哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白在慢性炎癥性肺部疾病中的研究進(jìn)展

周秀 張慧 鐘小寧

廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科（南寧530021）

呼吸道持續(xù)性炎癥是許多慢性肺部疾病發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)，包括慢性阻塞性肺疾病，支氣管哮喘，肺纖維化等，可能與遺傳引起的易感性和環(huán)境因素有關(guān)，包括暴露于微生物，過(guò)敏原，有毒分子顆粒等［1］。細(xì)胞因子及炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生促進(jìn)氣道和肺部分泌釋放粘液，粘蛋白等病理生理過(guò)程加重小氣道阻塞，可能與哺乳動(dòng)物的雷帕霉素作用靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）密切相關(guān)［2］。KENNEDY［3］等報(bào)道稱(chēng)，細(xì)胞因子等炎癥信號(hào)激活mTOR 信號(hào)通道并增強(qiáng)慢性炎癥和其他信號(hào)，繼而引發(fā)肺部炎癥等一系列病理生理過(guò)程，繼而促發(fā)細(xì)胞老化［3］。目前，肺部慢性炎癥性疾病缺乏有效的臨床治療藥物，探究新的藥物靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)新藥具有重要的臨床意義。mTOR 是否參與肺部慢性炎癥反應(yīng)，通過(guò)具體何種途徑參與肺部慢性炎癥性疾病，值得進(jìn)一步研究探討，本文就哺乳動(dòng)物的雷帕霉素作用靶蛋白mTOR 在肺部慢性炎癥性疾病中的影響作用進(jìn)行綜述。

1 mTOR 概述

mTOR 具有重要的生物學(xué)功能，主要以哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mammalian target of rapamycin complexe 1，mTORC1）和mTORC2 形式存在，通過(guò)mTORC1 和mTORC2 參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝［4-5］。mTOR 是細(xì)胞代謝和生長(zhǎng)存活及蛋白質(zhì)合成的核心調(diào)節(jié)點(diǎn)，涉及癌癥，神經(jīng)退行性疾病神經(jīng)變性，肥胖癥，Ⅱ型糖尿病及風(fēng)濕性疾病。主要包括調(diào)節(jié)腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）-mTOR 和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositide3-kinases，PI3K）信號(hào)途徑［6-8］。mTOR 參與炎癥過(guò)程并介導(dǎo)凋亡細(xì)胞死亡［9］。其中，mTORC1 對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)免疫抑制劑雷帕霉素具有敏感性，主要通過(guò)激活核糖體蛋白S6 激酶（activation of ribosomal protein S6 kinase，RPS6K）和抑制其真核轉(zhuǎn)錄起始因子4E 結(jié)合蛋白1（eIF4E-binding protein 1，4E-BP1）來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和蛋白質(zhì)合成，而mTORC2 主要通過(guò)磷酸化絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶B（protein kinase B，AKT∕PKB）和糖原合酶激酶1（Glycogen synthase kinase，GSK1）與mTORC1 共同參與調(diào)節(jié)細(xì)胞存活與代謝［10］。與此同時(shí)，mTORC1 能夠調(diào)節(jié)小GTP 酶整合生長(zhǎng)因子家族信號(hào)Rheb 和Rag（the small GTPase Rheb and Rag，Rheb∕Rag）。結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合體蛋白TSC（tuberous sclerosis complex 1∕2，TSC1∕TSC2）結(jié)合小GTP 激活蛋白GAP 負(fù)調(diào)節(jié)Rheb 和mTORC1 啟動(dòng)生長(zhǎng)抑制信號(hào)途徑，即通過(guò)激活TSC 降低Rheb-GTP 進(jìn)而抑制mTORC1，從而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)［11］。在慢性肺部炎癥性疾病中，mTOR 常見(jiàn)的參與調(diào)節(jié)的信號(hào)途徑主要有兩條通路，即AMPK-TSC1∕TSC2-mTOR 和PI3K-AKT-mTOR 信 號(hào) 通路［2］。mTORC1 上游信號(hào)TSC1 和TSC2 一起形成功能復(fù)合體，負(fù)調(diào)節(jié)mTORC1。JIANG 等［12］研究發(fā)現(xiàn)，小鼠施萬(wàn)細(xì)胞祖細(xì)胞TSC1 消融導(dǎo)致mTOR 信號(hào)激活，引起施萬(wàn)細(xì)胞過(guò)度增殖阻礙其分化［12］。KIM 等［13］研究報(bào)道稱(chēng)，自噬在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和不同代謝反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。在代謝反應(yīng)中，mTOR 的一個(gè)重要功能是抑制自噬［13］。在香煙誘導(dǎo)的氣道炎癥中TSC2 升高，mTOR 降低，自噬標(biāo)志性蛋白LC3B（microtubule-associated protein L chain 3B，LC3B）升高，誘導(dǎo)自噬。這與自噬參與氣道炎癥反應(yīng)相一致［2］。由此得出mTOR 可能與自噬聯(lián)系參與肺部慢性炎癥，進(jìn)而在肺部慢性炎癥性疾病中起到重要的調(diào)節(jié)作用。

2 mTOR 和支氣管哮喘

支氣管哮喘（bronchial asthma，Asthma）是一種以多種細(xì)胞浸潤(rùn)為主的氣道慢性炎癥性疾病，主要包括嗜酸性粒細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞和肥大細(xì)胞，特征性表現(xiàn)為氣道重塑、氣流受限的可逆性和氣道的高反應(yīng)性［2，5，14］。在支氣管哮喘氣道炎癥反應(yīng)中，2 型輔助性T 細(xì)胞（T helper type 2，Th2）高表達(dá)，嗜酸性粒細(xì)胞增多，白細(xì)胞介素4（interleukin-4，IL-4）∕IL-5 表達(dá)升高［15］。研究發(fā)現(xiàn)，mTORC1 敏感性抑制劑雷帕霉素減弱Th2 驅(qū)動(dòng)的過(guò)敏性結(jié)膜炎［16］，繼而減輕過(guò)敏反應(yīng)。由此推想，雷帕霉素可能對(duì)過(guò)敏性哮喘中高表達(dá)的Th2 同樣具有調(diào)節(jié)作用，具體機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。MUSHABEN 等［17］人研究稱(chēng)，雷帕霉素干預(yù)下，過(guò)敏性哮喘小鼠的氣道炎癥及高反應(yīng)性有所控制。除此之外，可觀察到雷帕霉素阻斷過(guò)敏性哮喘小鼠的特異性Ig1 和IgE 表達(dá)增高，這也顯示持續(xù)使用雷帕霉素可防止過(guò)敏反應(yīng)［17］。Th9 細(xì)胞在過(guò)敏性氣道炎癥反應(yīng)中具有重要的調(diào)節(jié)作用。由卵清蛋白誘導(dǎo)的過(guò)敏性哮喘小鼠研究，特異性敲除mTORC2 的重要組成成分mTOR 不敏感伴侶蛋白（rapamycin insensitive companion of mTOR，Rictor），發(fā)現(xiàn)，Rictor 缺失促使初始CD4+T 細(xì)胞向Th9 細(xì)胞分化減少，繼而使肺部病理改變減輕，從而使過(guò)敏性炎癥減輕［18］。在過(guò)敏性性哮喘發(fā)病機(jī)制中肥大細(xì)胞起到重要作用，其免疫識(shí)別過(guò)程為：過(guò)敏原-抗原提程細(xì)胞-T 細(xì)胞活化-B 細(xì)胞活化-IgE 分泌增加-IgE 與肥大細(xì)胞表面受體結(jié)合形成復(fù)合體-過(guò)敏原再次進(jìn)入體內(nèi)-與致敏的肥大細(xì)胞表面IgE 結(jié)合-肥大細(xì)胞脫顆粒-啟動(dòng)炎癥病理過(guò)程。SHIN 等［19］研究中發(fā)現(xiàn)，肥大細(xì)胞內(nèi)特異性TSC1 基因缺乏使TSC1 下游信號(hào)分子FcεRI ∕c-kit（mTOR signaling in mast cells downstream of FcεRI and c-Kit）調(diào)節(jié)mTOR 活性，繼而導(dǎo)致細(xì)胞因子的產(chǎn)生和受損肥大細(xì)胞脫顆粒，啟動(dòng)炎癥病理過(guò)程，促進(jìn)過(guò)敏反應(yīng)［2，19］，由此可見(jiàn)，TSC1∕TSC2-mTOR 構(gòu)成的信號(hào)通道對(duì)于肥大細(xì)胞存活及激活具有重要作用，在過(guò)敏性哮喘調(diào)節(jié)中具有重要作用，TSC1∕TSC2-mTOR 構(gòu)成的信號(hào)通道為哮喘的臨床藥物治療探究提供了新的靶點(diǎn)。嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)是過(guò)敏性氣道炎癥的重要標(biāo)志。mTOR 在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素能夠抑制過(guò)敏性氣道炎癥中嗜酸性粒細(xì)胞的分化，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)mTOR 和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)調(diào)解酶（extracellular signal-regulated kinase，mTOR-Erk）信號(hào)通道。此外，髓樣細(xì)胞特異性敲除mTOR 或Rheb 加重暴露于過(guò)敏原小鼠的過(guò)敏性氣道炎癥［20］。綜上研究可見(jiàn)，mTOR 在哮喘的氣道炎癥反應(yīng)中具有重要作用，機(jī)制仍需深入研究。

3 mTOR 和肺纖維化

肺纖維化是一種進(jìn)展性慢性氣道肺部炎癥，發(fā)病率和死亡率高［21］。肺纖維化是導(dǎo)致包括間質(zhì)性肺病，特發(fā)性間質(zhì)性肺炎等多種肺部疾病發(fā)病及死亡的重要因素［22］。其中，特發(fā)性間質(zhì)性肺纖維化（idiopathic interstitial pulmonary fibrosis）是最常見(jiàn)特發(fā)性間質(zhì)性肺炎，是典型的慢性、進(jìn)行性纖維增生性肺病，簡(jiǎn)稱(chēng)IPF［23］，目前，沒(méi)有有效治療肺纖維化的臨床藥物，尋求及研究有效治療藥物極其重要［24］。MERCER 等［25］研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合使用PI3K-mTOR 選擇性抑制劑GSK2126458 干預(yù)治療IPF，能夠減弱IPF 中血清誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞增值和腫瘤壞死因子β1（tumor necrosis factorβ 1，TGFβ1）誘導(dǎo)的膠原產(chǎn)生［25］，減輕肺纖維化。由此可見(jiàn)，PI3K-mTOR 信號(hào)途徑作為臨床藥物研究靶點(diǎn)具有重要的臨床意義。在已知的生物學(xué)效應(yīng)中，mTOR 下游信號(hào)分子S6K 在纖維化中包括很多細(xì)胞過(guò)程如蛋白質(zhì)合成，細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞增值具有重要作用［26］。MADALA 等［27］研究發(fā)現(xiàn)，TGF-α過(guò)度表達(dá)促使S6K 表達(dá)磷酸化。而在TGF-α和血小板衍生生長(zhǎng)因子PDGFβ（platelet derived growth factorβ，PDGFβ）刺激誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠體內(nèi)研究中發(fā)現(xiàn)，p70S6K 激酶選擇性抑制劑LY2584702 干預(yù)作用下能夠選擇性阻斷S6K 磷酸化及纖維增生。同時(shí)還觀察到LY2584702 通過(guò)抑制S6K 磷酸化從而減弱肺纖維化的進(jìn)程。此外，在LY2584702 體內(nèi)干預(yù)作用下，可以抑制TGFα過(guò)度表達(dá)引起的肺纖維化發(fā)展及炎癥的加強(qiáng)，同時(shí)也可以減弱肺成纖維細(xì)胞中膠原含量的積累［27］。由此可見(jiàn)，mTOR-p70S6K 信號(hào)通道作為臨床藥物研究靶點(diǎn)，具有重要意義。PI3K∕AKT-mTOR 信號(hào)通路在細(xì)胞代謝，生長(zhǎng)，增殖分化及存活中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。該通路紊亂表現(xiàn)在多種疾病中，如瘤形成、免疫調(diào)節(jié)疾病和纖維增生性疾病包括肺纖維化。在肺纖維化中，mTORC1 和mTORC2 參與促進(jìn)成纖維細(xì)胞激活，釋放膠原蛋白。目前mTORC1 抑制劑已被用于輻射和博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化干預(yù)治療研究，能夠有效緩解纖維增生［22］。在特發(fā)性間質(zhì)性肺纖維化（IPF）中，肺上皮-間質(zhì)（Lung epithelial-mesenchymal，EMT）轉(zhuǎn)化是重要的病理生理過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)抑制mTOR 可減輕博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠的IPF。主要是通過(guò)阻斷mTOR，進(jìn)而降低S6K 磷酸化和TGFβ1 誘導(dǎo)的Smad 蛋白2∕3（Smad2∕3）磷酸化，從而減輕肺纖維化［28］。由此得出，mTOR-S6K∕mTOR- Smad2∕3 可能是IPF 和EMT 治療研究中的重要靶點(diǎn)。

4 mTOR 和慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD），是常見(jiàn)的呼吸道疾病，預(yù)計(jì)2020年COPD將成為世界上引起死亡的第三大病因［29］，是全球一個(gè)重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題，迄今，沒(méi)有明確的治療藥物能夠延緩其疾病變化，給社會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前認(rèn)為，COPD是一種進(jìn)行性發(fā)展的疾病，主要特征是肺氣腫形成和小氣道持續(xù)性慢性炎癥，氣流受限且具有不完全可逆性，與肺部對(duì)香煙煙霧等有害氣體或顆粒的異常炎癥反應(yīng)放大有關(guān)［30-31］。mTOR可參與炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡［32］。自噬參與炎癥反應(yīng)是mTOR 機(jī)制的一個(gè)重要功能。通過(guò)這種功能可能與COPD 炎癥反應(yīng)有一定聯(lián)系，然而，mTOR 在COPD 中的功能尚未闡明，以及mTOR 怎樣通過(guò)自噬調(diào)節(jié)COPD 發(fā)病機(jī)制仍不清楚，有待進(jìn)一步研究探討。WANG等［35］研究中，體外培養(yǎng)來(lái)自肺氣腫和COPD 病人及mTOR-∕-小鼠的肺上皮細(xì)胞及支氣管上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)，香煙激活COPD 肺組織、小鼠肺組織及支氣管上皮細(xì)胞的mTOR 是通過(guò)TSC2∕TSC1-mTOR 信號(hào)通道。在COPD 病人中，負(fù)調(diào)節(jié)mTORC1 的TSC2 及自噬下游LC3B 升高，與其他研究者之前在自噬與COPD 中的研究結(jié)果相一致［33-35］。與之類(lèi)似，暴 露 于 香 煙 下 的mTOR-∕-小 鼠 模 型 顯 示，p-RPS6 和mTOR 降低，觀察到mTOR 下游自噬標(biāo)志性LC3B 蛋白升高，mTOR 降低可能轉(zhuǎn)向激活自噬。綜上研究顯示，mTOR發(fā)揮對(duì)香煙誘導(dǎo)的氣道炎癥反應(yīng)及肺氣腫的調(diào)節(jié)可能通過(guò)TSC2-mTOR 信號(hào)途徑調(diào)節(jié)自噬，凋亡及程序性壞死［35］。HOUSSAINI 等［36］研究報(bào)道，mTOR 激活促進(jìn)肺部細(xì)胞衰老及肺氣腫。通過(guò)分離培養(yǎng)COPD 病人和肺功能正常吸煙者的肺組織上皮細(xì)胞，研究觀察mTOR 在COPD 中對(duì)細(xì)胞衰老及肺氣腫的影響。結(jié)果顯示，mTOR 激活與COPD病人肺部細(xì)胞衰老具有聯(lián)系。體外培養(yǎng)肺血管內(nèi)皮細(xì)胞（pulmonary vascular endothelial cells，P-ECs）及肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞（pulmonary artery smooth muscle cells，PA-SMCs）發(fā)現(xiàn)，COPD 患者細(xì)胞中的促炎因子IL-6，IL-8 及趨化因子CC 配體2（chemokine CC ligand 2，CCL2）高于對(duì)照組（健康志愿者）。而加入10 nM mTORC1 敏感性抑制劑雷帕霉素干預(yù)下促炎因子IL-6，IL-8，CCL2 在兩者中都有減少。當(dāng)雷帕霉素濃度為5 nM～20 nM 時(shí)，觀察到細(xì)胞因子減少，10 nM 減少相對(duì)明顯。進(jìn)一步檢測(cè)抑制核因子KB（nuclear factor KB，NF-KB）后細(xì)胞因子的表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)，在PA-SMCs中雷帕霉素干預(yù)下，NF-kB 抑制因子（inhibitory factor，IκΒαM）表達(dá)增加，抑制NF-kB 表達(dá)進(jìn)而減少I(mǎi)L-6，IL-8，CCL2 表達(dá)，減輕炎癥。由此得出，低劑量雷帕霉素抑制mTOR 能夠保護(hù)細(xì)胞衰老抑制促炎因子釋放，可能通過(guò)抑制NF-kB 作用［36］。由于TSC1 對(duì)mTOR 具有負(fù)調(diào)節(jié)作用，在PA-SMCs 細(xì)胞建 立PDGF-TSC1-∕-和SPC-TSC1-∕-小鼠模型 研究發(fā)現(xiàn)，TSC 缺失下mTOR 激活進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞衰老和炎癥，除此之外在P-ECs 細(xì)胞中還觀察到在敲除TSC1-∕-及沒(méi)有外界刺激下，自發(fā)發(fā)展肺氣腫，由此得出TSC1-mTOR 途徑在COPD 中具有重要作用［36］，為將來(lái)進(jìn)一步研究mTOR 在COPD 中的影響作用提供了有力的依據(jù)。

5 總結(jié)與展望

肺部慢性炎癥性疾病中哮喘，肺纖維化及COPD 的治療始終是醫(yī)學(xué)工作者關(guān)注的問(wèn)題。目前沒(méi)有明確的特異性有效治療藥物，探究新的治療藥物及方案，減輕病人的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及疾病發(fā)展尤為重要，具有重要的臨床意義。

mTOR 作為藥物治療研究靶點(diǎn)現(xiàn)已用于多種疾病的探究，如腫瘤、自身免疫性疾病、肺部炎癥性疾病和移植排斥反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究。然而，mTOR 在肺部慢性炎癥性疾病的臨床治療研究證據(jù)仍不足，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究也相對(duì)較少，需要醫(yī)學(xué)科研工作者繼續(xù)深入研究。目前，大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究表明，mTOR 信號(hào)通道PI3K-AKT-mTOR、mTOR-p70S6K及TSC1∕TSC2-mTOR 等參與肺部慢性炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)自噬及炎癥，研究者可以通過(guò)不同的mTOR 信號(hào)通道進(jìn)一步研究具體炎癥反應(yīng)機(jī)制，為mTOR 在肺部慢性炎癥性疾病中的深入研究提供更多有力的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。