mTOR信號通路在系統性紅斑狼瘡發病機制中的研究進展

何晶晶 馬 雋 任柄睿 劉愛京

(河北醫科大學第二醫院風濕免疫科，石家莊 050000)

系統性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)是一種以體內出現T細胞異常、B細胞過度活化及大量自身抗體產生為主要特點的自身免疫性疾病，常累及多個臟器，嚴重者危及生命。SLE病因尚未明確，且因性別、年齡、種族及生活環境不同發病率存在顯著差異[1,2]。

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于高度保守、廣泛表達的磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase，P13K)相關激酶家族，其作為催化亞基，通過整合各種生理學刺激來調節細胞生長及代謝[3]。 mTOR信號傳導異常與人類多種疾病相關，包括自身免疫性疾病、代謝性疾病和腫瘤性疾病[4-6]，近些年來對mTOR與SLE發病機制的研究也日益增多[7]。本文從mTOR信號通路的組成、功能及mTOR抑制劑出發，系統闡述mTOR信號通路在SLE發病機制及其抑制劑在SLE治療中的作用，旨在為SLE靶向治療提供幫助。

1 mTOR信號通路構成及調控

1.1mTOR分子組成 根據組成成分的不同，mTOR可分為mTOR復合物1(mTOR complex 1，mTORC1)和mTOR復合物2(mTOR complex 2，mTORC2)，它們結構上緊密聯系但功能上卻明顯不同[8]。mTORC1是營養和代謝的重要橋梁，感受營養要素、生長因子及環境壓力，參與細胞增殖、組織構建及生物體生長，是整個信號通路的核心。與mTORC1不同，目前人們對mTORC2上游信號的研究相對較少，其上游信號分子尚無法確定，但也與PI3K的誘導活化相關，其下游分子血清和糖皮質激素誘導蛋白激酶1(Serum-and glucocorticoid-regulated kinase 1，SGK1)參與調節叉頭狀轉錄因子FoxO，通過激活蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)磷酸化促進細胞骨架形成(如圖1)。mTORC1 和mTORC2感受不同信號刺激，使得mTOR成為多條信號通路傳導的樞紐，協同調控細胞的增殖與分化，維持組織正常代謝，參與機體損傷修復，故這兩種復合物已被視為抑制細胞過度增殖甚至逆轉癌變的關鍵[9-11]。

1.2mTOR信號通路上游構成 mTOR調控復雜，受多種調節蛋白的影響，主要概括為兩條信號通路，即PI3K/Akt/TSC/mTOR信號通路和LKB1/AMPK/TSC/mTOR信號通路。

1.2.1PI3K/Akt/TSC/mTOR信號通路 PI3K在T細胞受體、IL-2或生長因子受體刺激下激活，與酪氨酸激酶偶聯并結合配體，催化膜內磷酸肌醇二磷酸生成磷酸肌醇三磷酸，繼而激活蛋白絲/蘇氨酸激酶 (protein kinase B,Akt)和磷脂酰肌醇依賴性激酶1(PDK1)。同時，抑癌基因PTEN (Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10)通過去磷酸化使磷酸肌醇三磷酸轉變為磷酸肌醇二磷酸，抑制PI3K活化，負調控該過程。

結節性硬化復合物(Tuberous sclerosis complex，TSC)是腫瘤抑制因子，由結節性硬化復合物1(Tuberous sclerosis complex，TSC1)和結節性硬化復合物2(Tuberous sclerosis complex 2，TSC2)構成。哺乳動物細胞中，TSC2是GTPase激活蛋白，TSC1-TSC2復合物通過水解GTP使Rheb-GTP轉變為Rheb-GDP而下調mTORC1活性。因此在TSC1-TSC2異常的細胞中，TSC作為mTOR抑制因子不能發揮正常功能，導致mTOR及其下游的效應分子過度活化，使得細胞可以不斷生長。腦內Ras同系物(Ras homolog enriched in brain，Rheb)是具有小GTPase活性的蛋白質，Rheb-GTP是其活性狀態，是mTORC1的上游調控分子，直接作用于mTORC1正向調節其活性。

Akt是PI3K的下游信號，在mTOR通路中起橋聯作用。當PI3K的活化產物磷酸肌醇三磷酸與Akt結合后，Akt移動到細胞質及細胞核中進一步活化下游的TSC2，TSC2水解GTP使Rheb-GTP轉變為Rheb-GDP，對Rheb的抑制解除，Rheb活化mTORC1并對其進行調控[12]。mTORC1持續活化使得Akt磷酸化水平下降，繼而反饋抑制mTORC1(如圖1)。

該通路主要作用通過調控基因轉錄等途徑參與氨基酸及脂類等營養物質代謝，促進蛋白質、脂肪及核苷酸等大分子物質合成[13-15]，參與細胞生長；通過自噬調控細胞代謝[16]；既決定干細胞分化方向又影響成熟細胞功能[17-19]。

1.2.2LKB1/AMPK/TSC/mTOR信號通路 LKB1(Liver kinase B1，LKB1)基因是近年發現的一種抑癌基因，游離的LKB1主要分布于細胞核，其編碼產物LKB1蛋白也是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，與配體形成復合物后，轉移到細胞漿，通過活化AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)抑制mTORC1活性。AMPK是一種能量敏感激酶，也是一種營養感受器，主要感受細胞內能量變化[20]。當細胞內ATP/ADP下降或AMP/ATP升高時，AMPK被活化，活化的AMPK可磷酸化TSC2，促進TSC1-TSC2復合物形成，從而抑制mTORC1的活性；當細胞內能量耗盡時，AMPK還可直接磷酸化Raptor而抑制mTORC1的組裝，以減少細胞內合成代謝、停止細胞分裂增殖等高耗能反應[21](如圖1)。

LKB1/AMPK/TSC/mTORC1途徑主要功能是在缺氧、低能量及營養匱乏等應激狀態下，通過激活AMPK及時啟動負調控機制，抑制細胞內脂類合成，降低能量消耗；提高6-磷酸果糖激酶活性，增加糖酵解，促進能量產生，抑制細胞增殖，減少ATP消耗，保證細胞存活，該通路信號異常可引起糖酵解增強代謝紊亂，導致SLE發生。

2 mTOR信號通路與SLE發病關系

2.1mTOR信號通路在免疫調節中的作用

2.1.1參與免疫細胞增殖和分化 PI3K/Akt/mTOR信號通路磷酸化水平調控外周血中初始CD4+T淋巴細胞和胸腺細胞中Foxp3的表達，影響T細胞分化。經典的試驗是由Haxhinasto等[22]完成的，他們提取小鼠脾臟及淋巴結中的調節性T細胞(regulatory T cell，Treg)進行研究，結果顯示PI3K/Akt/mTOR信號通路調節CD4+Foxp3+細胞分化，持續性表達的Akt可顯著抑制CD4+T細胞向Treg分化，并且證實mTORC1對Foxp3表達起關鍵作用。Shrestha等[23]通過對狼瘡小鼠模型分析發現，PTEN可維持Treg功能，限制促炎細胞如Th1、Th17及濾泡輔助T細胞(follicular helper T cell,Tfh)增殖，抑制免疫反應。Fernandez 等[24]發現狼瘡患者外周血中CD8+記憶T細胞減少，應用mTOR抑制劑雷帕霉素治療后CD8+記憶T細胞數量增加，該試驗證實mTOR活化與SLE患者血中初始CD8+T細胞分化密切相關，可能參與SLE發病。

圖1 mTOR信號通路活化示意圖Fig.1 Activation of mTOR signaling pathway

2.1.2mTOR信號通路影響炎性細胞因子正常分泌 SLE的發病除了與自身抗體產生及免疫復合物沉積有關外，炎性細胞因子異常也發揮了關鍵作用。Koga等[25]發現，鈣調蛋白激酶Ⅳ可增加Akt及mTORC1活性，通過激活mTOR信號通路促進IL-4和IL-17產生，刺激B細胞分化成漿細胞并產生自身抗體，促使狼瘡發病。與Koga研究結果一致，Jones等[26]也發現，在有狼瘡傾向小鼠的B細胞中，mTORC1過度激活，漿細胞產生增加，這提示mTORC1通過mTOR通路介導B細胞異常活化而產生大量抗體，導致狼瘡發生。

2.2mTOR信號通路改變細胞自噬水平 自噬是細胞高度保守的代謝過程，胞漿代謝物能通過雙膜自噬體包繞并運送至溶酶體降解。同時自噬也是細胞維持免疫自穩的重要機制。自噬調節異常與SLE的發病密切相關，其調節異常與SLE的發病密切相關。Kato等[27]發現，IL-21可以激活mTORC1和mTORC2，抑制自噬，阻斷SLE患者及健康人外周血中初始CD4+T細胞向Treg分化，并抑制Treg的功能。應用雷帕霉素治療4周后，細胞自噬再次出現，Treg功能恢復正常，這從質量角度印證了mTOR通過調控自噬參與SLE發病。

有研究表明SLE患者血清中瘦素水平較正常人升高[28]，并且Cassano等[29]發現，在人類CD4+CD25-T細胞中，瘦素作為細胞因子可激活mTOR信號通路，與Beclin-1相互作用，上調Bcl-2表達，抑制細胞自噬，使用雷帕霉素阻斷mTOR通路可逆轉瘦素對自噬的抑制作用，提示瘦素可通過激活mTOR通路參與自噬的下調，參與狼瘡發病。

2.3mTOR信號通路與氧化應激 研究表明，氧化應激異常與SLE發病密切相關[30,31]。Lai等[32]設計并完成的隨機雙盲安慰劑對照前期試驗，結果顯示N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine，NAC)可以增加SLE患者外周血淋巴細胞中谷胱甘肽(Glutathione，GSH)含量，彌補抗氧化劑的不足，抑制CD4-/CD8-雙陰T(CD4-/CD8-duble-negative T,DN T)細胞中mTORC1激活，促進Foxp3表達，使疾病活動指數和ds-DNA等指標下降，疾病得到緩解。這一結果從側面印證了氧化應激參與SLE病理過程。

Perl等[33]發現，SLE患者T淋巴細胞的線粒體功能存在異常，這種改變導致活性氧產生增加、細胞內還原型GSH含量減少，造成T細胞壞死；此外，線粒體功能障礙還可導致mTOR過度激活，缺氧誘導因子1α(Hypoxia-inducible facter 1α，HIF1-α)活性增強，使得Th17細胞數量增加；通過促進Foxp3降解，抑制Treg分化，最終導致狼瘡小鼠T細胞分化異常[34]。

2.4mTOR信號通路與物質代謝障礙 代謝組學研究顯示，犬尿氨酸作為色氨酸氧化還原產物刺激SLE患者T淋巴細胞尤其是DN T細胞中mTORC1活化，調節磷酸戊糖途徑，促進IL-4和IL-17產生[35]。除了氨基酸代謝，糖代謝也參與mTOR通路代謝調控。前文提到，HIF1-α是一種選擇性表達于 Th17細胞中的轉錄因子，是調控糖酵解的重要關卡，通過mTOR信號途徑參與Th17和Treg表達，若HIF1-α缺乏或糖酵解受抑制，則Th17細胞分化減弱而Treg分化增強。由此可見，物質代謝的失衡在SLE發病機制中也起著重要作用。

3 mTOR通路作為治療靶點在SLE中的應用

3.1雷帕霉素及其類似物 雷帕霉素(Rapamycin,RAPA)是mTOR的變構抑制劑，能夠與細胞內蛋白FKBP12形成 FRB結構域，抑制其活性，使細胞周期停滯在G1期，誘導細胞凋亡和自噬。近期一篇發表在柳葉刀上關于RAPA 的單組、開放性Ⅰ/Ⅱ期的臨床試驗證實了RAPA在SLE治療中的安全性及療效。研究結果顯示，29名傳統藥物治療抵抗或不耐受的狼瘡活動期患者，應用RAPA治療12個月后，其中16名患者SLEDAI評分和 BILAG疾病活動指數明顯下降，并且未出現明顯副作用[36]。同時發現，RAPA可以通過增加外周血中CD4+CD25+Foxp3+T細胞和CD8+記憶T細胞數量，抑制CD4+和DN T細胞產生IL-4和IL-17，使活動期SLE患者疾病得到緩解。RAPA作為mTOR選擇性抑制劑主要針對mTORC1起作用。體外研究發現[37]，RAPA能抑制狼瘡患者T淋巴細胞中mTORC1活性而增強mTORC2活性。由于文獻較少，目前普遍認為RAPA對于mTORC2的激活可能是繼發性的。

3.2N-乙酰半胱氨酸 前文提到，異常的氧化應激機制參與了SLE發病。NAC作為GSH的前體及抗氧化劑，作用于mTOR位點，在SLE治療中的作用也逐漸得到更多關注。有研究報道，NAC可以抑制脂質過氧化，降低早期狼瘡腎炎患者尿蛋白及血沉等指標，緩解疾病活動[38]。正是由于NAC的安全性、耐受性及療效，其或許可以為SLE的輔助治療提供新思路。

3.3二甲雙胍 眾所周知，二甲雙胍通過促進糖酵解、抑制糖異生等作用降低血糖，是目前廣泛應用的降糖藥之一。經研究發現，二甲雙胍可以激活AMPK，抑制mTORC1，發揮抗炎、調節脂類及糖類代謝的作用，在免疫調節的舞臺上展示著老藥新用的風采。Lee等[39]發現，二甲雙胍可減少狼瘡小鼠胸腺生發中心的數量及體積，抑制B細胞向漿細胞分化，同時還可通過抑制自身抗體表型表達減少抗ds-DNA等抗體產生。文獻報道，二甲雙胍也可減少mTORC1的激活、阻斷ETC1，從而抑制氧化應激，預防狼瘡傾向小鼠腎炎的發生[40]。二甲雙胍除了緩解mTORC1相關的炎癥反應外，還可以預防SLE患者出現高脂血癥及動脈粥樣硬化等代謝并發癥[41]。因此，二甲雙胍聯合其他風濕病藥物可能為SLE疾病管理提供潛在幫助(如表1)。

4 結語與展望

綜上所述，mTOR信號通路通過調控基因轉錄、蛋白質合成等過程，參與細胞代謝、增殖及凋亡。近年研究發現，mTOR信號通路與免疫細胞增殖分化、炎性細胞因子分泌、自噬水平及氧化應激異常密切相關，在狼瘡發病機制中發揮著重要作用。mTOR抑制劑在SLE臨床試驗中的效果及安全性已得到初步證實。進一步擴大試驗人群以確定其療效及耐受性，研發高選擇性mTORC1或mTORC2阻滯劑，在改善病情的同時最大程度地降低毒副作用將是未來研究的重點。隨著人們對免疫調節的進一步認識以及更多臨床試驗的完成，mTOR信號通路有望成為SLE精準治療的新靶點。

表1 mTOR通路抑制劑作用靶點

Tab.1 Active target of mTOR inhibiters

DrugsMechanismMolecule targetRapamycinAutophagymTORC1N-acetylcysteineAntioxidantsGlutathioneMetforminAntioxidantsETC-1