mTOR信號通路與腎纖維化及中醫(yī)藥對該通路影響研究進(jìn)展※

鐘利平　麻志恒　余柯娜　何立群

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院腎病科，上?！?01210)

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綜述

mTOR信號通路與腎纖維化及中醫(yī)藥對該通路影響研究進(jìn)展※

鐘利平麻志恒余柯娜何立群△

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院腎病科，上海201210)

【摘要】腎功能逐漸喪失及細(xì)胞外基質(zhì)沉積導(dǎo)致的廣泛腎纖維化是慢性腎臟病的主要生理病理特征。其發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，涉及眾多生長因子、細(xì)胞因子、炎癥因子與信號通路的相互作用。中醫(yī)藥具有多組分、多途徑、多靶點(diǎn)治療的特點(diǎn)，并且許多研究已經(jīng)表明中醫(yī)藥對PI3K/Akt/mTOR信號通路具有抑制作用。因此，本文就mTOR信號通路與腎纖維化及中醫(yī)藥對該通路影響的研究概況進(jìn)行綜述，旨在了解中醫(yī)藥抗腎纖維化的分子機(jī)制，為中醫(yī)藥抗腎纖維化提供新的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】腎??；中醫(yī)藥療法；綜述；1-磷脂酰肌醇3-激酶

腎纖維化是慢性腎臟病進(jìn)展至終末期腎病的共同通路，腎纖維化不僅是腎臟損傷的標(biāo)志，也可以用來預(yù)測腎功能喪失和腎臟損害進(jìn)展程度，主要包括腎小球硬化和間質(zhì)小管纖維化。PI3K/Akt/mTOR信號通路參與基因表達(dá)，細(xì)胞生長、增殖和分化。近年來研究表明，在腎間質(zhì)纖維化發(fā)生、發(fā)展過程中，PI3K/Akt/mTOR信號通路參與了各致纖維化因子和炎性反應(yīng)等因素的致纖維化過程。因此，對該信號通路干預(yù)將是治療腎臟病的一個新靶點(diǎn)。中醫(yī)藥作為國粹，在臨床上對延緩慢性腎功能進(jìn)展、抗腎纖維化具有確切的療效及優(yōu)勢，值得深入研究，其對RI3K/Akt/mTOR通路的影響，將為腎纖維化的治療提供一個新途徑。茲將近年來mTOR信號通路與腎纖維化及中醫(yī)藥對該通路影響的概況綜述如下。

1PI3K/Akt/mTOR信號通路生物學(xué)特性

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，目前已發(fā)現(xiàn)3種PI3K同工酶，其中研究最廣泛的是能被細(xì)胞表面受體所激活的PI3K-Ⅰ型，是由1個催化亞基和1個調(diào)節(jié)亞基組成的異源二聚體。

蛋白激酶B(Akt)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，能夠磷酸化數(shù)種蛋白，主要為2個進(jìn)化保守的下游效應(yīng)蛋白和哺乳動物雷帕霉素靶體蛋白(mammalian targetofrapamycin，mTOR)。共有3種Akt異構(gòu)體：Akt1、Akt2、Akt3。它們80%序列一致，分子量約60千道爾頓(kD)，功能大部分相同，包括氨基端的調(diào)節(jié)區(qū)、中間的激酶區(qū)及羧基端的尾部三部分。調(diào)節(jié)區(qū)又稱普列克底物蛋白同源物(pleckstrin homology，PH) 結(jié)構(gòu)域，PH區(qū)的配體是PI(3，4) P2與PI(3，4，5) P3，Akt的激酶區(qū)內(nèi)有ATP 的結(jié)合部位。

mTOR是一種分子量為289 kD大分子蛋白質(zhì)，由2 459 個氨基酸分子組成，其基因是在染色體1p36.2的位置，屬于PI3K-激酶(PIKK)家族成員，其C末端存在自抑制結(jié)構(gòu)域(repressordomain，RD)和 FATC域(FATC-teminus)，靠近N 末端存在至少20個HEAT 域(huntingtin，EF3，a subunit of PP2A and TOR，HEAT) 和FAT( FRAP-ATM-TRRAP)， 并相互左右重復(fù)串聯(lián)。HEAT 域?yàn)榈鞍住鞍谆ハ嘧饔媒Y(jié)構(gòu)部位，F(xiàn)AT 和FATC 則可能有調(diào)節(jié)mTOR 的激酶活性的作用[1]。

PI3K/Akt/mTOR 信號傳遞：多種生長因子主要通過PI3K/Akt 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮作用。其簡單轉(zhuǎn)導(dǎo)為生長因子與膜上受體結(jié)合，引起二聚體構(gòu)像改變而激活PI3K，PI3K 激活后在質(zhì)膜上產(chǎn)生第二信使3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)，PIP3 與細(xì)胞內(nèi)3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1，PDK1) 結(jié)合激活A(yù)kt。結(jié)節(jié)性硬化蛋白1(tuberous sclerosis complex 1,TSC1)和TSC2是Akt下游蛋白，當(dāng)Akt激活后磷酸化TSC2，從而解除TSC1、TSC2對Rheb抑制，Rheb活化后激活mTOR蛋白，mTOR蛋白將信號移位至核內(nèi)啟動基因表達(dá)。

2PI3K/Akt/mTOR信號通路與腎纖維化

哺乳動物mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在生長、代謝、老化、細(xì)胞增殖和細(xì)胞生長中發(fā)揮著不同的作用。最近研究已經(jīng)表明，mTOR信號通路參與腎臟疾病發(fā)病機(jī)制，如急性腎損傷、糖尿病腎病和多囊腎疾病[2]。糖尿病腎病mTOR通路激活與間質(zhì)纖維化、腎小管萎縮和腎小球?yàn)V過率下降密切相關(guān)，阻斷mTOR信號通路將會延緩糖尿病腎病進(jìn)展[3]。Yoon HE等[4]研究一種四甲基哌啶氮氧化物(tempol)抗氧化劑是否通過PI3K/Akt/mTOR信號通路作用對單側(cè)輸尿管梗阻小鼠腎損傷起到保護(hù)作用，分別在梗阻手術(shù)后第3、7 d觀察腎臟纖維化、氧化應(yīng)激、PI3K、Akt、FOXO3a、錳超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等變化。結(jié)果顯示，與對照組小鼠相比，tempol處理的小鼠組腎間質(zhì)纖維化、膠原沉積、α-平滑肌肌動蛋白陽性面積、F4/80-positive巨噬細(xì)胞浸潤、PI3K的表達(dá)、磷酸化Akt、磷酸化和FOXO3a均顯著降低(P<0.05)。提示tempol藥物可能通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路而起到緩解腎纖維化、保護(hù)腎臟的作用。Qin J等[5]研究一種新的抗纖維化劑氟非尼酮(Fluorofenidone，AKF-PD)對氮氧化物介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在腎間質(zhì)纖維化發(fā)展沉積中的抑制作用。結(jié)果顯示，AKF-PD能顯著緩解大鼠小管間質(zhì)損傷、ECM沉積和氧化應(yīng)激，并抑制活性氧(ROS)、膠原Ⅰ、PI3K、Akt在腎臟的表達(dá)，因此AKF-PD可能通過PI3K/Akt信號通路抑制ECM沉積而起到緩解腎間質(zhì)纖維化作用。Ma SK等[6]采用大鼠單側(cè)輸尿管結(jié)扎(UUO)模型研究PI3K、Akt、mTOR蛋白磷酸化水平。其結(jié)果顯示，7 d后UUO模型組與正常組相比PI3K、Akt、mTOR蛋白磷酸化水平明顯升高。提示PI3K/Akt/mTOR信號磷酸化水平在UUO大鼠模型中明顯上升。Kavithalakshmi等[7]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者高血糖激活A(yù)rt和抑制單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)而直接激活了mTOR通路，引起腎小球肥大，基底膜增厚，細(xì)胞外基質(zhì)聚集，足細(xì)胞損傷，最終導(dǎo)致腎功能惡化。動物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鏈脲菌素誘導(dǎo)并制作糖尿病腎病大鼠模型，在糖尿病腎病早期就有mTOR過度激活，并引起一系列的腎臟病理改變，當(dāng)給予雷帕霉素治療后mTOR活性降低，在一定程度上逆轉(zhuǎn)腎小球肥大和基底膜增厚，降低尿蛋白。腎間質(zhì)性纖維化是慢性腎臟病的一種病理改變，在此過程中mTOR又發(fā)揮了重要作用，它可以促使成纖維細(xì)胞過度增殖，大量膠原合成，促使轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)和結(jié)締組織生長因子過度表達(dá)，促使腎小管上皮細(xì)胞向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變[8]。

3中醫(yī)藥對PI3K/Akt/mTOR信號通路干預(yù)作用

3.1中藥提取物對PI3K/Akt/mTOR信號通路影響王雨秾等[9]以高脂飲食制作SD大鼠2型糖尿病模型，予人參皂苷Re、Rg1、Rb1干預(yù)，分別在給藥4周后測肝臟中PI3K蛋白表達(dá)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Rg1組中PI3K的磷酸化表達(dá)與其他組有著性差異(P<0.01)，說明人參皂苷Rg1在肝臟組織中能促進(jìn)PI3K的磷酸化。毛蜀等[10]通過細(xì)胞培養(yǎng)研究姜黃素對髓母細(xì)胞瘤(Daoy)PI3K/Akt信號通路的影響，細(xì)胞給予不同時間點(diǎn)不同濃度姜黃素處理后與對照組相比，其PI3K、Akt蛋白表達(dá)水平及mRNA表達(dá)量均明顯下降(P<0.05)，Daoy細(xì)胞凋亡率明顯上升，因此姜黃素可能通過抑制PI3k/Akt信號通路阻礙Daoy細(xì)胞的增殖、誘導(dǎo)凋亡。李淑娟[11]觀察蛇床子素預(yù)處理對大鼠缺血再灌注損傷心肌的保護(hù)作用，將SD大鼠隨機(jī)分為5組，給予不同干預(yù)。用western blot法觀察心肌PI3K、Akt蛋白表達(dá)量，TUNEL法檢測細(xì)胞凋亡。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蛇床子素干預(yù)大鼠組PI3K、Akt蛋白表達(dá)量較其他組明顯升高(P<0.05)；5組均有心肌細(xì)胞凋亡，但蛇床子素干預(yù)組其心肌細(xì)胞凋亡較其他組明顯減少(P<0.05)。提示蛇床子素可能通過激活PI3k/Akt信號通路起到保護(hù)大鼠損傷心肌的作用。周曉菊[12]研究不同劑量苦參堿對阿霉素?fù)p傷足細(xì)胞的干預(yù)作用，采用永生化小鼠足細(xì)胞給予阿霉素注射造模24 h后，觀察細(xì)胞活力、細(xì)胞凋亡比例情況及mTOR蛋白表達(dá)。結(jié)果顯示，與對照組相比，造模組小鼠足細(xì)胞活力下降，細(xì)胞凋亡比例增加，mTOR蛋白表達(dá)量下降(P<0.05)；給予10、20、40 μg/mL苦參堿干預(yù)后，與造模組相比其足細(xì)胞活力增強(qiáng)，凋亡比例下降，mTOR蛋白表達(dá)量增加(P<0.05)。提示苦參堿可能通過mTOR通路起到保護(hù)足細(xì)胞作用。陳菊英等[13]研究紫草素對人乳腺癌MCF-7細(xì)胞自噬的影響，采用細(xì)胞計(jì)數(shù)法(CCK法)觀察不同時間點(diǎn)紫草素對人乳腺癌MCF-7細(xì)胞活力的影響，采用western blot觀察PI3K、Akt蛋白水平，結(jié)果顯示人乳腺癌MCF-7細(xì)胞活力明顯受到限制，PI3K、Akt蛋白水平明顯下降(P<0.05)。提示紫草素可能通過抑制PI3K/Akt信號通路而誘導(dǎo)對人乳腺癌MCF-7細(xì)胞自噬。

3.2中藥復(fù)方對PI3K/Akt/mTOR信號通路影響史妍婷等[14]研究不同劑量補(bǔ)中益氣湯含藥血清對大鼠肺腺癌順鉑耐藥細(xì)胞株(A549/DDP)順鉑耐藥的逆轉(zhuǎn)作用及對哺乳動物雷帕霉素靶蛋白表達(dá)的影響。結(jié)果顯示，中等劑量組補(bǔ)中益氣湯含藥血清效果最優(yōu)，表現(xiàn)為耐藥菌株明顯下降，帕霉素靶蛋白熒光定量明顯減弱(P<0.05)。提示補(bǔ)中益氣湯含藥血清可能通過抑制雷帕霉素靶蛋白信號通路而對大鼠A549/DDP順鉑耐藥起到逆轉(zhuǎn)作用。趙冬耕等[15]通過體外培養(yǎng)人肝癌細(xì)胞SMMC-7721方法研究抗癌扶正方(KFP)對肝癌抑制作用的分子機(jī)制，采用不同劑量KFP對細(xì)胞干預(yù)，發(fā)現(xiàn)對肝癌細(xì)胞抑制作用與藥物劑量呈依賴關(guān)系；免疫印跡檢測PI3K、AKt蛋白表達(dá)降低，PTEN、caspase-9蛋白活性明顯增強(qiáng)，且成劑量依賴關(guān)系。提示KFP對肝癌抑制的分子機(jī)制可能為通過抑制PI3K/Akt信號通路，繼之激活下游凋亡蛋白，從而達(dá)到對肝癌的抑制作用。賈永森等[16]采用體外培養(yǎng)食管鱗癌EC9706細(xì)胞，給予通幽湯及拆方干預(yù)，觀察其對食管癌EC9706細(xì)胞及PI3K/Akt信號通路的影響。結(jié)果顯示，與其他組比較，通幽湯加活血行氣方組對食管癌EC9706細(xì)胞抑制作用最強(qiáng)，PI3K、Akt蛋白抑制作用也最強(qiáng)(P<0.05)。提示活血化瘀相關(guān)方藥通過對PI3K/Akt信號通路的抑制作用而達(dá)到抑制細(xì)胞增殖的目的。王鮮蟬[17]通過裸鼠研究消痰散結(jié)方對人胃癌MKN-45原位移植瘤的抑制作用，顯示消痰散結(jié)方能上調(diào)PTEN蛋白表達(dá)，抑制PI3K、Akt、mTOR蛋白表達(dá)，提示消痰散結(jié)方可能通過抑制PI3K /Akt/mTOR信號通路，激活下游PTEN蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡從而對人胃癌MKN-45原位移植瘤起到抑制作用。

小結(jié)腎臟纖維化是各種原因引起的慢性腎臟疾病進(jìn)展至終末期腎衰竭的共同途徑。腎間質(zhì)纖維化分子學(xué)發(fā)病機(jī)制研究顯示[18]，在各種致病因子作用下，多種細(xì)胞因子表達(dá)增加，它們可促進(jìn)細(xì)胞增生、肥大，基質(zhì)合成增加。近來研究發(fā)現(xiàn)，各種致纖維化的細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子、血管內(nèi)皮生長因子、纖溶酶原激活物抑制物等在腎臟纖維化的過程中起了重要作用。轉(zhuǎn)化生長因子是目前普遍認(rèn)為最強(qiáng)的促腎間質(zhì)纖維化分子，短期消除其活性能減輕動物模型的腎臟纖維化，所以認(rèn)為阻斷轉(zhuǎn)化生長因子系統(tǒng)將是防治腎臟纖維化的有效途徑[19]。但是轉(zhuǎn)化生長因子除促纖維化效應(yīng)外，還有抗增生和抗炎癥的效應(yīng)，長期完全阻斷必然產(chǎn)生嚴(yán)重不良后果。因此，確定轉(zhuǎn)化生長因子促纖維化活性的下游信號介質(zhì)，使之成為更加特異性的藥物作用靶位點(diǎn)，在治療腎纖維化領(lǐng)域具有十分重要的意義。目前研究顯示，mTOR蛋白是轉(zhuǎn)化生長因子下游的信號介質(zhì)，在腎臟纖維化發(fā)生中具有重要作用。

綜上所述，PI3K/Akt/mTOR信號通路與腎臟疾病腎纖維化發(fā)生發(fā)展相關(guān)，對該通路干預(yù)有利于減少腎纖維化，延緩腎衰竭進(jìn)展。許多研究表明，中醫(yī)藥對該信號通路有抑制作用，這為中醫(yī)藥治療腎纖維化提供了新的理論依據(jù)。慢性腎臟病發(fā)病率日益增高，但知曉率低，進(jìn)展至腎功能不全比例大并且具有不可逆性，給患者帶來心身痛苦及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，中醫(yī)藥對抗腎纖維化研究將會給患者帶來新的希望。

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(本文編輯：曹志娟)

doi:10.3969/j.issn.1002-2619.2016.02.045

通訊作者：△上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院腎病科，上海201210

作者簡介：鐘利平(1984—)，女，碩士，博士研究生在讀。從事中西醫(yī)防治腎臟病的臨床及實(shí)驗(yàn)研究工作。

【中圖分類號】R692.053.1；R-5

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1002-2619(2016)02-0298-04

(收稿日期：2014-05-26)

※ 項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號：81373615)；上海市高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(編號：11DZ1973100)