mTOR在動脈粥樣硬化中的研究進展*

王藝穎 陸 璐 肖順華 劉 貝

江蘇衛生健康職業學院藥學院，江蘇省南京市 211800

動脈粥樣硬化(Atherosclerosis，AS)是發生在大、中型動脈的一種病因復雜的慢性血管疾病，近年來已成為導致人類死亡的主要病因，嚴重威脅人類健康。AS的形成與發展機制非常復雜，其以血管內皮細胞受損為始動因素，血液中的低密度脂蛋白膽固醇滲入血管內膜，促使趨化因子和黏附分子表達增加，調節單核細胞在血管壁的黏附、滾動、跨內皮遷移，導致內膜單核細胞浸潤，分化成巨噬細胞吞噬脂蛋白成為泡沫細胞，啟動AS的早期病變——形成脂肪條紋[1]；隨著疾病進展，內皮細胞、吞噬細胞釋放一系列生長因子、細胞因子等刺激平滑肌細胞從中膜遷移至內膜，使動脈壁變厚并發生纖維化，形成纖維帽；在AS后期，血管內皮細胞凋亡，纖維帽逐漸變薄，慢慢演變為不穩定斑塊，發生破裂出血、形成繼發性血栓，引發腦卒中、急性心肌梗死等一系列不良心血管事件[2]。從以上病理過程中不難看出，AS 形成與發展機制非常復雜，近年來研究表明，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target for rapamycin，mTOR)在AS 的進程中起到關鍵作用。

1 mTOR概述

1.1 mTOR分子結構及信號通路 mTOR是磷脂酰肌醇3-激酶家族中的一員，在哺乳動物中可以與其他蛋白形成兩種復合物 mTORC1(mTOR Complex 1) 或 mTORC2(mTOR Complex 2)。mTORC1主要是一種對雷帕霉素(rapamycin)敏感的復合物， Raptor作為其骨架蛋白，負責促進底物與mTORC1的結合，調節mTORC1的亞細胞定位。mTORC1 主要通過磷酸化其下游效應器蛋白核糖體 S6 激酶(ribosomal protein S6 kinase，S6K)和真核翻譯起始因子4E 結合蛋白-1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，4EBP-1)來調控蛋白質合成、細胞生長、增殖、自噬等生物學過程[3]。

mTORC2的支架蛋白是雷帕霉素不敏感蛋白(Rapamycin-insensitivecompanion of mTOR，Rictor)，其參與了對rapamycin耐受的mTORC2復合物的組裝。與 mTORC1 信號通路不同， mTORC2 下游效應器主要是蛋白激酶 AGC 家族成員，包括：蛋白激酶 C(Protein kinase C，PKC)、蛋白激酶 B及血清和糖皮質激素調節蛋白激酶 1。mTORC2 可以激活 PKCα、PKCδ、PKCζ 等 PKC 家族成員，調節細胞骨架重塑。 此外， mTORC2 磷酸化胰島素/磷脂酰肌醇3-激酶信號的關鍵靶分子蛋白激酶 B Ser473 位點，調控細胞生長和增殖[4]。

1.2 mTOR抑制劑 mTOR抑制劑目前主要有兩類, 一類是大環內酯類抗生素rapamycin，又名西羅莫司(sirolimus)及其衍生物依維莫司(everolimus)，其與胞內受體FKBP12形成活性復合物，干擾Raptor和mTOR的結合，阻斷mTORC1信號通路，使細胞延滯在G1周期。由于rapamycin及其類似物具有抗增殖和免疫抑制的功能，近年來它被廣泛用于冠狀動脈洗脫支架的涂層藥物、預防移植的排斥反應及抗腫瘤治療。然而，研究表明rapamycin 長時間處理可以抑制mTORC2激酶活性[5]。另一類是mTOR激酶抑制劑(Torin 1和Torin 2)，通過在mTOR催化位點上競爭結合ATP，從而同時抑制mTORC1和mTORC2的活性。Torin被廣泛應用于抗腫瘤治療[6]。

2 mTOR與AS

研究表明，mTOR信號通路通過影響血管壁炎癥反應、內皮細胞功能紊亂、平滑肌細胞增殖與遷移、細胞自噬、斑塊內血管新生、脂代謝紊亂等調控AS的發生與發展，下文將闡述mTOR與以上機制在AS中的關系。

2.1 mTOR與血管壁炎癥反應 AS是一種由多種炎癥因子和炎癥介質共同參與的慢性炎癥性疾病。抑制mTORC1參與調控趨化因子、炎性細胞因子等，阻滯單核細胞向血管內膜的遷移，從而影響AS的發生發展[7-8]。單核細胞趨化蛋白(MCP)是由單核細胞、EC等分泌的趨化因子，可促進單核細胞黏附至血管壁，參與炎癥反應。Everolimus處理高脂喂養的LDLR-/-小鼠中白介素-1a、白介素5及粒細胞—單核細胞集落刺激因子表達量降低，小鼠AS斑塊面積減少。激活mTOR可以發揮抗炎作用，限制活性氧自由基的毒性效應，阻止細胞受損[7]。研究報道長鏈非編碼 RNA 通過激活 mTOR 信號通路，上調MCP-1、白介素-6、血管細胞黏附分子 1的表達，促進 AS的發生與發展[8]。在大動脈炎患者組織樣本中檢出血管內皮細胞mTORC1和mTORC2活性上升[9]。由此可見，抑制mTOR通過減少一系列炎癥介質的表達，延緩巨噬細胞在斑塊處的積聚，有效降低斑塊面積，防止AS的發生。

2.2 mTOR與內皮細胞功能 內皮損傷間隙增大導致脂質沉積至血管壁，促進炎性細胞浸潤和平滑肌細胞增殖遷移，因此內皮細胞功能紊亂是AS發生發展的始動環節。Peng等[10]發現抑制mTOR通過誘導轉錄因子干擾素調節因子-1的表達從而增加EC凋亡，阻滯內皮細胞增殖，抑制血管新生。抑制mTORC1延遲內皮修復，誘導內皮祖細胞凋亡。患者置入sirolimus涂層支架后，涂層藥物在抑制平滑肌細胞增殖的同時也抑制了內皮細胞增殖、遷移與修復，導致血管內皮化延遲[11]。microRNA-126通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路上調內皮細胞自噬，減緩氧化低密度脂蛋白誘導的內皮細胞損傷[12]。上述結果提示抑制mTOR阻滯內皮細胞增殖與修復，保護內皮細胞功能，起到抑制AS發生的作用。

2.3 mTOR與平滑肌細胞增殖 血管壁平滑肌細胞增殖和遷移使動脈壁增厚，促進動脈斑塊形成，是AS中晚期發生發展的重要環節。Rapamycin作為冠狀動脈洗脫支架的主要藥物，可通過阻滯平滑肌細胞的增殖以預防冠狀動脈再狹窄。細胞周期主要受到細胞周期激酶調控，而細胞周期抑制劑p27蛋白可以抑制細胞周期激酶的活性，使細胞周期停滯在G1/S期，阻止細胞增殖與生長。研究發現，mTOR抑制劑通過減少細胞周期激酶的活性或增加p27Kip1表達，將平滑肌細胞延滯在G1周期，抑制平滑肌細胞增殖，降低AS斑塊面積[13]。在人動脈平滑肌細胞中，sirolimus降低人動脈平滑肌細胞增殖的同時可減少細胞質基質中透明質酸的成分，從而抑制內膜增生和炎癥反應的發生與發展。而mTOR激活促進平滑肌細胞增殖并遷移至內膜下層，加速炎癥反應的發生，有利于斑塊形成。AMPK激活通過抑制mTOR活性減緩平滑肌細胞增殖[14]。綜上所述，mTOR信號通路的激活可以促進平滑肌細胞的增殖、遷移，增加斑塊面積，加速As的發展進程。

2.4 mTOR與自噬 自噬是細胞通過溶酶體降解細胞內受損或衰老的蛋白質、細胞器，以維持細胞內環境穩定的細胞現象。自噬除了選擇性清除斑塊內巨噬細胞，還與抗炎、促進脂質降解、抑制泡沫細胞形成等抗AS機制有關。ULK1是自噬泡形成所必需的一種蛋白，抑制mTOR誘導ULK1激酶的活化并促進自噬體的形成，增加自噬發生。微管相關蛋白輕鏈3 (microtubule associated protein light chain 3，LC3) 參與了自噬體膜的形成，是自噬的經典標志分子。P62是一種泛素結合蛋白，參與蛋白質泛素化，當自噬功能受阻時，P62會在細胞中累積，因此其含量與自噬活性呈負相關。Wang等[15]發現抑制巨噬細胞mTOR可明顯上調LC3的表達，下調p62的含量，引發自噬小體的形成，從而加速溶酶體降解脂質，抑制泡沫細胞的形成。動物實驗結果顯示，給兔置入everolimus支架，可以通過促進巨噬細胞發生自噬，誘導巨噬細胞發生死亡，從而減少斑塊內巨噬細胞含量。與mTOR抑制劑結果一致，用mTOR慢病毒感染小鼠，結果表明小鼠全身性敲降mTOR增加LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的比例，誘導巨噬細胞自噬，從而下調AS斑塊面積和斑塊內巨噬細胞數量，使斑塊穩定[16]。除了巨噬細胞自噬外，抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路通過增加自噬效應蛋白Beclin1、下調p62的表達誘導內皮細胞發生自噬[17]，因此，抑制mTOR信號通路通過調控細胞自噬，在減緩 AS 的進展中發揮重要的作用。

2.5 mTOR與血管新生 AS病變過程中為緩解斑塊內部的缺氧狀態，新生血管逐漸出現，斑塊內血管新生導致AS中晚期單核細胞積聚，運輸脂質和炎性細胞至斑塊高危區，較薄的新生血管通常脆弱容易破裂，導致斑塊出血。斑塊內出血激活巨噬細胞，加速泡沫細胞形成。因此新生血管的形成是導致粥樣斑塊破裂及臨床重癥的高危因素。血管內皮生長因子是一種重要的促血管生成因子，促進內皮細胞增殖，參與血管生成。而斑塊內缺氧區分泌缺氧誘導因子-1α進一步增加促血管生成因子的分泌，在血管生成中共同發揮重要作用。Wang 等發現SIRT1通過抑制mTORC1下調缺氧誘導因子-1α的積聚，減少新生血管的形成[18]。體內實驗結果顯示，Rictor缺失同樣抑制血管內皮生長因子誘導的小鼠血管生成[19]。此外，mTORC2失活以不依賴于蛋白激酶B/mTORC1的方式下調黏著斑激酶的活性，從而抑制血管生成和基質黏附[20]。因此，抑制mTORC1或mTORC2均可以減少新生血管的形成，從而穩定AS斑塊，延緩AS中晚期的發展。

2.6 mTOR與脂質積聚 血管壁脂質攝取增多或清除障礙都會導致脂質在動脈內膜積聚，降低血漿低密度脂蛋白水平，加速細胞中脂質清除都會起到保護AS的作用。研究表明，rapamycin通過下調低密度脂蛋白受體或清道夫受體，上調膽固醇流出基因，從而抑制巨噬細胞和平滑肌細胞的脂質積聚。 抑制mTORC1通過激活脂肪酶、產生膽汁酸等方式增加循環血液中脂蛋白含量，減少脂質沉積。 此外， mTORC1激活信號轉導與轉錄激活因子3，增加過氧化物酶體增殖激活受體 γ的表達與活性，上調脂肪酸和膽固醇合成相關基因的轉錄，正向調控脂質合成[21]。 動物實驗結果表明，rapamycin 處理降低高脂喂養的 ApoE-/-小鼠主動脈脂質含量。 然而也有與上述研究相反的結果， Alves-Bezerra 等報道 rapamycin 對 膽固醇調節元件結合蛋白等脂質合成基因不敏感，且 rapamycin 與高脂血癥的發生呈正相關[22]。因此， mTOR調控斑塊內脂質積聚的機制還需更深一步探討。

2.7 mTOR抑制劑與AS 綜上所述，抑制mTOR可以通過減輕血管炎癥反應、保護內皮細胞功能、阻滯平滑肌細胞增殖、誘導細胞自噬、減少新生血管形成、抑制脂質積聚等一系列機制防止AS的發生與發展，因此，mTOR抑制劑的正確應用將會對AS的防治提供新思路。然而臨床上在使用rapamycin及其衍生物時發現，患者除出現上文提到的血管內皮化延遲，血栓之外[11]，還會產生糖尿病、血脂異常、高血壓等并發癥[23]，后者又會誘導炎癥和內皮細胞功能紊亂，從而加重AS 的發生與發展。為了控制使用mTOR抑制劑產生的并發癥，提倡實施藥物聯合治療——將mTOR抑制劑與降脂藥他汀類藥物、AMP依賴的蛋白激酶激活劑二甲雙胍或前蛋白轉化酶枯草溶菌素9型抑制劑聯合用藥從而減輕糖尿病、血脂異常等不良反應[24]。

降糖藥二甲雙胍通過AMP依賴的蛋白激酶激活劑抑制信號轉導與轉錄激活因子3的活性，阻滯單核細胞的黏附，減輕巨噬細胞炎癥反應。此外，它還可以降低糖尿病患者血漿中低密度脂蛋白水平，提示其具有部分抗AS 的功效，為了更好地掌握病情，糖尿病患者在接受 mTOR抑制劑治療時應密切監控血糖。他汀類藥物和前蛋白轉化酶枯草溶菌素9型抑制劑作為臨床上的降脂藥，前者通過激活AMP依賴的蛋白激酶從而抑制mTOR，后者可以減少小鼠肝內低密度脂蛋白受體，降低低密度脂蛋白膽固醇水平，為防止AS的發展奠定基礎。他汀類藥物還具有免疫抑制功能，可以降低移植的排斥率，提高生存率[25]。

3 小結與展望

大量研究證明，mTOR在AS的病理過程中扮演重要角色。由于mTOR復合物較復雜，且mTOR抑制劑有一定臨床應用，因此大量研究采用mTOR抑制劑及其衍生物去探究mTOR對AS疾病模型的影響。目前研究結果證明抑制mTOR具有一定抵抗AS的作用，但是同時會產生糖尿病、血脂異常等并發癥，這些都是AS的危險因素。為了控制使用mTOR抑制劑產生的副作用，提倡實施藥物聯合治療，將mTOR抑制劑與他汀類藥物、二甲雙胍或前蛋白轉化酶枯草溶菌素9型抑制劑聯合使用，但是藥物使用的指征、時間間隔、頻率等都還需要后續研究來制定詳細的臨床用藥指南，這應該是今后mTOR與AS的研究焦點。