wnt信号通路 mTOR信号通路在缺血性心脏病中的研究进展
杨资鉴+秦富忠
[摘要]缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）的发病率和逝世率逐年上升，严重威胁着全人类的身体健康。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（ mammalian target of rapamycin，mTOR）是一种保存的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，能够调理细胞巨细、细胞成长、蛋白组成、细胞骨架、养分和能量传递。研讨标明，mTOR在缺血性心脏病的发作与发展方面起着要害的调理效果。本文首要评论mTOR在心肌缺血再灌注、心肌梗死心肌重构和缺血性心力衰竭中的效果。此外，结合mTOR按捺剂雷帕霉素的研制效果，研讨其临床运用远景。
[要害词]缺血性心脏病；哺乳动物雷帕霉素靶蛋白；缺血再灌注；心肌梗死；心力衰竭
[中图分类号] R541 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2016）11（c）-0016-04
[Abstract]The increase in the morbidity and mortality of ischemic heart disease（IHD）is a serious threat to the health of mankind.Mammalian target of rapamycin （mTOR） is a kind of conservative serine/threonine protein kinase，which can regulate the cell size，cell growth，protein synthesis，cytoskeleton，nutrition and energy transfer.Research have shown that mTOR plays a key regulating role in the occur and process of ischemic heart disease. This article mainly discuss the role of mTOR in ischemia-reperfusion，myocardial infarction myocardial remodeling and ischemic heart failure. Furthermore，combining with the development of the mTOR inhibitors-rapamycinto to explore its clinical application prospect.
[Key words]Ischemic heart disease；Mammals rapamycin target protein；Ischemia-reperfusion；Myocardial infarction；Heart failure
缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）首要由冠状动脉堵塞引起，2008年死于缺血性心脏病的患者大约有1700万，到2030年这一数字估量将会到达2360万[1]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，进化上相对保存，它在衔接外界影响和细胞成长调控中起着至关重要的效果，因为mTOR在各条细胞信号途径中绝无仅有的方位，在各种细胞调理和疾病条件下，它现已被广泛地研讨发现。近年来许多研讨成果标明，不同的缺血性心脏病发展阶段，mTOR表达状况也不尽相同，而mTOR终究发挥维护效果，仍是损害效果，仍有争议。本文要点论述mTOR在缺血性心脏病研讨中的新发展。
1 mTOR信号通路
mTOR归于磷酸肌醇3激酶（phosphoinositide 3 kinase，PI3K）宗族中的一种相关激酶，其也是一种保存的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。从酵母菌到哺乳类动物进化中，它被高度彻底地保存下来，发现其分子质量在280～500 KDa[2]。在哺乳类动物细胞中，mTOR是一种分子量为280 KDa的蛋白质，首要有两种不同的蛋白质复合物。
第一种是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTOR complex 1，mTORC1），依靠Raptor（ regulatory-associated protein of mTOR）调控蛋白使得其结合于基底部。mTORC1的组成包含富含脯氨酸的AKt底物（proline-rich Akt substrate 40 kDa，PRAS40），Deptor（DEP domain-containing Mtor interacting protein），mLST8（mammalian lethal with Sec13 protein 8）蛋白等。mTORC1调控核糖体蛋白S6激酶1（p70 ribosomalprotein S6 kinase 1，p70S6K）和真核生物发动因子4E結合蛋白1（eukaryotic initiation factor 4E-binding protein 1，4EBP1）。当4EBP1磷酸化后，经过真核翻译开端因子4G（eukaryotic translation initiation factor 4gamma，eIF-4G），mTORC1能够结合真核细胞翻译开端因子（eukaryotic translationinitiation factor 4 epsilon，eIF-4E）来按捺蛋白质翻译。4EBP1磷酸化后，使得4EBP1从eIF-4E上别离下来，而且使eIF-4G开端mRNA转录。mTORC1磷酸化也添加了p70S6K活性。p70S6K丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化后，引起mRNA生成，核糖体蛋白转录和细胞成长。除此之外，PRAS40能够按捺p70S6K和4EBP1向Raptor结合[3]。
第二种是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物2（mTOR complex 2、mTORC2），它与mTORC1类似，其组成也包含mTOR、mLST8（mammalian lethal with Sec13 protein 8）和Deptor（DEP domain-containing mTOR interacting protein）。可是mTORC2还有Rictor，哺乳动物应激激活的蛋白激酶反响蛋白1（mammalian stress-activated protein kinase interacting protein 1，mSIN1）和Rictor 一起调查到的蛋白 1（protein observed with Rictor-1，Protor-1），而不是Raptor。Rictor对雷帕霉素不灵敏，但能够促进mTORC2激活。mTORC2调控肌动蛋白细胞骨架，细胞体积，内皮细胞生计与搬迁和细胞周期。mTORC2的一个靶向蛋白是蛋白激酶B（AKt）。Rictor传递mTORC2信号到磷酸化AKt（p-AKt），并使其激活和经过PDK1促进苏氨酸磷酸化。mTORC2也能够调控蛋白激酶C（PKC）、P-Rex1、P-Rex2、Rho GTP激酶，和Rho信号途径[4]。
2 mTOR信号通路在心肌缺血和再灌注中的效果
心肌梗死（myocardial infarction，MI）一般是由冠状动脉中动脉粥样硬化性斑块决裂引起的。冠脉血流重建（再灌注）强制性地挽救了缺血性心肌，可是伴随着一系列急剧的改动，如线粒体通透性转化孔（mitochondrial permeability transitionpore，mPTP）敞开，活性氧（reactive oxygen species，ROS）的发作，一氧化氮（nitric oxide，NO）生物利费用改变，细胞内Ca2+和Na+从头散布，PH改变。自相矛盾的是，再灌注自身实际上也可引起心肌细胞逝世和随后的不可逆心肌损害，此现象称之为“缺血再灌注损害（Ischemia-reperfusion injury）[5]。
前期研讨现已标明，心肌细胞自噬在再灌注时起损害效果，而在缺血时起维护效果[6-7]。mTOR是自噬进程中一个重要的调理分子，经过糖原组成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）激活mTOR，来按捺缺血再灌注损害时的自噬进程，起到心肌维护效果，而不是在缺血性损害[8-9]。与以上成果共同，Aoyagi等[10]调查发现，在缺血再灌注损害后，与野生型小鼠比较，mTOR转基因小鼠的无缺心肌区的自噬被按捺。而在MI区，野生型小鼠与mTOR转基因小鼠在LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值上并无差异。可是，在无缺心肌区（左室后壁），mTOR转基因小鼠的LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值要比野生型小鼠低，研讨成果标明，激活mTOR信号通路能够防备缺血再灌注损害急性期所造成的的心肌损害[10]。此外，Matsui等[6]经过构建心肌细胞培养模型，研讨标明，葡萄糖掠夺（即模仿心肌缺血）诱导心肌细胞自噬，mTOR失活和AMP依靠的蛋白激酶（AMP activated protein kinase，AMPK）激活，经过AMPK按捺剂削减葡萄糖掠夺介导的自噬。可是雷帕霉素对葡萄糖掠夺介导的自噬无附加的影响，标明AMPK激活和mTOR按捺诱导葡萄糖掠夺介导的自噬。而且其在心肌缺血小鼠模型中发现，自噬被缺血诱导，且再灌注时进一步进步，伴随着AMPK激活，而AMPK基因除掉后按捺心肌细胞自噬。研讨标明在缺血条下，AMPK/mTOR信号通路介导心肌细胞自噬，起着心肌维护效果。Zhou等[11]研讨发现，缺血再灌注小鼠经强心医治后，与对照组小鼠比较，在急性期时医治组小鼠存活率进步，且MI面积减小，纤维化削减；在缓慢阶段，防备不良的左室重塑，改进心功用，而且mTOR激活是发挥以上心肌维护效果所有必要的。在医治组小鼠中，mTOR磷酸化显着增强。之前进行的一项多中心、随机双盲平行、安慰剂对照临床试验也标明，与对照组心衰患者比较，试验组心衰患者在经过芪苈强心阶段性医治后，N未端前体脑钠肽（N-terminal pro brain natriuretic peptide，NT-proBNP）水平显着下降，日子质量改进[13]。
3 mTOR信号通路在MI心肌重构中的效果
左室容积添加是MI后猜测逝世率首要的目标之一，因而，改进MI预后的重要之处在于削弱晦气的心肌重构。现在按捺心肌重构的医治战略仍局限于按捺神经体液调理，mTOR信号通路将可能会是改进心肌重构的新要害。Buss等[13]经过构建大鼠心梗模型研讨发现，给予MI试验组大鼠mTOR按捺剂依维莫司（everolimus，RAD）持续医治28 d后，削弱了MI后心肌重构，改进了左室功用，减小了左室舒张末内径和体积，与对照组大鼠比较，MI面积显着减小。此外，进一步发现，依维莫司RAD激活了MI边际区的心肌自噬和蛋白酶体。经过检测自噬量发现，RAD并未削减自噬铲除。RAD医治MI起先的3 d内，晦气的心肌重构削弱，而且自噬逐步添加；MI后3个月，左室功用持续改进，即便在中止RAD医治的1个月，左室功用仍有好转。现在有一系列研讨标明，mTOR调理能量掠夺或缺血下条件的心肌细胞反响，mTORC1被按捺[14-15]。经过削减细胞能量消耗，而且激活心肌自噬，按捺mTORC1，保持能量贮存和细胞存活。mTOR按捺剂雷帕霉素经过激活心肌自噬，保持养分掠夺条件下心肌细胞存活[16]。Sciarretta等[17]经过高脂肪喂食小鼠构建心肌缺血模型研讨发现，在能量掠夺和缺血条件下，按捺Rheb，继而按捺mTORC1，诱导心肌自噬，削减心肌肥壮和MI面积，改进心脏功用，此外，一些研讨也论述了mTORC2在缺血性心脏病中的维护效果。研讨發现，在一些状况下，经过按捺PI3K或AKt1表达，使得缺血性心脏病从中获益[18-19]，因而，mTORC2可能会经过AKt1独立的机制起到维护缺血性心脏病的效果。一项简略的研讨发现，mTOR直接激活核因子κB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）和按捺Bnip 3表达，会部分削减缺氧条件下心肌细胞逝世[20]。点评mTOR过度表达激活mTORC2的相关效果和mTORC1的调理机制将会带来很大爱好。有报导显现，依靠于mTORC2活化后，mTORC2表达发挥了其维护性效果，这是缺血后和约束缓慢缺血性心肌重构、心肌细胞存活所有必要的[21]，可是，在冠脉血流再灌注前，急性MI患者会饱尝心肌持续缺血状况达数小时。而且，在特定状况下，冠脉血流不能重建或冠脉再灌注不确定。缺血仍是急性MI患者心肌损害的首要因素，因而，急性心肌缺血患者可能从按捺mTORC1，来削减再灌注所造成的的潜在损害中获益。
4 mTOR信號通路在缺血性心衰中的效果
病理性心肌肥厚一般由压力负荷添加，相关疾病（如高血压，心脏瓣膜病，MI）和神经激素诱导构成。前期经过添加心肌负荷，病理性心肌肥厚起到代偿性效果。可是，持续的病理性心肌肥厚终究导致心肌缩短妨碍和心力衰竭[22]。在多种病理条件下，巨噬细胞游走按捺因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）起着心脏维护效果。缺少MIF将会阻断心肌自噬和加剧腹主动脉缩窄导致的心肌肥厚，经过雷帕霉素处理后的小鼠，将减轻其因MIF缺少所造成的的心肌肥厚。离体试验中，去氧肾上腺素促进H9c2细胞肥壮，除掉MIF的H9c2细胞会按捺去氧肾上腺素介导的线粒体自噬，内源性MIF调理mTOR信号通路激活自噬，避免心肌肥厚构成，避免缺血性心衰发作[23]。此外，在心肌肥厚方面，促黑激素（intermedin，IMD）体现出重要的维护效果。许多研讨报导，在体或离体的心肌肥厚模型中，IMD诱导显着的自噬。主动脉缩窄，血管严重素Ⅱ（AngⅡ）或异丙肾上腺素干涉下诱导的显着心肌肥厚，均被IMD处理按捺。而且，自噬按捺剂（3-MA）削弱了IMD介导的自噬，而且阻断了IMD的心脏维护效果，促进缺血性心衰的发展[24]。
自噬诱导剂雷帕霉素，也是mTOR按捺剂，在心肌肥厚构成中起至关重要效果，雷帕霉素被发现具有改进机械压力或心肌损害所造成的的心肌肥厚的效果，Soesanto等[25]经过构建自发性高血压大鼠模型，调查其向心肌肥厚发展进程，研讨发现，低剂量的雷帕霉素处理可改进心肌肥厚，避免其向心力衰竭发展。此外，Bishu等[26]经过主动脉缩窄术构建小鼠心衰模型，研讨发现，雷帕霉素处理后削弱了mTOR介导调理的蛋白组成，添加了mTOR调控的自噬。低剂量的雷帕霉素能够用来医治缺血性心衰。有关研讨现已标明，黄连素（小檗碱）在心肌肥厚中起心脏维护效果。在主动脉缩窄术构建的心肌肥厚动物模型中发现，黄连素添加了心肌自噬，一起有心脏体积减小和细胞凋亡削减，也按捺了心肌肥厚。而且，自噬按捺剂（3-MA）反转黄连素介导的自噬水平，削弱了黄连素心肌维护效果。这些数据都标明，黄连素能够经过自噬机制削弱心肌肥厚，而且经过按捺mTOR进步自噬水平[27]。总而言之，研讨标明：①按捺mTOR表达，进步自噬水平能够减缓心肌肥厚发展；②雷帕霉素能够改进心肌肥厚介导的心力衰竭恶化进程；③雷帕霉素低剂量运用，能够使其心脏维护效果最大化。mTOR按捺剂在心肌肥厚，缺血性心衰方面的研讨发展巨大，为使其能够提前广泛运用于临床医治进程中，还需进一步深入研讨其长时间效果和副效果。
5小结和展望
在曩昔的几十年，关于mTOR信号通路的研讨逐步增多，当然，仍有许多方面值得持续探求，可是现在所了解的mTOR信号通路和其在正常、疾病的状况下的效果，将会为疾病的医治供给很好的远景。实际上，非常令人欢喜的是运用雷帕霉素所得研讨成果，其能够部分按捺mTORC1，而且能够激活许多回馈性信号，解说了很多杂乱的细胞进程。但在缺血性心脏病的不同阶段，mTOR信号通路所起的效果仍有争议。按捺mTOR信号通路能够防备缺血期引起的心肌损害，起着心肌维护效果；而在再灌注时期，按捺mTOR信号通路对心肌有恶化效果。在MI心肌重构阶段，经过按捺mTOR信号通路，能够减小MI面积，改进心脏功用。在病理性心肌肥厚构成，及向心力衰竭发展中，经过按捺mTOR信号通路，阻断其调理的蛋白质组成，进步自噬水平，能够削弱心肌肥厚，推迟心力衰竭发展。进一步说明在缺血性心脏病的不同阶段，mTOR信号通路所起的效果及其分子调理机制，将为往后避免缺血性心脏病供给新颖的靶点。
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（收稿日期：2016-10-26 本文編辑：顾雪菲）