mTORC2在運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)體骨骼肌糖代謝中的作用研究進(jìn)展

韓校 傅力

天津醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院康復(fù)醫(yī)學(xué)系（天津300070）

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一組高度保守的絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）激酶，且為機(jī)體重要的能量感受器，參與機(jī)體細(xì)胞生長(zhǎng)、代謝、存活以及自噬等重要生理過(guò)程[1]。此外，研究發(fā)現(xiàn)餐后胰島素水平升高時(shí)，mTOR 也與肝臟、脂肪以及骨骼肌組織的代謝變化密切相關(guān)[2-5]。因此，mTOR信號(hào)傳導(dǎo)途徑失調(diào)可能會(huì)促進(jìn)癌癥、糖尿病發(fā)生發(fā)展以及衰老過(guò)程。本文主要針對(duì)mTOR結(jié)構(gòu)、在代謝過(guò)程中的重要作用及其信號(hào)傳導(dǎo)途徑進(jìn)行探討。

1 mTORC2結(jié)構(gòu)及其活性調(diào)節(jié)

在哺乳動(dòng)物中，mTOR存在哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1）和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物2（mammalian target of rapamycin complex 2，mTORC2）兩種不同功能的復(fù)合物形式（見(jiàn)圖1）[4]。Raptor是mTORC1的主要組成成分，在mTORC1亞細(xì)胞定位過(guò)程中發(fā)揮重要作用[6-8]。mTORC2的特殊組成成分 包 括Rictor[9]和mSin1[10]。mLST8 是mTORC1 和mTORC2 的共同組成成分，可促進(jìn)兩種復(fù)合物發(fā)揮作用。DEPTOR 也參與mTORC1 和mTORC2 的組成，但對(duì)其發(fā)揮抑制作用[11]。另一個(gè)與mTORC 相關(guān)的蛋白是PRAS40，可能參與生長(zhǎng)因子和蛋白激酶B（protein kinase B，AKT/PKB）傳導(dǎo)到mTORC1 和mTORC2 信號(hào)過(guò)程[11]。胰島素（insulin）和胰島素樣生長(zhǎng)因子（in?sulin like growth factor，IGF）等均可激活mTORC1和mTORC2，但mTORC2 激活的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制有別于mTORC1 途徑[12]。磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphoinosit?ide 3-kinase，PI3K）/Insulin 信號(hào)途徑可促進(jìn)mTORC2與核糖體結(jié)合，進(jìn)而增加mTORC2 活性[13]。核糖體可作為磷酸化mTORC2 與底物發(fā)生作用的支架，也可給予mTORC2 適當(dāng)定位，但激活mTORC2 具體機(jī)制仍有待闡明[14]。

在生理功能方面，越來(lái)越多的研究表明mTORC1在細(xì)胞生長(zhǎng)以及營(yíng)養(yǎng)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮重要作用[11]。相比之下，mTORC2 對(duì)于營(yíng)養(yǎng)不敏感，但可調(diào)節(jié)AGC 激酶家族成員，如AKT、蛋白激酶C（protein ki?nase C，PKC）以及血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶1（serum and glucocorticoid inducible kinase 1，SGK1），促進(jìn)脂質(zhì)生成、葡萄糖攝取、糖酵解以及細(xì)胞存活，從而參與機(jī)體糖、脂代謝穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)[11]。因此，mTORC2 信號(hào)傳導(dǎo)在防治胰島素抵抗和2 型糖尿病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

圖1 mTOR 復(fù)合物組成示意圖

2 mTORC2對(duì)機(jī)體骨骼肌代謝的調(diào)節(jié)作用

越來(lái)越多的證據(jù)表明mTORC2在機(jī)體組織代謝中發(fā)揮重要作用。在禁食狀態(tài)下，肝臟可通過(guò)分解肝糖原和糖異生作用產(chǎn)生葡萄糖以維持血糖水平。在餐后狀態(tài)下，肝臟停止產(chǎn)生葡萄糖，攝取循環(huán)系統(tǒng)中多余的葡萄糖以補(bǔ)充糖原和儲(chǔ)存甘油三酯。胰島素是機(jī)體調(diào)節(jié)餐后血糖水平的主要激素，可促進(jìn)糖原合成、抑制糖異生和糖原分解，從而降低血糖。研究發(fā)現(xiàn)在肝臟特異性Rictor 基因敲除小鼠模型中，肝細(xì)胞AKT-Ser473位點(diǎn)磷酸化受抑制，同時(shí)葡萄糖激酶、固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c（sterol regulatory element binding protein-1c，SREBP-1c）活性降低，引起糖異生增強(qiáng)，糖酵解以及脂肪生成作用減弱[15]，提示肝細(xì)胞mTORC2 信號(hào)紊亂會(huì)影響肝臟對(duì)機(jī)體代謝穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。

骨骼肌是機(jī)體葡萄糖利用的最主要組織，且骨骼肌胰島素抵抗可能是導(dǎo)致2型糖尿病的重要因素。若骨骼肌及脂肪細(xì)胞攝取循環(huán)血中葡萄糖能力減弱，同時(shí)肝臟糖異生作用增強(qiáng)，胰島β細(xì)胞釋放胰島素水平不足，則會(huì)引起機(jī)體血糖水平顯著增高[16]。深入研究發(fā)現(xiàn)mTORC2可促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（glu?cose transporter 4，GLUT4）轉(zhuǎn)位以及葡萄糖攝取[17，18]；敲低Rictor的L6肌管細(xì)胞葡萄糖攝取能力較對(duì)照組顯著降低[18]。此外，在骨骼肌特異性缺失Rictor的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)該骨骼肌葡萄糖攝取能力下降以及糖原合成酶活性增加，并引起機(jī)體糖耐量下降[17]。與此相一致，脂肪組織特異性缺失Rictor引起脂肪細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，且組織葡萄糖耐受下降、高胰島素血癥以及骨骼肌和肝臟胰島素抵抗[5]。此外也有研究表明，小鼠棕色脂肪細(xì)胞特異性敲除Rictor 可抑制脂質(zhì)從頭合成（de novo lipogenesis，DNL）、促進(jìn)脂質(zhì)分解以及生熱，并抑制飲食誘導(dǎo)的肥胖癥和肝臟脂質(zhì)沉積的進(jìn)展[19]?？傊囗?xiàng)研究表明mTORC2 有利于機(jī)體組織細(xì)胞的脂肪生成和糖酵解，抑制脂肪分解以及促進(jìn)葡萄糖攝取，進(jìn)而參與全身代謝穩(wěn)態(tài)的調(diào)控。因此，深入探究mTORC2的功能以及調(diào)節(jié)機(jī)制可為代謝性疾病提供理論依據(jù)。

3 mTORC2在運(yùn)動(dòng)調(diào)控骨骼肌糖代謝中的作用

耐力運(yùn)動(dòng)可通過(guò)誘導(dǎo)肌肉組織重塑，從而改善機(jī)體各組織器官的代謝變化。研究表明，耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體各類健康指標(biāo)具有實(shí)質(zhì)性的益處[20]。在脊椎動(dòng)物中，運(yùn)動(dòng)可增加線粒體的生物合成[21]，降低甘油三酯的儲(chǔ)存[22]，改善胰島素敏感性[23]，并保護(hù)肌肉和神經(jīng)功能[24]。研究認(rèn)為，可能是運(yùn)動(dòng)通過(guò)上調(diào)腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和In?sulin/AKT 信號(hào)途徑，從而引起機(jī)體代謝指標(biāo)發(fā)生變化[25]。AKT 可以增強(qiáng)脂肪細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞GLUT4 轉(zhuǎn)位，進(jìn)而促進(jìn)葡萄糖攝取。此外，AKT可引起糖原合成激酶3（glycogen synthase kinase 3，GSK-3）磷酸化，進(jìn)而抑制其活性，降低糖原合成酶的磷酸化速率，增強(qiáng)糖原合成酶活性，從而提高糖原含量，此過(guò)程在骨骼肌和肝臟中尤其重要[26]。叉頭轉(zhuǎn)錄因子-1（fork?head box transcription factor 1，F(xiàn)OXO1）在糖異生過(guò)程中發(fā)揮重要作用，同樣，AKT 通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子FOXO1，進(jìn)而調(diào)節(jié)組織葡萄糖穩(wěn)態(tài)。此外，AKT 還是mTORC2 的下游底物，因此mTORC2 可能介導(dǎo)了AKT信號(hào)對(duì)葡萄糖穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。

有研究表明，給予骨骼肌組織特異性敲除Rictor基因的小鼠模型進(jìn)行單次運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)骨骼肌葡萄糖攝取能力較正常對(duì)照組顯著降低[27]。此外，長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)可增加骨骼肌Rictor-mTOR的結(jié)合并增強(qiáng)AKT-Ser473位點(diǎn)磷酸化[28]。這提示，mTORC2在運(yùn)動(dòng)調(diào)控骨骼肌細(xì)胞糖代謝中發(fā)揮重要作用。

4 mTORC2 參與運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)骨骼肌糖代謝的可能機(jī)制

4.1 Rac1-mTORC2信號(hào)通路

Ras-相關(guān)C3 肉毒桿菌毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）是Rho GTP酶家族成員之一，可調(diào)控NADPH 氧化酶活性、肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重構(gòu)等生物過(guò)程。此外，研究表明Rac1在胰島素和運(yùn)動(dòng)刺激骨骼肌葡萄糖攝取以及GLUT4轉(zhuǎn)位過(guò)程中發(fā)揮重要作用[29]。骨骼肌特異性缺失Rac1的小鼠以65% VO2max的速度進(jìn)行跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其骨骼肌葡萄糖攝取能力下降，且肌膜上GLUT4表達(dá)量下降，該研究提示Rac1 可能通過(guò)調(diào)控GLUT4 轉(zhuǎn)位，進(jìn)而參與運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的骨骼肌葡萄糖攝取[29]。此外也有研究顯示mTORC2 可與Rac1 結(jié)合，參與運(yùn)動(dòng)促進(jìn)骨骼肌葡萄糖攝取過(guò)程[27]。但目前在骨骼肌細(xì)胞研究mTORC2 與Rac1 兩者關(guān)系的報(bào)道較少，該機(jī)制所涉及的信號(hào)途徑仍需深入探究。

4.2 Sestrins-mTORC2/AKT信號(hào)通路

Sestrins 是一組高度保守的應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在3 種同系物（Sestrin1-3）[30]。Sestrins 的主要功能是降低活性氧（reactive oxygen species，ROS）[31]以及抑制mTORC1[32]。多項(xiàng)研究表明Sestrins參與機(jī)體代謝穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠和瘦素缺乏誘導(dǎo)的遺傳性肥胖小鼠模型實(shí)驗(yàn)表明，Ses?trin2在維持肝臟胰島素敏感性中發(fā)揮重要作用[33]。在脂毒性狀態(tài)下，肝臟Sestrin2 表達(dá)選擇性增加，抑制mTORC1活性，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而減緩脂肪性肝炎的發(fā)生發(fā)展[34]。Sestrin3同樣可以調(diào)節(jié)肝臟胰島素敏感性，激活I(lǐng)nsulin/AKT信號(hào)傳導(dǎo)途徑[35]。此外，Sestrins能夠促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞AKT磷酸化以及增強(qiáng)葡萄糖攝取能力[36]?？梢?jiàn)，多項(xiàng)研究提示Sestrins 可通過(guò)介導(dǎo)AKT 信號(hào)途徑，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體糖代謝穩(wěn)態(tài)。

Sestrins可通過(guò)多種信號(hào)途徑激活A(yù)KT，如Sestrins通過(guò)抑制mTORC1，調(diào)節(jié)mTORC1/核糖體蛋白S6 激酶（ribosomal protein S6 kinase，S6K）負(fù)反饋抑制信號(hào)途徑[37]，從而激活胰島素受體信號(hào)傳導(dǎo)途徑。在該機(jī)制中，mTORC1 持續(xù)性激活，引起S6K 依賴性胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS）絲氨酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化，從而減弱胰島素受體到PI3K的信號(hào)傳導(dǎo)[38]。因此，Sestrins抑制mTORC1，可間接促進(jìn)PI3K/AKT信號(hào)傳導(dǎo)[37]。此外，Sestrins 也可直接增強(qiáng)mTORC2 的活性，進(jìn)而激活A(yù)KT。前期研究發(fā)現(xiàn)，Sestrin2 可與mTORC2 相互作用。同樣，在最新體外mTORC2 激酶測(cè)定實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，HpG2 細(xì)胞過(guò)表達(dá)Sestrin2 可顯著增強(qiáng)mTORC2 的催化活性[39]。此外，Sestrin3 不僅可與Rictor 結(jié)合，也能增加肝細(xì)胞Rictor 與mTOR 結(jié)合，從而激活 mTORC2 以及增強(qiáng)AKT-Ser473 位點(diǎn)磷酸化[35]。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)可增強(qiáng)骨骼肌Sestrins 蛋白表達(dá)[36]。Lee 等發(fā)現(xiàn)Sestrins 在機(jī)體運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性以及運(yùn)動(dòng)改善機(jī)體胰島素敏感性等方面發(fā)揮重要作用[40]。研究還提示，mTORC2/AKT信號(hào)途徑可能對(duì)運(yùn)動(dòng)和Se?strin 均產(chǎn)生重要影響[40]。綜上所述，mTORC2 在Ses?trins介導(dǎo)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)骨骼肌胰島素敏感性過(guò)程中可能發(fā)揮重要作用。

雖然AKT 作為mTORC2 的底物，且該信號(hào)途徑在mTORC2 維持機(jī)體代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。然而，有研究表明mTORC2促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞GLUT4轉(zhuǎn)位以及葡萄糖攝取過(guò)程可不依賴于AKT/AS160 信號(hào)途徑[18，41]。與該研究相一致，在小鼠棕色脂肪細(xì)胞特異性敲除Rictor研究中發(fā)現(xiàn)，mTORC2通過(guò)促進(jìn)FOXO1去乙酰化調(diào)控脂質(zhì)分解代謝[19]，而非依賴于AKT 信號(hào)途徑。Guertin等也發(fā)現(xiàn)白色脂肪細(xì)胞特異性敲除Rictor，脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白β（carbo?hydrate response element- binding protein β，ChREBPβ）表達(dá)下降，導(dǎo)致脂肪酸從頭合成減少及肝臟胰島素敏感性受損[42]。該研究提示mTORC2 部分程度上通過(guò)調(diào)控ChREBPβ表達(dá)以及脂質(zhì)從頭合成，進(jìn)而調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞葡萄糖攝取，而對(duì)總AKT（pan-AKT）信號(hào)途徑未有影響[42]。mTORC2 不依賴于AKT 信號(hào)途徑調(diào)節(jié)機(jī)體代謝過(guò)程可能有以下三種可能[42]：一是當(dāng)機(jī)體缺失mTORC2，AKT 信號(hào)途徑發(fā)生重新編程以克服依賴于mTORC2 的某些功能，某些無(wú)法克服依賴于mTORC2 功能的AKT 底物除外；二是僅部分AKT 底物需要依賴mTORC2 的激活，如AKT1-Ser473 和AKT2-Ser474 位點(diǎn)[19，42]；第三種可能是mTORC2 不通過(guò)AKT信號(hào)途徑，也能調(diào)節(jié)骨骼肌細(xì)胞代謝。因此，對(duì)于mTORC2的功能仍需不斷深入認(rèn)識(shí)。

5 結(jié)論

規(guī)律運(yùn)動(dòng)具有促進(jìn)骨骼肌糖代謝、改善胰島素抵抗等積極作用，但其具體機(jī)制尚不完全明確。運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞mTORC2 的表達(dá)和活性，但mTORC2是否介導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)改善機(jī)體骨骼肌胰島素抵抗、調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)及mTORC2調(diào)節(jié)骨骼肌糖代謝中的機(jī)制等均有待深入研究證實(shí)。因此，開(kāi)展mTORC2 的功能研究將有助于揭示運(yùn)動(dòng)防治代謝性疾病的機(jī)理，同時(shí)為新藥研發(fā)提供新的選擇。