PI3K抑制剂：从靶向治疗走向肿瘤微环境

严格来讲，PI3K其实不是一个蛋白，它是由一个催化亚基和一个调节亚基组成的复合物，我们通常讲的PI3K抑制剂一般为PI3K催化亚基的抑制剂。

根据结构和底物的特异性不同，PI3K可分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型3类。其中，I型PI3K是目前研究最深入、最广泛的亚型，其与肿瘤的关系也最为密切，而I型PI3K又分为IA和IB两型。IA型PI3K的催化亚基包括p110α、p110β、p110δ等三个蛋白，IB型PI3K的催化亚基只有一个——p110γ，根据催化亚基的不同，这些PI3K被依次称为PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kδ、PI3Kγ。从表达上来看，PI3Kα、PI3Kβ在多种细胞中表达，而PI3Kδ、PI3Kγ则只在免疫系统中表达。Ⅰ型PI3K的结构如下图所示：

PI3K位于众多重要信号通路的关键性信号位置。当上游信号G蛋白偶联受体（GPCR）或受体络氨酸激酶（RTK）激活时，PI3K的调节亚基p85被募集到质膜附近，催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）磷酸化形成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）：

PIP3作为第二信使可激活下游一系列信号通路。PIP3与AKT（又称PKB）的N端PH结构域结合，使AKT转移至细胞膜上；在PDK1的协助下，PI3K通过磷酸化AKT蛋白上特定的位点而激活AKT。活化后的AKT可通过抑制GSK3以cyclin D1从而调节细胞周期；也可通过抑制Bad对抗细胞凋亡；还可增加核转录因子NF-kB的转录活性，从而增加肿瘤细胞的运动能力，促进肿瘤转移。此外，活化的AKT还可以磷酸化激活mTOR信号通路，进而影响细胞生长和细胞周期。PI3K信号通路如下图所示：

上文已经介绍了PI3K及其下游的信号通路。作为连接细胞膜表面受体和细胞核内转录活性的重要桥梁，PI3K信号通路在许多肿瘤中呈现一种过度激活的状态。PI3K信号通路的过度激活原因很多，如抑癌基因PTEN的失活突变、下游信号蛋白的过表达和突变等；而具体到PI3K本身，最常见的基因改变为PIK3CA基因的激活突变（该基因编码p110α亚基）。PIK3CA突变在一些常见肿瘤中有较高的突变频率（如乳腺癌：40%；子宫内膜瘤36%；结肠癌32%），且突变多发生在H1047、E542、E545等三个位点（如下图所示），而发生在I型PI3K的其余三个催化亚基（β、δ、γ）上的突变则相对较少。

I型PI3K的4个催化亚基结构较为相似，下游信号通路也大体一致。虽然它们在不同组织中的表达情况差别很大，且突变主要集中在p110α亚基上，但由于PI3K下游的信号通路极其复杂，单纯抑制某种PI3K亚型可能会由于肿瘤细胞内的代偿机制而产生耐药，因此开发一款泛PI3K（pan-PI3K）的抑制剂似乎是研发立项最佳的选择，早期的PI3K靶向药研发也确实集中在这个方向。但泛PI3K抑制剂开发的最大挑战就是不良反应太强。作为一种激酶，PI3K在细胞内是冗余存在的。有实验证实，要想达到抑制肿瘤细胞生产的效果，必须能够抑制PI3K至少90%的催化活性，这就势必要加大抑制剂的剂量。然而PI3K信号途径在正常细胞内也是不可或缺的（只是表达较低），大剂量的用药往往造成患者难以忍受毒副作用而中断治疗。

下表统计了早年pan-PI3K抑制剂的研发情况，2012年共有11款pan-PI3K抑制剂处于研发后期，大部分已经推进到了临床1期；而到了2017年，上述11款产品中的10款已经终止研发，只有copanlisib走到最后并于2017年获批治疗复发性滤泡性淋巴瘤。在这些中断研发的pan-PI3K抑制剂中，毒副作用过强是最主要的原因，上述事实说明pan-PI3K抑制剂的研发显然已经走到了死胡同。

在不良反应的为难之下，研究人员纷纷倒戈，转向研发亚型特异性的PI3K抑制剂。我对目前上市和临床阶段的肿瘤领域的PI3K抑制剂进行了总结（已经终止的项目不再列出，亦未列出PI3K-mTOR等多靶点抑制剂），可以看到在已上市的4种药物中，除了上一段提到的copanlisib外均为亚型选择性的抑制剂。

除了不良反应这一限制性因素以外，早期PI3K抑制剂的药效本身也往往令人失望。我们已经知道，PI3K信号通路在肿瘤中往往发生上调，但这是不是说明抑制PI3K就往往能够取得良好的疗效呢？举了例子：许多体重超标的人很容易出汗，那是不是买点止汗露把出汗的毛病给治好了人就能瘦下来呢？显然并不是这样，因为能量摄入过多才是体重超标的根本原因。

由于PI3K信号通路在肿瘤中的过度激活，早期人们总是想当然的以为PI3K是肿瘤发生的driver oncogene；但无数实验已经证实，与BRAF、BCR-ABL、ALK等经典oncogene的抑制剂相比，PI3K抑制剂在体外对肿瘤细胞的杀伤活性要弱不少。此外，经PI3K抑制剂处理的肿瘤细胞往往只会停止生长而非走向凋亡，这就给了肿瘤细胞通过多种途径产生耐药的可乘之机。再如，在肿瘤细胞中过表达野生型的PI3K，其对肿瘤细胞生长的影响要弱于过表达其它的oncogene。这些事实都说明至少PI3K信号通路对细胞肿瘤本身而言不如原先设想的那般重要，因此后来的药物往往采用联合治疗来增加应答率。在传统道路越走越窄的时候，新机制的发现又给PI3K抑制剂投下了一束曙光。下面就针对不同的PI3K亚型来讨论对应抑制剂的开发进展。

PI3Kα在人体各类细胞中均有不同程度的表达，基本没有表现出组织特异性。

作为乳腺癌、结直肠癌、头颈鳞癌等实体肿瘤中最常见的突变基因之一，PI3Kα抑制剂理应成为研发的热点，但目前为止只在乳腺癌上看到了较为显著的疗效。2019年获批的PI3Kα抑制剂alpelisib的适应症即为HR阳性、HER2阴性的转移性乳腺癌。

基础研究已经证实，HR+的乳腺癌对PI3K信号通路的依赖程度极高，约40%的ER+/HER2-乳腺癌中可检测到PIK3CA（该基因编码p110α）的激活突变。虽然目前关于PIK3CA突变对乳腺癌预后的影响众说纷纭，但这并不影响PI3Kα抑制剂的开发。SOLAR-1研究结果显示，与氟维司琼单药相比，alpelisib联合氟维司琼可使HR阳性乳腺癌受试者的中位PFS从5.7个月提升至11个月，3-4级不良反应主要为PI3K抑制剂常见的高血糖症（高达36.6%），如下图所示。

由于在除乳腺癌外的实体瘤中收效甚微，PI3Kα抑制剂的研究较少。除了已上市的alpelisib外，还有inavolisib（Roche）、MEN-1611（Menarini）、ASN-003（Asana BioSciences）、LX-086（罗欣药业）、serabelisib（Petra）、CYH-33（海和药物）等六款产品处在临床研究阶段。

PI3Kβ蛋白的表达不存在组织特异性，在人体各类组织细胞中均有不同程度的表达：

前文已经对PI3K各亚型的靶向药研发现状进行了总结，从中可以看出，研发中的PI3Kβ抑制剂几乎可以用“门可罗雀”来形容，只有几款多靶点抑制剂处在临床研究阶段，因此本小节不再对具体药物展开讨论。

虽然走的人不多，但这也未必就是一条绝路。有研究表明，PTEN突变的肿瘤细胞似乎对PI3Kβ抑制剂异常敏感，尤其是前列腺癌和乳腺癌中。已有多个数据表明PI3Kβ特异性抑制剂能够有效杀死PTEN缺失的肿瘤细胞，但这些数据均来自于细胞水平或动物模型，期待日后能够在临床研究中看到类似的结果。

与α、β两种在各细胞中均有表达的亚型相比，PI3Kδ主要在免疫系统中表达。

PI3Kδ的活性与B细胞的分化和发育密不可分，例如小鼠PI3Kδ基因的缺失会导致B细胞数量大大下降，因此PI3K抑制剂主要在各种B细胞恶性肿瘤中展开探索。Idelalisib是最早进入临床研究阶段的PI3Kδ抑制剂，令人欣喜的是这款药物在多种B细胞恶性肿瘤上都收获了奇效。但令人意外的是，后续的机制研究表明idelalisib对B细胞的杀伤并不是通过直接诱导细胞凋亡来实现的，而是通过将恶性的B细胞“驱离”淋巴结，从而使B细胞离开赖以生存的肿瘤微环境从而丧失活性。

事实上，PI3Kδ与B细胞淋巴瘤领域的另一类特效药——BTK抑制剂同处BCR信号通路的下游，对B细胞的生长和增殖极为重要（如下图所示）。Idelalisib能够抑制B细胞的生长和增殖，还能通过下调多种趋化因子受体的表达来抑制B细胞的再循环。2014年，Idelalisib（商品名：Zydelig）片剂获批上市，用于治疗复发性慢性淋巴细胞白血病（CLL）、复发性滤泡性B细胞非霍奇金淋巴瘤、复发性小淋巴细胞淋巴瘤（SLL）。

随着研究的深入，研究人员逐渐意识到，除了直接抑制肿瘤细胞外，对肿瘤微环境中Treg的抑制作用也是PI3Kδ抑制剂发挥功能的重要途径。虽然idelalisib对具有抗肿瘤功能的Teff也有不利的影响，但显然其对Treg的抑制作用更大（如下图所示）。这说明即使是已经成功获批上市的靶向药物，其作用机制也未必已经完全探明，基础研究的进步已经成为新药开发的重要推动力。

作为首个收获惊人疗效的PI3K抑制剂，idelalisib有着众多的追随者。目前已经进入临床研究阶段（且并未终止）的PI3Kδ选择性抑制剂超过10种，其中TGTherapeutics的umbralisib已于2020年初提交NDA。duvelisib虽然是双靶点抑制剂，但其对PI3Kδ的抑制效果要远高于对PI3Kγ的抑制效果（duvelisib对PI3Kδ的IC50为2.5nM，对PI3Kγ的IC50为27.4nM），因此其疗效也主要是通过抑制PI3Kδ来实现的。duvelisib已于2018年获批治疗CLL、SLL、FL等B细胞淋巴瘤。

与PI3Kδ类似，PI3Kγ也主要在免疫系统中表达：

与PI3Kδ抑制剂热火朝天的研发现状相比，PI3Kγ抑制剂的研发也略显惨淡，只有infinity的eganelisib进入了临床研究阶段，该药物已于2020年获得了治疗TNBC的快速通道资格。

尽管现状不尽如人意，但我们仍要相信PI3Kγ抑制剂的未来充满光明。2016年，Nature杂志上同期发表了两篇研究论文，对PI3Kγ在肿瘤微环境中的重要功能进行了研究（如下图所示）。这两个研究从不同的角度证明了PI3Kγ对肿瘤微环境中M2型巨噬细胞发挥免疫抑制功能具有重要的意义，而PI3Kγ抑制剂可以通过抑制M2型巨噬细胞，使原本对PD-1、CTLA-4等抗体耐药的肿瘤细胞丧失对免疫治疗的耐药性。上述研究揭示了PI3Kγ在与免疫检查点抑制剂联合治疗实体瘤方面有着广泛的应用空间。

Infinity的eganelisib（IPI-549）是首个也是目前唯一一个进入临床研究的PI3Kγ抑制剂。2020年5月，Infinity公司公布的phase 1/1b MARIO-1研究数据显示，eganelisib联合O药在多个多线治疗后复发实体瘤中收获疗效（这些病人均对先前PD-1免疫治疗耐药）。目前eganelisib已经获得了治疗TNBC的快速通道资格。

PI3Kγ可能是PI3K蛋白4个亚型中最值得投资者关注的靶点。前文提到的PI3Kδ虽然也有抑制肿瘤微环境中Treg的功能，但其在实体瘤中的疗效尚未得到验证。

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