mTOR通路参与卵泡生长发育相关机制的研究进展

曹婉宁，董晓英

(首都医科大学，1. 基础医学院；2. 中医药学院，北京　100069)

mTOR通路参与卵泡生长发育相关机制的研究进展

曹婉宁1，董晓英2*

(首都医科大学，1. 基础医学院；2. 中医药学院，北京100069)

【摘要】哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路负责调控细胞生长发育，对卵泡的调节起关键作用。mTOR通路上下游的相关基因和蛋白具有不同的作用，各种因素激活相关通路后，对卵泡的发育生长起到反馈或级联放大的作用，最终都可能引起卵泡的过度增殖或抑制，从而导致卵巢早衰。在中西医治疗卵巢早衰和调节卵泡发育过程中，其治病机制与mTOR通路关系密切。本文探讨mTOR通路参与卵泡生长发育的作用机制，并从调节信号通路的视角，对未来卵巢早衰的治疗进行展望。

【关键词】mTOR通路；卵泡发育；卵巢早衰

(J Reprod Med 2016，25(5)：469-472)

卵巢早衰(POF)是指卵巢功能衰竭所导致的40岁之前闭经的现象，其特点是原发或继发性闭经，伴随促性腺激素水平升高和雌激素水平降低[1]。近年来，女性POF发病率逐年增高，并且年龄呈现降低趋势，严重影响女性的身心健康，因此对POF的相关研究成为生殖领域的重点。有研究表明，导致POF发生的因素包括遗传因素、先天酶缺乏、自身免疫因素、医源性化疗及手术损伤、感染、环境因素以及心理因素等[2-4]，其直接因素是激素水平紊乱导致卵泡发育受阻或过度耗竭。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)作为一种丝氨酸/苏氨酸激酶，参与卵泡生长发育的过程。有研究报道，原癌基因Ras作为分子开关，调控黄体生成素等相关激素的信号传递，激活后将信号传递给丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，后者自身级联放大后，活化磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，通过mTOR调控其下游真核起始因子4E结合蛋白1(4E-BP1)、核糖体40S小亚基S6k蛋白激酶(p70s6k)等调控因子，完成卵泡的增殖发育过程[5]。抑制生殖细胞凋亡的抗凋亡因子(BCL-2)也受到mTOR的调控[6]。因此，POF中卵泡发育异常是否与mTOR通路调控紊乱相关，是近年来被广泛关注的问题。本文对mTOR通路参与卵泡发育的作用机制进行综述，以期从调节信号通路的新视角，对未来POF的治疗进行展望。

一、mTOR通路的分子基础

mTOR作为信号通路中的关键枢纽，在感受营养信号、调节卵泡生长发育及协调氨基酸代谢等方面起着关键性作用，并受其上下通路的调控[7]。在PI3K/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(Akt)/mTOR信号通路中，mTOR受到上游信号的调控，其中激活mTOR信号的通路主要包括人类第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因Pten所调控的蛋白PTEN、PI3K、Akt构成的通路，Akt与抑癌基因TSC1-TSC2、小GTP酶(Rheb)构成的通路；抑制mTOR信号的通路主要包括细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)与MAPK构成的通路，大鼠肉瘤蛋白(Ras)、纤维肉瘤蛋白(Raf)、分裂原活化抑制剂(Mek)、ERK构成的通路。同时，mTOR通过调控下游通路，将信号分子传递给下游，其中最为关键的通路为mTOR/4E-BP1、mTOR/p70S6k/S6K，分别负责调节真核细胞的mRNA转录及翻译。

(一)上游分子对mTOR的影响

1. 促进mTOR激活的通路：mTOR通路通过上游Akt的直接或间接调控促进卵泡增殖发育。Akt可通过调节mTOR对其下游具有调节卵泡发育作用的分子S6K1以及4E-BP1进行调控；而Akt又受上游PI3K的调控，PI3K主要由催化亚基P110和调节亚基P85组成[8]。当外界环境刺激PI3K时，可通过刺激下游分子磷酸肌醇依赖的激酶-1，2(PDK1/2)从而激活Akt[8]。结节性硬化症复合物1，2(TSC1/2)作为抑癌基因，可控制上游靶蛋白Rheb从而抑制mTOR的活化[9]，如TSC2通过灭活Rheb抑制mTOR活性。Akt被磷酸化激活后，通过抑制TSC1/2的活性减弱其对Rheb的抑制，诱导后者与GTP结合，从而激活mTOR通路。故Akt可以通过TSC2/Rheb途径诱导mTOR活化。此外，PI3K/Akt组合通路同样作用于下丘脑-垂体-性腺轴(HPG轴)，刺激雌激素的分泌，促进卵泡发育[10]。

2. 抑制mTOR激活的通路：抑癌基因Pten可对mTOR通路的信号传递起抑制作用。Pten位于10q23.3，具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶双磷酸酶活性[10]。作为上游基因，Pten可拮抗PI3K从而抑制mTOR的活化[11]。Reddy等[12]发现，当Pten缺失时，mTOR下游核糖体蛋白S6(rpS6)活化水平升高，进而促进下游mRNA的转录翻译。并有实验表明，人为敲除小鼠Pten基因后，小鼠原始卵泡出现过度生长[13]。

上游通路的Ras/MAPK/ERK也对mTOR起抑制作用，并参与卵泡的生长发育过程。MAPK可直接作用于mTOR，对其通路产生抑制作用。MAPK在PI3K与生长因子受体结合蛋白2(GRB2)结合后，接受上游MAPK激酶(MAPKK)和MAPK激酶激酶(MAPKKK)的活化信号逐级磷酸化而被激活，在ERK的调节下调控mTOR并参与卵泡增殖分化的调节[13]。Siddappa等[14]研究报道，抑制ERKERK的活性，mTOR激酶活性降低，mTOR表达受到抑制可引起ERK反馈性升高，从而维持卵泡发育的正常水平。该通路受到Ras的调节，当生长因子等刺激激活Ras后，Ras通过激活下游MEK，形成Ras/Raf/Mek/ERK信号通路[15]，传递至ERK1/2可激活MAPK，抑制mTOR的活性。

(二)下游分子对mTOR的影响

1. 激活转录通道：mTOR的下游分子P70S6K是核糖体40S小亚基S6蛋白激酶，可激活S6k，从而使核糖体40S小亚基易于结合翻译复合物，促进卵泡发育。mTOR激活后，P70S6K的活性大幅上升。活化的P70S6K可激活下游S6K，后者通过调控5’TOP mRNA翻译蛋白的功能进而促进卵泡增殖[16]。此外，mTOR与其底物P70S6K的表达量相关，当mTOR活性增高时，促进P70S6K信号传导，出现细胞的异常增殖，甚至产生组织病变效应。有研究发现，P70S6K在正常宫颈及宫颈癌中均有表达，但在宫颈癌中阳性表达细胞数明显多于正常宫颈[17]。

2. 抑制转录通道：4E-BP1是mTOR的第一个下游底物，作为翻译抑制因子，可以抑制真核细胞翻译起始因子4E(eIF4E)的启动及后续翻译的进行[18]。eIF4E作为原癌基因，其翻译的多肽可启动mRNA的翻译[19]。当mTOR被激活后，磷酸化下游的4E-BP1使其失活，4E-BP1失活后与elF4E解离，后者与eIF4G等结合后形成翻译起始复合物，促进翻译进行，从而促进蛋白质的合成。当eIF4E过度表达时，翻译蛋白质异常增殖，易致卵泡过度耗竭引发POF。mTOR/4E-BP1信号通路与多种疾病的发生密切相关。在已发现的肾癌、乳腺癌[20]和白血病[21]等多种疾病中存在mTOR信号过度激活的现象，eIF4E表达水平在一些肿瘤组织中也显著升高，可能与4E-BP1的抑制作用被削弱引起疾病发生有关。

二、mTOR通路紊乱所致疾病的研究

当外界环境发生变化时，mTOR可激活下游效应蛋白S6激酶1参与调节细胞生长增殖以及蛋白质合成过程。一旦mTOR通路过度活化，信号紊乱，就会引发一系列疾病。Liu等[22]研究认为，与年轻小鼠相比，衰老小鼠的造血干细胞出现衰老，诱导凋亡增加。其造血干细胞中mTOR的活性显著升高，提示mTOR可能参与调控造血干细胞衰老凋亡的过程[23]。此外，肾脏纤维化病例中可见mTOR信号通路在肾脏肌成纤维细胞中持续活化[24]；在肝癌组织中，mTOR等在肝细胞肝癌(HCC)组织中的表达水平显著升高[25]；Eskander等[26]在子宫内膜癌患者中常发现PI3K相关基因(如p110a)的阳性表达，并且多数伴有抑制蛋白PTEN功能损失。而在卵母细胞中，PTEN的特异性缺失可致始基卵泡池过早激活，卵泡过早耗竭导致POF[27]。

三、mTOR通路对POF卵泡发育的影响及其临床应用

1. mTOR对POF卵泡发育的影响：正常机体中，黄体生成素作用于卵泡膜细胞，增强卵泡对FSH的敏感性，促进排卵[28]。FSH水平升高可以激活ras基因，继而激活MAPK3/1，抑制mTOR通路。当突变或受到异常刺激后，细胞内信号传导紊乱，MAPK/ERK信号增强，mTOR活化水平下降，致使卵泡发育周期阻滞，卵泡生长迟缓。Fan等[29]认为，可能存在一种信号，长期刺激FSH作用于颗粒细胞，使RAS激活紊乱，从而影响卵泡细胞功能，导致卵泡发育周期阻滞。在相关机制研究中发现，POF发生后雌二醇(E2)水平的下降使PI3k/Akt/mTOR信号通路水平下调，导致卵巢变小，子宫萎缩。

2. 临床应用：在相关患者中发现，某些调节雌激素分泌的基因同时参与一些疾病的发生，如肺癌、膀胱癌、骨质疏松症、性器官发育不良等[30]，一些POF的患者同时伴有上述相关疾病，提示可以通过对相关信号通路的调节来治疗。实验表明，使用mTOR活化剂与AKT活化剂治疗POF，有助于卵泡生长[31]。亦有研究证实，Bcl-2作为抑制凋亡蛋白，可通过分子技术导入体内，促进卵泡生长发育，抑制凋亡[32]。此外，使用携带Bcl-2基因的载体治疗大鼠化疗性POF，也可提高卵泡发育水平[33]。Choi等[34]研究表明，给大鼠注射促性腺激素之后，颗粒细胞中磷酸化的Akt和S6K蛋白含量增加，反之亦然。因此，临床上常用的激素疗法改善卵巢功能，可能与调节mTOR等通路促进卵泡发育有关[35]。随着中西医结合的广泛应用，很多中药治疗被证实有助于信号通路的改善。如蔡竞[36]研究发现，补肾活血中药复方新加归肾丸可能通过上调p-Akt的表达，增强PI3K/AKT信号通路的活性，促使mTOR、p70S6K活化，促进细胞周期进程和颗粒细胞增殖，进而促使卵泡正常生长、发育和成熟。李楠[37]研究发现，育泡饮可通过提高颗粒细胞中P38MAPK的表达，促进雌激素的分泌。张毅敏等[38]研究发现，针刺治疗后POF大鼠成熟卵泡数增加，E2水平升高，其作用机制可能与上调PI3K/Akt/mTOR信号通路相关基因和蛋白表达有关。

雷帕霉素可以通过抑制mTOR通路抑制原始卵泡的活化。Luo等[39]研究报道，雷帕霉素可以抑制成年动物体内mTOR信号的传递，从而有效抑制原始卵泡的活化，延长其生殖寿命。因此，可考虑对POF患者施予雷帕霉素等免疫抑制剂进行治疗，它作为一个临床治疗新思路，尚处于探索阶段。

四、小结与展望

POF的病因至今尚不明确，但在其相关信号通路的机制研究中，mTOR通路及其上下游分子对POF发生的作用机制相对清晰。临床上，西医治疗POF的方法通常是通过激素治疗改善POF的症状并期望调整卵泡发育至正常状态，但激素的长期应用往往产生诸多副作用(如对乳腺及子宫内膜的影响)；中医则主要通过从“肾”论治，进行辨证分型，调动内源性激素的正常分泌，最终改善卵巢功能，促进卵泡发育。已有研究证实，诸多中药治疗手段对mTOR及相关信号通路具有调节和改善作用[36-38]。随着雷帕霉素在动物实验中的研究进展，找到某种特异性基因或蛋白，并进行干预或靶点治疗，可能为临床上POF的防治提供新思路和新手段，其具体机制和应用有待于进一步研究探讨。

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[编辑：肖晓辉]

Research progress of mechanism of mTOR pathway involves follicular development

CAO Wan-ning1，DONG Xiao-ying2*

1.Institute of Basic Medicine，Capital Medical University，Beijing 100069

2.Department of Traditional Chinese Medicine，Institute of Traditional Chinese Medicine，Capital Medical University，Beijing 100069

【Abstract】As is known，mTOR pathway plays a key role in control of cell growth and regulation of ovarian follicles development. The upstream/downstream of genes and proteins related mTOR pathway play different roles. mTOR and related channels play key roles in the function of feedback or cascade amplification in the follicular growth and development. Activating related channels due to various reasons will ultimately cause follicular excessive proliferation or inhibition，resulting in premature ovarian failure. Therefore，the treatment of premature ovarian failure and regulation follicular development with Western medicine or Chinese medicine would involve mTOR pathway. This paper summarizes the research of mTOR pathways involved follicular development to provide clues for future treatment of premature ovarian failure.

【Key Words】mTOR pathway；Follicular development；Premature ovarian failure

【收稿日期】2015-08-15；【修回日期】2015-12-05

【基金项目】北京中医药薪火传承“3+3”工程项目(2012-SZ-C-41)；首都中医药科技专项(JJ2013-01)；首都医科大学中医药专项课题(No.15ZY05)；本科生科研创新项目(XSKY2015)；北京市自然科学基金面上项目(7162026)

【作者简介】曹婉宁，女，北京人，本科，临床医学专业.(* 通讯作者，Email：softsongs@126.com)