mTOR信號通路與腎纖維化及中醫藥對該通路影響研究進展※

鐘利平　麻志恒　余柯娜　何立群

(上海中醫藥大學附屬曙光醫院腎病科，上海　201210)

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綜述

mTOR信號通路與腎纖維化及中醫藥對該通路影響研究進展※

鐘利平麻志恒余柯娜何立群△

(上海中醫藥大學附屬曙光醫院腎病科，上海201210)

【摘要】腎功能逐漸喪失及細胞外基質沉積導致的廣泛腎纖維化是慢性腎臟病的主要生理病理特征。其發病機制十分復雜，涉及眾多生長因子、細胞因子、炎癥因子與信號通路的相互作用。中醫藥具有多組分、多途徑、多靶點治療的特點，并且許多研究已經表明中醫藥對PI3K/Akt/mTOR信號通路具有抑制作用。因此，本文就mTOR信號通路與腎纖維化及中醫藥對該通路影響的研究概況進行綜述，旨在了解中醫藥抗腎纖維化的分子機制，為中醫藥抗腎纖維化提供新的理論基礎。

【關鍵詞】腎病；中醫藥療法；綜述；1-磷脂酰肌醇3-激酶

腎纖維化是慢性腎臟病進展至終末期腎病的共同通路，腎纖維化不僅是腎臟損傷的標志，也可以用來預測腎功能喪失和腎臟損害進展程度，主要包括腎小球硬化和間質小管纖維化。PI3K/Akt/mTOR信號通路參與基因表達，細胞生長、增殖和分化。近年來研究表明，在腎間質纖維化發生、發展過程中，PI3K/Akt/mTOR信號通路參與了各致纖維化因子和炎性反應等因素的致纖維化過程。因此，對該信號通路干預將是治療腎臟病的一個新靶點。中醫藥作為國粹，在臨床上對延緩慢性腎功能進展、抗腎纖維化具有確切的療效及優勢，值得深入研究，其對RI3K/Akt/mTOR通路的影響，將為腎纖維化的治療提供一個新途徑。茲將近年來mTOR信號通路與腎纖維化及中醫藥對該通路影響的概況綜述如下。

1PI3K/Akt/mTOR信號通路生物學特性

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是一種胞內磷脂酰肌醇激酶，目前已發現3種PI3K同工酶，其中研究最廣泛的是能被細胞表面受體所激活的PI3K-Ⅰ型，是由1個催化亞基和1個調節亞基組成的異源二聚體。

蛋白激酶B(Akt)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，能夠磷酸化數種蛋白，主要為2個進化保守的下游效應蛋白和哺乳動物雷帕霉素靶體蛋白(mammalian targetofrapamycin，mTOR)。共有3種Akt異構體：Akt1、Akt2、Akt3。它們80%序列一致，分子量約60千道爾頓(kD)，功能大部分相同，包括氨基端的調節區、中間的激酶區及羧基端的尾部三部分。調節區又稱普列克底物蛋白同源物(pleckstrin homology，PH) 結構域，PH區的配體是PI(3，4) P2與PI(3，4，5) P3，Akt的激酶區內有ATP 的結合部位。

mTOR是一種分子量為289 kD大分子蛋白質，由2 459 個氨基酸分子組成，其基因是在染色體1p36.2的位置，屬于PI3K-激酶(PIKK)家族成員，其C末端存在自抑制結構域(repressordomain，RD)和 FATC域(FATC-teminus)，靠近N 末端存在至少20個HEAT 域(huntingtin，EF3，a subunit of PP2A and TOR，HEAT) 和FAT( FRAP-ATM-TRRAP)， 并相互左右重復串聯。HEAT 域為蛋白—蛋白互相作用結構部位，FAT 和FATC 則可能有調節mTOR 的激酶活性的作用[1]。

PI3K/Akt/mTOR 信號傳遞：多種生長因子主要通過PI3K/Akt 信號轉導通路發揮作用。其簡單轉導為生長因子與膜上受體結合，引起二聚體構像改變而激活PI3K，PI3K 激活后在質膜上產生第二信使3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)，PIP3 與細胞內3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1，PDK1) 結合激活Akt。結節性硬化蛋白1(tuberous sclerosis complex 1,TSC1)和TSC2是Akt下游蛋白，當Akt激活后磷酸化TSC2，從而解除TSC1、TSC2對Rheb抑制，Rheb活化后激活mTOR蛋白，mTOR蛋白將信號移位至核內啟動基因表達。

2PI3K/Akt/mTOR信號通路與腎纖維化

哺乳動物mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在生長、代謝、老化、細胞增殖和細胞生長中發揮著不同的作用。最近研究已經表明，mTOR信號通路參與腎臟疾病發病機制，如急性腎損傷、糖尿病腎病和多囊腎疾病[2]。糖尿病腎病mTOR通路激活與間質纖維化、腎小管萎縮和腎小球濾過率下降密切相關，阻斷mTOR信號通路將會延緩糖尿病腎病進展[3]。Yoon HE等[4]研究一種四甲基哌啶氮氧化物(tempol)抗氧化劑是否通過PI3K/Akt/mTOR信號通路作用對單側輸尿管梗阻小鼠腎損傷起到保護作用，分別在梗阻手術后第3、7 d觀察腎臟纖維化、氧化應激、PI3K、Akt、FOXO3a、錳超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等變化。結果顯示，與對照組小鼠相比，tempol處理的小鼠組腎間質纖維化、膠原沉積、α-平滑肌肌動蛋白陽性面積、F4/80-positive巨噬細胞浸潤、PI3K的表達、磷酸化Akt、磷酸化和FOXO3a均顯著降低(P<0.05)。提示tempol藥物可能通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路而起到緩解腎纖維化、保護腎臟的作用。Qin J等[5]研究一種新的抗纖維化劑氟非尼酮(Fluorofenidone，AKF-PD)對氮氧化物介導的氧化應激和細胞外基質(ECM)在腎間質纖維化發展沉積中的抑制作用。結果顯示，AKF-PD能顯著緩解大鼠小管間質損傷、ECM沉積和氧化應激，并抑制活性氧(ROS)、膠原Ⅰ、PI3K、Akt在腎臟的表達，因此AKF-PD可能通過PI3K/Akt信號通路抑制ECM沉積而起到緩解腎間質纖維化作用。Ma SK等[6]采用大鼠單側輸尿管結扎(UUO)模型研究PI3K、Akt、mTOR蛋白磷酸化水平。其結果顯示，7 d后UUO模型組與正常組相比PI3K、Akt、mTOR蛋白磷酸化水平明顯升高。提示PI3K/Akt/mTOR信號磷酸化水平在UUO大鼠模型中明顯上升。Kavithalakshmi等[7]研究發現，糖尿病患者高血糖激活Art和抑制單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)而直接激活了mTOR通路，引起腎小球肥大，基底膜增厚，細胞外基質聚集，足細胞損傷，最終導致腎功能惡化。動物實驗研究發現，鏈脲菌素誘導并制作糖尿病腎病大鼠模型，在糖尿病腎病早期就有mTOR過度激活，并引起一系列的腎臟病理改變，當給予雷帕霉素治療后mTOR活性降低，在一定程度上逆轉腎小球肥大和基底膜增厚，降低尿蛋白。腎間質性纖維化是慢性腎臟病的一種病理改變，在此過程中mTOR又發揮了重要作用，它可以促使成纖維細胞過度增殖，大量膠原合成，促使轉化生長因子-β1(TGF-β1)和結締組織生長因子過度表達，促使腎小管上皮細胞向成纖維細胞轉變[8]。

3中醫藥對PI3K/Akt/mTOR信號通路干預作用

3.1中藥提取物對PI3K/Akt/mTOR信號通路影響王雨秾等[9]以高脂飲食制作SD大鼠2型糖尿病模型，予人參皂苷Re、Rg1、Rb1干預，分別在給藥4周后測肝臟中PI3K蛋白表達量。結果發現，Rg1組中PI3K的磷酸化表達與其他組有著性差異(P<0.01)，說明人參皂苷Rg1在肝臟組織中能促進PI3K的磷酸化。毛蜀等[10]通過細胞培養研究姜黃素對髓母細胞瘤(Daoy)PI3K/Akt信號通路的影響，細胞給予不同時間點不同濃度姜黃素處理后與對照組相比，其PI3K、Akt蛋白表達水平及mRNA表達量均明顯下降(P<0.05)，Daoy細胞凋亡率明顯上升，因此姜黃素可能通過抑制PI3k/Akt信號通路阻礙Daoy細胞的增殖、誘導凋亡。李淑娟[11]觀察蛇床子素預處理對大鼠缺血再灌注損傷心肌的保護作用，將SD大鼠隨機分為5組，給予不同干預。用western blot法觀察心肌PI3K、Akt蛋白表達量，TUNEL法檢測細胞凋亡。結果發現，蛇床子素干預大鼠組PI3K、Akt蛋白表達量較其他組明顯升高(P<0.05)；5組均有心肌細胞凋亡，但蛇床子素干預組其心肌細胞凋亡較其他組明顯減少(P<0.05)。提示蛇床子素可能通過激活PI3k/Akt信號通路起到保護大鼠損傷心肌的作用。周曉菊[12]研究不同劑量苦參堿對阿霉素損傷足細胞的干預作用，采用永生化小鼠足細胞給予阿霉素注射造模24 h后，觀察細胞活力、細胞凋亡比例情況及mTOR蛋白表達。結果顯示，與對照組相比，造模組小鼠足細胞活力下降，細胞凋亡比例增加，mTOR蛋白表達量下降(P<0.05)；給予10、20、40 μg/mL苦參堿干預后，與造模組相比其足細胞活力增強，凋亡比例下降，mTOR蛋白表達量增加(P<0.05)。提示苦參堿可能通過mTOR通路起到保護足細胞作用。陳菊英等[13]研究紫草素對人乳腺癌MCF-7細胞自噬的影響，采用細胞計數法(CCK法)觀察不同時間點紫草素對人乳腺癌MCF-7細胞活力的影響，采用western blot觀察PI3K、Akt蛋白水平，結果顯示人乳腺癌MCF-7細胞活力明顯受到限制，PI3K、Akt蛋白水平明顯下降(P<0.05)。提示紫草素可能通過抑制PI3K/Akt信號通路而誘導對人乳腺癌MCF-7細胞自噬。

3.2中藥復方對PI3K/Akt/mTOR信號通路影響史妍婷等[14]研究不同劑量補中益氣湯含藥血清對大鼠肺腺癌順鉑耐藥細胞株(A549/DDP)順鉑耐藥的逆轉作用及對哺乳動物雷帕霉素靶蛋白表達的影響。結果顯示，中等劑量組補中益氣湯含藥血清效果最優，表現為耐藥菌株明顯下降，帕霉素靶蛋白熒光定量明顯減弱(P<0.05)。提示補中益氣湯含藥血清可能通過抑制雷帕霉素靶蛋白信號通路而對大鼠A549/DDP順鉑耐藥起到逆轉作用。趙冬耕等[15]通過體外培養人肝癌細胞SMMC-7721方法研究抗癌扶正方(KFP)對肝癌抑制作用的分子機制，采用不同劑量KFP對細胞干預，發現對肝癌細胞抑制作用與藥物劑量呈依賴關系；免疫印跡檢測PI3K、AKt蛋白表達降低，PTEN、caspase-9蛋白活性明顯增強，且成劑量依賴關系。提示KFP對肝癌抑制的分子機制可能為通過抑制PI3K/Akt信號通路，繼之激活下游凋亡蛋白，從而達到對肝癌的抑制作用。賈永森等[16]采用體外培養食管鱗癌EC9706細胞，給予通幽湯及拆方干預，觀察其對食管癌EC9706細胞及PI3K/Akt信號通路的影響。結果顯示，與其他組比較，通幽湯加活血行氣方組對食管癌EC9706細胞抑制作用最強，PI3K、Akt蛋白抑制作用也最強(P<0.05)。提示活血化瘀相關方藥通過對PI3K/Akt信號通路的抑制作用而達到抑制細胞增殖的目的。王鮮蟬[17]通過裸鼠研究消痰散結方對人胃癌MKN-45原位移植瘤的抑制作用，顯示消痰散結方能上調PTEN蛋白表達，抑制PI3K、Akt、mTOR蛋白表達，提示消痰散結方可能通過抑制PI3K /Akt/mTOR信號通路，激活下游PTEN蛋白誘導細胞凋亡從而對人胃癌MKN-45原位移植瘤起到抑制作用。

小結腎臟纖維化是各種原因引起的慢性腎臟疾病進展至終末期腎衰竭的共同途徑。腎間質纖維化分子學發病機制研究顯示[18]，在各種致病因子作用下，多種細胞因子表達增加，它們可促進細胞增生、肥大，基質合成增加。近來研究發現，各種致纖維化的細胞因子如轉化生長因子、血管內皮生長因子、纖溶酶原激活物抑制物等在腎臟纖維化的過程中起了重要作用。轉化生長因子是目前普遍認為最強的促腎間質纖維化分子，短期消除其活性能減輕動物模型的腎臟纖維化，所以認為阻斷轉化生長因子系統將是防治腎臟纖維化的有效途徑[19]。但是轉化生長因子除促纖維化效應外，還有抗增生和抗炎癥的效應，長期完全阻斷必然產生嚴重不良后果。因此，確定轉化生長因子促纖維化活性的下游信號介質，使之成為更加特異性的藥物作用靶位點，在治療腎纖維化領域具有十分重要的意義。目前研究顯示，mTOR蛋白是轉化生長因子下游的信號介質，在腎臟纖維化發生中具有重要作用。

綜上所述，PI3K/Akt/mTOR信號通路與腎臟疾病腎纖維化發生發展相關，對該通路干預有利于減少腎纖維化，延緩腎衰竭進展。許多研究表明，中醫藥對該信號通路有抑制作用，這為中醫藥治療腎纖維化提供了新的理論依據。慢性腎臟病發病率日益增高，但知曉率低，進展至腎功能不全比例大并且具有不可逆性，給患者帶來心身痛苦及經濟負擔，中醫藥對抗腎纖維化研究將會給患者帶來新的希望。

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(本文編輯：曹志娟)

doi:10.3969/j.issn.1002-2619.2016.02.045

通訊作者：△上海中醫藥大學附屬曙光醫院腎病科，上海201210

作者簡介：鐘利平(1984—)，女，碩士，博士研究生在讀。從事中西醫防治腎臟病的臨床及實驗研究工作。

【中圖分類號】R692.053.1；R-5

【文獻標識碼】A

【文章編號】1002-2619(2016)02-0298-04

(收稿日期：2014-05-26)

※ 項目來源：國家自然科學基金面上項目(編號：81373615)；上海市高校創新團隊建設項目(編號：11DZ1973100)