【盘点】高选择性mTOR抑制剂的研究进程

PI3K/AKT/mTOR是细胞内重要的信号通路，与体内代谢，细胞生长、增殖和存活等关键调节因子相关，并且在癌症和神经退行性疾病中过度激活^[1]。其信号通路具体过程为：PIP3与细胞内的信号蛋白AKT和PDK1结合,促使PDK1磷酸化AKT蛋白导致其活化；活化的AKT通过磷酸化多种酶、激酶等信号通路下游因子，进而参与细胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖转运等多种细胞功能的调节。

mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）是PI3K/Akt信号通路下游的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其C端与磷脂酰肌醇激酶（PI3K）催化域同源，属于一个重要的真核细胞信号，能够协调细胞生长、代谢，影响转录和蛋白质合成，调节细胞的凋亡、自噬等，目前已发现mTOR在各种细胞过程中被激活，比如肿瘤形成、血管生成、胰岛素抵抗、脂肪形成及淋巴细胞活化，并在多种癌症及2型糖尿病中表达失调。

mTOR具体的定义组成和结构

mTORC1由mTOR、Raptor和mLST8以及非核心组件PRAS40和Deptor组成，其中mTOR是复合物的催化亚基；Raptor是mTOR的调控蛋白质，与TOR信号基序结合促进mTORC1的底物募集；mLST8与mTORC1催化结构域相关，可以稳定激酶活化。当mTORC1的活性降低时，PRAS40和Deptor被招募，进一步的抑制mTORC1表达；而当mTORC1激活后，直接磷酸化PRAS40和Deptor，降低他们的抑制作用并进一步激活mTORC1信号传导。

mTORC2的组成蛋白主要有Rictor、mSin1、mSLT8和Protor等，在真核生物中保守性较弱的Rictor可以与Protor-1相互作用；mLST8的功能是维持Rictor与mTOR的相互作用，还能与Rictor共同参与调节Akt和PKCa疏水基的磷酸化。

mTOR作用效果和机制

mTOR参与体内多条信号通路，具体有：

1，mTOR信号通路可影响基因转录及蛋白质合成，在细胞生长增殖过程中起重要作用。

2，mTOR信号通路影响T细胞中细胞因子的表达，参与免疫抑制。

3，mTOR信号通路可影响细胞增殖，使其成为抗肿瘤治疗的新靶点。

4，mTOR信号通路在运动代谢等疾病方面也有重要调节作用。

mTOR包括mTORC1和mTORC2两种不同的复合体，这两种复合体均属于磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶(PIKK)蛋白家族，但因其定位于不同的亚细胞区，所以它们的活化和功能也不同，进而可以调节不同的细胞进程。mTORC1主要促进蛋白质合成、脂肪生成、能量代谢、抑制自噬作用和溶酶体形成；而mTORC2则在肌动蛋白细胞骨架、细胞存活及代谢等方面发挥重要作用。

mTOR与疾病的相关性

1， mTOR抑制剂雷帕霉素已被证实可延长小鼠的寿命

在一些饮食方案中，限制热量和蛋氨酸，则mTOR活性降低，并抑制线粒体，导致寿命延长。

2，  激活mTOR信号传导会促进肿瘤的发生

目前已在许多癌症中发现mTOR活性失调，包括乳腺癌，前列腺癌，肺癌，黑素瘤，膀胱癌，脑癌和肾癌等。最常见的肿瘤抑制基因是PTEN基因的突变，PTEN磷酸酶通过干扰mTOR的上游效应物PI3K的作用而负面影响mTOR信号传导。

3，阿尔茨海默氏病

在阿尔茨海默病患者脑中，mTOR信号传导过度活跃，而mTOR信号与β-淀粉样蛋白的存在密切相关。体外研究表明，β-淀粉样蛋白是PI3K / AKT通路的激活剂，进而可以激活mTOR。

4，蛋白质合成和细胞生长

mTORC1激活是人体肌肉蛋白质合成和骨骼肌肥大所必需的，骨骼肌中mTORC1信号传导的持续失活会造成老年人肌肉萎缩期间的肌肉质量和力量丧失，以及癌症和由于缺乏身体活动导致的肌肉萎缩。

5，溶酶体损伤抑制mTOR并诱导自噬

mTOR对自噬的调节在本质上也是生长和代谢之间的调节，自噬是当细胞的营养物质或能量不足时，细胞为了维持自己的基本生存需要，就会通过溶酶体降解一些相对次要的蛋白，以及一些相对多余的细胞器，来供给机体物质和能量。活性mTORC1位于溶酶体上，当溶酶体膜被各种外源性或内源性试剂（例如入侵细菌，膜渗透性化学物质，产生渗透活性产物）损坏时，mTOR会被抑制。

6，硬皮病

硬皮病，也称为系统性硬化症，是一种慢性系统性自身免疫性疾病，其特征在于皮肤硬化，会严重影响内脏器官。mTOR在纤维化疾病和自身免疫中发挥作用，目前正在研究通过阻断mTORC信号转导途径作为硬皮病的治疗方法。

mTOR治疗的方向

1，预防移植排斥

mTOR抑制剂，例如，雷帕霉素，已被用于预防移植排斥反应。

2，糖原贮积病

雷帕霉素可以抑制mTORC1，从而增加骨骼肌中GS（糖原合成酶）的磷酸化，这是一种潜在的新型糖原贮积病的治疗方法，涉及肌肉中的糖原积累。

3，抗癌

mTOR抑制剂已被用于治疗多种恶性肿瘤，包括肾细胞癌、和胰腺癌、乳腺癌，但这些药物的具体作用机制尚不十分清楚，研究预测是通过影响肿瘤血管生成和G1 / S转换来起作用。

4，抗衰老

mTOR抑制剂可用于治疗和预防神经退行性疾病等与年龄相关的疾病，在使用mTOR抑制剂短期治疗后，在老年人（65岁及以上）中，接受治疗的受试者在一年内感染数量减少。

mTOR抑制剂的发展史

mTOR属于PI3K相关的激酶家族，参与介导生长、营养、能量获取等来调控细胞增殖、凋亡等，且mTOR处于肿瘤信号通路的关键位置，因此针对mTOR的抑制剂被广泛应用于肿瘤的靶向治疗。

西罗莫司（雷帕霉素）、依维莫司、替西罗莫司、Ridaforolimus是mTOR的第一代抑制剂，它们并称为雷帕霉素及其衍生物。一代mTOR抑制剂，主要是抑制复合体mTORC1，这可能会导致对PI3K信号通路的负反馈受到影响，进而增强了AKT的磷酸化活性，使得患者带药物易产生耐药性。

第二代mTOR抑制剂可以同时抑制复合物mTORC1和mTORC2，理论上可以通过阻断mTORC2减少AKT的磷酸化。第二代的mTOR抑制剂现在正处在临床试验阶段，包含OSI027s、INK128、AZD8055、AZD2014等。

第三代mTOR抑制剂Rapalink，是通过把雷帕霉素和MLN0128两种药物在分子结构上连起来，形成一种更加强大的药物。Rapalink能够进入癌细胞内部，关闭mTOR信号，在动物实验中测试了Rapalink抑制肿瘤生长的能力，发现其可以降低对第一代或第二代mTOR抑制剂产生耐药性肿瘤的大小。

mTOR抑制剂的最新研究进展

最近报道的PQR309（1）^[2]，是一种具有脑渗透性和口服生物活性的PI3K / mTOR抑制剂，目前正处在治疗淋巴瘤和实体瘤的II期临床试验中。通过引入具有特定空间需求和确定的电子特性的取代基，开发了高选择性和高效的mTOR抑制剂PQR620（3）^[3]。主要思路是通过用二氟甲基取代PQR309（1）中的三氟甲基来增加对mTOR激酶的结合亲和力，然后用吗啉基团的引入来降低PI3K结合。

mTOR能够促进细胞增殖，生长和存活，并且在许多肿瘤和中枢神经系统疾病中过度激活。PQR620（3）显示出对mTOR优于PI3K和蛋白激酶的选择性，并且在66个癌细胞系组中有效地阻止了癌细胞生长。在C57BL / 6J小鼠和Sprague Dawley中，30分钟后达到血浆和脑中的最大浓度（Cmax），半衰期（t_{1 / 2}）> 5小时；在卵巢癌小鼠异种移植模型（OVCAR-3）中，PQR620（3）每日给药后，能够明显抑制肿瘤生长，并在大鼠和小鼠中均具有良好的耐受性。言而总之，临床前数据显示PQR620（3）能够有效和有选择性地抑制mTOR激酶，在体外和体内显示出抗肿瘤作用，说明该化合物值得进一步的研究、测试。

参考文献：

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.