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背景:食管鳞状细胞癌是一种严重的消化系统恶性肿瘤,由于缺乏有效的干预措施,其治疗仍是世界性难题。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/AKT/mTOR)信号通路的异常激活与食管鳞状细胞癌的发生息息相关,为其靶向治疗提供了潜在的靶点。目前,PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制剂的抗食管癌作用未见报道。本研究通过高通量筛选方法,研究了PI3K/AKT/mTOR抑制剂omipalisib对食管鳞状细胞癌的治疗效果及作用机制。方法:首先采用四甲基唑蓝法(MTT)的细胞增殖抑制实验进行化合物分子库的高通量筛选,并且评估不同浓度omipalisib对多种食管鳞状细胞癌细胞株(KYSE150,KYSE70,KYSE520,KYSE180)增殖的影响。利用流式细胞术分析omipalisib处理后的食管鳞状细胞癌细胞的细胞周期阻滞及凋亡情况。通过RNA测序技术检测omipalisib处理前后食管鳞状细胞癌细胞基因表达水平的变化趋势。同时,利用反转录聚合酶链反应来分析mRNA表达变化,以评估RNA测序结果的准确性。然后通过蛋白质印迹法分析蛋白水平的表达情况。最后,通过裸鼠建立异种种植模型以评估omipalisib在体内对食管鳞状细胞癌肿瘤生长的影响。结果:通过对1404个小分子化合物的筛选,我们发现69个小分子对食管鳞状细胞癌细胞系表现出明显的抗肿瘤作用,抑制率大于50%。通过The Cancer Genome Atlas(TCGA)数据库和The Genotype-Tissue Expression(GTEx)数据库的分析,我们发现与正常食管组织相比,食管鳞癌组织中PIK3Ca和mTOR的mRNA表达明显升高。因此我们在69个小分子中选取omipalisib,一种泛PI3K和mTOR的抑制剂进行后续研究。Omipalisib对多种食管鳞状细胞癌细胞系的增殖以及克隆形成具有明显抑制作用。机制方面,omipalisib诱导G0/G1期细胞周期阻滞以及细胞凋亡。通过RNA测序结果的Gene-set Enrichment Analysis(GSEA)以及Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)数据库分析,发现PI3K/AKT/mTOR信号通路可能是omipalisib作用于食管鳞状细胞癌细胞的主要靶点。Omipalisib通过降低AKT,4EBP1,P70S6K,S6,ERK等蛋白的磷酸化,阻断PI3K/AKT/mTOR以及丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPKs)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)信号通路的活化,抑制细胞增殖。同样,在体内实验中,omipalisib明显抑制食管鳞状细胞癌在异种移植的裸鼠模型中的生长,且无明显毒副作用。结论:Omipalisib通过阻断PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制食管鳞状细胞癌的生长及增殖。本研究表明omipalisib可作为食管鳞状细胞癌的靶向治疗措施,为临床治疗提供了一种新策略。