存在PTEN的mRNA完全缺失，其中4例都是未分化癌[37]。
3.2.2 PTEN的后天修饰作用 除了先天因素如激酶区遗传性突变等引起PTEN的功能改变以外，后天修饰如甲基化、与DNA病毒癌基因产物结合而失活等，也会导致PTEN功能的下降甚至丧失。PTEN启动子的活性在过表达转录因子早期生长应答蛋白(transcription factor early growth response protein 1， EGR1)时增加[37]。同样，使用甲状腺细胞系及非小细胞肺癌细胞系进行亚临床研究表明，PTEN基因表达沉默与EGR1的mRNA缺失相关[38]。在人类各种肿瘤中，24%～74%肿瘤缺失PTEN蛋白的表达，这可能与EGR1沉默了PTEN的启动子有关。
在宫颈癌中，PTEN突变在早期肿瘤中发生较少，但是在进展期肿瘤中发生率明显增加，尤其是放疗后的肿瘤。相反，PTEN基因的后天修饰作用，不论是因为杂合性丢失还是启动子区的甲基化，在早期宫颈癌包括宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia， CIN)到进展期肿瘤中都有很多报道[38]。CHENG等[23]对62例宫颈鳞癌研究，使用单核苷酸多态性分析表明没有PTEN的突变，仅有8例存在杂合性丢失；但是4/10例CIN病例及36/62例宫颈癌病例存在PTEN启动子区甲基化。PTEN的功能丧失与其启动子区的甲基化有关。该研究表明PTEN启动子区甲基化与患者的年龄、肿瘤分期及分级无关，但与预后有关，存在PTEN启动子区甲基化患者预后明显较差。多变量回归分析模型证实，在控制患者的年龄、病理分级及临床分期后，PTEN是无瘤生存率的一个重要指标。
在胃癌中，KANG等[39]对310例病例研究发现，有62(20%)例胃癌低表达PTEN。PTEN的低表达与肿瘤生长大小及深度、淋巴结转移、TNM分级、临床分期、患者的生存时间显著相关。另外，他们在66例病例中发现有26例存在PTEN启动子区的甲基化，其中的19/26例存在PTEN的低表达。该研究表明PTEN的低表达与胃癌发生发展相关，并且这一低表达与其启动子区甲基化有关。
4 mTOR与肿瘤治疗
4.1 mTOR抑制剂
到现在为止，已有4种mTOR抑制剂被有效地应用于临床，它们是标准的mTOR抑制剂—雷帕霉素和3种雷帕霉素的衍生物：CCI-779、RAD001和AP23573。这3种衍生物都在细胞内与FKBP12形成复合物而发挥作用。到目前为止还没有发现其他的蛋白可以替代雷帕霉素，对鼠的胚胎使用雷帕霉素得到的效果与mTOR基因敲除效果一样[37]。这一动物模型说明雷帕霉素就是mTOR单一特异的抑制剂。
雷帕霉素是大环内酯类抗生素，是从吸水性链霉菌发酵液中提取出来的。1975年，因VEZINA和SEHGAL从加拿大Rap Nui岛的土壤中分离出来而得名。它是一种白色晶状体，分子式为C51H79NO13，不溶于水，易溶于有机溶剂。最初发现它有抗真菌作用，被作为抗白色念珠菌、新型隐球菌﹑黄曲菌的抗真菌药物。1977年MARTEL等报告其具有免疫抑制作用，1989年开始用于器官移植后的抗免疫排斥反应，近年来发现其作为一种非细胞毒性药物，可在体内外引起部分人类肿瘤细胞生长抑制。但是将雷帕霉素作为一种抗肿瘤药物的研究直到上世纪90年代CCI-779这种可从静脉输入的药物发现后才开始热起来，因为它在动物体内有更安全的细胞毒理学作用。
雷帕霉素可作为一种免疫抑制剂，通过交联T细胞受体或MHC的抗原多肽而抑制T细胞增殖。它可以抑制一些细胞因子引起的细胞增殖效应，如IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-6、胰岛素样生长因子(IGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、集落刺激因子(CSFs)[37]。雷帕霉素同传统的免疫抑制剂环胞素A有协同效应，可以减少环胞素A的用量，从而减少其毒性作用，因此于1999年被美国批准应用于预防环胞素A及类固醇的急性注射引起的毒性作用[37]。MARKUS等[42]的动物实验还发现，环孢素A促进小鼠原发与转移性肿瘤的生长，而雷帕霉素不仅在免疫抑制效果上比环孢素A强10倍以上，而且对肿瘤有抑制作用。免疫抑制剂量(1.5mg/kg)的雷帕霉素可以使小鼠肝原发与转移性肿瘤的体积缩小70%，使鼻咽部肿瘤的体积缩小87%；另外它还能降低移植后淋巴增殖疾病的发生率。
除了作为免疫抑制剂以外，雷帕霉素可以预防冠状动脉再狭窄。血管平滑肌细胞的生长、转移和分化是血管损伤后新生内膜的增殖反应。高剂量的雷帕霉素可以阻滞血管成形术后细胞因子引起的血管平滑肌细胞反应性增殖，其机制可能与细胞周期阻滞作用和抑制PDGF引起的转移作用有关[40-41]。
上世纪90年代后，雷帕霉素作为抗肿瘤药物的研究才逐渐热门起来。BUSCA、GREWE等研究发现，雷帕霉素在部分人类肿瘤细胞系如B16 黑色素瘤细胞、Panc-1人类胰腺癌细胞及组织培养和新生瘤鼠模型中具有抑制肿瘤生长的作用，并有剂量依赖性。而且雷帕霉素自身在儿童横纹肌肉瘤中可以引起非依赖P53的凋亡，在白血病HL-60细胞系和卵巢癌SKOV3细胞系中，使细胞更易于对顺铂产生凋亡反应[37]。另外，雷帕霉素还能抑制血管生长。MARKUS等[42]通过体外培养鼠主动脉环的完整切片，检测主动脉环上新血管的芽生情况，发现雷帕霉素浓度在0.1ng/mL时开始抑制主动脉环上新血管的芽生，浓度达1ng/mL时几乎完全阻断了新血管的发生。在老鼠体内实验也发现同样现象。
基于上述临床前的研究结果，雷帕霉素能够抑制由于PI3K或Akt异常引起的癌基因的转化、抑制肿瘤的转移生长和肿瘤血管生成，因此其作为抗肿瘤药物的研究开始热门。
4.2 mTOR抑制剂的作用机制
4.2.1 雷帕霉素抑制肿瘤细胞生长
细胞周期全过程需要不间断的细胞周期依赖性激酶(CDK)和细胞周期蛋白(cyclin)复合物的活化。但在G1期的中晚期，雷帕霉素能通过抑制cyclin-CDK复合物激酶的活性，阻断CDK4-cyclin D和CDK2-cyclin E复合物的活化，结果导致之后的细胞周期进程被抑制，从而阻断细胞周期[43]。
雷帕霉素除了能引起细胞周期阻滞以外，还能通过凋亡和自噬作用引起肿瘤细胞死亡。雷帕霉素引起凋亡可能是通过S6K1在Ser136位磷酸化促凋亡分子BAD，使得BAD与抗凋亡蛋白BCL-XL、BCL-2的结合减少，从而引起凋亡作用[37]。营养素是PI3K的激活剂之一，而mTOR却是自噬作用的内源性抑制剂，因此，营养素的缺乏使得mTOR对自噬的抑制作用解除，使细胞开始自噬并分解代谢大分子量物质从而获得所需能量。雷帕霉素还能通过细胞生长抑制或细胞毒性作用激活自噬作用。
4.2.2 mTOR抑制剂抑制肿瘤血管生成
正常组织中，缺氧诱导因子(HIF-1α)只是在HIF-脯氨酰羟化酶的作用下短暂性的表达；而在肿瘤细胞中，很多因子使HIF-1α稳定的表达，并使其转位于细胞核内。HUDSON等[44]研究发现在前列腺细胞癌中，雷帕霉素通过抑制HIF-1α的表达而使其下游靶基因如血管内皮生长因子(VEGF)和PDGF表达下降，导致了肿瘤血管生成的抑制。另外，研究发现[45-46]雷帕霉素可以通过降低多发性骨髓瘤中VEGF受体的表达，从而使得血管出芽及内皮细胞分化作用受抑制，减少了多发性骨髓瘤中的血管生成。
4.3 mTOR抑制剂的临床应用
雷帕霉素的抗肿瘤活性虽强，但它有两个严重的缺点：稳定性差及溶解性差，即使在生理pH条件下也会发生水解作用而活性下降。RAD001是Novartis公司研发的水溶性比雷帕霉素好的半合成衍生物，具有免疫抑制及抗肿瘤作用，在体内免疫活性与雷帕霉素相当。CCI-779是水溶性更好的丙酸酯类衍生物，几乎无免疫抑制活性，是一种延迟肿瘤增殖的非细胞毒药物。AP23573是由计算机辅助设计出来的半合成药物，在各种有机溶剂、水溶液及全血中都比较稳定，无免疫抑制活性，但具有较强的抗肿瘤作用。这3个雷帕霉素衍生物在静脉给药途径中有更好的药物动力学效应，其中CCI-779和AP23573可口服和静脉给药，RAD001可以口服给药。
目前，这3种药使用主要有下几种给药方式：每隔两周给药一次连服5日，一周一次或每日口服半年。这3种给药方式都存在一定的细胞毒作用，如黏膜炎、易疲劳感、血小板病等，主要存在于每隔两周给药一次连服5日这种给药方式上。因此，临床2、3期研究主要使用每周用药这种给药方式。雷帕霉素衍生物1期临床研究中，在肾癌、乳腺癌、非小细胞肺癌中有抗肿瘤效应，可延长疾病稳定性，且这些效应在很大的剂量范围里都有效。在PI3K/Akt/mTOR通路异常和PTEN失活的肿瘤中进行的2期临床研究，继续使用每周给药方式仍有较好的效果。例如，一项对子宫内膜癌的研究表明[48]，18例患者持续6个月接受每周250mg的CCI-779，除了1例病情恶化以外，其余患者病情稳定，甚至部分有明显的有效反应。
AMATO等[49]在转移性肾细胞癌患者中对RAD001进行了2期临床研究，表明此药的平均耐受时间为7个月，患者可出现黏膜炎、皮疹等副反应。但是有33%的患者出现部分有效反应，86%的患者中位肿瘤进展时间(TTP)超过3个月，从而延长了患者的生存时间。在另一项对复发及耐药的淋巴瘤的2期临床研究中，RAD001同样展示了其抗肿瘤活性[50]。
但是，mTOR抑制剂不是对所有肿瘤都十分有效。例如CHANG等[51]在一个多形性恶性胶质瘤的2期临床研究中发现，CCI-779的抗肿瘤效应短暂，平均时间仅为9周。所以对于mTOR抑制剂而言，到现在为止最有前景的治疗就是对肾细胞癌、鞘状细胞淋巴瘤和子宫内膜癌的治疗。主要是因为这几种肿瘤的复发率高，或者标准的治疗方案效果不好。在其他肿瘤中，如胶质瘤、乳腺癌、神经内分泌肿瘤、胃肠道肉瘤中，使用RAD001、AP23573其客观有效反应性都很低。这使得mTOR抑制剂在肿瘤化疗单一用药中的应用有很大的障碍。
4.4 联合用药
mTOR抑制剂的长期副作用到现在为止还不是很清楚，但是报道称长时间的每周使用CCI-779可能引起非特异性肺炎[37]。短期给予推荐剂量CCI-779仍可以在75%的患者中出现可逆的皮肤副作用例如疱疹、痤疮、斑丘疹等，使得它们更应该使用联合用药方案。到目前为止，已经开始研究mTOR抑制剂同激素、化疗或其他方法治疗肿瘤的联合效应。
在白血病治疗中，MOHI等研究发现[52]，雷帕霉素和伊马替尼联合给药比单用伊马替尼[一种ABL抑制剂，可以有效控制慢性髓细胞性白血病(CML)病情，但是长时间使用却易耐药]更能抑制BCR/ABL突变细胞的增殖活性，并有效增加CML模型鼠的生存时间。另外联合使用5-Fu和雷帕霉素，使得结直肠癌移植小鼠的肝转移率比对照组显著下降。雷帕霉素还可有效抑制荷瘤小鼠的肿瘤血管生成。但是在1期临床研究中却发现联合使用5-Fu和雷帕霉素导致了严重的细胞毒作用，如黏膜炎引起2例患者肠穿孔而死亡[53]。这可能跟使用的CCI-779的剂量过大有关。对顺铂耐药的鳞状癌细胞系存在Akt信号异常，如最新的研究报道称[54]，Akt1过表达使得人肺癌细胞株对顺铂耐药，而突变使Akt1活性下降后可使该细胞株重新对顺铂敏感；并且这一效应是通过mTOR/P70S6K1通路起作用。这一研究结果提供了一个联合使用顺铂和mTOR抑制剂的理论。
PTEN功能丧失，可能是ErbB2过表达的乳腺癌细胞系、移植瘤以及乳腺癌患者对曲妥单抗(一种可以结合到HER2/neu上的单克隆抗体)耐药的原因。到现在为止还没有发现能有效克服曲妥单抗耐药的药物。最近LU等[55]的一项体内体外实验研究发现，联合使用曲妥单抗及Akt/mTOR通路抑制剂，可以有效抑制乳腺癌生长并诱导肿瘤细胞凋亡。在非小细胞肺癌中，Akt磷酸化增加和PTEN表达下降可能与其对gefitinib(一种小的酪氨酸激酶EGFR抑制剂)耐药有关，而联合使用RAD001及gefitinib可以有效抑制肿瘤的生长；并且1期临床研究表明在gefitinib与RAD001之间没有药代动力学相互作用[56]。以上这些资料都有力地支持这一观点：mTOR抑制剂可以克服针对HER2/neu和表皮生长因子受体(EGFR)的化疗耐药性，为联合化疗的应用做了良好的铺垫。
5 结语及前景
以上主要回顾了mTOR的信号传导途径以及它与肿瘤的关系和在肿瘤治疗中的作用。目前，mTOR信号通路的研究越来越受到人们的关注，它在细胞尤其是肿瘤细胞增殖、生长、分化过程中发挥着极其重要的作用，但其中许多作用机制尚不清楚。对mTOR信号通路的深入研究将为进一步了解细胞的生命活动规律，为肿瘤和相关代谢性疾病的治疗提供新的思路和方法。例如，大量的随机试验得到mTOR抑制剂可以提高肾癌患者的生存率；mTOR抑制剂可以恢复一些化疗药的敏感性，如乳腺癌对他莫西芬的耐药和对曲妥单抗的耐药，或者胃肠道间质肿瘤对甲磺酸伊马替尼的耐药等。但是部分肿瘤对单一雷帕霉素衍生物治疗呈低反应性，因此，找到代表其敏感性或耐药性的标志物在今后的研究中仍很重要；筛选对雷帕霉素敏感的肿瘤，并将这些研究结果及知识转化到临床，才能更有力地推动肿瘤分子靶向治疗的应用。
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