mTOR在動脈粥樣硬化中的研究進展

蔡夢陽，張媛媛，夏 晴，張邢煒

(1.杭州師范大學附屬醫院 心內科，浙江 杭州 310015；2.浙江大學醫學院附屬第一醫院 心超中心，浙江 杭州 310003；3.杭州師范大學附屬醫院 轉化醫學平臺，浙江 杭州 310015)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種由多種因素引起的復雜病變，包括脂質沉積、炎癥和泡沫細胞形成等。隨著人口老齡化，AS及相關心血管疾病的發病人數持續增加[1]。巨噬細胞在內皮下的積聚被認為是AS形成的第一步，隨著時間的推移，粥樣硬化斑塊纖維化加劇并引起鈣質沉積，最終可侵犯管腔，導致缺血性疾病的發生[2]。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種存在于哺乳動物體內的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。mTOR在細胞增殖、存活、代謝、自噬、凋亡、遷移等生物學過程中均有重要作用。多項證據[3-4]表明，mTOR激活可引發內皮功能障礙、泡沫細胞形成和血管平滑肌細胞增殖等機制進而促進AS的發生和發展。本文綜述mTOR在AS發生發展中的作用，開發mTOR抑制劑治療AS的原理和遇到的挑戰。

1 mTOR的特點

哺乳動物mTOR的靶點根據其主要功能分為mTOR復合物1(mTORC1)和mTOR復合物2(mTORC2)，分別與特定的銜接蛋白相互作用[5]。mTOR的結構域包括N端的HEAT 結構域、FAT結構域、FRB結構域、激酶結構域、抑制性結構域和FATC結構域(圖1A)。mTORC1由mTOR、Raptor、mlST8和兩個負調控結構PRAS40、Deptor組成，通過促進翻譯、核糖體生物合成和自噬調節細胞生長。mTORC2則由mTOR、Protor、Rictor、Deptor、mSlN1 和mlST8組成(圖1B)，通過上調蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)活性發揮內皮修復功能，同時控制細胞骨架蛋白的功能。因此，兩種mTOR復合物(mTORC1和mTORC2)的激活可調節多種病理生理過程[6]。

A：mTOR的結構域 ；B：mTOR復合物。圖1 mTOR的結構示意圖[5]Figure 1 Structure of mTOR [5]

2 mTOR在AS形成初期的作用

AS初期通常是指動脈內皮功能紊亂和泡沫細胞形成的時期，泡沫細胞是由巨噬細胞吞噬大量的脂質顆粒發展而來(圖2)。研究[7]表明，mTOR在粒細胞-單核細胞祖細胞早期分化為單核細胞/巨噬細胞的過程中起著重要作用，其通過抑制信號轉導和轉錄活化蛋白5(signal transduction and activator of transcription 5, STAT5)的活性并增加干擾素調節因子8(interferon regulatory factor 8, IRF8)和人蛋白酪氨酸激酶(CD115)表達來控制祖細胞進入單核細胞/巨噬細胞的發育過程。巨噬細胞表面的清道夫受體(scavenger receptor, SR)攝取氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein, ox-LDL)導致脂質積聚，進而完成巨噬細胞到泡沫細胞的轉化，這被認為是AS發生的第一步。Yu等[8]研究發現，在轉化為泡沫細胞的過程中，巨噬細胞中Toll樣受體4(TLR4)的mRNA和蛋白水平上調，而這種上調是通過激活mTOR信號通路來介導的。抑制mTOR活性可降低TLR4表達并改善THP-1巨噬細胞膽固醇外流[8]。同時，脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導THP-1巨噬細胞可顯著上調TLR4介導的炎癥途徑，從而激活mTORC2介導的Akt磷酸化，并上調mTORC1依賴的SR的表達，加劇脂質在THP-1巨噬細胞中積累，促進泡沫細胞的形成[9]。Zheng等[10]的研究發現，mTOR信號與沉默信息調節因子1(silent information regulator 1, SIRT1)信號轉導之間存在緊密聯系，其可通過抑制SIRT 1信號途徑，促進泡沫細胞的形成，從而促進AS的形成。低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor, LDLR)在AS中扮演重要的角色，增加mTORC1活性可破壞LDLR的表達，導致血脂異常，從而促進AS的發生和發展[11]。

圖2 mTOR在AS形成初期的作用(mTOR激活參與內皮功能紊亂和泡沫細胞的形成)[15]Figure 2 Role of mTOR in the initial stage of AS (activated mTOR activation involved in endothelial dysfunction and foam cell formation) [15]

正常的內皮功能是維持血管健康，抑制血栓形成、炎癥和平滑肌細胞增殖所必需的。研究表明[12-13]，抑制PI3K-Akt-mTOR途徑介導的自噬作用可改善高糖/高脂應激誘導的內皮細胞功能障礙。臨床上，藥物涂層支架中的mTOR抑制劑對內皮功能具有良好的改善作用并可顯著減少內膜增生[14]。Shi等[13]的研究表明，H2O2可導致氧化應激增加，激活Akt/mTOR信號通路，誘導血管內皮細胞功能障礙。

3 mTOR在AS病變早期的作用

脂質條紋的形成以及血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMC)的遷移和增殖是AS早期病變的主要病理特征[16](圖3)。Wang等[17]的研究發現，用小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)抑制mTOR的表達，可顯著抑制泡沫細胞的形成，同時伴有脂質沉積的減少。此外，阻斷mTOR的表達可明顯促進泡沫細胞的膽固醇外向轉運[16]。因此，筆者猜測mTOR通過抑制自噬途徑促進泡沫細胞的形成與積累，進而形成脂質條紋。

圖3 mTOR在AS病變早期的作用(mTOR激活促進脂肪條紋的形成和VSMC的遷移和增殖)[15]Figure 3 Role of mTOR in the early stage of AS (activated mTOR promoted the formation of fat stripes and the migration and proliferation of VSMC) [15]

VSMC是動脈中膜層的主要細胞，是維持動脈壁完整性的關鍵細胞，參與動脈壁重塑，并在AS的各個階段發揮重要作用[18]。越來越多的證據表明，激活Akt/mTOR途徑可促進VSMC的增殖和遷移，從而促進AS的發展[19]。長期的mTORC1過度表達會減少動脈管壁彈性纖維完整性和相關彈性能量存儲損失從而引發動脈重塑[20]。既往研究[21-22]表明，腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)的激活抑制mTOR下游核糖體S6蛋白激酶(P70S6K)因子的磷酸化，從而抑制VSMC的增殖。Lu等[23]的研究結果發現，抑制ROS/NFκB/mTOR/p70S6K信號通路，可抑制人血小板衍化生長因子-BB(PDGF-BB)誘導的VSMCs增殖、遷移，同時抑制血管新生內膜形成。

4 mTOR在AS病變中晚期的作用

AS晚期特征性病變常表現為VSMC凋亡、斑塊壞死、易損斑塊形成、纖維帽斷裂、管腔狹窄和血栓形成(圖4)[16]。研究[15]表明，mTOR信號通路的激活可促進AS晚期的特征性病變。Wang等[24]發現，在載脂蛋白E(ApoE)敲除小鼠中應用二甲雙胍可通過抑制PI3K/Akt/mTOR通路激活，從而減少VSMC凋亡。晚期AS中巨噬細胞的死亡促進斑塊的壞死和不穩定，而mTOR激活可促進巨噬細胞凋亡[25]。大量研究表明，mTOR在調節自噬中起著重要作用[26]，抑制mTOR在穩定動脈粥樣斑塊方面有著有益作用。研究[27]表明，敲除mTOR基因可改善血脂代謝紊亂，穩定AS斑塊，減少斑塊面積，增加纖維帽厚度和帽核比。AS斑塊破裂常合并炎癥活動暴發，巨噬細胞分泌的炎癥因子包括MMP-2、MCP-1和TF，被認為是導致AS斑塊不穩定和破裂的臨床指標[28]。抑制mTOR的表達可下調基質金屬蛋白酶2(MMP2)、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)和組織因子(TF)基因的表達，從而減少炎癥活動，有利于斑塊的穩定[27]。RapaLink-1是第三代mTOR抑制劑，可有效減小動脈血栓斑塊，抑制AS的起始和進展，同時減少巨噬細胞的浸潤程度并上調自噬過程[29]。近期有研究發現PI3K/Akt/mTOR信號通路的激活可減少血小板的自噬，從而抑制血小板的活化，減緩血栓形成，這與既往的研究不符[30]。

圖4 mTOR在AS病變中晚期的作用(mTOR激活可促進VSMC凋亡、斑塊壞死、易損斑塊形成、纖維帽斷裂、血小板的聚集和黏附)[15]Figure 4 Role of mTOR in the advanced stage of AS(activated mTOR promoted VSMC apoptosis, plaque necrosis, vulnerable plaque formation, fiber cap rupture, platelet aggregation and adhesion) [15]

5 mTOR抑制劑的應用及前景

首個應用于臨床的mTOR抑制劑是一種天然的抗生素雷帕霉素，其并不直接抑制mTOR活性，而是通過與mTORC1的結構域形成復合物，發揮變構抑制劑的作用[6]。同時，雷帕霉素可導致Raptor與mTORC1分離，使磷酸化核糖體S6K蛋白激酶(S6K)和4E結合蛋白(4EBP)過程受阻，抑制相關蛋白的表達，誘導細胞凋亡[31]。目前臨床上雷帕霉素衍生物主要有temsirolimus、everolimus 和 deforolimus[32]。研究表明，雷帕霉素及其衍生物僅可特異性抑制mTORC1，對mTORC2無顯著影響。然而，長期使用雷帕霉素可能誘發一種糖尿病樣綜合征(嚴重的胰島素抵抗、葡萄糖不耐受和血脂異常)，從而限制其臨床應用[33]。第二代mTOR抑制劑主要由mTOR/PI3K雙重抑制劑和三磷酸腺苷(ATP)競爭性抑制劑組成，可以同時有效抑制mTORC1和mTORC2靶點[32]。然而，第二代mTOR抑制劑極易產生耐藥性，因此限制了其臨床應用。RapaLink-1是第三代mTOR抑制劑，與雷帕霉素相比療效顯著，尚未發現會產生耐藥性，具有良好的應用前景[34]。

目前臨床上mTOR抑制劑已被成功應用于治療腫瘤相關性疾病，在心血管疾病領域，mTOR抑制劑主要被應用于冠狀動脈血管裝置以避免新生內膜生長。mTOR抑制劑不僅可以影響正在增殖的VSMC，同時可以影響內皮細胞，從而導致包括內皮化在內的血管延遲愈合[35]。因此，應用mTOR抑制劑治療AS擁有廣闊的前景。

6 結語

綜上所述，mTOR 在AS形成過程中起著重要作用。在AS病變初期，激活mTOR可引起動脈管壁內皮功能障礙和泡沫細胞形成；在AS病變早期，mTOR激活可加速VSMC的增殖和脂肪條紋的形成；在AS病變中晚期，mTOR激活可導致血管內膜缺損、VSMC凋亡、纖維帽破裂、血栓形成等特征性病變。此外，mTOR的活性受多種上下游因子的調節，均對AS有一定影響。因此，抑制mTOR信號通路可作為治療AS的潛在靶點，優化原有藥物、研制新型藥物、調控mTOR的表達，將成為臨床防治AS的研究重點。