mTORC2在運動改善機體胰島素抵抗過程中的潛在作用

周曉勐 張媛 傅力

1 天津醫(yī)科大學生理學與病理生理學系（天津 300070）

2 航空總醫(yī)院康復醫(yī)學科（北京 100012）

mTORC2在運動改善機體胰島素抵抗過程中的潛在作用

周曉勐1，2張媛1傅力1

1 天津醫(yī)科大學生理學與病理生理學系（天津 300070）

2 航空總醫(yī)院康復醫(yī)學科（北京 100012）

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物 2（mammalian target of rapamycin complex 2，mTORC2）作為哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物之一，已被證實在調(diào)節(jié)機體糖代謝，改善胰島素抵抗（insulin resistance，IR）方面具有重要作用。運動作為健康生活方式之一，在控制機體血糖水平、維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，而運動對機體細胞胰島素信號的調(diào)控是否與mTORC2蛋白表達水平相關，相關研究尚不多見。本文就近年來有關mTORC2在機體細胞胰島素信號調(diào)控中的作用以及運動對機體糖代謝的影響展開綜述，為揭示運動改善機體 IR、防治肥胖相關代謝性疾病的機制提供新思路。

mTORC2/Rictor；運動；胰島素抵抗

進入21世紀以來，國人飲食習慣改變導致機體能量攝入顯著增加，過高的能量攝入能夠誘發(fā)機體產(chǎn)生IR、高脂血癥及2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）等一系列代謝性疾病[1]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在機體生長發(fā)育和代謝調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要作用，根據(jù)其結(jié)合蛋白的不同被分為兩種復合物，分別是 mTOR復合物1（mTOR complex 1，mTORC1）和mTORC2[2]。以往由于缺乏特異性的mTORC2抑制劑，關于mTORC2在細胞內(nèi)作用機制的研究所知甚少。近年來，隨著基因工程技術(shù)的飛速進步，已有研究證實mTORC2在組織細胞胰島素信號轉(zhuǎn)導過程中發(fā)揮重要作用[2]。而運動作為健康生活方式的重要組成部分，已被證實能夠通過Akt/mTOR信號通路調(diào)節(jié)機體胰島素代謝，調(diào)節(jié)機體靶器官胰島素敏感性，但是運動改善機體 IR的具體作用機制還不甚明確[1]。因此，我們推測運動可能通過激活mTORC2等相關效應因子，進而調(diào)控相關信號通路活性，改善機體胰島素代謝異常。本文就近年來有關mTORC2在機體胰島素代謝中的作用以及運動對機體胰島素代謝的影響展開綜述，為揭示運動改善機體IR、防治肥胖相關代謝性疾病提供新思路。

1 概述

mTOR在機體生長發(fā)育和代謝過程中發(fā)揮著重要作用，在哺乳動物細胞內(nèi)根據(jù)其結(jié)合蛋白的不同，分為 mTORC1和mTORC2。其中 mTORC1是一種由Raptor（regulatory associated protein of mTOR）、哺乳動物LST8（mammalian lethal with SEC13 protein 8，mLST8）、PRAS40（proline-rich Akt substrate of 40kD）和 Deptor（DEP domain-containing mTOR-interacting protein）構(gòu)成的對雷帕霉素敏感的復合物[1，2]。mTORC1能夠直接參與細胞自噬，并參與細胞線粒體的生物合成等生理過程。mTORC2包括mTOR，Rictor（rapamy?cin insensitive companion of mTOR），mLST8，mSIN1 （mitogen-activated protein kinase-associated protein 1），以及后來發(fā)現(xiàn)的保守程度較低的Protor，Hsp70和Deptor等?，F(xiàn)已證實mTORC2在肌動蛋白細胞骨架組織和細胞存活方面發(fā)揮重要作用[3]。

Rictor是決定mTORC2活性的關鍵結(jié)合蛋白，具有募集其他結(jié)合蛋白的作用。mTORC2對雷帕霉素不敏感，一般情況下雷帕霉素不影響mTOR-Rictor結(jié)合的穩(wěn)定性[4]。但有研究發(fā)現(xiàn)，長期雷帕霉素干預能夠使mTORC2發(fā)生解離，進而對胰島素信號通路產(chǎn)生抑制作用[5]。mSIN1作為mTORC2的另一重要組成元件，在維持mTORC2結(jié)構(gòu)的完整性方面發(fā)揮著重要作用[6]。根據(jù)片段長短的不同，mSIN1能夠被剪切成5種亞基，其中兩個片段最長的亞基包含了血小板—白細胞激酶C底物的同源結(jié)構(gòu)域（PH），該結(jié)構(gòu)域能夠與脂質(zhì)相結(jié)合，同時還包含有能夠結(jié)合活化Ras的Ras結(jié)合域（Ras-binding domain，RBD）[7]。并且Rictor和mSIN1共同維持mTORC2的穩(wěn)定性和完整性，在mTOR水平不變的情況下，Rictor的表達水平和mSIN1的表達水平呈正相關[6]。因此，抑制Rictor或者mSIN1的表達，均能使mTORC2的活性受損。近年來被發(fā)現(xiàn)的Protor是另一與Rictor結(jié)合的蛋白，Rictor能夠調(diào)節(jié)Protor的表達，但Protor并不參與mTORC2的生物效應[8]。Hsp70是一種熱休克蛋白，它除了固有的熱休克激酶活性外，與Rictor同樣存在著交互作用，其表達水平的下降能夠抑制Rictor活性進而破壞mTOR-Rictor的結(jié)合[9]。此外，作為mTORC1和mTORC2的共有蛋白之一，mLST8具有維持Rictor與mTOR結(jié)合的作用，并且mLST8和Ric?tor共同參與調(diào)節(jié)Akt和PKCα疏水基的磷酸化[10]。而另一mTORC1和mTORC2的共有蛋白Deptor，則對二者起負性調(diào)控作用[11]。

2 mTORC2在胰島素信號通路中的作用

以往研究已證實mTORC1能夠被促生長因素（例如胰島素）、營養(yǎng)因素（氨基酸）以及細胞內(nèi)能量狀態(tài)的改變所激活[12]。然而，相較于對mTORC1調(diào)控機制的深入了解，mTORC2調(diào)控機制還不甚明確。近年研究已初步發(fā)現(xiàn)，在生長因子和胰島素的作用下，mTORC2通過調(diào)控下游相關效應因子，最終對機體胰島素代謝產(chǎn)生影響[13]。在體和離體實驗已證實，在生長因子的影響下，mTORC2能夠磷酸化蛋白激酶B（protein ki?nase B，PKB/Akt）C末端的疏水基（hydrophobic motif，HM）上的絲氨酸473位點（Ser473），由此可見mTORC2對于Akt HM Ser473位點的磷酸化起著非常重要的作用[14]。在翻譯過程中，由于mTORC2位于核糖體傳送通道的出口處，無需生長因子刺激即可將新生Akt親水基（turn motif，TM）上的蘇氨酸450位點（Thr450）磷酸化，從而避免了新生蛋白質(zhì)泛素化而被降解[15]。而TM Thr450位點的磷酸化發(fā)生在 Akt翻譯的初期，mTORC2聯(lián)合翻譯核糖體參與了這一磷酸化過程[15]。因此，這一發(fā)現(xiàn)提示，Akt TM Thr450位點的磷酸化是被某一信號通路所調(diào)控的，而該信號通路能夠促進Akt的翻譯以及促進mTORC2與核糖體結(jié)合。在mTORC2功能受損的細胞中，Akt HM Ser473位點沒有發(fā)生磷酸化，進而導致 FoxO1/3磷酸化受阻。但其對Akt的其他底物如GSK3、TSC2的激活/抑制并沒有產(chǎn)生影響[6，16]。這些研究結(jié)果表明，mTORC2介導的HM Ser473位點的磷酸化可能特異的作用于Akt。

蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）根據(jù)不同的氨基末端分為多種亞型，mTORC2對傳統(tǒng)意義上的PKC （cPKC）和非傳統(tǒng)意義的PKC（nPKC）的成熟和穩(wěn)定均有十分重要的作用。全部cPKC和部分nPKC的TM （Thr 638/643）以及HM（Ser657/660）位點的磷酸化都需要mTORC2的參與[17]。與Akt不同的是，當mTORC2功能受損時，cPKC的表達水平會顯著降低。HM位點的磷酸化對于cPKC的成熟和穩(wěn)定十分重要，在mTORC2功能受損的細胞中，HM位點的磷酸化水平有所降低[18，19]。因此mTORC2對于促進激酶的成熟和穩(wěn)定起著至關重要的作用。

血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)蛋白激酶（serum and glu?cocorticoid induced kinase，SGK）是一類能夠被生長因子所調(diào)控的激酶家族。其中，SGK1的HM位點（Ser422）的磷酸化需要mTORC2的參與，而抑制mTORC2將會導致SGK1活性下降，進而使得FoxO1/3磷酸化異常[20]。此外，SGK1能被 mTOR-Rictor特異的激活，這一發(fā)現(xiàn)也證實了mTORC2對于SGK1的激活和功能發(fā)揮起著非常重要的作用[20]。

3 運動對Akt/mTOR信號通路的影響

迄今為止，已有大量研究涉及Akt/mTOR信號通路，但是由于實驗對象和干預方案的不同，運動對Akt/ mTOR信號通路的影響尚無一致定論。研究發(fā)現(xiàn)，高頻電刺激可以激活 Akt/mTOR信號通路。高頻電刺激大鼠右側(cè)坐骨神經(jīng)后，其脛骨前肌Akt磷酸化水平與對組照相比高266%，S6K1磷酸化水平在電剌激 3小時后可提升至450%，而6小時后可升高 380%[21]。

許多研究也已證實，急性抗阻運動同樣可激活mTOR信號通路。Bolster等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠急性抗阻訓練后即刻，Akt磷酸化水平顯著升高，但持續(xù)時間不長。同時mTOR磷酸化水平也相應提升，且訓練后5～10 min達到高峰。進一步分析后發(fā)現(xiàn)，訓練結(jié)束后Akt/mTOR通路中信號蛋白磷酸化的變化在恢復期呈正態(tài)分布曲線。但是 Dreyer等[23]的研究得到了相反的結(jié)果，即運動結(jié)束后2～3小時直至48小時都可檢測到蛋白質(zhì)合成增加。Dreyer認為運動過程中細胞蛋白質(zhì)合成受到抑制可能與AMPK活性增強進而抑制mTOR通路活性有關。

但是，到目前為止關于長期有氧運動對Akt/mTOR信號通路影響的研究還不廣泛。Reynolds等[24]的研究認為，有氧運動能緩解衰老帶來的蛋白質(zhì)合成率下降，其部分機制是由于mTOR和Akt蛋白表達水平增加。其研究結(jié)果表明，3個月的有氧運動可顯著增加老年小鼠腓腸肌Akt磷酸化蛋白表達水平以及Akt和mTOR蛋白表達水平。同時苑紅等的研究發(fā)現(xiàn)，長期有氧運動能夠通過調(diào)控 mTOR/S6K1進而達到改善高脂飲食誘導產(chǎn)生的骨骼肌細胞IR[25]。

然而，在以往的研究中人們將目光主要集中在mTORC1及其相關效應因子對機體糖、脂代謝的影響，但是對于mTOR的另一復合物——mTORC2的探究較少。而關于mTORC2是否參與運動改善IR過程及其作用機制目前尚未見相關報道。到目前為止，mTORC2已經(jīng)被證實在調(diào)控機體糖、脂代謝方面發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，在肝臟、脂肪和骨骼肌中分別特異性敲除Rictor，均會導致小鼠糖、脂代謝異常[26-28]。Sato等[29]研究證實，β-腎上腺素受體的激活能夠提高 cAMP水平，并通過磷酸化mTORC2 S2481位點激活蛋白激酶A。而被激活的mTORC2在不需要Akt或者AS160的參與下，能夠促進葡萄糖轉(zhuǎn)運體4（glucose transporter 4，GLUT4）的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

Liu等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，長期有氧運動能夠促進細胞應激誘導蛋白Sestrins和AMPK的結(jié)合。同時，長期有氧運動能夠增強胰島素受體底物1及其磷酸化蛋白表達水平[31]。而AMPK已經(jīng)被大量研究證實在運動改善IR過程中發(fā)揮了重要作用。Sestrin是近年來發(fā)現(xiàn)的高度保守的應激誘導蛋白，其可以在氧化應激狀態(tài)下通過清除 ROS在細胞內(nèi)的堆積而發(fā)揮保護作用[32]。研究發(fā)現(xiàn)，在多種細胞系中，Sestrins在胰島素缺失的狀態(tài)下能夠增強細胞PI3K/AKT信號的轉(zhuǎn)導，而Sestrins誘導激活Akt依賴于AMPK、TSC2以及Rictor[5，32]，提示Rictor在Sestrins調(diào)控Akt信號通路中發(fā)揮了重要作用，但是具體機制還不明確。目前有研究證實，肝臟中Se?strin 3能夠直接激活mTORC2/Akt信號通路，進而增強肝臟胰島素的敏感性[33]。因此，長期有氧運動可能通過促進Sestrins和AMPK的結(jié)合，進而提高組織細胞mTORC2的表達最終達到改善IR的作用。

4 展望

綜上所述，在T2DM等慢性代謝性疾病發(fā)病率迅速上升的同時，及時研發(fā)有效治療藥物成為世界各國學者的重任。運動作為一種良性干預因素，具有控制肥胖、改善機體IR等作用；同時，鑒于mTORC2在胰島素信號通路中的作用以及運動對PI3K/Akt信號通路的影響，mTORC2表達水平的改變可能在運動改善IR過程中起著關鍵作用。因此，及時有效地探明運動對mTORC2的影響十分迫切，有助于更詳盡地了解運動改善 IR的具體作用機制，同時可能為治療T2DM、肥胖等相關代謝性疾病提供新的治療靶點。

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2016.04.18

國家自然科學基金面上項目（31571220，31671237）；天津市科技項目計劃（13ZCZDSY02000）共同資助

傅力，Email：lifu@tmu.edu.cn