何晶晶 馬 雋 任柄睿 劉愛京

(河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，石家莊 050000)

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)是一種以體內(nèi)出現(xiàn)T細(xì)胞異常、B細(xì)胞過度活化及大量自身抗體產(chǎn)生為主要特點(diǎn)的自身免疫性疾病，常累及多個臟器，嚴(yán)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(huán)境不同發(fā)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(dá)的磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase，P13K)相關(guān)激酶家族，其作為催化亞基，通過整合各種生理學(xué)刺激來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長及代謝[3]。 mTOR信號傳導(dǎo)異常與人類多種疾病相關(guān)，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(fā)病機(jī)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(fā)，系統(tǒng)闡述mTOR信號通路在SLE發(fā)病機(jī)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(gòu)成及調(diào)控

1.1mTOR分子組成 根據(jù)組成成分的不同，mTOR可分為mTOR復(fù)合物1(mTOR complex 1，mTORC1)和mTOR復(fù)合物2(mTOR complex 2，mTORC2)，它們結(jié)構(gòu)上緊密聯(lián)系但功能上卻明顯不同[8]。mTORC1是營養(yǎng)和代謝的重要橋梁，感受營養(yǎng)要素、生長因子及環(huán)境壓力，參與細(xì)胞增殖、組織構(gòu)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(dǎo)活化相關(guān)，其下游分子血清和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)蛋白激酶1(Serum-and glucocorticoid-regulated kinase 1，SGK1)參與調(diào)節(jié)叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子FoxO，通過激活蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)磷酸化促進(jìn)細(xì)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(dǎo)的樞紐，協(xié)同調(diào)控細(xì)胞的增殖與分化，維持組織正常代謝，參與機(jī)體損傷修復(fù)，故這兩種復(fù)合物已被視為抑制細(xì)胞過度增殖甚至逆轉(zhuǎn)癌變的關(guān)鍵[9-11]。

1.2mTOR信號通路上游構(gòu)成 mTOR調(diào)控復(fù)雜，受多種調(diào)節(jié)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(xì)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(lián)并結(jié)合配體，催化膜內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)榱姿峒〈级姿?，抑制PI3K活化，負(fù)調(diào)控該過程。

結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物(Tuberous sclerosis complex，TSC)是腫瘤抑制因子，由結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1(Tuberous sclerosis complex，TSC1)和結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2(Tuberous sclerosis complex 2，TSC2)構(gòu)成。哺乳動物細(xì)胞中，TSC2是GTPase激活蛋白，TSC1-TSC2復(fù)合物通過水解GTP使Rheb-GTP轉(zhuǎn)變?yōu)镽heb-GDP而下調(diào)mTORC1活性。因此在TSC1-TSC2異常的細(xì)胞中，TSC作為mTOR抑制因子不能發(fā)揮正常功能，導(dǎo)致mTOR及其下游的效應(yīng)分子過度活化，使得細(xì)胞可以不斷生長。腦內(nèi)Ras同系物(Ras homolog enriched in brain，Rheb)是具有小GTPase活性的蛋白質(zhì)，Rheb-GTP是其活性狀態(tài)，是mTORC1的上游調(diào)控分子，直接作用于mTORC1正向調(diào)節(jié)其活性。

Akt是PI3K的下游信號，在mTOR通路中起橋聯(lián)作用。當(dāng)PI3K的活化產(chǎn)物磷酸肌醇三磷酸與Akt結(jié)合后，Akt移動到細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核中進(jìn)一步活化下游的TSC2，TSC2水解GTP使Rheb-GTP轉(zhuǎn)變?yōu)镽heb-GDP，對Rheb的抑制解除，Rheb活化mTORC1并對其進(jìn)行調(diào)控[12]。mTORC1持續(xù)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(diào)控基因轉(zhuǎn)錄等途徑參與氨基酸及脂類等營養(yǎng)物質(zhì)代謝，促進(jìn)蛋白質(zhì)、脂肪及核苷酸等大分子物質(zhì)合成[13-15]，參與細(xì)胞生長；通過自噬調(diào)控細(xì)胞代謝[16]；既決定干細(xì)胞分化方向又影響成熟細(xì)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(fā)現(xiàn)的一種抑癌基因，游離的LKB1主要分布于細(xì)胞核，其編碼產(chǎn)物L(fēng)KB1蛋白也是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，與配體形成復(fù)合物后，轉(zhuǎn)移到細(xì)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(yǎng)感受器，主要感受細(xì)胞內(nèi)能量變化[20]。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)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(jìn)TSC1-TSC2復(fù)合物形成，從而抑制mTORC1的活性；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞內(nèi)合成代謝、停止細(xì)胞分裂增殖等高耗能反應(yīng)[21](如圖1)。

LKB1/AMPK/TSC/mTORC1途徑主要功能是在缺氧、低能量及營養(yǎng)匱乏等應(yīng)激狀態(tài)下，通過激活A(yù)MPK及時啟動負(fù)調(diào)控機(jī)制，抑制細(xì)胞內(nèi)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(jìn)能量產(chǎn)生，抑制細(xì)胞增殖，減少ATP消耗，保證細(xì)胞存活，該通路信號異?？梢鹛墙徒庠鰪?qiáng)代謝紊亂，導(dǎo)致SLE發(fā)生。

2 mTOR信號通路與SLE發(fā)病關(guān)系

2.1mTOR信號通路在免疫調(diào)節(jié)中的作用

2.1.1參與免疫細(xì)胞增殖和分化 PI3K/Akt/mTOR信號通路磷酸化水平調(diào)控外周血中初始CD4+T淋巴細(xì)胞和胸腺細(xì)胞中Foxp3的表達(dá)，影響T細(xì)胞分化。經(jīng)典的試驗(yàn)是由Haxhinasto等[22]完成的，他們提取小鼠脾臟及淋巴結(jié)中的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell，Treg)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示PI3K/Akt/mTOR信號通路調(diào)節(jié)CD4+Foxp3+細(xì)胞分化，持續(xù)性表達(dá)的Akt可顯著抑制CD4+T細(xì)胞向Treg分化，并且證實(shí)mTORC1對Foxp3表達(dá)起關(guān)鍵作用。Shrestha等[23]通過對狼瘡小鼠模型分析發(fā)現(xiàn)，PTEN可維持Treg功能，限制促炎細(xì)胞如Th1、Th17及濾泡輔助T細(xì)胞(follicular helper T cell,Tfh)增殖，抑制免疫反應(yīng)。Fernandez 等[24]發(fā)現(xiàn)狼瘡患者外周血中CD8+記憶T細(xì)胞減少，應(yīng)用mTOR抑制劑雷帕霉素治療后CD8+記憶T細(xì)胞數(shù)量增加，該試驗(yàn)證實(shí)mTOR活化與SLE患者血中初始CD8+T細(xì)胞分化密切相關(guān)，可能參與SLE發(fā)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(xì)胞因子正常分泌 SLE的發(fā)病除了與自身抗體產(chǎn)生及免疫復(fù)合物沉積有關(guān)外，炎性細(xì)胞因子異常也發(fā)揮了關(guān)鍵作用。Koga等[25]發(fā)現(xiàn)，鈣調(diào)蛋白激酶Ⅳ可增加Akt及mTORC1活性，通過激活mTOR信號通路促進(jìn)IL-4和IL-17產(chǎn)生，刺激B細(xì)胞分化成漿細(xì)胞并產(chǎn)生自身抗體，促使狼瘡發(fā)病。與Koga研究結(jié)果一致，Jones等[26]也發(fā)現(xiàn)，在有狼瘡傾向小鼠的B細(xì)胞中，mTORC1過度激活，漿細(xì)胞產(chǎn)生增加，這提示mTORC1通過mTOR通路介導(dǎo)B細(xì)胞異?；罨a(chǎn)生大量抗體，導(dǎo)致狼瘡發(fā)生。

2.2mTOR信號通路改變細(xì)胞自噬水平 自噬是細(xì)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(yùn)送至溶酶體降解。同時自噬也是細(xì)胞維持免疫自穩(wěn)的重要機(jī)制。自噬調(diào)節(jié)異常與SLE的發(fā)病密切相關(guān)，其調(diào)節(jié)異常與SLE的發(fā)病密切相關(guān)。Kato等[27]發(fā)現(xiàn)，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(xì)胞向Treg分化，并抑制Treg的功能。應(yīng)用雷帕霉素治療4周后，細(xì)胞自噬再次出現(xiàn)，Treg功能恢復(fù)正常，這從質(zhì)量角度印證了mTOR通過調(diào)控自噬參與SLE發(fā)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(fā)現(xiàn)，在人類CD4+CD25-T細(xì)胞中，瘦素作為細(xì)胞因子可激活mTOR信號通路，與Beclin-1相互作用，上調(diào)Bcl-2表達(dá)，抑制細(xì)胞自噬，使用雷帕霉素阻斷mTOR通路可逆轉(zhuǎn)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(diào)，參與狼瘡發(fā)病。

2.3mTOR信號通路與氧化應(yīng)激 研究表明，氧化應(yīng)激異常與SLE發(fā)病密切相關(guān)[30,31]。Lai等[32]設(shè)計并完成的隨機(jī)雙盲安慰劑對照前期試驗(yàn)，結(jié)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(xì)胞中谷胱甘肽(Glutathione，GSH)含量，彌補(bǔ)抗氧化劑的不足，抑制CD4-/CD8-雙陰T(CD4-/CD8-duble-negative T,DN T)細(xì)胞中mTORC1激活，促進(jìn)Foxp3表達(dá)，使疾病活動指數(shù)和ds-DNA等指標(biāo)下降，疾病得到緩解。這一結(jié)果從側(cè)面印證了氧化應(yīng)激參與SLE病理過程。

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

2.4mTOR信號通路與物質(zhì)代謝障礙 代謝組學(xué)研究顯示，犬尿氨酸作為色氨酸氧化還原產(chǎn)物刺激SLE患者T淋巴細(xì)胞尤其是DN T細(xì)胞中mTORC1活化，調(diào)節(jié)磷酸戊糖途徑，促進(jìn)IL-4和IL-17產(chǎn)生[35]。除了氨基酸代謝，糖代謝也參與mTOR通路代謝調(diào)控。前文提到，HIF1-α是一種選擇性表達(dá)于 Th17細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄因子，是調(diào)控糖酵解的重要關(guān)卡，通過mTOR信號途徑參與Th17和Treg表達(dá)，若HIF1-α缺乏或糖酵解受抑制，則Th17細(xì)胞分化減弱而Treg分化增強(qiáng)。由此可見，物質(zhì)代謝的失衡在SLE發(fā)病機(jī)制中也起著重要作用。

3 mTOR通路作為治療靶點(diǎn)在SLE中的應(yīng)用

3.1雷帕霉素及其類似物 雷帕霉素(Rapamycin,RAPA)是mTOR的變構(gòu)抑制劑，能夠與細(xì)胞內(nèi)蛋白FKBP12形成 FRB結(jié)構(gòu)域，抑制其活性，使細(xì)胞周期停滯在G1期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬。近期一篇發(fā)表在柳葉刀上關(guān)于RAPA 的單組、開放性Ⅰ/Ⅱ期的臨床試驗(yàn)證實(shí)了RAPA在SLE治療中的安全性及療效。研究結(jié)果顯示，29名傳統(tǒng)藥物治療抵抗或不耐受的狼瘡活動期患者，應(yīng)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(shù)明顯下降，并且未出現(xiàn)明顯副作用[36]。同時發(fā)現(xiàn)，RAPA可以通過增加外周血中CD4+CD25+Foxp3+T細(xì)胞和CD8+記憶T細(xì)胞數(shù)量，抑制CD4+和DN T細(xì)胞產(chǎn)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(fā)現(xiàn)[37]，RAPA能抑制狼瘡患者T淋巴細(xì)胞中mTORC1活性而增強(qiáng)mTORC2活性。由于文獻(xiàn)較少，目前普遍認(rèn)為RAPA對于mTORC2的激活可能是繼發(fā)性的。

3.2N-乙酰半胱氨酸 前文提到，異常的氧化應(yīng)激機(jī)制參與了SLE發(fā)病。NAC作為GSH的前體及抗氧化劑，作用于mTOR位點(diǎn)，在SLE治療中的作用也逐漸得到更多關(guān)注。有研究報道，NAC可以抑制脂質(zhì)過氧化，降低早期狼瘡腎炎患者尿蛋白及血沉等指標(biāo)，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(jìn)糖酵解、抑制糖異生等作用降低血糖，是目前廣泛應(yīng)用的降糖藥之一。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以激活A(yù)MPK，抑制mTORC1，發(fā)揮抗炎、調(diào)節(jié)脂類及糖類代謝的作用，在免疫調(diào)節(jié)的舞臺上展示著老藥新用的風(fēng)采。Lee等[39]發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可減少狼瘡小鼠胸腺生發(fā)中心的數(shù)量及體積，抑制B細(xì)胞向漿細(xì)胞分化，同時還可通過抑制自身抗體表型表達(dá)減少抗ds-DNA等抗體產(chǎn)生。文獻(xiàn)報道，二甲雙胍也可減少mTORC1的激活、阻斷ETC1，從而抑制氧化應(yīng)激，預(yù)防狼瘡傾向小鼠腎炎的發(fā)生[40]。二甲雙胍除了緩解mTORC1相關(guān)的炎癥反應(yīng)外，還可以預(yù)防SLE患者出現(xiàn)高脂血癥及動脈粥樣硬化等代謝并發(fā)癥[41]。因此，二甲雙胍聯(lián)合其他風(fēng)濕病藥物可能為SLE疾病管理提供潛在幫助(如表1)。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，mTOR信號通路通過調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成等過程，參與細(xì)胞代謝、增殖及凋亡。近年研究發(fā)現(xiàn)，mTOR信號通路與免疫細(xì)胞增殖分化、炎性細(xì)胞因子分泌、自噬水平及氧化應(yīng)激異常密切相關(guān)，在狼瘡發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。mTOR抑制劑在SLE臨床試驗(yàn)中的效果及安全性已得到初步證實(shí)。進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)人群以確定其療效及耐受性，研發(fā)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(diǎn)。隨著人們對免疫調(diào)節(jié)的進(jìn)一步認(rèn)識以及更多臨床試驗(yàn)的完成，mTOR信號通路有望成為SLE精準(zhǔn)治療的新靶點(diǎn)。

表1 mTOR通路抑制劑作用靶點(diǎn)

Tab.1 Active target of mTOR inhibiters

DrugsMechanismMolecule targetRapamycinAutophagymTORC1N-acetylcysteineAntioxidantsGlutathioneMetforminAntioxidantsETC-1