mTOR在動(dòng)脈粥樣硬化中的研究進(jìn)展

蔡夢(mèng)陽(yáng)，張媛媛，夏 晴，張邢煒

(1.杭州師范大學(xué)附屬醫(yī)院 心內(nèi)科，浙江 杭州 310015；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 心超中心，浙江 杭州 310003；3.杭州師范大學(xué)附屬醫(yī)院 轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)平臺(tái)，浙江 杭州 310015)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種由多種因素引起的復(fù)雜病變，包括脂質(zhì)沉積、炎癥和泡沫細(xì)胞形成等。隨著人口老齡化，AS及相關(guān)心血管疾病的發(fā)病人數(shù)持續(xù)增加[1]。巨噬細(xì)胞在內(nèi)皮下的積聚被認(rèn)為是AS形成的第一步，隨著時(shí)間的推移，粥樣硬化斑塊纖維化加劇并引起鈣質(zhì)沉積，最終可侵犯管腔，導(dǎo)致缺血性疾病的發(fā)生[2]。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。mTOR在細(xì)胞增殖、存活、代謝、自噬、凋亡、遷移等生物學(xué)過(guò)程中均有重要作用。多項(xiàng)證據(jù)[3-4]表明，mTOR激活可引發(fā)內(nèi)皮功能障礙、泡沫細(xì)胞形成和血管平滑肌細(xì)胞增殖等機(jī)制進(jìn)而促進(jìn)AS的發(fā)生和發(fā)展。本文綜述mTOR在A(yíng)S發(fā)生發(fā)展中的作用，開(kāi)發(fā)mTOR抑制劑治療AS的原理和遇到的挑戰(zhàn)。

1 mTOR的特點(diǎn)

哺乳動(dòng)物mTOR的靶點(diǎn)根據(jù)其主要功能分為mTOR復(fù)合物1(mTORC1)和mTOR復(fù)合物2(mTORC2)，分別與特定的銜接蛋白相互作用[5]。mTOR的結(jié)構(gòu)域包括N端的HEAT 結(jié)構(gòu)域、FAT結(jié)構(gòu)域、FRB結(jié)構(gòu)域、激酶結(jié)構(gòu)域、抑制性結(jié)構(gòu)域和FATC結(jié)構(gòu)域(圖1A)。mTORC1由mTOR、Raptor、mlST8和兩個(gè)負(fù)調(diào)控結(jié)構(gòu)PRAS40、Deptor組成，通過(guò)促進(jìn)翻譯、核糖體生物合成和自噬調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)。mTORC2則由mTOR、Protor、Rictor、Deptor、mSlN1 和mlST8組成(圖1B)，通過(guò)上調(diào)蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)活性發(fā)揮內(nèi)皮修復(fù)功能，同時(shí)控制細(xì)胞骨架蛋白的功能。因此，兩種mTOR復(fù)合物(mTORC1和mTORC2)的激活可調(diào)節(jié)多種病理生理過(guò)程[6]。

A：mTOR的結(jié)構(gòu)域 ；B：mTOR復(fù)合物。圖1 mTOR的結(jié)構(gòu)示意圖[5]Figure 1 Structure of mTOR [5]

2 mTOR在A(yíng)S形成初期的作用

AS初期通常是指動(dòng)脈內(nèi)皮功能紊亂和泡沫細(xì)胞形成的時(shí)期，泡沫細(xì)胞是由巨噬細(xì)胞吞噬大量的脂質(zhì)顆粒發(fā)展而來(lái)(圖2)。研究[7]表明，mTOR在粒細(xì)胞-單核細(xì)胞祖細(xì)胞早期分化為單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的過(guò)程中起著重要作用，其通過(guò)抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化蛋白5(signal transduction and activator of transcription 5, STAT5)的活性并增加干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferon regulatory factor 8, IRF8)和人蛋白酪氨酸激酶(CD115)表達(dá)來(lái)控制祖細(xì)胞進(jìn)入單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程。巨噬細(xì)胞表面的清道夫受體(scavenger receptor, SR)攝取氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein, ox-LDL)導(dǎo)致脂質(zhì)積聚，進(jìn)而完成巨噬細(xì)胞到泡沫細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，這被認(rèn)為是AS發(fā)生的第一步。Yu等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞的過(guò)程中，巨噬細(xì)胞中Toll樣受體4(TLR4)的mRNA和蛋白水平上調(diào)，而這種上調(diào)是通過(guò)激活mTOR信號(hào)通路來(lái)介導(dǎo)的。抑制mTOR活性可降低TLR4表達(dá)并改善THP-1巨噬細(xì)胞膽固醇外流[8]。同時(shí)，脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導(dǎo)THP-1巨噬細(xì)胞可顯著上調(diào)TLR4介導(dǎo)的炎癥途徑，從而激活mTORC2介導(dǎo)的Akt磷酸化，并上調(diào)mTORC1依賴(lài)的SR的表達(dá)，加劇脂質(zhì)在THP-1巨噬細(xì)胞中積累，促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成[9]。Zheng等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，mTOR信號(hào)與沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1, SIRT1)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)之間存在緊密聯(lián)系，其可通過(guò)抑制SIRT 1信號(hào)途徑，促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成，從而促進(jìn)AS的形成。低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor, LDLR)在A(yíng)S中扮演重要的角色，增加mTORC1活性可破壞LDLR的表達(dá)，導(dǎo)致血脂異常，從而促進(jìn)AS的發(fā)生和發(fā)展[11]。

圖2 mTOR在A(yíng)S形成初期的作用(mTOR激活參與內(nèi)皮功能紊亂和泡沫細(xì)胞的形成)[15]Figure 2 Role of mTOR in the initial stage of AS (activated mTOR activation involved in endothelial dysfunction and foam cell formation) [15]

正常的內(nèi)皮功能是維持血管健康，抑制血栓形成、炎癥和平滑肌細(xì)胞增殖所必需的。研究表明[12-13]，抑制PI3K-Akt-mTOR途徑介導(dǎo)的自噬作用可改善高糖/高脂應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。臨床上，藥物涂層支架中的mTOR抑制劑對(duì)內(nèi)皮功能具有良好的改善作用并可顯著減少內(nèi)膜增生[14]。Shi等[13]的研究表明，H2O2可導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加，激活A(yù)kt/mTOR信號(hào)通路，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。

3 mTOR在A(yíng)S病變?cè)缙诘淖饔?/h2>

脂質(zhì)條紋的形成以及血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)的遷移和增殖是AS早期病變的主要病理特征[16](圖3)。Wang等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，用小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)抑制mTOR的表達(dá)，可顯著抑制泡沫細(xì)胞的形成，同時(shí)伴有脂質(zhì)沉積的減少。此外，阻斷mTOR的表達(dá)可明顯促進(jìn)泡沫細(xì)胞的膽固醇外向轉(zhuǎn)運(yùn)[16]。因此，筆者猜測(cè)mTOR通過(guò)抑制自噬途徑促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成與積累，進(jìn)而形成脂質(zhì)條紋。

圖3 mTOR在A(yíng)S病變?cè)缙诘淖饔?mTOR激活促進(jìn)脂肪條紋的形成和VSMC的遷移和增殖)[15]Figure 3 Role of mTOR in the early stage of AS (activated mTOR promoted the formation of fat stripes and the migration and proliferation of VSMC) [15]

VSMC是動(dòng)脈中膜層的主要細(xì)胞，是維持動(dòng)脈壁完整性的關(guān)鍵細(xì)胞，參與動(dòng)脈壁重塑，并在A(yíng)S的各個(gè)階段發(fā)揮重要作用[18]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，激活A(yù)kt/mTOR途徑可促進(jìn)VSMC的增殖和遷移，從而促進(jìn)AS的發(fā)展[19]。長(zhǎng)期的mTORC1過(guò)度表達(dá)會(huì)減少動(dòng)脈管壁彈性纖維完整性和相關(guān)彈性能量存儲(chǔ)損失從而引發(fā)動(dòng)脈重塑[20]。既往研究[21-22]表明，腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)的激活抑制mTOR下游核糖體S6蛋白激酶(P70S6K)因子的磷酸化，從而抑制VSMC的增殖。Lu等[23]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制ROS/NFκB/mTOR/p70S6K信號(hào)通路，可抑制人血小板衍化生長(zhǎng)因子-BB(PDGF-BB)誘導(dǎo)的VSMCs增殖、遷移，同時(shí)抑制血管新生內(nèi)膜形成。

4 mTOR在A(yíng)S病變中晚期的作用

AS晚期特征性病變常表現(xiàn)為VSMC凋亡、斑塊壞死、易損斑塊形成、纖維帽斷裂、管腔狹窄和血栓形成(圖4)[16]。研究[15]表明，mTOR信號(hào)通路的激活可促進(jìn)AS晚期的特征性病變。Wang等[24]發(fā)現(xiàn)，在載脂蛋白E(ApoE)敲除小鼠中應(yīng)用二甲雙胍可通過(guò)抑制PI3K/Akt/mTOR通路激活，從而減少VSMC凋亡。晚期A(yíng)S中巨噬細(xì)胞的死亡促進(jìn)斑塊的壞死和不穩(wěn)定，而mTOR激活可促進(jìn)巨噬細(xì)胞凋亡[25]。大量研究表明，mTOR在調(diào)節(jié)自噬中起著重要作用[26]，抑制mTOR在穩(wěn)定動(dòng)脈粥樣斑塊方面有著有益作用。研究[27]表明，敲除mTOR基因可改善血脂代謝紊亂，穩(wěn)定AS斑塊，減少斑塊面積，增加纖維帽厚度和帽核比。AS斑塊破裂常合并炎癥活動(dòng)暴發(fā)，巨噬細(xì)胞分泌的炎癥因子包括MMP-2、MCP-1和TF，被認(rèn)為是導(dǎo)致AS斑塊不穩(wěn)定和破裂的臨床指標(biāo)[28]。抑制mTOR的表達(dá)可下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP2)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)和組織因子(TF)基因的表達(dá)，從而減少炎癥活動(dòng)，有利于斑塊的穩(wěn)定[27]。RapaLink-1是第三代mTOR抑制劑，可有效減小動(dòng)脈血栓斑塊，抑制AS的起始和進(jìn)展，同時(shí)減少巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)程度并上調(diào)自噬過(guò)程[29]。近期有研究發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路的激活可減少血小板的自噬，從而抑制血小板的活化，減緩血栓形成，這與既往的研究不符[30]。

圖4 mTOR在A(yíng)S病變中晚期的作用(mTOR激活可促進(jìn)VSMC凋亡、斑塊壞死、易損斑塊形成、纖維帽斷裂、血小板的聚集和黏附)[15]Figure 4 Role of mTOR in the advanced stage of AS(activated mTOR promoted VSMC apoptosis, plaque necrosis, vulnerable plaque formation, fiber cap rupture, platelet aggregation and adhesion) [15]

5 mTOR抑制劑的應(yīng)用及前景

首個(gè)應(yīng)用于臨床的mTOR抑制劑是一種天然的抗生素雷帕霉素，其并不直接抑制mTOR活性，而是通過(guò)與mTORC1的結(jié)構(gòu)域形成復(fù)合物，發(fā)揮變構(gòu)抑制劑的作用[6]。同時(shí)，雷帕霉素可導(dǎo)致Raptor與mTORC1分離，使磷酸化核糖體S6K蛋白激酶(S6K)和4E結(jié)合蛋白(4EBP)過(guò)程受阻，抑制相關(guān)蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[31]。目前臨床上雷帕霉素衍生物主要有temsirolimus、everolimus 和 deforolimus[32]。研究表明，雷帕霉素及其衍生物僅可特異性抑制mTORC1，對(duì)mTORC2無(wú)顯著影響。然而，長(zhǎng)期使用雷帕霉素可能誘發(fā)一種糖尿病樣綜合征(嚴(yán)重的胰島素抵抗、葡萄糖不耐受和血脂異常)，從而限制其臨床應(yīng)用[33]。第二代mTOR抑制劑主要由mTOR/PI3K雙重抑制劑和三磷酸腺苷(ATP)競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑組成，可以同時(shí)有效抑制mTORC1和mTORC2靶點(diǎn)[32]。然而，第二代mTOR抑制劑極易產(chǎn)生耐藥性，因此限制了其臨床應(yīng)用。RapaLink-1是第三代mTOR抑制劑，與雷帕霉素相比療效顯著，尚未發(fā)現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生耐藥性，具有良好的應(yīng)用前景[34]。

目前臨床上mTOR抑制劑已被成功應(yīng)用于治療腫瘤相關(guān)性疾病，在心血管疾病領(lǐng)域，mTOR抑制劑主要被應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈血管裝置以避免新生內(nèi)膜生長(zhǎng)。mTOR抑制劑不僅可以影響正在增殖的VSMC，同時(shí)可以影響內(nèi)皮細(xì)胞，從而導(dǎo)致包括內(nèi)皮化在內(nèi)的血管延遲愈合[35]。因此，應(yīng)用mTOR抑制劑治療AS擁有廣闊的前景。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，mTOR 在A(yíng)S形成過(guò)程中起著重要作用。在A(yíng)S病變初期，激活mTOR可引起動(dòng)脈管壁內(nèi)皮功能障礙和泡沫細(xì)胞形成；在A(yíng)S病變?cè)缙?，mTOR激活可加速VSMC的增殖和脂肪條紋的形成；在A(yíng)S病變中晚期，mTOR激活可導(dǎo)致血管內(nèi)膜缺損、VSMC凋亡、纖維帽破裂、血栓形成等特征性病變。此外，mTOR的活性受多種上下游因子的調(diào)節(jié)，均對(duì)AS有一定影響。因此，抑制mTOR信號(hào)通路可作為治療AS的潛在靶點(diǎn)，優(yōu)化原有藥物、研制新型藥物、調(diào)控mTOR的表達(dá)，將成為臨床防治AS的研究重點(diǎn)。