mTOR在动脉粥样硬化中的研究进展*

王艺颖 陆 璐 肖顺华 刘 贝

江苏卫生健康职业学院药学院，江苏省南京市 211800

动脉粥样硬化(Atherosclerosis，AS)是发生在大、中型动脉的一种病因复杂的慢性血管疾病，近年来已成为导致人类死亡的主要病因，严重威胁人类健康。AS的形成与发展机制非常复杂，其以血管内皮细胞受损为始动因素，血液中的低密度脂蛋白胆固醇渗入血管内膜，促使趋化因子和黏附分子表达增加，调节单核细胞在血管壁的黏附、滚动、跨内皮迁移，导致内膜单核细胞浸润，分化成巨噬细胞吞噬脂蛋白成为泡沫细胞，启动AS的早期病变——形成脂肪条纹[1]；随着疾病进展，内皮细胞、吞噬细胞释放一系列生长因子、细胞因子等刺激平滑肌细胞从中膜迁移至内膜，使动脉壁变厚并发生纤维化，形成纤维帽；在AS后期，血管内皮细胞凋亡，纤维帽逐渐变薄，慢慢演变为不稳定斑块，发生破裂出血、形成继发性血栓，引发脑卒中、急性心肌梗死等一系列不良心血管事件[2]。从以上病理过程中不难看出，AS 形成与发展机制非常复杂，近年来研究表明，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target for rapamycin，mTOR)在AS 的进程中起到关键作用。

1 mTOR概述

1.1 mTOR分子结构及信号通路 mTOR是磷脂酰肌醇3-激酶家族中的一员，在哺乳动物中可以与其他蛋白形成两种复合物 mTORC1(mTOR Complex 1) 或 mTORC2(mTOR Complex 2)。mTORC1主要是一种对雷帕霉素(rapamycin)敏感的复合物， Raptor作为其骨架蛋白，负责促进底物与mTORC1的结合，调节mTORC1的亚细胞定位。mTORC1 主要通过磷酸化其下游效应器蛋白核糖体 S6 激酶(ribosomal protein S6 kinase，S6K)和真核翻译起始因子4E 结合蛋白-1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，4EBP-1)来调控蛋白质合成、细胞生长、增殖、自噬等生物学过程[3]。

mTORC2的支架蛋白是雷帕霉素不敏感蛋白(Rapamycin-insensitivecompanion of mTOR，Rictor)，其参与了对rapamycin耐受的mTORC2复合物的组装。与 mTORC1 信号通路不同， mTORC2 下游效应器主要是蛋白激酶 AGC 家族成员，包括：蛋白激酶 C(Protein kinase C，PKC)、蛋白激酶 B及血清和糖皮质激素调节蛋白激酶 1。mTORC2 可以激活 PKCα、PKCδ、PKCζ 等 PKC 家族成员，调节细胞骨架重塑。 此外， mTORC2 磷酸化胰岛素/磷脂酰肌醇3-激酶信号的关键靶分子蛋白激酶 B Ser473 位点，调控细胞生长和增殖[4]。

1.2 mTOR抑制剂 mTOR抑制剂目前主要有两类, 一类是大环内酯类抗生素rapamycin，又名西罗莫司(sirolimus)及其衍生物依维莫司(everolimus)，其与胞内受体FKBP12形成活性复合物，干扰Raptor和mTOR的结合，阻断mTORC1信号通路，使细胞延滞在G1周期。由于rapamycin及其类似物具有抗增殖和免疫抑制的功能，近年来它被广泛用于冠状动脉洗脱支架的涂层药物、预防移植的排斥反应及抗肿瘤治疗。然而，研究表明rapamycin 长时间处理可以抑制mTORC2激酶活性[5]。另一类是mTOR激酶抑制剂(Torin 1和Torin 2)，通过在mTOR催化位点上竞争结合ATP，从而同时抑制mTORC1和mTORC2的活性。Torin被广泛应用于抗肿瘤治疗[6]。

2 mTOR与AS

研究表明，mTOR信号通路通过影响血管壁炎症反应、内皮细胞功能紊乱、平滑肌细胞增殖与迁移、细胞自噬、斑块内血管新生、脂代谢紊乱等调控AS的发生与发展，下文将阐述mTOR与以上机制在AS中的关系。

2.1 mTOR与血管壁炎症反应 AS是一种由多种炎症因子和炎症介质共同参与的慢性炎症性疾病。抑制mTORC1参与调控趋化因子、炎性细胞因子等，阻滞单核细胞向血管内膜的迁移，从而影响AS的发生发展[7-8]。单核细胞趋化蛋白(MCP)是由单核细胞、EC等分泌的趋化因子，可促进单核细胞黏附至血管壁，参与炎症反应。Everolimus处理高脂喂养的LDLR-/-小鼠中白介素-1a、白介素5及粒细胞—单核细胞集落刺激因子表达量降低，小鼠AS斑块面积减少。激活mTOR可以发挥抗炎作用，限制活性氧自由基的毒性效应，阻止细胞受损[7]。研究报道长链非编码 RNA 通过激活 mTOR 信号通路，上调MCP-1、白介素-6、血管细胞黏附分子 1的表达，促进 AS的发生与发展[8]。在大动脉炎患者组织样本中检出血管内皮细胞mTORC1和mTORC2活性上升[9]。由此可见，抑制mTOR通过减少一系列炎症介质的表达，延缓巨噬细胞在斑块处的积聚，有效降低斑块面积，防止AS的发生。

2.2 mTOR与内皮细胞功能 内皮损伤间隙增大导致脂质沉积至血管壁，促进炎性细胞浸润和平滑肌细胞增殖迁移，因此内皮细胞功能紊乱是AS发生发展的始动环节。Peng等[10]发现抑制mTOR通过诱导转录因子干扰素调节因子-1的表达从而增加EC凋亡，阻滞内皮细胞增殖，抑制血管新生。抑制mTORC1延迟内皮修复，诱导内皮祖细胞凋亡。患者置入sirolimus涂层支架后，涂层药物在抑制平滑肌细胞增殖的同时也抑制了内皮细胞增殖、迁移与修复，导致血管内皮化延迟[11]。microRNA-126通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路上调内皮细胞自噬，减缓氧化低密度脂蛋白诱导的内皮细胞损伤[12]。上述结果提示抑制mTOR阻滞内皮细胞增殖与修复，保护内皮细胞功能，起到抑制AS发生的作用。

2.3 mTOR与平滑肌细胞增殖 血管壁平滑肌细胞增殖和迁移使动脉壁增厚，促进动脉斑块形成，是AS中晚期发生发展的重要环节。Rapamycin作为冠状动脉洗脱支架的主要药物，可通过阻滞平滑肌细胞的增殖以预防冠状动脉再狭窄。细胞周期主要受到细胞周期激酶调控，而细胞周期抑制剂p27蛋白可以抑制细胞周期激酶的活性，使细胞周期停滞在G1/S期，阻止细胞增殖与生长。研究发现，mTOR抑制剂通过减少细胞周期激酶的活性或增加p27Kip1表达，将平滑肌细胞延滞在G1周期，抑制平滑肌细胞增殖，降低AS斑块面积[13]。在人动脉平滑肌细胞中，sirolimus降低人动脉平滑肌细胞增殖的同时可减少细胞质基质中透明质酸的成分，从而抑制内膜增生和炎症反应的发生与发展。而mTOR激活促进平滑肌细胞增殖并迁移至内膜下层，加速炎症反应的发生，有利于斑块形成。AMPK激活通过抑制mTOR活性减缓平滑肌细胞增殖[14]。综上所述，mTOR信号通路的激活可以促进平滑肌细胞的增殖、迁移，增加斑块面积，加速As的发展进程。

2.4 mTOR与自噬 自噬是细胞通过溶酶体降解细胞内受损或衰老的蛋白质、细胞器，以维持细胞内环境稳定的细胞现象。自噬除了选择性清除斑块内巨噬细胞，还与抗炎、促进脂质降解、抑制泡沫细胞形成等抗AS机制有关。ULK1是自噬泡形成所必需的一种蛋白，抑制mTOR诱导ULK1激酶的活化并促进自噬体的形成，增加自噬发生。微管相关蛋白轻链3 (microtubule associated protein light chain 3，LC3) 参与了自噬体膜的形成，是自噬的经典标志分子。P62是一种泛素结合蛋白，参与蛋白质泛素化，当自噬功能受阻时，P62会在细胞中累积，因此其含量与自噬活性呈负相关。Wang等[15]发现抑制巨噬细胞mTOR可明显上调LC3的表达，下调p62的含量，引发自噬小体的形成，从而加速溶酶体降解脂质，抑制泡沫细胞的形成。动物实验结果显示，给兔置入everolimus支架，可以通过促进巨噬细胞发生自噬，诱导巨噬细胞发生死亡，从而减少斑块内巨噬细胞含量。与mTOR抑制剂结果一致，用mTOR慢病毒感染小鼠，结果表明小鼠全身性敲降mTOR增加LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的比例，诱导巨噬细胞自噬，从而下调AS斑块面积和斑块内巨噬细胞数量，使斑块稳定[16]。除了巨噬细胞自噬外，抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路通过增加自噬效应蛋白Beclin1、下调p62的表达诱导内皮细胞发生自噬[17]，因此，抑制mTOR信号通路通过调控细胞自噬，在减缓 AS 的进展中发挥重要的作用。

2.5 mTOR与血管新生 AS病变过程中为缓解斑块内部的缺氧状态，新生血管逐渐出现，斑块内血管新生导致AS中晚期单核细胞积聚，运输脂质和炎性细胞至斑块高危区，较薄的新生血管通常脆弱容易破裂，导致斑块出血。斑块内出血激活巨噬细胞，加速泡沫细胞形成。因此新生血管的形成是导致粥样斑块破裂及临床重症的高危因素。血管内皮生长因子是一种重要的促血管生成因子，促进内皮细胞增殖，参与血管生成。而斑块内缺氧区分泌缺氧诱导因子-1α进一步增加促血管生成因子的分泌，在血管生成中共同发挥重要作用。Wang 等发现SIRT1通过抑制mTORC1下调缺氧诱导因子-1α的积聚，减少新生血管的形成[18]。体内实验结果显示，Rictor缺失同样抑制血管内皮生长因子诱导的小鼠血管生成[19]。此外，mTORC2失活以不依赖于蛋白激酶B/mTORC1的方式下调黏着斑激酶的活性，从而抑制血管生成和基质黏附[20]。因此，抑制mTORC1或mTORC2均可以减少新生血管的形成，从而稳定AS斑块，延缓AS中晚期的发展。

2.6 mTOR与脂质积聚 血管壁脂质摄取增多或清除障碍都会导致脂质在动脉内膜积聚，降低血浆低密度脂蛋白水平，加速细胞中脂质清除都会起到保护AS的作用。研究表明，rapamycin通过下调低密度脂蛋白受体或清道夫受体，上调胆固醇流出基因，从而抑制巨噬细胞和平滑肌细胞的脂质积聚。 抑制mTORC1通过激活脂肪酶、产生胆汁酸等方式增加循环血液中脂蛋白含量，减少脂质沉积。 此外， mTORC1激活信号转导与转录激活因子3，增加过氧化物酶体增殖激活受体 γ的表达与活性，上调脂肪酸和胆固醇合成相关基因的转录，正向调控脂质合成[21]。 动物实验结果表明，rapamycin 处理降低高脂喂养的 ApoE-/-小鼠主动脉脂质含量。 然而也有与上述研究相反的结果， Alves-Bezerra 等报道 rapamycin 对 胆固醇调节元件结合蛋白等脂质合成基因不敏感，且 rapamycin 与高脂血症的发生呈正相关[22]。因此， mTOR调控斑块内脂质积聚的机制还需更深一步探讨。

2.7 mTOR抑制剂与AS 综上所述，抑制mTOR可以通过减轻血管炎症反应、保护内皮细胞功能、阻滞平滑肌细胞增殖、诱导细胞自噬、减少新生血管形成、抑制脂质积聚等一系列机制防止AS的发生与发展，因此，mTOR抑制剂的正确应用将会对AS的防治提供新思路。然而临床上在使用rapamycin及其衍生物时发现，患者除出现上文提到的血管内皮化延迟，血栓之外[11]，还会产生糖尿病、血脂异常、高血压等并发症[23]，后者又会诱导炎症和内皮细胞功能紊乱，从而加重AS 的发生与发展。为了控制使用mTOR抑制剂产生的并发症，提倡实施药物联合治疗——将mTOR抑制剂与降脂药他汀类药物、AMP依赖的蛋白激酶激活剂二甲双胍或前蛋白转化酶枯草溶菌素9型抑制剂联合用药从而减轻糖尿病、血脂异常等不良反应[24]。

降糖药二甲双胍通过AMP依赖的蛋白激酶激活剂抑制信号转导与转录激活因子3的活性，阻滞单核细胞的黏附，减轻巨噬细胞炎症反应。此外，它还可以降低糖尿病患者血浆中低密度脂蛋白水平，提示其具有部分抗AS 的功效，为了更好地掌握病情，糖尿病患者在接受 mTOR抑制剂治疗时应密切监控血糖。他汀类药物和前蛋白转化酶枯草溶菌素9型抑制剂作为临床上的降脂药，前者通过激活AMP依赖的蛋白激酶从而抑制mTOR，后者可以减少小鼠肝内低密度脂蛋白受体，降低低密度脂蛋白胆固醇水平，为防止AS的发展奠定基础。他汀类药物还具有免疫抑制功能，可以降低移植的排斥率，提高生存率[25]。

3 小结与展望

大量研究证明，mTOR在AS的病理过程中扮演重要角色。由于mTOR复合物较复杂，且mTOR抑制剂有一定临床应用，因此大量研究采用mTOR抑制剂及其衍生物去探究mTOR对AS疾病模型的影响。目前研究结果证明抑制mTOR具有一定抵抗AS的作用，但是同时会产生糖尿病、血脂异常等并发症，这些都是AS的危险因素。为了控制使用mTOR抑制剂产生的副作用，提倡实施药物联合治疗，将mTOR抑制剂与他汀类药物、二甲双胍或前蛋白转化酶枯草溶菌素9型抑制剂联合使用，但是药物使用的指征、时间间隔、频率等都还需要后续研究来制定详细的临床用药指南，这应该是今后mTOR与AS的研究焦点。