哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白與腎臟疾病的關(guān)系

王洪玲，田 潔，魏 肅

（天津市第三中心醫(yī)院 腎 內(nèi)科，天津300170）

雷帕霉素（rapamycin）是一類最早在1975年從土壤細(xì)菌中提取出來的物質(zhì)，起初將其用作抗真菌治療，隨后又發(fā)現(xiàn)其有免疫抑制作用而廣泛應(yīng)用于器官移植后的抗排斥反應(yīng)當(dāng)中［1］。正是由于雷帕霉素的發(fā)現(xiàn)，在1994年研究人員又克隆出了哺乳動(dòng)物的雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，m TOR）—一種絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，而雷帕霉素正是m TOR的特異性抑制劑。當(dāng)雷帕霉素進(jìn)入細(xì)胞后可以與FK－506結(jié)合蛋白12（FKBP－12）形成復(fù)合體，該復(fù)合體可以與m TOR特異性結(jié)合并抑制后者的功能［2］。m TOR是由兩部分組成，分別稱為m TOR信號(hào)復(fù)合物1和m TOR信號(hào)復(fù)合物2（m TORC1，m TORC2），m TORC1和 m TORC2分別行使不同的功能，m TORC1主要功能是刺激細(xì)胞的生長和增殖，而m TORC2則主要調(diào)控細(xì)胞的極性和細(xì)胞骨架。雷帕霉素對(duì)m TORC2活性并無影響，只與m TORC1相結(jié)合從而抑制m TOR的功能［3］。有關(guān)m TORC2詳細(xì)的分子調(diào)控機(jī)制目前尚不十分明確，所以本文只通過m TORC1來討論m TOR信號(hào)通路的相關(guān)調(diào)控機(jī)制，并對(duì)m TOR信號(hào)通路在腎臟疾病中所發(fā)揮的作用進(jìn)行綜述。

1 有關(guān)mTOR信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制

1.1 mTOR的上游調(diào)控機(jī)制 一些細(xì)胞生長必須的營養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸、葡萄糖、氧以及多種生長因子等均可通過m TORC1來調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和增殖［4］。m TORC1的激活首先是磷脂酰肌醇3－激酶（PI3－K）的活化，PI3－K可以催化磷脂酰肌醇4、5二磷酸（PIP2）轉(zhuǎn)變成磷脂酰肌醇3、4、5三磷酸（PIP3）［5］。PIP3激活三磷酸肌醇依賴性激酶－1進(jìn)而激活A(yù)kt，Akt再通過一個(gè)級(jí)聯(lián)反應(yīng)來激活m TORC1，在此級(jí)聯(lián)反應(yīng)中非常重要的一個(gè)分子是結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合體（TSC），它包括TSC1、TSC2和Rheb，其中Rheb是Ras家族的GTP激酶，它可以直接激活m TOR［6］。在復(fù)合體中TSC2是核心部分，但只有當(dāng)TSC1和TSC2組成二聚體時(shí)，TSC2才能發(fā)揮作用進(jìn)而抑制Rheb的活性，而Akt正是通過抑制TSC2來激活m TOR通路的［7］。不同的刺激因素對(duì)m TOR的作用位點(diǎn)也不盡相同，如果生長因子和氨基酸含量增加，則分別通過IA類和III類PI3－K作用于Akt進(jìn)而激活m TOR；反之，如果葡萄糖和氧含量下降，則引起ATP大量消耗，隨后導(dǎo)致5’－腺苷一磷酸激酶（AMPK）活化，從而使m TOR信號(hào)通路受到抑制［8］。

1.2 mTOR的下游調(diào)控機(jī)制 在m TOR的下游調(diào)控通路中最重要的分子是4E結(jié)合蛋白（4EBP）和70KD核糖體S6激酶（p70S6K）。4EBP屬于翻譯阻遏物蛋白家族，非磷酸化的4EBP可與真核生物的翻譯起始因子4E（eIF4E）相結(jié)合進(jìn)而抑制后者的活性，m TOR可以使4EBP磷酸化，使其與eIF4E分離，啟動(dòng)mRNA的翻譯。同時(shí)，m TOR也可以使p70S6K磷酸化，從而使得在細(xì)胞生長和細(xì)胞增殖中某些重要蛋白質(zhì)得以表達(dá)［9］，從而刺激細(xì)胞的生長和增殖。

2 mTOR在腎臟疾病中的作用

2.1 mTOR 在急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）中的作用 當(dāng)機(jī)體發(fā)生AKI后，腎臟的修復(fù)很大程度上依賴于腎小管細(xì)胞的增殖來進(jìn)一步修復(fù)腎小管上皮。免疫抑制劑雷帕霉素的藥理作用正是通過抑制m TOR信號(hào)通路來抑制T細(xì)胞的增殖；與此同時(shí)，雷帕霉素的這種作用也抑制了腎臟其它種類細(xì)胞的增殖［10］。有研究表明［11］：在正常腎組織中m TOR的活性很低，而在缺血－再灌的腎組織中其活性大幅提升。此時(shí)應(yīng)用雷帕霉素則會(huì)抑制m TOR的活性，延遲腎臟的修復(fù)。上述過程是通過兩方面途徑實(shí)現(xiàn)的：一是抑制腎小管細(xì)胞的增殖，二是誘導(dǎo)腎小管細(xì)胞的凋亡。該研究結(jié)果顯示：在應(yīng)用雷帕霉素后，發(fā)生AKI機(jī)體的腎臟功能可以恢復(fù)到正常水平，但其腎小球率過濾的恢復(fù)與對(duì)照組比會(huì)延遲2～3天。

由于氨基酸、葡萄糖、以及生長因子可以激活m TOR，而ATP的大量消耗則可以抑制m TOR。所以，當(dāng)機(jī)體遭受缺血－再灌損傷并處于缺血期時(shí)，ATP、氨基酸和生長因子含量降低，m TOR的活性也隨之大幅下降；當(dāng)機(jī)體遭受缺血－再灌損傷并處于再灌注期時(shí)，ATP、氨基酸和生長因子含量反彈性升高，m TOR的活性也會(huì)升高。在對(duì)臨床上接受腎移植病患的統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)［12］：應(yīng)用雷帕霉素可以使新移植的腎臟延遲發(fā)揮功能，其原因是在移植前期腎小管發(fā)生了缺血性損傷，這與m TOR的活性進(jìn)一步下降有關(guān)。正是由于雷帕霉素有上述不良反應(yīng)，所以臨床上只有當(dāng)新移植的腎臟開始正常發(fā)揮功能后才可以開始使用雷帕霉素。

2.2 mTOR 在慢性腎臟疾?。╟hronic kidney disease，CKD）中的作用 在糖尿病或其他因素導(dǎo)致的CKD中m TOR都發(fā)揮了非常重要的作用，在歐美國家中糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）是導(dǎo)致終末期腎病的最主要病因之一，其病理改變包括腎小球肥大，基底膜增厚和細(xì)胞外基質(zhì)聚集，并隨著病情進(jìn)展引起腎小管間質(zhì)損傷，炎癥反應(yīng)和纖維化等［13］。對(duì)于糖尿病患者，過高的血糖通過激活A(yù)kt和抑制AMPK兩方面作用直接激活了m TOR通路，從而引起腎小球肥大，大量合成基質(zhì)蛋白，導(dǎo)致基底膜增厚，細(xì)胞外基質(zhì)聚集，足細(xì)胞損傷，最終引起腎功能惡化［14］。一些研究小組通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究了雷帕霉素在糖尿病腎病中的作用［15，16］。在實(shí)驗(yàn)中使用鏈脲菌素誘導(dǎo)并制作大鼠的糖尿病腎病模型，然后應(yīng)用雷帕霉素治療并分析相關(guān)指標(biāo)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在DN的早期即有m TOR的過度激活，并引起一系列的腎臟病理改變，當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物給予雷帕霉素后，該藥物不僅可以抑制m TOR的過度激活，而且還能在一定程度上逆轉(zhuǎn)腎小球肥大和基底膜增厚，同時(shí)降低尿蛋白。此外，由于雷帕霉素還可以抑制T和B淋巴細(xì)胞的增殖以及白介素－8、單核細(xì)胞趨化蛋白－1、fractaline等炎性因子的釋放，所以雷帕霉素還可抑制DN個(gè)體腎臟中炎細(xì)胞（特別是淋巴和巨噬細(xì)胞）的聚集，減輕炎癥反應(yīng)。另一方面，間質(zhì)性纖維化是DN的又一項(xiàng)病理改變，在此過程中m TOR又發(fā)揮了重要的作用，它不但可以使成纖維細(xì)胞過度增殖，大量合成膠原，過度表達(dá)轉(zhuǎn)化生長因子－β1（TGF－β1）和結(jié)締組織生長因子，并且還能促使腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維細(xì)胞，穿過基底膜向小管間質(zhì)聚集。通過對(duì)動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)：雷帕霉素可以通過降低m TOR的活性，從而在一定程度上抑制DN個(gè)體的腎間質(zhì)纖維化的病理改變［17］。對(duì)非糖尿病引起的CKD動(dòng)物模型來說，雷帕霉素仍然可以延緩腎纖維化的進(jìn)程和腎功能衰竭的出現(xiàn)，其分子生物學(xué)機(jī)制與糖尿病CKD基本相同［18］?？傊?，雷帕霉素在CKD的發(fā)生發(fā)展過程中起到了非常重要的作用，主要包括5個(gè)方面：降低腎小球肥大程度、減少炎癥因子的產(chǎn)生、減少促纖維化因子的產(chǎn)生、抑制成纖維細(xì)胞的增殖、抑制腎小管上皮細(xì)胞的成纖維細(xì)胞化。

2.3 mTOR在常染色體顯性多囊腎?。╝utosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD）中的作用 ADPKD是人類最常見單基因病之一，其發(fā)生率為1／400～1／1000［19］。由于基因的突變使得腎小管上皮細(xì)胞過度增殖以及蛋白質(zhì)的過度分泌，破壞了細(xì)胞外基質(zhì)的正常結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在腎臟中形成病理性的多發(fā)的液性囊泡結(jié)構(gòu)，隨著囊泡的不斷生長，正常的腎臟組織遭到破壞，其臨床表現(xiàn)主要有高血壓、血尿、蛋白尿進(jìn)而導(dǎo)致終末期腎衰（ESRD）。研究表明［20］：絕大多數(shù)ADPKD的發(fā)生都是由于PKD1和PKD2基因（其表達(dá)產(chǎn)物分別是多囊蛋白1和多囊蛋白2，即：PC1和PC2）發(fā)生了突變所致，其中又以PKD1的突變最常見（占85%）。正常情況下，PC1的跨膜蛋白胞質(zhì)尾區(qū)可以與TSC2基因的表達(dá)產(chǎn)物tuberin蛋白相互作用，調(diào)控m TOR信號(hào)通路活性。當(dāng)PC1發(fā)生突變時(shí)，會(huì)通過m TOR引起ADPKD個(gè)體囊壁襯里細(xì)胞的異常增殖，并抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生，進(jìn)而在腎臟中形成病理性囊泡［21，22］。

2.4 mTOR 與 腎 細(xì) 胞 癌 （renal cell carcinoma，

RCC） RCC在所有成年人的惡性腫瘤中大約占2～3%的比重，其中轉(zhuǎn)移性的腎細(xì)胞癌因?qū)熕幬锊幻舾卸A(yù)后較差，最近使用高劑量的白介素－2以及抗血管新生治療已成為轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌的新的治療方向［23］。腎細(xì)胞癌的發(fā)生與腫瘤抑制基因von Hippel－Lindau（VHL）的失活相關(guān)，VHL基因的突變會(huì)增加低氧誘導(dǎo)因子（hypoxia－inducible factor，HIF）的表達(dá)，繼而加速 RCC的惡性轉(zhuǎn)化［24，25］。一般來說，腫瘤細(xì)胞在初始階段增殖非常迅速，當(dāng)生長到一定階段后由于血供不足導(dǎo)致相對(duì)缺氧，其生長速度則明顯降低［26］。缺氧后 HIF表達(dá)增加，HIF由兩個(gè)亞基組成（HIF－1α和 HIF－1β），它通過促進(jìn)血管新生來增加腫瘤的血液供應(yīng)，從而使腫瘤細(xì)胞適應(yīng)缺氧的環(huán)境而繼續(xù)生長［27］。當(dāng)環(huán)境中氧含量在正常水平時(shí)，HIF－1α則與VHL蛋白相結(jié)合，這一過程將導(dǎo)致HIF－1α直接進(jìn)入泛素化降解途徑；而當(dāng)環(huán)境中氧含量較低時(shí)，HIF－1α則與VHL蛋白分離，HIF－1α降解減少，含量增加。HIF－1α的增加則可以大量誘導(dǎo) VEGF、PDGF－α和 TGF－α的表達(dá)，這些細(xì)胞因子則進(jìn)一步刺激腫瘤細(xì)胞的增殖和腫瘤的血管新生［23］。

另一方面，m TOR及其上游調(diào)控因子，在腎細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展以及腫瘤轉(zhuǎn)移等方面都起到至關(guān)重要的作用［28］。有調(diào)查顯示：當(dāng)負(fù)性調(diào)控m TOR的基因PTEN發(fā)生突變時(shí)，腎臟腫瘤的發(fā)病率明顯上升（約5%的腎細(xì)胞癌患者有PTEN基因突變）［29］。另外，結(jié)節(jié)性硬化癥的病患其 TSC1和TSC2基因發(fā)生了突變，而TSC1和TSC2也對(duì)m TOR起負(fù)性調(diào)控作用，這就導(dǎo)致了結(jié)節(jié)性硬化癥的病人易患腎細(xì)胞癌［30，31］。因此，m TOR抑制劑可以被用來治療轉(zhuǎn)移性的腎細(xì)胞癌，如一種雷帕霉素的類似物Temsirolimus，已經(jīng)被美國FDA正式批準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌的臨床治療［32］。另一種口服的雷帕霉素的衍生物everolimus，其II期臨床試驗(yàn)結(jié)果表明：口服該藥物后對(duì)轉(zhuǎn)移性腎細(xì)胞癌有治療作用［24，33］。這些抑制劑的作用機(jī)制大體分為兩個(gè)方面：一方面是通過m TOR信號(hào)通路直接抑制腫瘤細(xì)胞的增殖；另一方面是通過m TOR信號(hào)通路間接抑制HIF的表達(dá)，繼而抑制了腫瘤的血管新生的能力，延緩了腫瘤的生長［34，35］。

3 結(jié)語

綜上所述，m TOR在眾多腎臟疾病中都扮演了極為重要的作用。首先，在急性腎損傷后腎臟的修復(fù)過程中m TOR起到了幫助腎臟恢復(fù)正常功能的作用，如果m TOR的功能受到抑制，則急性腎損傷的恢復(fù)過程也將受到抑制。然而任何事物都具有兩面性，m TOR在某些腎臟疾病的過程中卻起到了促使疾病惡化的作用，例如：不論是糖尿病引起的CKD還是非糖尿病引起的CKD，m TOR信號(hào)通路都被過度激活，而使用m TOR的抑制劑（雷帕霉素和其類似物）均可延緩腎衰竭的出現(xiàn)。另外對(duì)于ADPKD也是如此，m TOR的過度激活可導(dǎo)致病理性囊泡的形成和增大，進(jìn)一步加速了腎衰竭的出現(xiàn)。還有m TOR過度激活還直接或間接加速了腎細(xì)胞癌的病理過程。雷帕霉素作為一種免疫抑制劑一直被用于腎移植后的抗排斥反應(yīng)，然而隨著對(duì)m TOR信號(hào)通路研究的不斷深入，作為m TOR的抑制劑－－雷帕霉素和其類似物已經(jīng)逐漸應(yīng)用于CKD，ADPKD和RCC等腎臟相關(guān)疾病的試驗(yàn)性治療當(dāng)中，并且隨著更多臨床試驗(yàn)的開展和進(jìn)行，雷帕霉素和其類似物將更廣泛地應(yīng)用于腎臟疾病的治療當(dāng)中。

［1］Sehgal SN.Sirolimus：Its discovery，biological properties，and mechanism of action［J］.Transplant Proc，2003，35：7.

［2］Fingar DC，Blenis J.Target of rapamycin（TOR）：An integrator of nutrient and growth factor signals and coordinator of cell growth and cell cycle progression［J］.Oncogene，2004，23：3151.

［3］Koyanagi M，Asahara S，Matsuda T，et al.Ablation of TSC2 Enhances Insulin Secretion by Increasing the Number of Mitochondria through Activation of m TORC1［J］.PLoS One，2011，6：23238.

［4］Nicklin P，Bergman P，Zhang B，et al.Bidirectional transport of amino acids regulates m TOR and autophagy［J］.Cell，2009，136：521.

［5］Harrington LS，F(xiàn)indlay GM，Lamb RF.Restraining PI3K：m TOR signalling goes bck to the membrane［J］.Trends Biochem Sci，2005，30：35.

［6］Inoki K，Li Y，Xu T，et al.Rheb GTPase is a direct target of TSC2 GAP activity and regulates m TOR signaling［J］.Genes Dev，2003，17：1829.

［7］Smith EM，F(xiàn)inn SG，Tee AR，et al.The tuberous sclerosis TSC2 is not required for the regulation of the mammalian target of rapamycin by amino acids and certain cellular stresses［J］.J Biol Chem，2005，280：18717.

［8］Battelli C，Cho DC.m TOR inhibitors in renal cell carcinoma［J］.Therapy，2011，8：359.

［9］Gingras AC，Raught B，Sonenberg N.m TOR signaling to translation［J］.Curr Top Microbiol Immunol，2004，279：169.

［10］Lieberthal W，F(xiàn)uhro R，Andry CC，et al.Rapamycin impairs recovery from acute renal failure：Role of cell－cycle arrest and apoptosis of tubular cells［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2001，281：693.

［11］Lieberthal W，F(xiàn)uhro R，Andry C，et al.Rapamycin delays but does not prevent recovery from acute renal failure：Role of acquired tubular resistance［J］.Transplantation，2006，82：17.

［12］Goncalves GM，Cenedeze MA，F(xiàn)eitoza CQ，et al.The role of immunosuppressive drugs in aggravating renal ischemia and reperfusion injury［J］.Transplant Proc，2007，39：417.

［13］Molitch ME，DeFronzo RA，F(xiàn)ranz MJ，et al.Nephropathy in diabetes［J］.Diabetes Care，2004，27：79.

［14］Sataranatarajan K，Mariappan MM，Lee MJ，et al.Regulation of elongation phase of mRNA translation in diabetic nephropathy：Amelioration by rapamycin［J］.Am J Pathol，2007，171：1733.

［15］Sakaguchi M，Isono M，Isshiki K，et al.Inhibition of m TOR signaling with rapamycin attenuates renal hypertrophy in the early diabetic mice［J］.Biochem Biophys Res Commun，2006，340：296.

［16］Yang Y，Wang J，Qin L，et al.Rapamycin prevents early steps of the development of diabetic nephropathy in rats［J］.Am J Nephrol，2007，27：495.

［17］Wu MJ，Wen MC，Chiu YT，et al.Rapamycin attenuates unilateral ureteral obstruction－induced renal fibrosis［J］.Kidney Int，2006，69：2029.

［18］Harris RC，Neilson EG.Toward a unified theory of renal progression［J］.Annu Rev Med，2006，57：365.

［19］Wilson PD：Polycystic kidney disease［J］.N Engl J Med ，2004，350：151.

［20］Ong AC，Harris PC.Molecular pathogenesis of ADPKD：The polycystin complex gets complex［J］.Kidney Int，2005，67：1234.

［21］Grantham JJ，Bennett WM，Perrone RD.m TOR inhibitors and autosomal dominant polycystic kidney disease［J］.N Engl J Med，2011，64：286.

［22］Serra AL，Poster D，Kistler AD，et al.Sirolimus and kidney growth in autosomal dominant polycystic kidney disease［J］.N Engl J Med，2010，363：820.

［23］Ma WW，Jimeno A.Temsirolimus［J］.Drugs Today，2007，43：659.

［24］Clark PE.Recent advances in targeted therapy for renal cell carcinoma［J］.Curr Opin Urol，2007，17：331.

［25］Garcia JA，Danielpour D.Mammalian target of rapamycin inhibition as a therapeutic strategy in the management of urologic malignancies［J］.Mol Cancer Ther，2008，7：1347.

［26］Hockel M，Vaupel P.Biological consequences of tumor hypoxia［J］.Semin Oncol，2001，28：36.

［27］Ivan M，Kaelin WG Jr.The von Hippel－Lindau tumor suppressor protein［J］.Curr Opin Genet Dev，2001，11：27.

［28］Roulin D，Waselle L，Dormond－Meuwly A，et al.Targeting renal cell carcinoma with NVP－BEZ235，a dual PI3K／m TOR inhibitor，in combination with sorafenib［J］.Mol Cancer，2011.10：90.

［29］Kondo K，Yao M，Kobayashi K，et al.PTEN／MMAC1／TEP1 mutations in human primary renal－cell carcinomas and renal carcinoma cell lines［J］.Int J Cancer，2001，91：219.

［30］Kenerson HL，Aicher LD，True LD，et al.Activated mammalian target of rapamycin pathway in the pathogenesis of tuberous sclerosis complex renal tumors［J］.Cancer Res，2002，62：5645.

［31］Brugarolas JB，Vazquez F，Reddy A，et al.TSC2 regulates VEGF through m TOR－dependent and-independent pathways［J］.Cancer Cell，2003，4：147.

［32］Del Bufalo D，Ciuffreda L，Trisciuoglio D，et al.Antiangiogenic potential of the mammalian target of rapamycin inhibitor temsirolimus［J］.Cancer Res，2006，66：5549.

［33］Prenen H，Gil T，Awada A.New therapeutic developments in renal cell cancer［J］.Crit Rev Oncol Hematol，2009，69：56.

［34］Brugarolas JB，Vazquez F，Reddy A，et al.TSC2 regulates VEGF through m TOR－dependent and-independent pathways［J］.Cancer Cell，2003，4：147.

［35］Lee M，Hwang JT，Lee HJ，et al.AMP－activated protein kinase activity is critical for hypoxia inducible factor－1 transcriptional activity and its target gene expression under hypoxic conditions in DU145 cells［J］.J Biol Chem ，2003，278：39653.