生物医药靶点赛道：mTOR

mTORC1 和 mTORC2

PI3K/Akt/mTOR 信号通路是最重要的细胞内通路之一，可调节细胞生长、运动、存活、代谢和血管生成。PI3K/Akt/mTOR 通路的持续性激活会有利于肿瘤的发展和对抗癌治疗的耐药机制形成。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是 PI3K/mTOR 通路的最后成分，其调节细胞增殖、生长、代谢和蛋白合成的功能主要通过两个结构和功能上都有明显差异的蛋白复合物实现，分别是 mTOR 复合物 1（mTORC1）和 mTOR 复合物 2（mTORC2）。

mTORC1 和 mTORC2 的激活方式有 PI3K/mTOR 通路紧密相关，后者的激活是受如胰岛素信号的刺激下，活化的 PI3K 会促使 mTORC2 与核糖体的结合，使 mTORC2 处于激活状态，激活后的 mTORC2 和 PDK1 双重磷酸化 Akt，使其处于完全活化状态。随后，活化的 Akt 会抑制性磷酸化其下游 TSC2，阻碍 TSC2 和 TSC1 的结合，使受其抑制的 RHEB 活性释放，间接性过 RHEB 激活 mTORC1。

从 mTORC1 激活后的下游信号传导来看，在正常生理过程中，激活后的 mTORC1 会进一步将信号传导至其下游，磷酸化激活有利于促进细胞分裂的蛋白、脂质和核苷酸的合成的效应因子，如 4E-BP1 和 S6K1，使两者断开与能促进蛋白转译的起始子 eIF-3、eIF-4E 的结合，促进在有丝分裂 G1 期中重要的蛋白转译发生和核糖体合成，从而结果上促进细胞的增殖与分化。

图片来源：《mTOR Signaling in Cancer and mTOR Inhibitors in Solid Tumor Targeting Therapy》

mTOR 与癌症

mTOR 介导的促癌信号主要通过三种机制：① mTOR 自身的基因突变会使 mTOR 信号通路持续保持超激活状态；② mTORC1 和 mTORC2 两种复合物中成分的基因变化会使 mTOR 信号保持激活状态；③ PI3K/mTOR 通路上游各成分的基因突变会导致 mTOR 信号的异常激活。相比于第一种，第三种机制获得的关注最高，其次为近年来愈来愈受到关注的第二种机制。

在第一种机制下，已有超过 30 种 mTOR 突变基因型在多种癌症类型中被发现，相关研究发现 mTOR 基因的突变除了会导致 mTOR 蛋白活性的增强外，还被发现与 mTOR 抑制剂的耐药机制形成有关。其中，位于 E1799K（谷氨酸突变为赖氨酸）、S2215F（丝氨酸突变为苯丙氨酸）是出现频次较多的突变位点。

图表 1：mTOR 基因在各癌症类型中的基因改变情况

来源：cBioPortal，来觅数据整理

mTORC1 包含 5 个成分：mTOR 的催化激酶亚基、RAPTOR（mTOR 调节相关蛋白）、MLST8（mammalian lethal with SEC13 protein 8）、PRAS40（proline-rich substrate of 40 kDa）以及 DEPTOR（含有 mTOR 相互作用蛋白的 DEP 结构域）。mTORC2 包含 7 个成分：mTOR 的催化激酶亚基、DEPTOR、MLST8、TTI1/TEL2 复合物、RICTOR（雷帕霉素不敏感性 mTOR 结合蛋白）、mSIN1（哺乳动物应激激活蛋白激酶反应蛋白1）、PROTOR1/2（protein observed with rictor 1 and 2）以及 PRR5（富含脯氨酸的蛋白质 5）。

对第二种机制的研究表示靶向 mTOR 复合物中的其他成分在特定的肿瘤类型中也许有潜在的治疗效应。已有相关研究显示原本应对 mTORC1/2 起抑制活性作用的 DEPTOR 在 HER2+ 的乳腺癌组织中会阻止 HER2（ErbB2）与其他 E3 泛素连接酶的结合，使 HER2 保持稳定状态，而 DEPTOR 的敲除通过缩短 HER2 蛋白的半衰期使 ErbB2-PI3K-AKT-mTOR 通路信号失活，破坏了 HER2 的稳定性，从而诱导细胞凋亡。除此之外，也有研究发现 mTORC2 中 RICTOR 的扩增在乳腺癌、非小细胞肺癌的预后不良以及生存期短有关。

图表 2：mTORC1 和 mTORC2 部分成分在各癌症类型中的扩增概率

来源：cBioPortal，来觅数据整理

第三种机制结果上是 PI3K/mTOR 通路的异常激活，与其上游成分基因变化密切相关，如上游 PIK3CA、Akt 基因的突变，抑癌因子 PTEN、p53 的功能缺失等，都有助于 mTOR 在癌症的病理状态下异常性激活。

相关疗法

鉴于 mTOR 信号在肿瘤发生和进展中的重要作用，学术界和产业界一直在尝试利用 mTOR 抑制剂来减少 mTOR 在各癌症类型中的信号水平。发展至今，根据靶标选择性、耐药性、副作用严重程度的分类可以将 mTOR 抑制剂分为三代抑制剂。

第一代 mTOR 抑制剂主要是雷帕霉素（药物名称：西罗莫司 Sirolimus）及其衍生物（Rapalogs），靶标主要为 mTORC1。其通过与 FKBP12（FK506 结合蛋白 12）结合，组成 FKBP1- 雷帕霉素复合物，使 RAPTOR 从 mTORC1 脱离，抑制 mTORC1 的活性，以及结果上抑制 mTORC1 下游 S6K1 和 4E-BP1 的磷酸化，使蛋白质合成减少和细胞周期停滞。由于雷帕霉素具有水溶性差以及不稳定的特性，科学家研发了雷马霉素衍生物 Rapalogs 来克服这两个问题，代表性药物有坦罗莫司（Temsirolimus）、依维莫司（Everolimus）等。

由于第一代 mTOR 抑制剂的靶标主要为 mTORC1，其导致的其中一个问题便是会同时抑制 mTORC1 的负反馈调节能力，比如 mTROC1 活化时通过磷酸化 S6K1，利用 IRS（胰岛素受体底物）抑制性调节 mTORC2 的能力，在特定肿瘤细胞中从结果上增强 Akt 的活性，阻碍抑制剂的效用。除此之外，雷帕霉素及其衍生物与 FKBP12 的脱靶作用还会导致促凝血的副作用。

针对第一代呈现的问题，第二代 ATP 竞争型 mTOR 抑制剂除了直接与 mTOR 蛋白结合外，在靶标上还在 mTORC1 的基础上扩充到 mTORC2，代表性药物有阿斯利康研发的 AZD8055 等。且由于 mTOR 和 PI3K 蛋白都属于同一个磷脂酰肌醇 3- 激酶相关激酶 （PIKK） 激酶家族，因此一些第二代抑制剂对 mTOR 复合物以及作用于 mTORC1 上游的 PI3K 具有双重抑制作用。

来源：《Recent advances and limitations of mTOR inhibitors in the treatment of cancer》

第三代 mTOR 抑制剂与 mTOR 基因突变介导的耐药性的形成密切相关。其中，与第一代 mTOR 抑制剂耐药性形成有关的两个突变位点是位于 FRB 结构域（FKBP12–雷帕霉素结合域）的 A2034V（丙氨酸突变为缬氨酸）、F2108L（苯丙氨酸突变为亮氨酸）位点；与第二代 mTOR 抑制剂耐药性形成的相关突变位点是位于激酶结构域的 M2327I（甲硫氨酸突变为异亮氨酸）位点。实验显示目前尚在研究中的第三代 mTOR 抑制剂 RapaLink-1 在耐雷帕霉素和耐 AZD8055 的异种移植物中保持活性。

值得注意的是，在第一代和第二代 mTOR 抑制剂的耐药性层面上，对 mTOR 抑制剂的敏感性受其他致癌通路的调节，如 NF-kB 以及此前涵盖的 ERK/MAPK 通路等。其中， ERK/MAPK 通路与 PI3K/mTOR 通路在癌症发生中的作用紧密相连，且 KRAS/BRAF 突变被发现为 mTOR 抑制剂耐药性形成的生物标志物。除此之外，研究发现 mTOR 的抑制会导致 MEK/ERK 通路的激活（如同针对 ERK1/2 的抑制会增强 PI3K/AKT 通路对肿瘤细胞的信号支持一样），表明在疗法的层面上将针对两条通路不同成分的抑制剂联用的潜在疗效。

鉴于 mTOR 通路在癌细胞生长、侵袭中的重要作用，几十年来学术界和产业界已将 mTOR 抑制剂展开针对多种癌症类型的试验。在药物层面上的临床及上市进展来看，目前获批用于癌症治疗的 mTOR 抑制剂主要为第一代，如 2007 年获 FDA 批准治疗肾细胞癌，惠氏研发的坦罗莫司（Temsirolimus）、以及 2012 年获批治疗晚期HR（+）HER2（-）乳腺癌，诺华研发的依维莫司（Everolimus）。而第二代 mTOR 抑制剂单药和联合疗法的临床进度推进多处于 I 期和 II 期。

图表 3：不同癌症类型中已有相关试验的 mTOR 抑制剂

来源：世卫组织，PMC，来觅数据整理

从国产 mTOR 抑制剂的发展现状来看，相比于海外，国内 mTOR 抑制剂研发起步较晚，所针对的发展方向多为 ATP 竞争型抑制剂，靶标涵盖 mTORC1 和 mTORC2，同时也有 PI3K/mTOR 双靶点抑制剂。其中徐诺药业官方宣称其旗下 mTOR 抑制剂 XP-105 为第三代 mTOR 抑制剂。

图表4：部分国产 mTOR 创新药的厂商及融资情况

来源：来觅数据，Wind 医药库

参考资料

1.《mTOR Signaling in Cancer and mTOR Inhibitors in Solid Tumor Targeting Therapy》, 2019, MDPI

2.《PI3K/Akt/mTOR Pathway and Its Role in Cancer Therapeutics: Are We Making Headway?》, 2022, Frontiers in Oncology

3.《Recent advances and limitations of mTOR inhibitors in the treatment of cancer》, 2022, BMC

4.《DEPTOR stabilizes ErbB2 to promote the proliferation and survival of ErbB2-positive breast cancer cells》, 2021, Theranostics

5.《Suppression of feedback loops mediated by PI3K/mTOR induces multiple over-activation of compensatory pathways: an unintended consequence leading to drug resistance》, 2014, Mol Cancer Ther