Systems biology approach for targeted therapy of liver cancer pi3k/akt/mtor pathway inhibitors: an ally or rival for sorafenib

Hepatosellüler kanser (HCC) dünyada kanser nedenli ölümlerin başlıca nedenlerindendir. Agresif doğası ve geleneksel terapilere dirençli olması nedeniyle erkeklerde ikinci kadınlarda ise altıncı en sık görülen kanser ölümü sebebidir. Sorafenib (Nexavar, BAY43-9006), anti-anjiyojenik özelliler taşıyan çoklu-kinaz inhibitörü, FDA tarafından ileri düzey HCC hastalarının tedavisi için onaylanan tek moleküler-hedefli ajandır. Lakin, Sorafenib sınırlı sağkalım avantajı sağlamakta, direnç ve tümör nüksü gözlemlenmektedir. Güncel tek-hedefli veya tek sinyal yolağı merkezli ilaç tasarımları ileri düzeydeki HCC tedavisi için yeterli değildir. İleri düzeydeki HCC tedavisine yönelik klinik çalışmaların olumsuz sonuçları klinik heterojenite, sirozlu doku ve birbirini kompanse edebilen sinyal yolakların kanser karakteristik özelliklerini sağlamadaki örtüşen fonksiyonlarıdır. Tümör ortamında salgılanan büyüme faktörleri, pro-inflamatuar ve immün-baskılayıcı sitokinlerin ve kemokinlerin tümör arttırıcı sinyal yolaklaını aktive etmesi Sorafenib tedavisine karşı direnç kazandırır. Raf/MEK/ERK ve PI3K/AKT/mTOR başlıca tümör destekleyici sinyal yolaklarıdır ve kanserin karakteristik özelliklerinı düzenleyici fonksiyonları vardır. Birbiriyle örtüşen işlevleri vardır ve bir yolun inhibisyonu diğer telafi edici yolu uyarabilir. Sorafenib anjiyojenik VEGFR ve PDGFR kinazları ve RAF/MEK/ERK sinyalizasyonunu hedeflediği için, Sorafenib'e direncin ve HCC hastalarında tümör nüksünün ana mekanizmasının PI3K/Akt yolağının telafi edici etkisi olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle, Sorafenib ve PI3K/Akt inhibitörleri ile kombine tedavinin HCC`de ilaç direncini önleyebileceğini düşünmekteyiz. Bu çalışmada, Sorafenib ve PI3K/Akt inhibitörünün hücre büyümesi ve migrasyon üzerindeki sinerjistik etkisini analiz ettik ve sinerjistik etkinin altında yatan olası mekanizmaları transkriptom analizi ile belirledik. Ayrıca, bu kombinasyon tedavisinin PTEN-eksikli HCC tümör xenograftlarında gerilemeye yol açtığını in vivo olarak gösterdik. PTEN-eksikliği nedeniyle sürekli aktif PI3K/Akt sinyali olan HCC hücrelerinin hayatta kalmalarının PI3K`in alfa izoformuna bağlı olduğunu ve izoforma özel PI3K inhibitörünün (PI3Ki-α, PIK-75) Sorafenib`e olan direnci yenebileceğini gösterdik. PTEN-eksikliği olan HCC hücrelerinde Sorafenib ve PI3Ki-α uygulaması sinerjistik büyüme inhibisyonuna yol açarken, Sorafenib ve PI3K`in beta izoformuna specifik inhibitörü (PI3Ki-β, TGA-221), alfa izoformu üzerinden gelen sinyalin artması nedeniyle antagonistik hücre büyümesine neden olmuştur. Ayrıca, Akt2 izoformuna spesifik Akt inhibitörü (Akti-2) ve her iki izoformu da hedef alan genel Akt inhibitörü (Akti-1, 2) kullanılarak Akt kinazın inhibe etmenin sitotoksik etkileri araştırıldı. Akti-1, 2 ve Akti-2 büyüme karşıtı ya da apoptoz sağlayıcı mekanizmaları uyarmamış fakat migrasyonu azaltmada oldukça etkili olmuştur. Özellikle Akt2 izoformu HCC`de aşırı eksprese edilir ve HCC`nin ilerlemesi ile ilişkilidir. Ayrıca, meme kanserinde spesifik olarak Akt2 izoformunun migrasyon üzerindeki etkisi gösterilmiş olup, Akt1`in değil ama Akt2`nin azalmasının PTEN eksikliği olan prostat kanseri ksenograftlarının gerilemesini teşvik ettiği gözlemlenmiştir. Bu bulgulara dayanarak, PTEN eksikliği olan HCC hücrelerinde Akt2`nin rolü öngörülerek, Mahlavu tümör ksenograftları taşıyan atimik farede in vivo olarak Sorafenib ve Akti-2`nin kombine tedavisinin terapötik etkinliği incelenmiştir. 3 haftalık tedavinin ardından, test edilen tüm gruplarda (Sorafenib, Akti-2 ve kombinasyon) tümör büyümesi kontrol grubuna kıyasla, önemli ölçüde azaltılmıştır. İntra-tümör nekrozu tümör boyutunda geçici bir artış yaratsa da Sorafenib ile tedavi edilen fareler ile karşılaştırıldığında kombinasyon ile tedavi edilmiş farelerde tümör ağırlığı anlamlı derecede azalırken aynı zamanda tümörde gerileme görüldü (p <0.001). Bu çalışmada 0.1 µM dozda sitotoksik aktivitesi olan yeni bir PI3K α izoformu spesifik kinaz inhibitörünün (PI3Ki-α / PIK-75) in vitro deneylerde Sorafenib ile sinerjistik olarak hareket ettiğini, PTEN eksikliği olan HCC hücrelerinde PI3K p110α izoformunun baskın rol aldığını, ve yeni bir Akt 2 izoformu spesifik kinaz inhibitörünün (Akti-2) Sorafenib ile birlikte kullanıldığında Sorafenib`in tekli kullanımına kıyasla anti-tümör etkiyi arttırdığını in vitro ve in vivo olarak gösterdik.