mTOR信号通路与肾纤维化及中医药对该通路影响研究进展※

2016-03-12钟利平麻志恒余柯娜何立群

河北中医 2016年2期

关键词：生长因子纤维化肾脏

钟利平　麻志恒　余柯娜　何立群

(上海中医药大学附属曙光医院肾病科，上海　201210)

综述

mTOR信号通路与肾纤维化及中医药对该通路影响研究进展※

钟利平麻志恒余柯娜何立群△

(上海中医药大学附属曙光医院肾病科，上海201210)

【摘要】肾功能逐渐丧失及细胞外基质沉积导致的广泛肾纤维化是慢性肾脏病的主要生理病理特征。其发病机制十分复杂，涉及众多生长因子、细胞因子、炎症因子与信号通路的相互作用。中医药具有多组分、多途径、多靶点治疗的特点，并且许多研究已经表明中医药对PI3K/Akt/mTOR信号通路具有抑制作用。因此，本文就mTOR信号通路与肾纤维化及中医药对该通路影响的研究概况进行综述，旨在了解中医药抗肾纤维化的分子机制，为中医药抗肾纤维化提供新的理论基础。

【关键词】肾病；中医药疗法；综述；1-磷脂酰肌醇3-激酶

肾纤维化是慢性肾脏病进展至终末期肾病的共同通路，肾纤维化不仅是肾脏损伤的标志，也可以用来预测肾功能丧失和肾脏损害进展程度，主要包括肾小球硬化和间质小管纤维化。PI3K/Akt/mTOR信号通路参与基因表达，细胞生长、增殖和分化。近年来研究表明，在肾间质纤维化发生、发展过程中，PI3K/Akt/mTOR信号通路参与了各致纤维化因子和炎性反应等因素的致纤维化过程。因此，对该信号通路干预将是治疗肾脏病的一个新靶点。中医药作为国粹，在临床上对延缓慢性肾功能进展、抗肾纤维化具有确切的疗效及优势，值得深入研究，其对RI3K/Akt/mTOR通路的影响，将为肾纤维化的治疗提供一个新途径。兹将近年来mTOR信号通路与肾纤维化及中医药对该通路影响的概况综述如下。

1PI3K/Akt/mTOR信号通路生物学特性

磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，目前已发现3种PI3K同工酶，其中研究最广泛的是能被细胞表面受体所激活的PI3K-Ⅰ型，是由1个催化亚基和1个调节亚基组成的异源二聚体。

蛋白激酶B(Akt)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，能够磷酸化数种蛋白，主要为2个进化保守的下游效应蛋白和哺乳动物雷帕霉素靶体蛋白(mammalian targetofrapamycin，mTOR)。共有3种Akt异构体：Akt1、Akt2、Akt3。它们80%序列一致，分子量约60千道尔顿(kD)，功能大部分相同，包括氨基端的调节区、中间的激酶区及羧基端的尾部三部分。调节区又称普列克底物蛋白同源物(pleckstrin homology，PH) 结构域，PH区的配体是PI(3，4) P2与PI(3，4，5) P3，Akt的激酶区内有ATP 的结合部位。

mTOR是一种分子量为289 kD大分子蛋白质，由2 459 个氨基酸分子组成，其基因是在染色体1p36.2的位置，属于PI3K-激酶(PIKK)家族成员，其C末端存在自抑制结构域(repressordomain，RD)和 FATC域(FATC-teminus)，靠近N 末端存在至少20个HEAT 域(huntingtin，EF3，a subunit of PP2A and TOR，HEAT) 和FAT( FRAP-ATM-TRRAP)，并相互左右重复串联。HEAT 域为蛋白—蛋白互相作用结构部位，FAT 和FATC 则可能有调节mTOR 的激酶活性的作用[1]。

PI3K/Akt/mTOR 信号传递：多种生长因子主要通过PI3K/Akt 信号转导通路发挥作用。其简单转导为生长因子与膜上受体结合，引起二聚体构像改变而激活PI3K，PI3K 激活后在质膜上产生第二信使3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)，PIP3 与细胞内3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1，PDK1) 结合激活Akt。结节性硬化蛋白1(tuberous sclerosis complex 1,TSC1)和TSC2是Akt下游蛋白，当Akt激活后磷酸化TSC2，从而解除TSC1、TSC2对Rheb抑制，Rheb活化后激活mTOR蛋白，mTOR蛋白将信号移位至核内启动基因表达。

2PI3K/Akt/mTOR信号通路与肾纤维化

哺乳动物mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在生长、代谢、老化、细胞增殖和细胞生长中发挥着不同的作用。最近研究已经表明，mTOR信号通路参与肾脏疾病发病机制，如急性肾损伤、糖尿病肾病和多囊肾疾病[2]。糖尿病肾病mTOR通路激活与间质纤维化、肾小管萎缩和肾小球滤过率下降密切相关，阻断mTOR信号通路将会延缓糖尿病肾病进展[3]。Yoon HE等[4]研究一种四甲基哌啶氮氧化物(tempol)抗氧化剂是否通过PI3K/Akt/mTOR信号通路作用对单侧输尿管梗阻小鼠肾损伤起到保护作用，分别在梗阻手术后第3、7 d观察肾脏纤维化、氧化应激、PI3K、Akt、FOXO3a、锰超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等变化。结果显示，与对照组小鼠相比，tempol处理的小鼠组肾间质纤维化、胶原沉积、α-平滑肌肌动蛋白阳性面积、F4/80-positive巨噬细胞浸润、PI3K的表达、磷酸化Akt、磷酸化和FOXO3a均显著降低(P<0.05)。提示tempol药物可能通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路而起到缓解肾纤维化、保护肾脏的作用。Qin J等[5]研究一种新的抗纤维化剂氟非尼酮(Fluorofenidone，AKF-PD)对氮氧化物介导的氧化应激和细胞外基质(ECM)在肾间质纤维化发展沉积中的抑制作用。结果显示，AKF-PD能显著缓解大鼠小管间质损伤、ECM沉积和氧化应激，并抑制活性氧(ROS)、胶原Ⅰ、PI3K、Akt在肾脏的表达，因此AKF-PD可能通过PI3K/Akt信号通路抑制ECM沉积而起到缓解肾间质纤维化作用。Ma SK等[6]采用大鼠单侧输尿管结扎(UUO)模型研究PI3K、Akt、mTOR蛋白磷酸化水平。其结果显示，7 d后UUO模型组与正常组相比PI3K、Akt、mTOR蛋白磷酸化水平明显升高。提示PI3K/Akt/mTOR信号磷酸化水平在UUO大鼠模型中明显上升。Kavithalakshmi等[7]研究发现，糖尿病患者高血糖激活Art和抑制单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)而直接激活了mTOR通路，引起肾小球肥大，基底膜增厚，细胞外基质聚集，足细胞损伤，最终导致肾功能恶化。动物实验研究发现，链脲菌素诱导并制作糖尿病肾病大鼠模型，在糖尿病肾病早期就有mTOR过度激活，并引起一系列的肾脏病理改变，当给予雷帕霉素治疗后mTOR活性降低，在一定程度上逆转肾小球肥大和基底膜增厚，降低尿蛋白。肾间质性纤维化是慢性肾脏病的一种病理改变，在此过程中mTOR又发挥了重要作用，它可以促使成纤维细胞过度增殖，大量胶原合成，促使转化生长因子-β1(TGF-β1)和结缔组织生长因子过度表达，促使肾小管上皮细胞向成纤维细胞转变[8]。

3中医药对PI3K/Akt/mTOR信号通路干预作用

3.1中药提取物对PI3K/Akt/mTOR信号通路影响王雨秾等[9]以高脂饮食制作SD大鼠2型糖尿病模型，予人参皂苷Re、Rg1、Rb1干预，分别在给药4周后测肝脏中PI3K蛋白表达量。结果发现，Rg1组中PI3K的磷酸化表达与其他组有著性差异(P<0.01)，说明人参皂苷Rg1在肝脏组织中能促进PI3K的磷酸化。毛蜀等[10]通过细胞培养研究姜黄素对髓母细胞瘤(Daoy)PI3K/Akt信号通路的影响，细胞给予不同时间点不同浓度姜黄素处理后与对照组相比，其PI3K、Akt蛋白表达水平及mRNA表达量均明显下降(P<0.05)，Daoy细胞凋亡率明显上升，因此姜黄素可能通过抑制PI3k/Akt信号通路阻碍Daoy细胞的增殖、诱导凋亡。李淑娟[11]观察蛇床子素预处理对大鼠缺血再灌注损伤心肌的保护作用，将SD大鼠随机分为5组，给予不同干预。用western blot法观察心肌PI3K、Akt蛋白表达量，TUNEL法检测细胞凋亡。结果发现，蛇床子素干预大鼠组PI3K、Akt蛋白表达量较其他组明显升高(P<0.05)；5组均有心肌细胞凋亡，但蛇床子素干预组其心肌细胞凋亡较其他组明显减少(P<0.05)。提示蛇床子素可能通过激活PI3k/Akt信号通路起到保护大鼠损伤心肌的作用。周晓菊[12]研究不同剂量苦参碱对阿霉素损伤足细胞的干预作用，采用永生化小鼠足细胞给予阿霉素注射造模24 h后，观察细胞活力、细胞凋亡比例情况及mTOR蛋白表达。结果显示，与对照组相比，造模组小鼠足细胞活力下降，细胞凋亡比例增加，mTOR蛋白表达量下降(P<0.05)；给予10、20、40 μg/mL苦参碱干预后，与造模组相比其足细胞活力增强，凋亡比例下降，mTOR蛋白表达量增加(P<0.05)。提示苦参碱可能通过mTOR通路起到保护足细胞作用。陈菊英等[13]研究紫草素对人乳腺癌MCF-7细胞自噬的影响，采用细胞计数法(CCK法)观察不同时间点紫草素对人乳腺癌MCF-7细胞活力的影响，采用western blot观察PI3K、Akt蛋白水平，结果显示人乳腺癌MCF-7细胞活力明显受到限制，PI3K、Akt蛋白水平明显下降(P<0.05)。提示紫草素可能通过抑制PI3K/Akt信号通路而诱导对人乳腺癌MCF-7细胞自噬。

3.2中药复方对PI3K/Akt/mTOR信号通路影响史妍婷等[14]研究不同剂量补中益气汤含药血清对大鼠肺腺癌顺铂耐药细胞株(A549/DDP)顺铂耐药的逆转作用及对哺乳动物雷帕霉素靶蛋白表达的影响。结果显示，中等剂量组补中益气汤含药血清效果最优，表现为耐药菌株明显下降，帕霉素靶蛋白荧光定量明显减弱(P<0.05)。提示补中益气汤含药血清可能通过抑制雷帕霉素靶蛋白信号通路而对大鼠A549/DDP顺铂耐药起到逆转作用。赵冬耕等[15]通过体外培养人肝癌细胞SMMC-7721方法研究抗癌扶正方(KFP)对肝癌抑制作用的分子机制，采用不同剂量KFP对细胞干预，发现对肝癌细胞抑制作用与药物剂量呈依赖关系；免疫印迹检测PI3K、AKt蛋白表达降低，PTEN、caspase-9蛋白活性明显增强，且成剂量依赖关系。提示KFP对肝癌抑制的分子机制可能为通过抑制PI3K/Akt信号通路，继之激活下游凋亡蛋白，从而达到对肝癌的抑制作用。贾永森等[16]采用体外培养食管鳞癌EC9706细胞，给予通幽汤及拆方干预，观察其对食管癌EC9706细胞及PI3K/Akt信号通路的影响。结果显示，与其他组比较，通幽汤加活血行气方组对食管癌EC9706细胞抑制作用最强，PI3K、Akt蛋白抑制作用也最强(P<0.05)。提示活血化瘀相关方药通过对PI3K/Akt信号通路的抑制作用而达到抑制细胞增殖的目的。王鲜蝉[17]通过裸鼠研究消痰散结方对人胃癌MKN-45原位移植瘤的抑制作用，显示消痰散结方能上调PTEN蛋白表达，抑制PI3K、Akt、mTOR蛋白表达，提示消痰散结方可能通过抑制PI3K /Akt/mTOR信号通路，激活下游PTEN蛋白诱导细胞凋亡从而对人胃癌MKN-45原位移植瘤起到抑制作用。

小结肾脏纤维化是各种原因引起的慢性肾脏疾病进展至终末期肾衰竭的共同途径。肾间质纤维化分子学发病机制研究显示[18]，在各种致病因子作用下，多种细胞因子表达增加，它们可促进细胞增生、肥大，基质合成增加。近来研究发现，各种致纤维化的细胞因子如转化生长因子、血管内皮生长因子、纤溶酶原激活物抑制物等在肾脏纤维化的过程中起了重要作用。转化生长因子是目前普遍认为最强的促肾间质纤维化分子，短期消除其活性能减轻动物模型的肾脏纤维化，所以认为阻断转化生长因子系统将是防治肾脏纤维化的有效途径[19]。但是转化生长因子除促纤维化效应外，还有抗增生和抗炎症的效应，长期完全阻断必然产生严重不良后果。因此，确定转化生长因子促纤维化活性的下游信号介质，使之成为更加特异性的药物作用靶位点，在治疗肾纤维化领域具有十分重要的意义。目前研究显示，mTOR蛋白是转化生长因子下游的信号介质，在肾脏纤维化发生中具有重要作用。

综上所述，PI3K/Akt/mTOR信号通路与肾脏疾病肾纤维化发生发展相关，对该通路干预有利于减少肾纤维化，延缓肾衰竭进展。许多研究表明，中医药对该信号通路有抑制作用，这为中医药治疗肾纤维化提供了新的理论依据。慢性肾脏病发病率日益增高，但知晓率低，进展至肾功能不全比例大并且具有不可逆性，给患者带来心身痛苦及经济负担，中医药对抗肾纤维化研究将会给患者带来新的希望。

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(本文编辑：曹志娟)