mTORC2與心血管疾病的研究進(jìn)展

方宇，王志華,2,3

(1.武漢大學(xué)人民醫(yī)院心內(nèi)科，武漢 430061； 2.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院國家心血管疾病中心 阜外醫(yī)院心血管疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037； 3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院深圳市心血管疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518057)

心臟可驅(qū)動(dòng)血液通過血管進(jìn)入各個(gè)器官，以供應(yīng)身體細(xì)胞所需的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，是維持血液循環(huán)的重要器官。心肌細(xì)胞在出生后不久就失去了增殖能力，因此出生后的心臟生長發(fā)育主要是心肌細(xì)胞體積的增大，即肥厚性增長[1]。心肌肥厚分為生理性心肌肥厚和病理性心肌肥厚。正常生理情況下，體育鍛煉導(dǎo)致的心肌細(xì)胞肥大是機(jī)體適應(yīng)性表現(xiàn)，以適應(yīng)心排血量的增加；而高血壓、冠心病、心臟瓣膜疾病等病理應(yīng)激引起的心肌肥大可導(dǎo)致心臟重構(gòu)、泵血效率降低，通常進(jìn)展為心力衰竭[2]。心力衰竭是大多數(shù)心血管疾病的終末階段。

雷帕霉素靶蛋白最初在酵母中發(fā)現(xiàn)，是雷帕霉素的作用靶點(diǎn)[2-3]。隨后，人們在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)。mTOR屬于磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)家族進(jìn)化保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶，它是細(xì)胞生長和代謝的中央控制器，通過調(diào)控細(xì)胞生長和代謝，使細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境變化以及感知營養(yǎng)、能量狀態(tài)和生長因子等，并適應(yīng)性地調(diào)控與生長和代謝相關(guān)的一系列細(xì)胞功能[4-5]。mTOR存在于兩種結(jié)構(gòu)和功能不同的多蛋白復(fù)合物中，它們分別被稱為mTOR復(fù)合物(mTOR complex，mTORC)1和mTORC2。大多數(shù)有關(guān)mTOR的細(xì)胞功能和底物的認(rèn)識與mTORC1有關(guān)，mTORC2最初被認(rèn)為是一種雷帕霉素不敏感復(fù)合物，在調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白、細(xì)胞骨架中發(fā)揮作用[6]。近年來，mTORC2對心血管疾病，尤其是對心肌肥厚、心力衰竭的影響受到廣泛關(guān)注?，F(xiàn)對mTORC2在心血管疾病中的作用和影響及其分子機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為通過mTORC2治療心血管疾病尤其是病理性心肌肥厚提供新的治療思路。

1 mTORC2的構(gòu)成

mTORC1由mTOR、哺乳動(dòng)物致命性SEC13蛋白8(mammalian lethal with SEC13 protein 8，mLST8)、含有DEP結(jié)構(gòu)域的mTOR相互作用蛋白、Tel2相互作用蛋白1、mTOR調(diào)控相關(guān)蛋白和40 kDa富含脯氨酸的Akt底物組成[7-8]。mTORC2的基本組成成分與mTORC1一致，包括mTOR、mLST8、含有DEP結(jié)構(gòu)域的mTOR相互作用蛋白、Tel2相互作用蛋白1，其特異核心亞基為雷帕霉素不敏感mTOR伴侶 (rapamycin-insensitive companion of mTOR，Rictor)、Rictor相關(guān)蛋白1和哺乳動(dòng)物應(yīng)激激活蛋白激酶相互作用蛋白1(mammalian stress-activated protein kinase interacting protein 1，mSIN1)[7-8]。

mLST8的缺失減弱了mTORC2中mTOR與Rictor以及mSIN1的相互作用，但沒有減弱mTORC1中mTOR與mTOR調(diào)控相關(guān)蛋白的相互作用[9-10]。mLST8在K305和K313位點(diǎn)的k63型多聚泛素化抑制了mTORC2組裝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[9]。mSIN1可能包含底物結(jié)合位點(diǎn)，決定mTORC2的亞細(xì)胞定位[11]。

Rictor是mTORC2的主要成分，它的缺失導(dǎo)致mTORC2的選擇性破壞[12]。Rictor的純合系統(tǒng)性缺失在胚胎時(shí)期是致命的，誘導(dǎo)系統(tǒng)性Rictor破壞會(huì)縮短壽命[13]，表明mTORC2參與哺乳動(dòng)物重要細(xì)胞機(jī)制和功能的調(diào)節(jié)。除了參與胚胎成熟、影響生長發(fā)育，Rictor/mTORC2還通過抑制哺乳動(dòng)物不育系20樣激酶1的活性來保護(hù)心臟結(jié)構(gòu)和功能[14]。Rictor缺失導(dǎo)致的心臟特異性mTORC2破壞進(jìn)一步導(dǎo)致哺乳動(dòng)物不育系20樣激酶1的顯著激活，進(jìn)而促進(jìn)心臟功能障礙和擴(kuò)張，損害心臟生長以及對壓力超負(fù)荷的適應(yīng)[14]。

mTORC2主要通過蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)、血清/糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)的激酶(serum/glucocorticoid regulated kinase，SGK)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)等AGC激酶家族[15]成員的下游靶蛋白介導(dǎo)其作用，參與細(xì)胞存活、凋亡和增殖[8]。

2 mTORC2的上下游調(diào)控

2.1mTORC2的上游調(diào)控 雷帕霉素與內(nèi)源性蛋白FK506結(jié)合蛋白(FK506-binding protein，F(xiàn)KBP)12復(fù)合，通過結(jié)合mTOR的FKBP-雷帕霉素結(jié)構(gòu)域抑制mTORC1活性[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)KBP-雷帕霉素復(fù)合物不能結(jié)合并直接作用于mTORC2[17]，然而通過延長雷帕霉素的治療窗發(fā)現(xiàn)，雖然雷帕霉素不能直接作用于mTORC2，但可通過阻止mTOR參與mTORC2的組成，破壞mTORC2參與的信號通路[18]。除雷帕霉素能夠影響mTORC2信號通路外，mTORC2也可被生長因子激活，特別是通過胰島素/PI3K信號通路[19]。有研究發(fā)現(xiàn)，胰島素/PI3K對mTORC2的調(diào)控是通過核糖體與mTORC2直接相互作用實(shí)現(xiàn)，胰島素通過刺激PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)mTORC2與核糖體的結(jié)合，核糖體直接激活mTORC2，在黑色素瘤和結(jié)腸癌細(xì)胞中，mTORC2-核糖體的關(guān)聯(lián)在致癌的PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用[5]。此外，mTORC2在應(yīng)激中亦具有不同作用，在急性能量應(yīng)激時(shí)，AMP活化的蛋白激酶直接激活mTORC2，促進(jìn)細(xì)胞存活[20]。在成骨細(xì)胞分化過程中，Wnt3A通過激活mTORC2誘導(dǎo)糖酵解的發(fā)生[21]。刺痛感蛋白1是一種被畸形樣激酶1磷酸化的平面細(xì)胞極化蛋白，磷酸化的刺痛感蛋白1與Ritor和mTORC2結(jié)合形成復(fù)合體，進(jìn)一步激活mTORC2，調(diào)控病灶黏附以及癌細(xì)胞遷移[22]。

2.2mTORC2的下游調(diào)控 mTORC2可作用于AGC激酶，如Akt。Akt是最重要的生存激酶之一，參與細(xì)胞生長、增殖、凋亡以及葡萄糖代謝等過程[7]。此外，Akt還參與心肌肥厚的病理過程，胰島素/PI3K/Akt的持續(xù)激活，在心臟超負(fù)荷的情況下，可導(dǎo)致心肌缺氧、收縮功能障礙，加重心肌肥厚[2]；通過抑制PI3K/Akt/mTORC1信號通路，可使自噬恢復(fù)正常水平，從而對心肌肥厚起保護(hù)作用[23]。Akt還可通過作用于mTORC1調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成，參與心肌肥厚[24]。在生理性心肌肥厚和病理性心肌肥厚中，Akt均是重要的調(diào)控因子。mTORC2作用于Akt的絲氨酸473(Ser473)磷酸化位點(diǎn)[25]，與常規(guī)PI3K/Akt通路作用位點(diǎn)不同，Ser473的磷酸化變化能夠特異性地反映mTORC2的活性變化。除作用于Akt的Ser473磷酸化位點(diǎn)外，mTORC2還可與核糖體結(jié)合，在蛋白質(zhì)的翻譯過程中作用于Akt蘇氨酸450(Thr450)磷酸化位點(diǎn)，在翻譯期間調(diào)控新生Akt的Thr450磷酸化，阻止Akt過早泛素化，增加新生Akt多肽的穩(wěn)定性[26]。綜上，雷帕霉素并不直接作用于mTORC2，只有在延長雷帕霉素治療窗的情況下，才會(huì)破壞mTORC2參與的信號通路。Zhu等[27]研究發(fā)現(xiàn)，一般劑量的雷帕霉素發(fā)揮免疫抑制劑的功能，通過抑制mTORC1上調(diào)自噬、激活mTORC2-Akt來保護(hù)肝細(xì)胞免于炎癥細(xì)胞死亡，從而減弱肝臟缺血再灌注損傷。另有研究發(fā)現(xiàn)，mTORC2通過作用于Akt促進(jìn)細(xì)胞存活，介導(dǎo)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架生成[5,28]。

PKC也是mTORC2的下游作用靶點(diǎn)，可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上Ca2+、K+通道的活動(dòng)，影響血管平滑肌的收縮[29]。此外，PKC還參與調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附，雷帕霉素通過阻礙mTORC2對PKC/c-Fos信號通路的抑制作用，降低氧化型低密度脂蛋白刺激的黏附分子表達(dá)[30]。mTOR是心臟適應(yīng)壓力超負(fù)荷的重要調(diào)節(jié)因子[31]，在小鼠Ritor心肌細(xì)胞特異性敲除模型中，特異性敲除小鼠心肌細(xì)胞Rictor可使mTORC2失活，下調(diào)心臟中PKCbⅡ和PKCg，在受到主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)誘導(dǎo)的壓力超負(fù)荷增加時(shí)，Rictor缺陷心臟對后負(fù)荷突然增加的適應(yīng)性較差[4]?？梢?，mTORC2通過調(diào)控PKC參與血管收縮以及細(xì)胞黏附等的調(diào)控。

SGK屬于AGC激酶家族，參與胰島素樣生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，與Akt處于信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的同等水平，作用于磷酸肌醇依賴蛋白激酶下游。SGK1參與胰島素樣肽段受體DAF-16/FOXO的調(diào)節(jié)以及脂質(zhì)代謝和第二階段活性氧的解毒，對秀麗隱桿線蟲的研究發(fā)現(xiàn)，mTORC2-SGK1信號通路通過將線粒體衍生的活性氧的產(chǎn)生與有絲分裂吞噬的轉(zhuǎn)換聯(lián)系起來，調(diào)節(jié)自噬的轉(zhuǎn)換以及影響線粒體的穩(wěn)態(tài)[32]。mTORC2還可通過激活SGK1促進(jìn)心肌細(xì)胞存活[33]。此外，SGK與Akt可調(diào)控細(xì)胞膜泡運(yùn)輸，進(jìn)而影響細(xì)胞營養(yǎng)攝取[34]。早期研究發(fā)現(xiàn)，SGK在醛固酮刺激的鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)的早期階段起重要作用，醛固酮在皮質(zhì)集合管中通過上調(diào)SGK信使RNA水平，調(diào)控Na+通道，參與Na+轉(zhuǎn)運(yùn)[35]。SGK功能多樣，其作用的下游通路較多，mTORC2作為SGK上游調(diào)控因子，可能介導(dǎo)SGK參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及代謝調(diào)控。

mTORC2通過調(diào)控疏水基序的磷酸化實(shí)現(xiàn)對AGC激酶家族的調(diào)控，而疏水基序是PKC、Akt和其他AGC激酶C端尾部的關(guān)鍵調(diào)節(jié)開關(guān)，因此mTORC2調(diào)控AGC激酶的關(guān)鍵在于對C端尾部疏水基序磷酸化的調(diào)控。Baffi等[36]認(rèn)為，mTORC2通過結(jié)合并磷酸化PKC和Akt的C端尾部的保守TOR-Interaction基序，調(diào)節(jié)疏水基序自磷酸化和激酶激活。

3 mTORC2與心血管疾病

心血管疾病受多因素的共同影響[37]，病理性心肌肥厚、動(dòng)脈粥樣硬化、先天性心肌病甚至衰老均可導(dǎo)致心血管系統(tǒng)發(fā)生器質(zhì)性改變，最終導(dǎo)致心血管疾病的發(fā)生。心血管疾病(除外先天性心肌病)是一種慢性疾病，其臨床表現(xiàn)隨病程慢性進(jìn)展而逐漸出現(xiàn)。mTOR作為細(xì)胞生長和代謝的中央控制器，在心血管疾病中起重要作用。

3.1mTORC2與心肌肥厚 除細(xì)胞生長和蛋白質(zhì)合成外，當(dāng)細(xì)胞死亡、纖維化、代謝重編程、胎兒基因表達(dá)的再激活、蛋白質(zhì)和線粒體質(zhì)量控制受損、肌節(jié)結(jié)構(gòu)改變和血管生成不足等發(fā)生時(shí)，心臟肥大就演變?yōu)檫m應(yīng)不良失代償病理性心肌肥厚；不同病因(如高血壓、心肌梗死)通過不同作用機(jī)制(如神經(jīng)內(nèi)分泌激素的紊亂或機(jī)械力的失衡)引起病理性心肌肥厚的形成，最終導(dǎo)致代償失衡，心力衰竭發(fā)生[1]。

mTORC1通過作用于p70S6激酶、真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1調(diào)控蛋白質(zhì)合成，并通過作用于unc-51樣激酶1調(diào)控自噬參與病理性心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展。mTORC2可通過其下游調(diào)控靶點(diǎn)，參與病理性心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展。Akt通過下游靶點(diǎn)mTORC1調(diào)控蛋白質(zhì)的合成，通過叉頭框蛋白O1調(diào)控細(xì)胞凋亡與自噬[25]。作為心肌肥厚的發(fā)生機(jī)制之一，mTORC2通過磷酸化Akt的Ser473位點(diǎn)，調(diào)控Akt的磷酸化，參與心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展。此外，激活mTORC2-Akt能夠保護(hù)肝細(xì)胞免于炎癥細(xì)胞死亡[27]，而病理性心肌肥厚的發(fā)生也與慢性炎癥密切相關(guān)[38]，mTORC2-Akt對免疫炎癥的調(diào)控，也可能參與病理性心肌肥厚的發(fā)生。

PKC是促進(jìn)心肌肥厚進(jìn)展為心力衰竭的重要原因，其可影響平滑肌收縮，其中PKC-α、PKC-β對心肌收縮功能影響極大[39]。特異性敲除心肌細(xì)胞Rictor小鼠的mTORC2失活，與野生型小鼠相比，在主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)誘導(dǎo)的主動(dòng)脈超負(fù)荷條件下，特異性敲除心肌細(xì)胞Rictor小鼠對心臟的超負(fù)荷狀態(tài)更加敏感，心力衰竭進(jìn)程加快，這與Rictor缺陷心臟不能增加PKCbⅡ以及PKCg有關(guān)[4]。SGK對細(xì)胞膜泡運(yùn)輸?shù)恼{(diào)控[34]、TORC2-SGK1對自噬的調(diào)控及其對線粒體穩(wěn)態(tài)的影響[32]均是mTORC2-SGK影響病理性心肌肥厚發(fā)生發(fā)展的潛在作用機(jī)制。

基質(zhì)相互作用分子1(stromal interaction molecules 1，STIM1)是一種動(dòng)態(tài)鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，與心肌細(xì)胞的肥大性生長有關(guān)[40]。STIM1通過直接作用于心肌細(xì)胞Rictor，使其發(fā)生磷酸化，從而正向調(diào)控mTORC2。上調(diào)mTORC2可導(dǎo)致Akt負(fù)向調(diào)控的糖原合成酶激酶-3β的失活。通過沉默STIM1發(fā)現(xiàn)，mTORC2下調(diào)可抑制心肌細(xì)胞代償性肥大，并促進(jìn)糖原合成酶激酶-3β誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡以及心功能障礙的發(fā)生[41]。鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶Aβ1(一種特異性Cn亞型)過表達(dá)可抑制壓力超負(fù)荷引起的心肌肥大，改善心功能[42]。Padrón-Barthe等[42]研究發(fā)現(xiàn)，mTORC2誘導(dǎo)的激活轉(zhuǎn)錄因子4的激活可介導(dǎo)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶Aβ1高表達(dá)引起的心肌肥大作用，激活的激活轉(zhuǎn)錄因子4通過促進(jìn)谷胱甘肽的產(chǎn)生和減少線粒體蛋白質(zhì)的氧化來增強(qiáng)抗氧化防御和改善ATP代謝。以上研究表明，mTORC2的激活可促進(jìn)代償性心臟生長，并限制適應(yīng)不良的心肌肥大，延緩心肌肥厚向心力衰竭的進(jìn)展，對心臟發(fā)揮保護(hù)作用。

3.2mTORC2與缺血性心肌病 除參與病理性心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展外，mTORC2在其他心血管疾病中亦有重要作用。缺血性損傷通過多種機(jī)制影響心功能，包括心肌細(xì)胞凋亡導(dǎo)致的心肌梗死損傷，心臟疾病中mTOR信號調(diào)節(jié)的失調(diào)引起心肌細(xì)胞凋亡，并導(dǎo)致相關(guān)心功能損害。心肌梗死后心肌細(xì)胞的不可再生壞死是導(dǎo)致慢性心力衰竭心功能障礙的主要原因，利用第二代mTOR抑制劑的藥理抑制作用和Rictor的基因沉默發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后，心肌缺血性損傷增加，心肌梗死患者病死率升高，證實(shí)激活心肌細(xì)胞mTORC2對心肌梗死后心臟有保護(hù)作用[43]。選擇性增加mTORC2并抑制mTORC1信號是一種治療缺血性心肌病的新方法。當(dāng)心肌缺氧、未及時(shí)供給心肌營養(yǎng)時(shí)，心肌細(xì)胞發(fā)生壞死或損傷，導(dǎo)致心肌缺血損傷發(fā)生，而除缺血導(dǎo)致的心肌損傷外，心肌缺血后恢復(fù)血供導(dǎo)致的二次傷害(即缺血再灌注損傷)亦不容忽視。心臟缺血再灌注損傷的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，硫化氫對心臟的保護(hù)作用通過mTORC2對Akt1的磷酸化調(diào)控介導(dǎo)[44]。雷帕霉素通過抑制mTORC2抑制PKC/c-Fos信號通路，降低氧化型低密度脂蛋白刺激的黏附分子的表達(dá)以及巨噬細(xì)胞對內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，mTORC2和PKC可能是動(dòng)脈粥樣硬化患者的潛在治療靶點(diǎn)[30]。

3.3mTORC2與心臟衰老 在人體心臟的正常衰老過程中，左心室壁增厚，左心室舒張期充盈率逐漸降低，而左心室靜息收縮力隨年齡的增加而減弱[45]。明確年齡依賴性心血管功能下降的作用機(jī)制，對心血管疾病的干預(yù)和治療至關(guān)重要。研究證實(shí)，mTORC1可促進(jìn)心臟衰老[46]，糖原合成酶激酶-3α是調(diào)節(jié)老年人群心臟mTORC1活性的關(guān)鍵因子，小鼠糖原合成酶激酶-3α的缺失可激活mTORC1并加重心臟衰老，同時(shí)大量心肌發(fā)生肥大、纖維化、肌節(jié)紊亂、線粒體功能障礙和自噬受損[47]。與mTORC1促進(jìn)心肌衰老的作用相反，mTORC2的激活可抑制年齡引起的心肌細(xì)胞肥大、纖維化等異常改變。Rictor系統(tǒng)性雜合缺失雄性小鼠的壽命降低，表明mTORC2作為抗衰老分子發(fā)揮作用[13]，且mTORC2亞基Rictor的破壞可誘導(dǎo)小鼠心功能障礙。轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)是一種進(jìn)化保守的信號通路，參與調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程，可促進(jìn)衰老期間的心臟纖維化[48]，其可通過調(diào)節(jié)miR-29改善老年小鼠的心臟衰老[49]。Chang等[50]研究TGF-β/抑制素B/激活素信號調(diào)節(jié)果蠅自噬與年齡相關(guān)性心肌病的作用發(fā)現(xiàn)，TGF-β/抑制素B/激活素信號與mTORC2相互作用，控制自噬和心臟衰老的年齡依賴性下降，但其不與mTORC1相互作用，在衰老過程中，僅激活mTORC2就可以誘導(dǎo)細(xì)胞自噬并維持心臟功能。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β/抑制素B/激活素和mTORC2之間存在一種新的交互作用，能夠調(diào)節(jié)果蠅的自噬和心臟衰老，果蠅中Rictor的過表達(dá)可上調(diào)自噬，并減緩心臟衰老，TGF-β/抑制素B/激活素信號通路在衰老過程中通過抑制mTORC2加速心臟衰老并下調(diào)自噬加速心臟衰老，而敲除dawdle(TGF-β蛋白家族成員)能夠恢復(fù)mTORC2的活性，阻止自噬下調(diào)，發(fā)揮對心臟的保護(hù)作用[49]。

4 小 結(jié)

mTORC2是雷帕霉素的作用靶點(diǎn)之一，其功能與mTORC1參與的通路調(diào)控不同。mTORC2通過調(diào)控疏水基序的磷酸化實(shí)現(xiàn)對AGC激酶家族的調(diào)控，影響AGC激酶的功能；mTORC2通過結(jié)合核糖體，阻止Akt過早泛素化，增加新生Akt多肽的穩(wěn)定性；通過PKC參與血管收縮以及細(xì)胞黏附等的調(diào)控。mTORC2對維持心臟結(jié)構(gòu)和功能有重要作用。在胚胎時(shí)期，激活mTORC2能夠抑制哺乳動(dòng)物不育系20樣激酶1的活性，保護(hù)心臟結(jié)構(gòu)和功能；而在衰老過程中，激活mTORC2能夠誘導(dǎo)自噬并保持心臟功能。深入研究mTORC2可為心血管疾病的治療提供新的思路及作用靶點(diǎn)。