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Actualités sur la voie mTOR et ses inhibiteurs


Bulletin du Cancer. Volume 96, Numéro 1, 87-94, janvier 2009, Synthèse

DOI : 10.1684/bdc.2009.0807

Résumé   Summary  

Auteur(s) : C Dreyer, M-P Sablin, S Faivre, É Raymond , Service inter-hospitalier de cancérologie, hôpital Beaujon, 100, boulevard du Général-Leclerc, 92118 Clichy Cedex.

Résumé : La voie PI3K/AKT/mTOR est une voie de signalisation intracellulaire jouant un rôle majeur dans la régulation de l’apoptose, de la croissance et du cycle cellulaires. Cette voie est très souvent dérégulée dans les cancers, et constitue donc une cible intéressante en thérapeutique antitumorale. La rapamycine est un inhibiteur de mTOR initialement développé pour ses propriétés immunosuppressives et utilisé dans le traitement antirejet après greffe d’organe. Plusieurs analogues de la rapamycine ont ensuite été développés, à savoir le temsirolimus (Torisel ®), l’everolimus, et le deforolimus, qui ont montré des résultats prometteurs lors des études précliniques sur des lignées cellulaires de différents cancers. Ces analogues, également désignés sous le terme de rapalogues, font donc actuellement l’objet d’essais cliniques, et le temsirolimus comme l’everolimus ont démontré leur efficacité dans les cancers du rein métastatiques. En revanche, la perifosine, un inhibiteur d’AKT, n’a jusqu’à présent pas démontré son efficacité en monothérapie. De nombreux essais cliniques sont en cours, et les indications des médicaments inhibant cette voie de signalisation devraient augmenter au cours des prochaines années, en monothérapie ou en association ou à une chimiothérapie ou à d’autres thérapies ciblées. La mise en évidence de facteurs prédictifs de sensibilité au traitement constitue une des autres voies de recherche actuelle.

Mots-clés : mTOR, PI3K, rapamycine, temsirolimus, everolimus, deforolimus

Illustrations

ARTICLE

Auteur(s) : C Dreyer, M-P Sablin, S Faivre, É Raymond

Service inter-hospitalier de cancérologie, hôpital Beaujon, 100, boulevard du Général-Leclerc, 92118 Clichy Cedex

Article reçu le 16 Octobre 2008, accepté le 5 Decembre 2008

Introduction

La voie PI3K/AKT/mTOR est une voie de signalisation intracellulaire dont les fonctions dans la cellule sont de mieux en mieux connues, ainsi que ses implications dans la carcinogenèse. mTOR (mammalian target of rapamycin) est une kinase cytoplasmique impliquée dans différents mécanismes de croissance et de survie cellulaires, et qui est la cible d’une famille récente de traitements antitumoraux, celle des analogues de la rapamycine ou rapalogues.

Le développement de cette famille de molécules part d’un rationnel fort : en effet, il est connu que cette voie de signalisation est dérégulée dans de nombreuses tumeurs humaines, et plusieurs des protéines constituant cette voie ont été décrites comme étant des anti-oncogènes (ex : PTEN) ou des proto-oncogènes (ex : AKT, PI3K…). Par contre, aucune mutation de mTOR n’a été décrite à ce jour. Par ailleurs, on a suggéré qu’une activation pathologique de cette voie pourrait participer au développement d’une résistance à la chimiothérapie ou à la radiothérapie. Tous ces éléments incitent à poursuivre les essais cliniques avec ces molécules afin de mieux définir leurs bénéfices potentiels en oncologie.

Cette revue, après un rappel sur la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR, reprendra les résultats des différents essais cliniques impliquant des inhibiteurs de mTOR, et abordera quelques perspectives de développement des médicaments inhibant cette voie de signalisation.

La voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR

La voie de signalisation intracellulaire PI3K/AKT/mTOR (figure 1) est une voie majeure dans la carcinogenèse, impliquée dans la prolifération et la croissance cellulaires.

mTOR est une sérine – thréonine kinase cytoplasmique de 289 kDa, découverte en 1994. Cette protéine agit comme un commutateur du métabolisme cellulaire. Elle est active sous la forme de complexes : mTORC1 dans lequel elle est associée à RAPTOR (regulatory-associated protein of mTOR), ou mTORC2 dans lequel elle est associée à RICTOR (rapamycin-insensitive companion of mTOR). Il est à noter que seul mTORC1 est sensible à l’action inhibitrice de la rapamycine. mTORC1 possède différentes cibles : il active eIF4E-binding protein, libérant ainsi le facteur de transcription eIF4E, et la kinase S6K1(p70S6K), qui est impliquée dans la biogenèse des ribosomes. mTORC1 régule ainsi la traduction, le cycle cellulaire, et l’apoptose. Quant aux cibles d’aval de mTORC2, ce sont des protéines contrôlant le cytosquelette et AKT/PKB [1]. mTOR est régulée par la sérine thréonine kinase AKT selon au moins deux mécanismes différents : soit par phosphorylation directe, soit de manière indirecte par phosphorylation et inactivation de TSC2. mTOR est également régulé par l’état nutritionnel de la cellule, c’est-à-dire par le taux en acides aminés ou en nutriments cytoplasmiques, et par l’hypoxie (figure 2).

L’activation en amont de mTOR se fait par une cascade de signalisation initiée par différents récepteurs à tyrosine kinase, après liaison de leurs ligands spécifiques : facteurs de croissance (IGF, PDGF, EGF) et cytokines (interleukines 1, 2, 3, 4, 6…). La fixation ligand-récepteur induit une autophosphorylation et une dimérisation du récepteur, puis des modifications conformationnelles qui entraînent un rapprochement de la kinase PI3K et de son substrat, par l’intermédiaire du domaine SH2 de leur sous-unité régulatrice.

PI3K est un hétérodimère à activité kinase constitué d’une sous-unité régulatrice p85 et d’une sous-unité catalytique p110. La PI3K peut être inhibée par PTEN (phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10), dont la diminution d’expression est retrouvée dans différents types de tumeurs chez l’homme. Elle est activée soit directement par un récepteur à tyrosine kinase soit par l’intermédiaire de Ras, elle-même activée par un de ces récepteurs.

La PI3K participe à la formation d’un composé lipidique membranaire, le phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PdtIns(3,4,5)P3). Ce composé recrute la sérine/thréonine kinase AKT à proximité de la membrane plasmique, où elle est alors phosphorylée et activée par la PDK1 (phosphatidylinositol 3-dependent kinase 1). AKT a le comportement d’un proto-oncogène, qui a de nombreuses cibles en aval dont mTOR.

Une activation pathologique de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR peut s’observer dans de nombreuses tumeurs humaines. Cette activation ne suffit pas à elle seule pour déclencher le processus oncogénique mais elle peut constituer un événement favorisant le développement d’une tumeur, puisqu’elle peut stimuler une croissance et une multiplication cellulaires incontrôlées. Différentes anomalies cellulaires peuvent être à l’origine d’un tel phénomène, comme une activation de récepteurs à tyrosine kinase (notamment PDGFR, IGFR, et HER 1-4), une surexpression de Ras, une perte de fonction de PTEN, ou encore une mutation de PI3K ou d’AKT. Il est à noter qu’aucune mutation de mTOR n’a été décrite à ce jour, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement intéressante [1].

mTOR peut en effet être inhibé par une famille de molécules, les rapalogues. Le prototype de cette famille de molécules est la rapamycine, dont différents analogues ont ensuite été développés : le temsirolimus (CCI779), l’everolimus (RAD001), et le deforolimus (AP23573). Les inhibiteurs de mTOR agissent sur le complexe mTORC1 en empêchant sa formation, et exercent ainsi une action anti-proliférative (arrêt du cycle cellulaire) et une action pro-apoptotique. Une capacité anti-angiogénique a également été décrite [1].

La rapamycine et ses dérivés

La rapamycine

La rapamycine, ou sirolimus, a initialement été développée pour ses propriétés antifongiques, puis immunosuppressives (Rapamune®, utilisé en pratique courante dans le traitement anti-rejet après une transplantation d’organe). Secondairement, ont été mises en évidence les propriétés antiprolifératives, à l’origine du développement des rapalogues. En revanche, la rapamycine elle-même n’a pas été développée en thérapie antitumorale.

Temsirolimus

Un des atouts du temsirolimus par rapport à la rapamycine est sa bonne hydrosolubilité. En effet, lors des études précliniques, il avait été montré que la rapamycine semblait plus efficace sous forme intraveineuse que sous forme orale, mais sa faible solubilité rendait difficile cette voie d’administration [2]. Le temsirolimus, ou CCI-779 (Torisel®), est le rapalogue le plus avancé dans son développement. Il s’agit d’un dérivé ester hydrosoluble de la rapamycine, qui peut donc s’administrer per os ou par voie intraveineuse. Contrairement aux autres molécules, il s’agit d’une prodrogue, qui s’hydrolyse en quelques minutes et est ainsi transformée en sirolimus, avec un pic de concentration sérique atteint en 30 à 120 minutes [3]. Les études précliniques ont montré qu’une administration intermittente de ce médicament diminuait ses propriétés immunosuppressives sans altérer ses propriétés antitumorales [4]. Ainsi, chez la souris nude, l’activité antitumorale est maintenue pendant les quatorze jours qui suivent une administration quotidienne pendant 5 jours, alors que l’effet immunosuppresseur disparaît au bout de 24 heures [2].

À l’instar de la rapamycine, le temsirolimus est métabolisé par le cytochrome P450 3A en plusieurs métabolites inactifs, ce qui peut entraîner des interactions avec d’autres médicaments, comme notamment certains anticonvulsivants.

La principale toxicité limitant la dose du temsirolimus est une thrombopénie d’origine centrale, réversible et exceptionnellement symptomatique. Les autres toxicités sont des réactions cutanées, des mucites, et des perturbations du bilan lipidique. Une toxicité pulmonaire tardive a été décrite, notamment par l’équipe de Duran qui a conclu à un risque plus élevé de survenue de cet effet indésirable en cas d’antécédent de pathologie pulmonaire. Cette toxicité pulmonaire, à type de pneumopathie interstitielle, peut être asymptomatique ou se révéler par une toux, ou une dyspnée d’effort associées à une asthénie et éventuellement un syndrome fébrile. La physiopathologie de cette pneumopathie est mal connue, cependant il semble qu’un mécanisme d’hypersensibilité médié par les lymphocytes T puisse être en cause [5].

Dans le carcinome rénal à cellules claires, après l’émergence des anti-angiogéniques ayant permis un allongement de la survie sans progression en première ligne thérapeutique [6], le temsirolimus (Torisel®) a récemment reçu l’autorisation de mise sur le marché, également en première ligne, et pour les patients ayant des facteurs de mauvais pronostic. Cette indication fait suite à un essai de phase III randomisé, dans lequel 626 patients ayant un cancer du rein métastatique avaient été traités soit par temsirolimus, soit par interféron alpha, soit par association de ces deux molécules. Les patients ayant reçu le temsirolimus, seul ou en association, avaient une médiane de survie sans progression significativement supérieure à ceux ayant reçu l’interféron alpha seul. Par ailleurs, seule la médiane de survie globale des patients ayant reçu le temsirolimus en monothérapie était significativement supérieure à celle des patients sous interféron (10,9 mois versus 7,3 mois) [7] (tableau 1).

Dans le lymphome du manteau, un essai de phase III a comparé le temsirolimus à un traitement laissé au choix de l’investigateur chez 162 patients réfractaires à au moins 2 lignes de chimiothérapie. Le temsirolimus a permis un allongement de la survie sans progression et du taux de réponse objective [8].

En phase II, des résultats intéressants ont été obtenus dans différents types de tumeurs.

  • Dans le cancer du sein, un essai incluant 109 patientes recevant du temsirolimus en Nième ligne de chimiothérapie a été réalisé. Dix réponses partielles ont été observées ; la médiane de temps jusqu’à progression était de 12 semaines [9]. Le mode d’action du temsirolimus a été également étudié sur des lignées cellulaires de cancer du sein, ce qui a conduit à mettre en évidence une part anti-angiogénique dans l’activité antitumorale observée [10].
  • Dans le cancer de l’endomètre métastatique ou récidivant, le temsirolimus a permis d’obtenir un taux de réponses partielles de 26 % dans un essai incluant 19 patientes, et un taux de stabilités tumorales de 63 %. Par ailleurs il a été montré que le taux de PTEN et celui de mTOR n’étaient pas des facteurs prédictifs de la réponse [11]. Un autre essai de phase II a également retrouvé une modeste activité dans cette indication, avec un taux de réponses partielles de 7 % et un taux de stabilités de 44 % [12].
  • Dans le glioblastome, deux essais ont montré des résultats modestes : l’un, conduit chez 65 patients en récidive tumorale a apporté des améliorations objectivées par l’IRM (modification du signal en séquence T2) chez 20 patients. La survie des patients présentant ces modifications était significativement plus longue que chez ceux qui en étaient dépourvus (5,4 mois versus 1,9 moi). Par ailleurs, une corrélation entre ces modifications radiologiques et le taux de p70S6K phosphorylée a été observée [13]. Dans le deuxième essai, 43 patients également en situation de récidive ont été traités par temsirolimus. Deux réponses partielles ont été observées, et une stabilité tumorale, mais la médiane de survie sans progression n’était que de 9 semaines [14].
  • Dans les mélanomes, les essais n’ont pas fourni de résultats en faveur d’une activité antitumorale [15], de même que dans les carcinomes bronchiques à petites cellules [16] et dans les sarcomes [17].


Tableau 1 Résultats des principaux essais de phases II et III impliquant des inhibiteurs de mTOR.

Molécule

Indication

Résultat

Réf

Temsirolimus (Torisel®)

Cancer du rein métastatique (phase III)

Allongement de la médiane de SSP (7,3 → 10,9 mois)

[5]

Lymphome du manteau (phase III)

Allongement de la SSP et du taux de réponses objectives

[6]

Cancer du sein métastatique (phase II)

  • 10 réponses partielles (9 %)
  • SSP 12 semaines


[7]

Cancer de l’endomètre métastatique (phase II)

5 réponses partielles (26 %) + 12 stabilités (63 %)

[9]

2 réponses partielles (7 %) et 12 stabilités (44 %)

[10]

Glioblastome (phase II)

2 réponses partielles (5 %), 1 stabilité (2 %)

[12]

RAD001

Cancer du rein (phase III)

Allongement de le SSP (1,9 → 4 mois)

[16]

Cancer de l’endomètre (phase II)

11 stabilités tumorales (100 %)

[17]

Cancer du sein

3 réponses objectives (10 %) et 8 stabilités (27 %) en administration hebdomadaire

[18]

Tumeurs endocrines

10 réponses partielles (17 %), 45 stabilités (75 %)

[19]

Cancer bronchique à petites cellules

3 stabilités (18 %)

[20]

Deforolimus

Sarcomes

31 réponses partielles ou stabilités (29 %)

[23]

Cancer de l’endomètre

2 réponses partielles (7 %) et 7 stabilités (16 %)

[24]

RAD001 (everolimus)

L’everolimus est un autre analogue de la rapamycine qui s’administre par voie orale, en continu (prise quotidienne de 5 à 10 mg/jour) ou en prise hebdomadaire (10 à 30 mg). Les toxicités sont là encore modérées, avec quelques rashs cutanés, des thrombopénies, leucopénies, et des dyslipidémies. En phase I, une réponse objective avait été retrouvée chez un patient ayant un carcinome bronchique non à petites cellules.

Récemment Motzer et al. ont démontré l’intérêt de l’everolimus dans les carcinomes rénaux métastatiques en progression après un traitement anti-angiogénique. Au cours d’une étude de phase III, plus de 400 patients en rechute après avoir reçu soit du sunitinib, soit du sorafenib ou encore les 2 molécules ont été « randomisés » selon un ratio 2:1 entre everolimus et placebo. Le bras everolimus a montré un allongement significatif de la médiane de survie sans progression : 1,9 moi [95 % CI, 1,8–1,9] dans le bras contrôle contre 4 mois [3,7–5,5] avec l’everolimus. Au moment de l’analyse, la médiane de survie globale était de 8,8 mois tandis qu’elle n’était pas encore atteinte dans le bras traité, cependant aucune différence significative (hazard ratio 0,83, 95 % CI 0,50–1,37 ; p = 0·23) n’a pu être mise en évidence probablement en raison d’un cross-over de patients du groupe placebo. Ces améliorations ont été cependant accompagnées d’une majoration des toxicités de grade 1-2. Tout comme avec la rapamycine et d’autres rapalogues, des pneumopathies non infectieuses (22 %) dont 8 de grade 3 (3 %) ont été observées. Il s’agit vraisemblablement d’un effet de classe pour lequel une analyse clinico-radiologique est en cours afin d’en améliorer le diagnostic et la prise en charge [18].

Par ailleurs, cette molécule a montré des résultats dans différents essais de phase II :

  • dans les cancers de l’endomètre, un essai a été réalisé chez 25 patientes. Onze étaient évaluables, et toutes avaient une stabilité tumorale. Par ailleurs il a été noté que la perte d’expression de PTEN dans les tumeurs avait une valeur prédictive sur le taux bénéfice clinique (sensibilité 88 %, spécificité 57 %) [19] ;
  • dans le cancer du sein, un essai avait comparé les 2 modes d’administration de l’everolimus, à savoir administration continue quotidienne ou administration hebdomadaire. Une administration hebdomadaire permettait d’obtenir 3 réponses objectives et 8 stabilisations, alors que pour l’administration continue aucune réponse n’était observée [20] ;
  • dans les tumeurs endocrines, 60 patients ont été traités par everolimus associé à la sandostatine. Dix réponses partielles et 45 stabilités tumorales, avec des toxicités modérées ont été observées [21] ;
  • dans le cancer du poumon à petites cellules, 17 patients en récidive tumorale ont été inclus. Aucune réponse objective n’a été obtenue, et trois patients avaient une stabilité tumorale [22]. De même, dans les mélanomes, aucune réponse au traitement n’a été observée [23].

AP23573 (deforolimus)

Le deforolimus est le troisième analogue de la rapamycine, d’administration intraveineuse, et dont les propriétés inhibitrices sur mTOR ont été démontrées in vitro. Il a montré in vitro des propriétés intéressantes sur des lignées établies à partir de tumeurs du sein, du colon, du poumon, de la prostate, du pancréas, et les tumeurs gliales. En phase I, la dose maximale tolérée était de 18,75 mg/j pendant 5 jours tous les 14 jours. Les toxicités dose-limitantes les plus importantes étaient des ulcérations buccales, et des rashs. Il n’a pas été observé d’effet immunosuppresseur. Parmi les patients traités, une réponse ou une stabilité tumorale de plus de 3 mois a été observée chez tous ceux qui avaient un cancer du rein à cellules claires ou un sarcome. Deux autres patients ont présenté une réponse partielle : une patiente ayant une tumeur mixte müllerienne, et un patient ayant un carcinome bronchique non à petites cellules [24].

Quelques essais ont été conduits en phase II :

  • dans les sarcomes, l’AP23573 a été administré à 212 patients ayant un sarcome des tissus mous ou un ostéosarcome. Le taux de bénéfice clinique, caractérisé par une réponse ou une stabilité tumorales, était de 29 %, et la médiane de survie de 40 semaines [25] ;
  • dans les cancers de l’endomètre, 45 patientes ont été traitées en stade avancé. Sur les 27 patientes évaluables, deux ont montré une réponse partielle et sept, une stabilité tumorale [26].

Perspectives

Un des mécanismes de résistance aux rapalogues est la formation de complexes mTORC2 qui peuvent activer AKT. Un des moyens de contourner cette résistance consisterait à développer un inhibiteur de mTOR qui serait indifférent à sa fixation à Raptor ou Rictor, ou à inhiber la voie PI3K/AKT/mTOR à d’autres niveaux que mTOR. Par exemple, différents inhibiteurs de la PI3K sont connus, comme la wortmannine ou ses dérivés, pour lesquels les études précliniques n’ont pas été concluantes. Des inhibiteurs d’AKT sont en cours de développement, comme la perifosine [27].

La perifosine qui possède des propriétés antitumorales encourageantes in vitro a montré en phase I un profil de toxicité acceptable. Elle a donc fait l’objet d’essais cliniques de phase II : dans les sarcomes, une étude a repris plusieurs essais de phases I et II, regroupant 121 patients. Sur les 60 patients évaluables, trois réponses objectives avec un taux de bénéfice clinique de 50 % ont été obtenues [28]. Dans le cancer du rein à cellules claires, une activité modérée a été retrouvée au terme d’une étude de phase I (3 réponses objectives sur 9 patients évaluables, et 3 stabilités tumorales) [29]. Dans des cancers de la prostate [30], du sein [31], du pancréas [32], des mélanomes [33], ou des tumeurs des voies aéro-digestives supérieures [34], la perifosine n’a pas donné de résultats significatifs, mais cette molécule pourrait être intéressante en association à d’autres molécules de thérapie ciblée ou de chimiothérapie.

Associations

L’everolimus a fait l’objet d’essais cliniques en association avec d’autres thérapies ciblées. Ainsi, un essai de phase I a associé de l’everolimus à du sorafenib chez des patients ayant un carcinome rénal à cellules claires. L’association était bien tolérée et montrait une activité antitumorale encourageante [35]. Un autre essai a testé l’association d’everolimus à de l’imatinib dans des GIST réfractaires à l’imatinib seul [36]. Dans le cancer du sein, il a été montré que le temsirolimus comme l’everolimus pourraient avoir une activité synergique avec le letrozole, un inhibiteur de l’aromatase. Les résultats retrouvés en phase II ont ouvert la voie à des essais de phase III, actuellement en cours [37-39]. L’everolimus a été également donné en association avec le bevacizumab chez 59 patients ayant un cancer du rein récidivant, dont la moitié avaient reçu un traitement par sorafenib ou sunitinib. Le taux de réponses partielles était de 21 %, et le taux de réponses mineures ou stabilités tumorales était de 69 % [40]. L’everolimus a également été donné en association à de l’erlotinib en phase I dans le carcinome bronchique non à petites cellules, avec une bonne tolérance, et quelques résultats encourageants [41].

Conclusion

Les progrès réalisés en biologie moléculaire ont mis en évidence l’implication de la voie mTOR dans la carcinogenèse ce qui en a fait une cible thérapeutique de choix. Les inhibiteurs de mTOR ont d’ores et déjà fait la preuve de leur efficacité dans le carcinome rénal à cellules claires, et sont en cours de développement dans de nombreuses autres indications. Ces médicaments, qui ont abouti à des résultats prometteurs dans différents essais cliniques, sont d’autant plus intéressants que leur toxicité est très modérée. Des associations avec d’autres thérapeutiques antitumorales sont en cours, qui pourraient éviter le développement de résistances à ces traitements. Enfin, si différents facteurs prédictifs ont été cités, des études complémentaires sont nécessaires pour approfondir et confirmer ces résultats avant d’envisager l’utilisation de ces facteurs en pratique courante. L’introduction des rapalogues dans l’arsenal thérapeutique oncologique est un exemple de plus de l’intérêt d’une recherche translationnelle qui assure le lien entre le laboratoire et le lit du malade.

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