基于mTOR 调控自噬治疗心血管疾病研究进展

傅为武，欧阳雅蓉，黄彩依，黄景伟，卢 帅，黄冬欢，罗丽琼，王庆高

（1.广西中医药大学研究生学院，广西南宁530001；2.广西中医药大学第一附属医院心血管科，广西南宁530023）

高血压、冠心病及心力衰竭等心血管病是造成我国居民死亡和疾病负担的首要病因［1］。近年来随着经济社会发展，老龄化、饮食结构改变及医疗检测水平的提高，我国心血管病人群持续增加，心血管疾病的预防、治疗和管理形势更加严峻［2］。目前针对心血管疾病的治疗仍未取得满意效果，亟待寻找新的治疗靶点与方向。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是自噬的中心环节，mTOR 调控自噬广泛参与心血管疾病发生、发展，mTOR 信号通路可以整合细胞内外信号，作为生理和病理过程的重要调节剂［3］。

1 mTOR 概述

mTOR 作为磷酸肌醇3- 激酶（phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K）相关激酶家族，形成两种不同的复合物，通过与相当数量的伴侣蛋白结合而被称为mTORC1 和mTORC2［4］。通常mTORC1通过促进合成代谢过程（包括蛋白质，脂质和细胞器的生物合成）和限制分解代谢过程（例如自噬）来充当细胞生长和增殖的主要调节剂，而mTORC2复合物则调节细胞骨架结构和细胞存活［5，6］。

mTOR 对多种细胞过程至关重要，如细胞生长、增殖、存活，蛋白质合成，自噬和代谢。在心血管系统中，mTOR 信号通路整合细胞内和细胞外信号，作为生理和病理过程的中枢调节剂［3］。

2 自噬概述

自噬是一个高度保守的分解代谢过程，是一个通过膜将部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等组分包裹起来形成自噬体，后与溶酶体融合形成自噬溶酶体，最终降解其所包裹的内容物的过程。在维持细胞质稳态以及葡萄糖、蛋白质和脂质代谢中起着重要作用［7］。自噬是一把双刃剑，一方面，自噬是保护反应；另一方面，自噬也是损害反应［8］。几种分子在自噬中起重要作用，蛋白质1 轻链3（LC3）参与自噬小体的形成［9］。当开始自噬时，LC3-I 可以转化为LC3-Ⅱ，并结合到自噬液泡（AVs）中。同时，自噬相关蛋白ATG12 和ATG5在自噬小体形成过程中被缀合。相反，p62 在自噬过程中降解。此外，Beclin-1 也参与在自噬体扩张中。因此，LC3-Ⅱ，Beclin-1，ATG12-ATG5 结合和P62 的水平是可靠的自噬标记物［10］。

3 mTOR 调控自噬的机制

雷帕霉素（mTOR）激酶和Beclin-1 的机制靶标是自噬的两个主要调节因子［11］。在营养丰富的条件下，mTOR 通过使自噬相关基因失活来抑制自噬。饥饿期间，mTOR 的活性被I 类PI3K-Akt 途径降低，自噬受到抑制，mTORC1 抑制分解代谢过程，包括自噬。相比之下，mTORC2 的功能尚未完全确定［12］。mTORC1 是与蛋白质合成和降解相关的主要调节剂。一方面，mTORC1 通过增加核糖体产生来促进蛋白质合成。另一方面，mTORC1 是抑制自体吞噬的关键复合物［13］。mTOR 作为自噬相关蛋白ULK1 活性的主要上游激酶。mTOR 信号的下游靶标是核糖体蛋白S6 激酶β1（RPS6Kβ1），它促进蛋白合成并增加细胞增殖［14］。

mTOR 调控自噬的传导，存在两种主要的信号传导途径，即AMPK-mTOR 途径和PI3K-AktmTOR 途径［15］。经典和最典型的是通过PI3K/AKT/mTORC1 信号转导轴进行的。多种信号传导途径汇聚在两种蛋白质复合物上：ULK1 蛋白激酶复合物和PI3K 脂质激酶复合物。通过控制ULK1 复合物的活性，mTORC1 是自噬的主要调节剂之一。只要mTORC1 被激活，由于mTORC1 介导的ULK1 抑制性磷酸化，自噬被抑制。在不同的细胞压力下，mTORC1 活性受到抑制，从而促进ULK1 复合物活性并诱导自噬［16］。

4 基于mTOR 调控自噬治疗CVDs 进展

mTOR 调控自噬广泛参与心血管疾病发生、发展过程，多作用于缺氧/复氧［17］、心肌缺血再灌注［18］、炎症反应［19］等多个环节，对心血管疾病研究，近年来主要集中对冠心病、心力衰竭、高血压、心肌病这四大疾病展开研究。

4.1 冠心病

冠心病，又称冠状动脉粥样硬化性心脏病，包括无症状心肌缺血、心绞痛、心肌梗死、缺血性心脏病和猝死5 类。急性心肌梗死临床已有诊断的血清标志物，但时效性尚不足，因此相关研究致力于寻找心肌特异性miRNA 作为更早期特异检测指标。Yan 等［20］发现急性心肌梗死大鼠模型中的miRNA 145 表达下调、自噬相关蛋白抑制。证实了miRNA在作为冠心病检测指标上的有效性。Schloss 等［21］认为内源性大麻素系统在调节神经和免疫中发挥重要作用。用内源性大麻素治疗心肌梗死大鼠，发现有助于心脏愈合和功能的改善。Hu 等［22］发现大麻素受体2 缺失通过AMPK/mTOR 信号通路的功能障碍，加重心肌梗死的有害作用。Hang 等［23］发现既往研究胆碱对心肌梗塞有益，但具体机制不明。对心梗大鼠注射胆碱后发现胆碱通过抑制过度的自噬对心肌损伤起保护作用，可能与Akt/mTOR 通路的激活有关。因冠脉支架植入后复栓的情况临床较多见，Mora-Ramirez 等［24］将涂有mTOR 抑制剂（西罗莫司）的支架植入对比紫杉醇洗脱的支架，其余治疗方案一样，发现植入mTOR 抑制剂的支架患者，临床症状明显更好。Yan 等［25］发现亚精胺可通过促进AMPK/mTOR 介导的自噬通量来改善MI大鼠引起的心脏功能障碍。

4.2 心力衰竭

心力衰竭是多种心血管疾病的终末期表现，心肌重塑是心力衰竭的主要病理变化，心肌细胞损伤和心脏纤维化是心脏重塑过程中的两个主要机制［26，27］。 B 淋巴瘤Mo-MLV 插入区1 同源物（BMI1）的下调减少了心肌纤维化并预防了心肌梗塞后心衰小鼠的心脏功能障碍，但作用机制并不清楚。Yang 等［28］通过对BMI1 的过表达和抑制，发现其通过PTEN-PI3K/Akt-mTOR 信号通路来调节心衰小鼠心功能、影响自噬。雷帕霉素是mTORC1的变构抑制剂，Gao 等［29］验证了雷帕霉素通过抑制mTOR 信号传导减少慢性心力衰竭大鼠心肌细胞凋亡并促进心肌自噬。Su 等［30］发现体外miR-221的过表达通过抑制自噬泡形成，减少自噬。miR-221 通过调节p27/CDK2/mTOR 轴是自噬平衡和心脏重塑的重要调节剂，miR-221 可作为心力衰竭的治疗靶点。Gonzalez-Vilchez 等［31］在慢性心衰心脏移植患者中使用mTOR 抑制剂（西罗莫司或依维莫司），对比钙调神经磷酸酶抑制，移植后免疫反应更小。

4.3 心肌病

心肌病是多种原因导致的心肌疾病，常表现为心室肥厚或扩张，可以局限于心脏，也可以是系统性疾病的部分表现。糖尿病可引起多种并发症，包括糖尿病性心肌病。Yang 等［32］证明二甲双胍可以激活AMPK，从而通过抑制mTOR 途径和减轻糖尿病心肌病小鼠心肌中的焦磷酸化来改善自噬。褪黑激素（N-乙酰基-5-甲氧基色胺）是松果体分泌的昼夜节律内分泌分子，具有重要的功能，是强大的抗氧化剂，抗凋亡和自由基纯化剂。Kandemir 等［33］褪黑激素的心脏保护作用可通过mTOR 信号通路减少糖尿病心肌病大鼠的心肌损伤。Jin 等［34］通过雷帕霉素或3-甲基腺嘌呤（3-MA）治疗扩张型心肌病小鼠，发现其通过mTOR-4EBP1 途径自噬的上调，可以改善扩张型心肌病小鼠心脏功能。成年斑马鱼是一种新兴的脊椎动物模型，用于研究心肌病的遗传基础。溶酶体相关膜蛋白2A（LAMP2A）是伴侣介导的自噬的主要组成部分。Dvornikov 等［35］对lamp2 敲除肥厚型心肌病斑马鱼进行详细的表型分析，并评估mTOR 抑制的影响。发现lamp2 调节mTOR 水平影响心肌功能。

4.4 高血压

心肌肥大的心脏重构是对慢性高血压的常见代偿性反应，心脏重构中涉及的信号通路的控制代表了高血压诱发的心肌肥大的潜在疗法。亚硝酸根阴离子是一种能够发挥有益心血管作用的生物活性分子。Guimaraes 等［36］证实亚硝酸盐治疗可通过mTOR 信号通路的下调和抗氧化作用，降低高血压大鼠的血压水平，改善其引起的心脏重构。目前，抑制mTORC2 的最有效药理学工具是ATP 竞争性抑制剂，例如PP242，AZD8055 和Torin1，它们也抑制mTORC1。Kumar 等［37］用PP242 治疗高血压大鼠，发现其治疗抑制mTOR 信号，可预防和逆转盐敏感性大鼠的盐诱导性高血压和肾脏损伤。程晶晶等［38］发现生长激素释放肽通过抑制PI3K/AKT/m TOR 信号通路，降低高血压大鼠机体氧化应激反应，降低血清自噬相关蛋白表达水平，改善大鼠血压。

5 中药基于mTOR 调控自噬治疗CVDS 进展

5.1 单药

利用单味中药的有效成分，治疗心血管疾病近年来受到广泛重视。Zhang 等［39］用丹参中提取的丹参酮ⅡA 治疗心力衰竭大鼠，发现其通过激活AMPK-mTOR 信号传导途径诱导自噬，保护心肌细胞并改善心脏功能。Xu 等［40］利用中药葛根提取的葛根素，通过JNK-Akt-mTOR 信号通路抑制自噬，减少血管紧张素II 诱导小鼠心肌纤维化。Cao 等［41］青蒿素通过AMPK/mTOR/ULK1 途径的巨噬细胞自噬，减轻高脂饮食喂养小鼠动脉粥样硬化。Wang 等［42］使用从人参中提取的人参总皂甙，通过激活AMPK/mTOR/ULK1 途径的自噬，减轻了异丙肾上腺素诱导的小鼠心肌纤维化。Li 等［43］建立了体外缺氧/复氧小鼠心肌细胞损伤模型，使用天麻的成分天麻素通过激活PI3K/Akt/mTOR信号来抑制细胞自噬，保护新生大鼠心肌细胞缺氧/复氧损伤。Liu 等［44］使用姜黄素抑制自噬和激活mTOR 减轻异丙肾上腺素引起的心肌肥大和纤维化。Ba 等［45］使用大蒜素激活PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK/mTOR 信号通路抑制自噬，减轻病理性心肌肥大。

5.2 中成药

中成药作为临床和实验验证的组方药物，能协同发挥作用，在临床上治疗心血管疾病的运用也很广泛。Shi 等［46］使用芪丹利心丸治疗心肌梗死诱发的心衰大鼠模型，发现其心肌细胞自噬增强。该过程可通过对mTOR/p70S6k 信号通路进行调节来实现，验证了中药芪丹利心丸对心脏的保护作用有效。养心康片是一种中草药化合物，主要由人参、黄芪、麦冬、五味子和短柔毛冬青根组成。Ren 等［47］发现养心康片可通过抑制AMPK/mTOR 信号传导来抑制自噬，改善心肌梗死大鼠心脏损伤中的心脏纤维化。这表明养心康片可能是一种潜在的有效的中草药化合物，可抑制心肌梗死大鼠心脏损伤中的心脏纤维化。

6 小结

近年来针对mTOR 调控自噬相关机制的研究取得了很大进展，mTOR 相关抑制剂（雷帕霉素、西罗莫司等）也已用于临床。但目前mTOR 调控自噬在心血管疾病方面的研究，大部分还处在基础研究阶段，现有研究对其作用机制的阐述尚不完善。中药作为祖国医学的宝库，在相关研究上取得了一定的进展。因此结合祖国医学，对更进一步研究mTOR 调控自噬的机制，研制出新的有效、安全相关药物，是一个前景广阔的研究方向。