基于mTOR 調(diào)控自噬治療心血管疾病研究進展

傅為武，歐陽雅蓉，黃彩依，黃景偉，盧 帥，黃冬歡，羅麗瓊，王慶高

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生學(xué)院，廣西南寧530001；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管科，廣西南寧530023）

高血壓、冠心病及心力衰竭等心血管病是造成我國居民死亡和疾病負擔(dān)的首要病因［1］。近年來隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，老齡化、飲食結(jié)構(gòu)改變及醫(yī)療檢測水平的提高，我國心血管病人群持續(xù)增加，心血管疾病的預(yù)防、治療和管理形勢更加嚴峻［2］。目前針對心血管疾病的治療仍未取得滿意效果，亟待尋找新的治療靶點與方向。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是自噬的中心環(huán)節(jié)，mTOR 調(diào)控自噬廣泛參與心血管疾病發(fā)生、發(fā)展，mTOR 信號通路可以整合細胞內(nèi)外信號，作為生理和病理過程的重要調(diào)節(jié)劑［3］。

1 mTOR 概述

mTOR 作為磷酸肌醇3- 激酶（phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K）相關(guān)激酶家族，形成兩種不同的復(fù)合物，通過與相當(dāng)數(shù)量的伴侶蛋白結(jié)合而被稱為mTORC1 和mTORC2［4］。通常mTORC1通過促進合成代謝過程（包括蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和細胞器的生物合成）和限制分解代謝過程（例如自噬）來充當(dāng)細胞生長和增殖的主要調(diào)節(jié)劑，而mTORC2復(fù)合物則調(diào)節(jié)細胞骨架結(jié)構(gòu)和細胞存活［5，6］。

mTOR 對多種細胞過程至關(guān)重要，如細胞生長、增殖、存活，蛋白質(zhì)合成，自噬和代謝。在心血管系統(tǒng)中，mTOR 信號通路整合細胞內(nèi)和細胞外信號，作為生理和病理過程的中樞調(diào)節(jié)劑［3］。

2 自噬概述

自噬是一個高度保守的分解代謝過程，是一個通過膜將部分胞質(zhì)和細胞內(nèi)需降解的細胞器、蛋白質(zhì)等組分包裹起來形成自噬體，后與溶酶體融合形成自噬溶酶體，最終降解其所包裹的內(nèi)容物的過程。在維持細胞質(zhì)穩(wěn)態(tài)以及葡萄糖、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)代謝中起著重要作用［7］。自噬是一把雙刃劍，一方面，自噬是保護反應(yīng)；另一方面，自噬也是損害反應(yīng)［8］。幾種分子在自噬中起重要作用，蛋白質(zhì)1 輕鏈3（LC3）參與自噬小體的形成［9］。當(dāng)開始自噬時，LC3-I 可以轉(zhuǎn)化為LC3-Ⅱ，并結(jié)合到自噬液泡（AVs）中。同時，自噬相關(guān)蛋白ATG12 和ATG5在自噬小體形成過程中被綴合。相反，p62 在自噬過程中降解。此外，Beclin-1 也參與在自噬體擴張中。因此，LC3-Ⅱ，Beclin-1，ATG12-ATG5 結(jié)合和P62 的水平是可靠的自噬標(biāo)記物［10］。

3 mTOR 調(diào)控自噬的機制

雷帕霉素（mTOR）激酶和Beclin-1 的機制靶標(biāo)是自噬的兩個主要調(diào)節(jié)因子［11］。在營養(yǎng)豐富的條件下，mTOR 通過使自噬相關(guān)基因失活來抑制自噬。饑餓期間，mTOR 的活性被I 類PI3K-Akt 途徑降低，自噬受到抑制，mTORC1 抑制分解代謝過程，包括自噬。相比之下，mTORC2 的功能尚未完全確定［12］。mTORC1 是與蛋白質(zhì)合成和降解相關(guān)的主要調(diào)節(jié)劑。一方面，mTORC1 通過增加核糖體產(chǎn)生來促進蛋白質(zhì)合成。另一方面，mTORC1 是抑制自體吞噬的關(guān)鍵復(fù)合物［13］。mTOR 作為自噬相關(guān)蛋白ULK1 活性的主要上游激酶。mTOR 信號的下游靶標(biāo)是核糖體蛋白S6 激酶β1（RPS6Kβ1），它促進蛋白合成并增加細胞增殖［14］。

mTOR 調(diào)控自噬的傳導(dǎo)，存在兩種主要的信號傳導(dǎo)途徑，即AMPK-mTOR 途徑和PI3K-AktmTOR 途徑［15］。經(jīng)典和最典型的是通過PI3K/AKT/mTORC1 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)軸進行的。多種信號傳導(dǎo)途徑匯聚在兩種蛋白質(zhì)復(fù)合物上：ULK1 蛋白激酶復(fù)合物和PI3K 脂質(zhì)激酶復(fù)合物。通過控制ULK1 復(fù)合物的活性，mTORC1 是自噬的主要調(diào)節(jié)劑之一。只要mTORC1 被激活，由于mTORC1 介導(dǎo)的ULK1 抑制性磷酸化，自噬被抑制。在不同的細胞壓力下，mTORC1 活性受到抑制，從而促進ULK1 復(fù)合物活性并誘導(dǎo)自噬［16］。

4 基于mTOR 調(diào)控自噬治療CVDs 進展

mTOR 調(diào)控自噬廣泛參與心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過程，多作用于缺氧/復(fù)氧［17］、心肌缺血再灌注［18］、炎癥反應(yīng)［19］等多個環(huán)節(jié)，對心血管疾病研究，近年來主要集中對冠心病、心力衰竭、高血壓、心肌病這四大疾病展開研究。

4.1 冠心病

冠心病，又稱冠狀動脈粥樣硬化性心臟病，包括無癥狀心肌缺血、心絞痛、心肌梗死、缺血性心臟病和猝死5 類。急性心肌梗死臨床已有診斷的血清標(biāo)志物，但時效性尚不足，因此相關(guān)研究致力于尋找心肌特異性miRNA 作為更早期特異檢測指標(biāo)。Yan 等［20］發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死大鼠模型中的miRNA 145 表達下調(diào)、自噬相關(guān)蛋白抑制。證實了miRNA在作為冠心病檢測指標(biāo)上的有效性。Schloss 等［21］認為內(nèi)源性大麻素系統(tǒng)在調(diào)節(jié)神經(jīng)和免疫中發(fā)揮重要作用。用內(nèi)源性大麻素治療心肌梗死大鼠，發(fā)現(xiàn)有助于心臟愈合和功能的改善。Hu 等［22］發(fā)現(xiàn)大麻素受體2 缺失通過AMPK/mTOR 信號通路的功能障礙，加重心肌梗死的有害作用。Hang 等［23］發(fā)現(xiàn)既往研究膽堿對心肌梗塞有益，但具體機制不明。對心梗大鼠注射膽堿后發(fā)現(xiàn)膽堿通過抑制過度的自噬對心肌損傷起保護作用，可能與Akt/mTOR 通路的激活有關(guān)。因冠脈支架植入后復(fù)栓的情況臨床較多見，Mora-Ramirez 等［24］將涂有mTOR 抑制劑（西羅莫司）的支架植入對比紫杉醇洗脫的支架，其余治療方案一樣，發(fā)現(xiàn)植入mTOR 抑制劑的支架患者，臨床癥狀明顯更好。Yan 等［25］發(fā)現(xiàn)亞精胺可通過促進AMPK/mTOR 介導(dǎo)的自噬通量來改善MI大鼠引起的心臟功能障礙。

4.2 心力衰竭

心力衰竭是多種心血管疾病的終末期表現(xiàn)，心肌重塑是心力衰竭的主要病理變化，心肌細胞損傷和心臟纖維化是心臟重塑過程中的兩個主要機制［26，27］。 B 淋巴瘤Mo-MLV 插入?yún)^(qū)1 同源物（BMI1）的下調(diào)減少了心肌纖維化并預(yù)防了心肌梗塞后心衰小鼠的心臟功能障礙，但作用機制并不清楚。Yang 等［28］通過對BMI1 的過表達和抑制，發(fā)現(xiàn)其通過PTEN-PI3K/Akt-mTOR 信號通路來調(diào)節(jié)心衰小鼠心功能、影響自噬。雷帕霉素是mTORC1的變構(gòu)抑制劑，Gao 等［29］驗證了雷帕霉素通過抑制mTOR 信號傳導(dǎo)減少慢性心力衰竭大鼠心肌細胞凋亡并促進心肌自噬。Su 等［30］發(fā)現(xiàn)體外miR-221的過表達通過抑制自噬泡形成，減少自噬。miR-221 通過調(diào)節(jié)p27/CDK2/mTOR 軸是自噬平衡和心臟重塑的重要調(diào)節(jié)劑，miR-221 可作為心力衰竭的治療靶點。Gonzalez-Vilchez 等［31］在慢性心衰心臟移植患者中使用mTOR 抑制劑（西羅莫司或依維莫司），對比鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制，移植后免疫反應(yīng)更小。

4.3 心肌病

心肌病是多種原因?qū)е碌男募〖膊?，常表現(xiàn)為心室肥厚或擴張，可以局限于心臟，也可以是系統(tǒng)性疾病的部分表現(xiàn)。糖尿病可引起多種并發(fā)癥，包括糖尿病性心肌病。Yang 等［32］證明二甲雙胍可以激活A(yù)MPK，從而通過抑制mTOR 途徑和減輕糖尿病心肌病小鼠心肌中的焦磷酸化來改善自噬。褪黑激素（N-乙酰基-5-甲氧基色胺）是松果體分泌的晝夜節(jié)律內(nèi)分泌分子，具有重要的功能，是強大的抗氧化劑，抗凋亡和自由基純化劑。Kandemir 等［33］褪黑激素的心臟保護作用可通過mTOR 信號通路減少糖尿病心肌病大鼠的心肌損傷。Jin 等［34］通過雷帕霉素或3-甲基腺嘌呤（3-MA）治療擴張型心肌病小鼠，發(fā)現(xiàn)其通過mTOR-4EBP1 途徑自噬的上調(diào)，可以改善擴張型心肌病小鼠心臟功能。成年斑馬魚是一種新興的脊椎動物模型，用于研究心肌病的遺傳基礎(chǔ)。溶酶體相關(guān)膜蛋白2A（LAMP2A）是伴侶介導(dǎo)的自噬的主要組成部分。Dvornikov 等［35］對lamp2 敲除肥厚型心肌病斑馬魚進行詳細的表型分析，并評估m(xù)TOR 抑制的影響。發(fā)現(xiàn)lamp2 調(diào)節(jié)mTOR 水平影響心肌功能。

4.4 高血壓

心肌肥大的心臟重構(gòu)是對慢性高血壓的常見代償性反應(yīng)，心臟重構(gòu)中涉及的信號通路的控制代表了高血壓誘發(fā)的心肌肥大的潛在療法。亞硝酸根陰離子是一種能夠發(fā)揮有益心血管作用的生物活性分子。Guimaraes 等［36］證實亞硝酸鹽治療可通過mTOR 信號通路的下調(diào)和抗氧化作用，降低高血壓大鼠的血壓水平，改善其引起的心臟重構(gòu)。目前，抑制mTORC2 的最有效藥理學(xué)工具是ATP 競爭性抑制劑，例如PP242，AZD8055 和Torin1，它們也抑制mTORC1。Kumar 等［37］用PP242 治療高血壓大鼠，發(fā)現(xiàn)其治療抑制mTOR 信號，可預(yù)防和逆轉(zhuǎn)鹽敏感性大鼠的鹽誘導(dǎo)性高血壓和腎臟損傷。程晶晶等［38］發(fā)現(xiàn)生長激素釋放肽通過抑制PI3K/AKT/m TOR 信號通路，降低高血壓大鼠機體氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低血清自噬相關(guān)蛋白表達水平，改善大鼠血壓。

5 中藥基于mTOR 調(diào)控自噬治療CVDS 進展

5.1 單藥

利用單味中藥的有效成分，治療心血管疾病近年來受到廣泛重視。Zhang 等［39］用丹參中提取的丹參酮ⅡA 治療心力衰竭大鼠，發(fā)現(xiàn)其通過激活A(yù)MPK-mTOR 信號傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)自噬，保護心肌細胞并改善心臟功能。Xu 等［40］利用中藥葛根提取的葛根素，通過JNK-Akt-mTOR 信號通路抑制自噬，減少血管緊張素II 誘導(dǎo)小鼠心肌纖維化。Cao 等［41］青蒿素通過AMPK/mTOR/ULK1 途徑的巨噬細胞自噬，減輕高脂飲食喂養(yǎng)小鼠動脈粥樣硬化。Wang 等［42］使用從人參中提取的人參總皂甙，通過激活A(yù)MPK/mTOR/ULK1 途徑的自噬，減輕了異丙腎上腺素誘導(dǎo)的小鼠心肌纖維化。Li 等［43］建立了體外缺氧/復(fù)氧小鼠心肌細胞損傷模型，使用天麻的成分天麻素通過激活PI3K/Akt/mTOR信號來抑制細胞自噬，保護新生大鼠心肌細胞缺氧/復(fù)氧損傷。Liu 等［44］使用姜黃素抑制自噬和激活mTOR 減輕異丙腎上腺素引起的心肌肥大和纖維化。Ba 等［45］使用大蒜素激活PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK/mTOR 信號通路抑制自噬，減輕病理性心肌肥大。

5.2 中成藥

中成藥作為臨床和實驗驗證的組方藥物，能協(xié)同發(fā)揮作用，在臨床上治療心血管疾病的運用也很廣泛。Shi 等［46］使用芪丹利心丸治療心肌梗死誘發(fā)的心衰大鼠模型，發(fā)現(xiàn)其心肌細胞自噬增強。該過程可通過對mTOR/p70S6k 信號通路進行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，驗證了中藥芪丹利心丸對心臟的保護作用有效。養(yǎng)心康片是一種中草藥化合物，主要由人參、黃芪、麥冬、五味子和短柔毛冬青根組成。Ren 等［47］發(fā)現(xiàn)養(yǎng)心康片可通過抑制AMPK/mTOR 信號傳導(dǎo)來抑制自噬，改善心肌梗死大鼠心臟損傷中的心臟纖維化。這表明養(yǎng)心康片可能是一種潛在的有效的中草藥化合物，可抑制心肌梗死大鼠心臟損傷中的心臟纖維化。

6 小結(jié)

近年來針對mTOR 調(diào)控自噬相關(guān)機制的研究取得了很大進展，mTOR 相關(guān)抑制劑（雷帕霉素、西羅莫司等）也已用于臨床。但目前mTOR 調(diào)控自噬在心血管疾病方面的研究，大部分還處在基礎(chǔ)研究階段，現(xiàn)有研究對其作用機制的闡述尚不完善。中藥作為祖國醫(yī)學(xué)的寶庫，在相關(guān)研究上取得了一定的進展。因此結(jié)合祖國醫(yī)學(xué)，對更進一步研究mTOR 調(diào)控自噬的機制，研制出新的有效、安全相關(guān)藥物，是一個前景廣闊的研究方向。