西罗莫司靶蛋白信号传导通路与肾脏足细胞自噬的研究进展

　　自噬(autophaa妇是一种高度保守的细胞行为，是细胞降解自身一些受损的细胞器和大分资物质的过程’·。自噬基因的研究最初是在酵母菌中进行，Shintani和Klionsky-'以“autop-hagy”中的Atg为标准统一命名参与自噬调控的基因及其蛋白，其在进化_}_非常保守，参与白噬调控机制的过程非常复杂，许多具体的调控机制日前尚不明确，白噬具有两面性，在细胞的不同阶段各有利弊.一方一面，当细胞处于不利环境时通过白噬清除有害物质，避免其释放lflJ进人胞质;另一方面，如果有害物质不能被及时降解，其会因过度自噬引起细胞损伤或死亡在白噬的研究过程中发现，当自噬发生时微管相关蛋白I轻链3(LC3-I)转化为LC3-II并插人白噬体新形成的膜卜，因此，LC3常常作为细胞中自噬的标志性蛋白}3。西罗莫司靶蛋白(mTOR)作为自噬启动阶段关键调节因子在其过程中发挥重要作用，其活化后可抑制细胞自噬的发生;当细胞处于营养缺乏或应激时可通过mTOR信号传导通路从而抑制自噬的发生。
　　1mTOR的结构
　　mIOR是近年来被发现的进化卜十分保守的蛋白激酶家族，是调节细胞增殖、生长和白噬等信号传导通路的汇合点，广泛存在于各种哺乳动物细胞中，位于人染色体1p36.2上，是一种大分子蛋白质，相对分子质量为289000，由mRNA翻译后的2549个氨基酸分子组成，其氨基端有20个重复串联序列，每个重复序列包含分别由40个氨基酸残基组成的2个螺旋，每个螺旋均有一疏水基团和亲水基团{5mTOR不同结构域和不同蛋白结合在细胞内可形成2种主要不同复合物，mTOR的结构域由FRB激酶结构域,FAT结构域、HEAT币复序列、NRD及F!1TC结构域组成·‘。靠近mTOR的C端有一个约由234个氨基酸残基组成的激酶结构域，与磷脂酚肌醇3-激酶(PI3K)的催化域l一分相似，这是导致mTOR属于PI3K蛋白激酶类家族的重要原因之一。FRB结构域紧接着激酶结构域上游，其在雷帕霉素抑制mTOR中起重要作用。雷帕霉素可与细胞内的受体FKBP12(FK506结合蛋白)及mTOR的FRB区相结合发挥抑制m10R的激酶话性作用「6。自噬是一个由AtOtt}蛋白控制的动态过程。
　　mIOR作为其卜游调控分子已经被深人研究。早期研究发现雷帕霉素可以诱导细胞发生自噬，提示m'I'OR在细胞自噬的调控中发挥重要作用。目前国内外研究普遍认为mTOR对自噬的调节作用主要通过2种机制完成，首先是作用于下游效应物的信号转导作用，如核糖体蛋白S6激酶(ribosomalproteinS6ki-nase,RPS6K)、转录起始因子4E结合蛋白1(4Ebindingprotein1,4E-BPl)，通过启动基因的转录和翻译调控自噬;此外，mTOR激酶直接调节细胞白噬体的形成'-9}omTOR作为细胞信号通路中的枢纽也受上游调节物的调控。目前研究发现mTOR可以整合激素的信号传导，是PI3K-Akt(Akt又称蛋白激酶B,PKB)通路的下游分子，激活PI3K-Akt信号通路可使niI'OR活化;此外，细胞内单磷酸腺许/三磷酸腺普(AMP/ATP)比值增高时可通过能量感受器AMP活化的蛋自激酶(adenosinemono-phosphate-activatedproteinkinase,AMPK)使mTOR失活，在mTOR细胞信号通路中最重要的是PI3K-AKT介导的信号转导通路。
　　2mTOR的功能
　　mTOR是一种非典型丝氨酸/苏氨酸蛋自激酶，作为Akt下游的重要底物之一，可以整合细胞内所激发的各种信号通路，通过调控相关基因的翻译、转录来发挥其调节生物学作用，在细胞的生长、发育中起调控作用，其信号一通路的异常与多种肾脏病的形成密切相关，是目前肾脏疾病的理想治疗靶点之一}’()。m'1'OR基因序列高度保守，对哺乳动物细胞的生长和发育是必不可少的，mTOR基因缺陷会导致哺乳动物死亡。mTOR调节机制中最具特色的功能是翻译调节mI'OR激活后可作用于真核细胞4E-BPl和RPS6K，这2种蛋曰均是通过翻译进行调控，核糖体S6蛋白经磷酸化后增强了翻译功能、、mTOR的另一个重要调节靶点是4E-BPI，通过与翻译启动因子4E结合抑制蛋白翻泽。近年来研究发现，mTOR参与细胞内一系列生理病理过程，其存在形式主要有2种:mTOR-Rapto:复合物和mTOR-Rictor复合物。mTOR-Raptor复合物的发现早于mTOR-Rictor复合物，主要作用是通过调节蛋白质的合成影响细胞生长和增殖，其活性能够被雷帕霉素抑制。mTOR-Rictor复合物的活性不能被雷帕霉素抑制，主要参与细胞骨架蛋自的形成，具体功能仍在进一步研究中。对2种复合物的研究能够帮助寻找新的治疗肾脏疾病和代谢性疾病的药物。
　　3mTOR信号调控机制
　　mTOR是各种细胞多种调节信号的整合器，其上下游信号转导途径的调控机制相当复杂，其通过感受细胞内氨基酸、生长因子、胰岛素等物质的变化整合上游的多种细胞信号调节细胞的生长、发育。现普遍认为其主要受丝氨酸一苏氨酸激酶1(LKB工)/AMPK/mTOR信号通路和1'I3K/Akl/mTOR信号通路的调节v1。研究发现，哺乳动物氨基酸的代谢调节是直接通过LKB1/AMPK/mTOR通路来实现的，而不是通过PI3K/Akt/mTOR通路来调节，mTOR的活性与AMPK的活性有关。当哺乳动物细胞的ATP/二磷酸腺昔(ADP)比率下降时，AMP的水平变化较ATP更为敏感,AMPK对:4MP浓度细微的变化非常敏感，在细胞缺乏能量时，AMPK直接磷酸化通过提高结节性硬化复合物(tuberoussclerosiscomplex-2,TSC-2)的活性来抑制Rheb酶活性，发挥间接抑制mTOR信号通路活性的作用，在能量压力下，AMPK还可以直接磷酸化mTOR发挥调节作用自噬特异性阻断剂3一甲基腺嚓吟(3-MA)可以特异地抑制自噬体形成，这是通过抑制ClassIIIPI3K(hVps30)的活性来完成的，哺乳动物抑癌基因UVRAG(ultravioletirradiationresistance-associatedgene)和自噬基因Beclinl是自噬的正调控因子，抗凋亡因子Bcl-2是自噬负调控子，它们共同组成ClasslllPI3K复合物发挥调控自噬的作用[15。Andouz等16研究发现特异性地抑制PI3K/Akt信号通路使白血病NB4细胞的自噬体减少、自噬相关蛋白表达下降，进而导致细胞凋亡增多。研究发现，当mTOR活性被抑制时，mTOR信号被激活进而抑制白噬体形成，使细胞自噬减弱;相反，mTOR信号被抑制可促进细胞自噬发生，在酵母，扫仁要是通过去磷酸化Atgl和Atg13激活下游自噬信号使自噬增强〕目前研究发现，生长因子、营养要素、能量和环境压力4种主要的上游刺激因子在mTOR信号通路中发挥重要作用这些刺激因子通过不同的细胞表面受体将信号转导至mTOR，进而调控细胞的生长和发育。mTOR信号通路是一个复杂的信号网络系统，各通路之间具有相互联系、汇聚或发散的特占;比17-2习对哺乳动物细胞生长、细胞周期等多种生理功能的调控主要是通过PI3K/Akt/mTOR调控途径实现，磷脂酞肌醇二磷酸盐(PIP2)可以被活化的PI3K磷酸化为磷脂酚肌醇二磷酸盐(PIP3)位于细胞膜上的PIP2,PIP3召集下游分子Akt到细胞膜上。PIP3通过激活磷脂酞肌醇依赖性激酶-1使Ak}磷酸化激活。另外，PTFN(即MMACl,mutatedinmultipleadvancedcancers1)可以催化PIPS转化为PIP2，反馈调节PI3K/Akt/mTOR信号通路的活性，进而抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路。
　　因此，PTE'S的失活能促使PIP2转化为PIP3，进而激活Akt和mTOR,活化PI3K/Akt/mTOR信号通路。有研究发现，PI3K/Akt/mTOR信号传导通路是自噬的重要调控机制,I型PI3K和其下游的信号转导分子Akt可以诱导细胞白噬的发生，班型PI3K则抑制细胞自噬的发生2"},PI3K/Akt信号通路的抑制剂可特异性阻断自噬体的形成。此外，一些激素物质如胰岛素、胰高血糖素等叮通过反馈调节来调控自噬ya,n-zz}。总之，自噬的信号调控网络错综复杂，其具体的机制有待进一步研究。
　　4mTOR与足细胞自噬
　　近年来，mTOR信号通路在肾小球足细胞自噬方面的研究取得了重大进展，国外有一研究报道mTOR信号通路在肾小球足细胞白噬损伤、蛋白尿、糖尿病性肾病、缺血一再灌注肾损伤、药物性肾损伤等肾脏疾病中扮演重要角色，mTOR信号通路可能成为干预肾小球足细胞病新的治疗方法。
　　肾小球足细胞是高度特异且终末分化的细胞，’肾小球足细胞的损伤与肾小球硬化、蛋白尿的产生密切相关，mTOR信号通路与肾小球足细胞自噬之间有密切的关系，mTOR白噬信号的调控可能成为蛋白尿防治的新措施。越来越多的研究证实，mTOR自噬信号的调控在各种类型的肾脏疾病中均起到重要作用，尤其在肾脏日常功能的维持、特定疾病的进展及肾脏老化的过程中。哺乳动物Atg13和Atgl的同族物ULK1(Une-5l-likekinase1)和ULK2(Unc-5l-likekinase2)可被mTOR磷酸化，通过抑制ULK的活性发挥自噬负性调节作用「}s7雷帕霉素是mTOR的抑制剂，通过激活ULK诱导细胞自噬的发生。肾小球足细胞损伤是导致肾小球疾病的重要因素，研究发现缺失At婚的小鼠易出现内质网应激、蛋白尿、泛素蛋白的累积，这些变化最终导致肾小球足细胞的损害。这些结果强调了，自噬在维持肾小球足细胞的稳态方面具有重要作用}z5}Cui等26J在衰老的小鼠中观察到白噬相关蛋白显著减少、自噬底物积聚，提示自噬在维持肾小球足细胞稳定中发挥重要作用。因此，mTOR一自噬途径是肾小球足细胞维持自身生存与疾病发生的一个重要的调节器。适宜的mTOR或者自噬活性是维持肾小球足细胞自身存活的基础。当肾小球足细胞损害时，’肾小球足细胞白噬活J险降低或者mTOR活性增加可能是足细胞对应激状态的一种适应。ULK-At妇3-FIl'200复合体在mTOR一自噬信号通路的调控中也发挥重要作用，mTOR信号通路激活时自噬被抑制，这可能造成某些进展性的肾小球足细胞损伤，主要表现为足突融合、缺失及空泡化形成，进而导致蛋白尿发生。研究表明，高血糖时一mTOR信号传导通路过度活跃，可能通过介导持久的激活导致肾小球足细胞损伤，进而引起蛋白尿的发生及肾小球硬化，这些过程与mTOR一白噬信号通路的调控有关对糖尿病肾病小鼠模型的研究发现，小鼠足细胞中的mI'OR信号传导通路活性显著增高，通过降低mTOR信号传导通路活性能够明显延缓疾病的进展。文献报道雷帕霉素常常会导致大鼠蛋白尿的发生率急剧增高，且蛋白尿在停药后往往呈不可逆转的改变{28在pr.吟霉素诱导肾损伤模型中，雷帕霉素不但增加蛋白尿、足突融合，而巨促进肾小球足细胞凋亡，此外，临床研究亦证实肾移植术后服用雷帕霉素的患者足细胞的凋亡率往往增高，最终导致一些患者发展为局灶节段性肾小球硬化。
　　近年来，在肾细胞癌的研究中也发现mTOR抑制剂对肾细胞癌有一定的作用，抑制mTOR的信号通路uJ一以激活白噬;Turcotte等引」的研究发现间接证实诱导自噬很可能成为肾细胞癌治疗的新途径。其中mTOR信号传导通路对肾小球足细胞自噬的负性调节作用明确，而且抑制足细胞白噬活性后对肾小球足细胞损害的易感性增加，因此，mTOR活化介导的白噬减弱很可能在肾小球足细胞损伤中起重安作用，那么调节mTOR信号传导通路也可能成为干预肾小球足细胞损害的一种潜在治疗方法。
　　5总结和展望
　　mTOR信号通路是近年来迅速发展的热点研究领域，mTOR阐明了一个复杂的自噬信号转导通路在细胞增殖、生长、分化过程中的重要作用。m1'OR信号通路与急性肾损伤、慢性肾脏病、PKD等肾脏疾病的发生、发展密切相关mTOR在足细胞疾病中的作用机制将成为今后研究的热点近年来，随着基因沉默、白噬检测技术发展以及各类小分子RNA干扰技术的应用，在分子水平对足细胞自噬认识的不断深人，相信对足细胞自噬的研究将会更加全面和深人，并为肾脏疾病的发病机制以及临床治疗提供新的思路。
　　参考文献
　　于生友,于力. 自噬与儿童肾脏疾病的研究进展[J].中华儿科杂志,2010,(11):872-875.doi:10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2010.11.023.
　　Shintani T,Klionsky DJ. Autophagy in health and disease:a doubleedged sword[J].Science,2004,(5698):990-995.
　　Kabeya Y,Mizushima N,Ueno T. LC3,a mammalian homologue of yeast Apg8p,islocalized in autophagosome membranes after processing[J].EMBO Journal,2000,(21):5720-5728.
　　Duprez L,Wirawan E,Vanden Berghe T. Major cell death pathways at a glance[J].Microbes and Infection,2009,(13):1050-1062.
　　Heitman J,Movva NR,Hall MN. Tagets for cell cycle arrest by the immunosuppressant rapamycin in yeast[J].Science,1991,(5022):905-909.
　　Jacinto E,Hall MN. TOR signaling in bugs,brain and brawn[J].Nature Reviews Molecular Cell Biology,2003,(02):117-126.
　　Song G,Ouyang G,Bao S. The activation of Akt/PKB signaling pathway and cell survival[J].Journal of Cellular and Molecular Medicine,2005,(01):59-71.
　　Adjei AA,Hidalgo M. Intracellular signal transduetion pathway proteins as targets for cancer therapy[J].Journal of Clinical Oncology,2005,(23):5386-5403.
　　Vignot S,Faivre S,Agnirre D. mTOR-targeted therapy of cancer with rapamycin derivatives[J].Annals of Oncology,2005,(04):525-537.doi:10.1093/annonc/mdi113.
　　Hay N,Sonenberg N. Upstream and downstream of mTOR[J].Genes and Development,2004,(16):1926-1945.