【盤點】高選擇性mTOR抑製劑的研究進程

PI3K/AKT/mTOR是細胞內重要的信號通路，與體內代謝，細胞生長、增殖和存活等關鍵調節因子相關，並且在癌症和神經退行性疾病中過度激活^[1]。其信號通路具體過程為：PIP3與細胞內的信號蛋白AKT和PDK1結合,促使PDK1磷酸化AKT蛋白導致其活化；活化的AKT通過磷酸化多種酶、激酶等信號通路下遊因子，進而參與細胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖轉運等多種細胞功能的調節。

mTOR（哺乳動物雷帕黴素靶蛋白）是PI3K/Akt信號通路下遊的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其C端與磷脂酰肌醇激酶（PI3K）催化域同源，屬於一個重要的真核細胞信號，能夠協調細胞生長、代謝，影響轉錄和蛋白質合成，調節細胞的凋亡、自噬等，目前已發現mTOR在各種細胞過程中被激活，比如腫瘤形成、血管生成、胰島素抵抗、脂肪形成及淋巴細胞活化，並在多種癌症及2型糖尿病中表達失調。

mTOR具體的定義組成和結構

mTORC1由mTOR、Raptor和mLST8以及非核心組件PRAS40和Deptor組成，其中mTOR是複合物的催化亞基；Raptor是mTOR的調控蛋白質，與TOR信號基序結合促進mTORC1的底物募集；mLST8與mTORC1催化結構域相關，可以穩定激酶活化。當mTORC1的活性降低時，PRAS40和Deptor被招募，進一步的抑製mTORC1表達；而當mTORC1激活後，直接磷酸化PRAS40和Deptor，降低他們的抑製作用並進一步激活mTORC1信號傳導。

mTORC2的組成蛋白主要有Rictor、mSin1、mSLT8和Protor等，在真核生物中保守性較弱的Rictor可以與Protor-1相互作用；mLST8的功能是維持Rictor與mTOR的相互作用，還能與Rictor共同參與調節Akt和PKCa疏水基的磷酸化。

mTOR作用效果和機製

mTOR參與體內多條信號通路，具體有：

1，mTOR信號通路可影響基因轉錄及蛋白質合成，在細胞生長增殖過程中起重要作用。

2，mTOR信號通路影響T細胞中細胞因子的表達，參與免疫抑製。

3，mTOR信號通路可影響細胞增殖，使其成為抗腫瘤治療的新靶點。

4，mTOR信號通路在運動代謝等疾病方麵也有重要調節作用。

mTOR包括mTORC1和mTORC2兩種不同的複合體，這兩種複合體均屬於磷脂酰肌醇3-激酶相關激酶(PIKK)蛋白家族，但因其定位於不同的亞細胞區，所以它們的活化和功能也不同，進而可以調節不同的細胞進程。mTORC1主要促進蛋白質合成、脂肪生成、能量代謝、抑製自噬作用和溶酶體形成；而mTORC2則在肌動蛋白細胞骨架、細胞存活及代謝等方麵發揮重要作用。

mTOR與疾病的相關性

1， mTOR抑製劑雷帕黴素已被證實可延長小鼠的壽命

在一些飲食方案中，限製熱量和蛋氨酸，則mTOR活性降低，並抑製線粒體，導致壽命延長。

2，  激活mTOR信號傳導會促進腫瘤的發生

目前已在許多癌症中發現mTOR活性失調，包括乳腺癌，前列腺癌，肺癌，黑素瘤，膀胱癌，腦癌和腎癌等。最常見的腫瘤抑製基因是PTEN基因的突變，PTEN磷酸酶通過幹擾mTOR的上遊效應物PI3K的作用而負麵影響mTOR信號傳導。

3，阿爾茨海默氏病

在阿爾茨海默病患者腦中，mTOR信號傳導過度活躍，而mTOR信號與β-澱粉樣蛋白的存在密切相關。體外研究表明，β-澱粉樣蛋白是PI3K / AKT通路的激活劑，進而可以激活mTOR。

4，蛋白質合成和細胞生長

mTORC1激活是人體肌肉蛋白質合成和骨骼肌肥大所必需的，骨骼肌中mTORC1信號傳導的持續失活會造成老年人肌肉萎縮期間的肌肉質量和力量喪失，以及癌症和由於缺乏身體活動導致的肌肉萎縮。

5，溶酶體損傷抑製mTOR並誘導自噬

mTOR對自噬的調節在本質上也是生長和代謝之間的調節，自噬是當細胞的營養物質或能量不足時，細胞為了維持自己的基本生存需要，就會通過溶酶體降解一些相對次要的蛋白，以及一些相對多餘的細胞器，來供給機體物質和能量。活性mTORC1位於溶酶體上，當溶酶體膜被各種外源性或內源性試劑（例如入侵細菌，膜滲透性化學物質，產生滲透活性產物）損壞時，mTOR會被抑製。

6，硬皮病

硬皮病，也稱為係統性硬化症，是一種慢性係統性自身免疫性疾病，其特征在於皮膚硬化，會嚴重影響內髒器官。mTOR在纖維化疾病和自身免疫中發揮作用，目前正在研究通過阻斷mTORC信號轉導途徑作為硬皮病的治療方法。

mTOR治療的方向

1，預防移植排斥

mTOR抑製劑，例如，雷帕黴素，已被用於預防移植排斥反應。

2，糖原貯積病

雷帕黴素可以抑製mTORC1，從而增加骨骼肌中GS（糖原合成酶）的磷酸化，這是一種潛在的新型糖原貯積病的治療方法，涉及肌肉中的糖原積累。

3，抗癌

mTOR抑製劑已被用於治療多種惡性腫瘤，包括腎細胞癌、和胰腺癌、乳腺癌，但這些藥物的具體作用機製尚不十分清楚，研究預測是通過影響腫瘤血管生成和G1 / S轉換來起作用。

4，抗衰老

mTOR抑製劑可用於治療和預防神經退行性疾病等與年齡相關的疾病，在使用mTOR抑製劑短期治療後，在老年人（65歲及以上）中，接受治療的受試者在一年內感染數量減少。

mTOR抑製劑的發展史

mTOR屬於PI3K相關的激酶家族，參與介導生長、營養、能量獲取等來調控細胞增殖、凋亡等，且mTOR處於腫瘤信號通路的關鍵位置，因此針對mTOR的抑製劑被廣泛應用於腫瘤的靶向治療。

西羅莫司（雷帕黴素）、依維莫司、替西羅莫司、Ridaforolimus是mTOR的第一代抑製劑，它們並稱為雷帕黴素及其衍生物。一代mTOR抑製劑，主要是抑製複合體mTORC1，這可能會導致對PI3K信號通路的負反饋受到影響，進而增強了AKT的磷酸化活性，使得患者帶藥物易產生耐藥性。

第二代mTOR抑製劑可以同時抑製複合物mTORC1和mTORC2，理論上可以通過阻斷mTORC2減少AKT的磷酸化。第二代的mTOR抑製劑現在正處在臨床試驗階段，包含OSI027s、INK128、AZD8055、AZD2014等。

第三代mTOR抑製劑Rapalink，是通過把雷帕黴素和MLN0128兩種藥物在分子結構上連起來，形成一種更加強大的藥物。Rapalink能夠進入癌細胞內部，關閉mTOR信號，在動物實驗中測試了Rapalink抑製腫瘤生長的能力，發現其可以降低對第一代或第二代mTOR抑製劑產生耐藥性腫瘤的大小。

mTOR抑製劑的最新研究進展

最近報道的PQR309（1）^[2]，是一種具有腦滲透性和口服生物活性的PI3K / mTOR抑製劑，目前正處在治療淋巴瘤和實體瘤的II期臨床試驗中。通過引入具有特定空間需求和確定的電子特性的取代基，開發了高選擇性和高效的mTOR抑製劑PQR620（3）^[3]。主要思路是通過用二氟甲基取代PQR309（1）中的三氟甲基來增加對mTOR激酶的結合親和力，然後用嗎啉基團的引入來降低PI3K結合。

mTOR能夠促進細胞增殖，生長和存活，並且在許多腫瘤和中樞神經係統疾病中過度激活。PQR620（3）顯示出對mTOR優於PI3K和蛋白激酶的選擇性，並且在66個癌細胞係組中有效地阻止了癌細胞生長。在C57BL / 6J小鼠和Sprague Dawley中，30分鍾後達到血漿和腦中的最大濃度（Cmax），半衰期（t_{1 / 2}）> 5小時；在卵巢癌小鼠異種移植模型（OVCAR-3）中，PQR620（3）每日給藥後，能夠明顯抑製腫瘤生長，並在大鼠和小鼠中均具有良好的耐受性。言而總之，臨床前數據顯示PQR620（3）能夠有效和有選擇性地抑製mTOR激酶，在體外和體內顯示出抗腫瘤作用，說明該化合物值得進一步的研究、測試。

參考文獻：

1, Saxton, R. A; Sabatini, D. M. mTOR signaling ingrowth, metabolism, and disease. Cell 2017, 168, 960– 976.

2, Beaufils, F;Cmiljanovic, N; et al. 5-(4, 6-dimorpholino-1, 3, 5-triazin-2-yl)-4-(trifluoromethyl)pyridin-2-amine (PQR309), a potent, brain-penetrant, orally bioavailable,pan-class I PI3K/mTOR inhibitor as clinical candidate in oncology. J. Med.Chem. 2017, 60, 7524-7538.

3, Denise Rageot, Thomas Bohnacker, et al. Discoveryand Preclinical Characterization of 5-[4,6-Bis({3-oxa-8-azabicyclo[3.2.1]octan-8-yl})-1,3,5-triazin-2-yl]-4-(difluoromethyl)pyridin-2-amine(PQR620), a Highly Potent and Selective mTORC1/2 Inhibitor for Cancer andNeurological Disorders. J. Med. Chem. 2018, 61, 22, 10084-10105.