免疫细胞内的AKT/mTOR/STATs信号通路与多发性硬化症的研究进展

张志康综述，翁勤洁审校

0 引 言

免疫细胞是人体内参与免疫反应或应答的相关细胞，包括淋巴细胞、树突细胞、巨噬细胞等，这些免疫细胞的生物学功能激活或关闭构成了人体的免疫系统。而细胞内不同的生化反应都是由一系列不同的蛋白所组成执行，各个信号通路中的蛋白构成上下游，从细胞受体接收外界信号到最后做出综合性应答的过程中发挥着信号级联放大、分散和调节的作用。AKT/mTOR/STATs信号通路近年来在免疫系统中的调控作用逐渐被人们所发掘［1-2］，本文将对AKT/mTOR/STATs信号通路调控各类免疫细胞的功能作用进行综述。

1AKT/mTOR/STATs信号通路

1.1 AKT的3种亚型蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT）自1991年被发现以来［3］，一直被认为是一种在细胞增殖、迁移、凋亡和代谢等方面发挥重要调节作用的丝氨酸、苏氨酸激酶［4］。PKB/AKT激酶在哺乳动物体内有3种同分异构体。所有3种同分异构体均包含一个氨基末端的保守PH结构域、中部与ATP结合的激酶结构域以及羧基末端的调节结构域［5］。目前研究发现，AKT表达量随着小鼠生理状态及病理进程的改变而发生变化。并且不同亚型的AKT扮演着不同的角色，一个很重要的原因是AKT的3种异构体分别表达在生物体内的不同部位。AKT1在动物体内全身表达，而AKT2高度表达在胰岛素响应器官，例如：脂肪组织、肝和骨骼肌，而AKT3只在大脑中高度表达。敲除AKT1的小鼠能够存活，但与对照组相比具有更高的新生致死率以及在体重上明显小于正常小鼠，AKT1敲除的细胞具有更高的细胞凋亡率，这表明AKT1在细胞存活方面发挥重要作用［6］。全身敲除AKT2会导致小鼠患上严重的2型糖尿病，敲除AKT2的细胞在葡萄糖摄取上发生功能障碍［7］。AKT3敲除小鼠在体型上与正常小鼠没有差异，但在脑的大小上却比正常小鼠小20%，表明AKT3在小鼠出生后大脑发育方面发挥重要作用［8］。

1.2 mTOR激酶为了发现新的抗生素，科学家们实验过程中意外发现一种新型化合物，将其命名为雷帕霉素［9］。雷帕霉素被发现具有抑制酵母菌生长的作用，并具有免疫抑制和抗癌活性［10］。在酵母菌中，雷帕霉素和一种抑免蛋白FK结合蛋白12（FKBP12）形成复合物［10］。雷帕霉素的作用靶点逐渐被发现是一种相对分子质量为289 000的丝氨酸/苏氨酸激酶。随后的研究明确了哺乳动物雷帕霉素作用靶点的定义为mTOR激酶（mammalian target of rapamycin，mTOR）也被称为 FKBP-雷帕霉素-关联蛋白（FRAP）或者雷帕米素-和FKBP12-关联蛋白［11］。

mTOR信号通路下游有两个不同的复合物：mTORC1 和 mTORC2［12］。mTORC1 复合物由 mTOR调节相关蛋白RAPTOR，哺乳动物Sec13致命蛋白8（mam-malianlethalwithSEC13protein8，mLST8），脯氨酸富集的AKT底物PRAS40组成，包含mTOR相互作用蛋白DEP区域（DEPTOR）。mTORC2也包含mLST8和DEPTOR，并包含RAPTOR同类骨架蛋白RICTOR以及mSIN1蛋白，mTOR能够被多种环境因素所调控，例如：营养物质，生长因子，能量和压力。相比于mTORC2，mTORC1的调控机制目前被研究得更为透彻。

1.3 STAT家族转录因子信号传导及转录激活因子（Signal transducers and activators of transcription，STATs）是一类转录因子家族，它们对于细胞信号转导具有至关重要的作用。与mTOR蛋白类似，STATs家族蛋白也能够发挥环境刺激“传感器”的作用，例如干扰素家族和白细胞介素家族细胞因子能够激活STATs蛋白的活性［13］。在哺乳动物体内，STATs家族有7位成员（STAT1、2、3、4、5A、5B、6），他们与超过30种细胞因子受体下游的信号转导相关［14］。细胞表面的受体与相应的细胞因子结合后诱导受体发生寡聚化，吸引JAK激酶家族，JAK激酶磷酸化激活后进一步磷酸化STAT蛋白，STAT被磷酸化后形成同源二聚体或异二聚体，移位进细胞核，结合靶基因启动子区域，启动靶基因转录［15］。

1.4AKT/mTOR/STATs信号通路mTORC1的直接上游蛋白是富集在大脑中的Ras同源蛋白（Ras homolog enriched in brain，RHEB）。RHEB是一种小型的 GTP 酶，直接调控 mTORC1 信号通路［16］。RHEB被GTP酶激活蛋白的活性调控，这种蛋白包含两个复合物，结节性脑硬化复合物1和2。当这个复合物被AKT或ERK1/2磷酸化后，他的GAP（G蛋白调控因子）活性被抑制，导致RHEB激活进而导致mTORC1的激活。例如，胰岛素或类胰岛素的生长因子会导致磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）的激活，进而产生PIP3激活丙酮酸脱 氢 酶 激 酶 1（pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDK1），后者激活 AKT最终导致 mTORC1的激活［17］。

一些免疫相关分子和胞内因子等也能激活mTOR。研究发现，CD28是一种强力的PI3K激动剂，因此它也是一种在T细胞中mTORC1的强力激动剂。此外，细胞程序性死亡受体1（programmed death 1，PD-1）配体能通过结合T细胞表面的PD-1抑制mTOR的活性［18］。IL-2和IL-4是通过PI3K激活mTOR的强力激动剂［19］。在CD8+T细胞中，IL-12和 IFN-γ 能延长mTOR的激活状态［20］。并且，IL-1能通过刺激mTORC1促进Th17的分化［21］。

2 多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）中的免疫细胞

2.1 MSMS是一种慢性神经炎症性疾病，它的主要发病区域为大脑和脊髓，主要由自身免疫异常激活所导致，这种神经组织病变引起的炎症和随后的组织损害可能会导致一系列的症状，包括肌肉无力、疲劳、视觉问题［22］，并最终可能导致残疾。全球大约有250万的多发性硬化症患者，它是导致青年群体尤其是女性发生残疾的一个主要病因［23］。多发性硬化症的病理特点为神经免疫系统的异常和临床症状呈现密切的关系，机体自身的免疫细胞穿过血脑屏障发挥致炎作用，分泌炎性因子对自身神经系统的轴突髓鞘蛋白进行攻击，导致髓鞘脱落，致使神经信号传导受到破环，最终导致身体残疾［24］。T细胞在前期致病过程中扮演着重要的角色，并且多发性硬化症被认为是一种自发性的免疫性疾病，以淋巴细胞的自发激活并攻击中枢神经系统为特点，然而该疾病的具体发病机制仍没有被完全阐明［25］。实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental allergic encephalomyelitis，EAE）是研究MS的理想动物模型，在临床神经免疫学的研究中具有重要意义。

对于多发性硬化症是从外周还是中枢诱发现在还没有定论，在一些通过外周造模的疾病模型中，自体反应T细胞通过分子模拟被激活，具有与外界刺激抗原相同多肽片段的自身抗原激活T细胞表面受体从而使不同类型的T细胞迁移入中枢神经系统，并伴随着B细胞和单核细胞的激活［26］。

2.2 小鼠EAE模型EAE是一种中枢神经系统脱髓鞘炎症疾病，常在啮齿动物上造模用来研究人类的中枢脱髓鞘疾病，例如：MS和急性播散性脑脊髓炎。EAE通常也作为研究T细胞介导自身免疫性疾病的模型。通过向小鼠体内注射中枢神经系统蛋白例如：髓鞘碱性蛋白，或者是这种蛋白的完全弗氏佐剂乳化多肽。这种佐剂能够引起小鼠对于蛋白或多肽的特异炎症反应。在一些实验中，小鼠还通过注射百日咳毒素来破坏血脑屏障使得小鼠巨噬细胞，CD4+、CD8+T细胞，B细胞等免疫细胞浸润到中枢破坏髓鞘诱导EAE的发生［27］。虽然EAE和MS之间存在一些共性，但EAE这种实验动物模型和人类疾病MS之间还是存在许多不同。EAE除了导致动物残疾或死亡外还伴随着严重的神经炎性，并且EAE和MS的发病时间也存在明显的差异［28］。

2.3AKT/mTOR/STATs信号通路对MS中免疫细胞的调控作用

2.3.1 AKT/mTOR/STATs信号通路对巨噬细胞极化类型的调控IL-4和细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）直接与巨噬细胞表面的受体结合后对AKT/mTOR/STATs通路中的多个关键节点蛋白起到调控作用，最终通过影响巨噬细胞极化基因的转录［29］。巨噬细胞的激活和极化通常被分为两种类型：经典型极化（M1）和选择性极化（M2）。M1型巨噬细胞主要被LPS或IFN-γ激活，LPS诱导M1型巨噬细胞极化的过程中，Toll-样受体4会通过BCAP调节蛋白激活PI3K，随之AKT和mTORC1被激活［30］。此外，MEK/ERK通路和IκB激酶β信号通路也能在用LPS刺激后抑制TSC复合物的活性，从而激活mTOC1［31］。最终信号转导蛋白主要通过STAT1激活M1型巨噬细胞极化相关基因的转录，此外还有核因子κB和干扰素调节因子等M1极化的转录调节因子，如IRF5能够促进Th1和Th17细胞介导的炎性反应［32］，而炎性因子肿瘤坏死因子α、IL-1β、IL-6等炎性因子的上调则发挥促炎作用［33］。M2型巨噬细胞主要被IL-4或IL-13激活，在用IL-4刺激后，IL-4R的配体会激活Jak1和Jak3，从而导致Stat6的磷酸化和激活，并且造成调节蛋白胰岛素受体底物2（insulin receptor substrate 2，IRS2）的激活。IRS2进而使PI3K激活，后者磷酸化位于细胞膜的PIP2产生PIP3。PIP3会使AKT和mTOR2聚集于细胞质膜，从而使mTOR2磷酸化并激活AKT［34］。最终，这些信号蛋白主要通过STAT3/STAT6激活M2型巨噬细胞极化相关基因的转录，分泌IL-10、转化生长因子β等抑炎因子发挥抑制炎症、组织修复的功能。

研究表明，AKT蛋白激酶能促进M2型巨噬细胞极化，因为AKT抑制剂能降低巨噬细胞M2型极化相关基因的表达水平。而AKT对M1型巨噬细胞的极化研究还不是很清楚，一些研究表明AKT和它的上游调控蛋白PI3K是巨噬细胞M1极化的负调控因子，而另一些研究则发现AKT对M1极化起到正调控［35］。哺乳动物体内基因组编码3种不同AKT蛋白，在巨噬细胞中表达的有AKT1和AKT2。研究人员在特异性敲除AKT1后发现M1型巨噬细胞活性增强，而特异性敲除AKT2后发现M1型巨噬细胞活性降低［36］。由于AKT抑制剂的特异性不够具备说服力，因此该实验结果还需要用特异性敲除AKT1和AKT2的巨噬细胞模型进一步验证。

研究表明，巨噬细胞M1型极化增加会加重EAE症状，而M2型巨噬细胞则起到减轻EAE症状的作用。并且通过向EAE小鼠体内回输激活的M2型巨噬细胞可以有效减轻小鼠的EAE症状［37］。因此，通过干预AKT/mTOR/STATs信号通路介导巨噬细胞极化可能可以作为一条治疗多发性硬化症的新型治疗手段。

2.3.2 AKT/mTOR/STATs信号通路对辅助性T淋巴细胞和Treg细胞的调控研究发现，敲除mTOR的CD4+T细胞在给予相应的刺激后仍不能分化成下游辅助性T淋巴细胞［38］。但在刺激后，敲除mTOR的T细胞却能分化成Foxp3+的调节性T淋巴细胞。这种mTOR敲除后Th细胞分化功能的丧失与转录因子STAT4，STAT6和STAT3在刺激因子IL-12，IL-4，IL-6诱导下发生下调有关。并且研究发现，PI3K-mTOR信号通路还能调控机体内淋巴细胞的迁移［39］。通过选择性敲除T细胞里mTOC1的上游调控蛋白Rheb，研究发现Th1和Th2的分化受到明显的抑制，并且特异性敲除T细胞Rheb的EAE造模小鼠发生明显症状缓解，而此时Th2的分化则不受影响。反之在选择性敲除T细胞中的mTORC2后，发现T细胞失去分化成Th2细胞的能力而不影响Th1，Th17细胞的分化，并且敲除小鼠进行EAE造模后症状较模型组加重［40］。

2.3.3 AKT/mTOR/STATs信号通路对B细胞的调控研究发现，特异性敲除小鼠B细胞中mTORC1共激活因子Raptor会造成幼稚B未分化成熟状态的滞留［41］。而特异性敲除mTORC2共激活因子Rictor则会造成成熟B细胞的代谢与功能发生紊乱［42］。B淋巴细胞在自身免疫缺陷性疾病中发挥的作用十分复杂。B细胞在一定程度调控CD4+T细胞以及Treg细胞的增殖及代谢，并且用利妥昔单抗抑制B细胞能有效治疗MS［43］。但是也有研究表明特异性敲除B细胞中的IL-10会引起造模小鼠EAE病程延长，而具有正常B细胞的EAE造模小鼠则在发病后能迅速恢复到正常状态。并且研究表明用Toll样受体-9激动剂刺激B细胞前体细胞后，小鼠体内成熟B细胞分化增多，并且能够有效减轻EAE发病症状，其可能的作用机制一方面与TLR-9刺激B细胞分泌IL-10有关，另一方面与B细胞限制效应T细胞向中枢迁移有关［44］。

3 结 语

AKT/mTOR/STATs信号通路与细胞环境，营养能量状态等密切相关［45］，AKT/mTOR/STATs也根据不同的细胞类型分别在许多重要的信号通路中发挥调控作用，例如：NF-kB，STAT3，HIF1α 和 PPARγ信号通路。AKT/mTOR/STATs信号通路广泛地调控机体内各类免疫细胞：巨噬细胞、Th细胞、Treg细胞、B细胞等，并且它在各类免疫细胞中具体的作用机制还远没有被完全理清。进一步深入研究AKT/mTOR/STATs在机体内免疫系统中的作用机制将能为治疗诸如免疫缺陷性疾病如MS提供新的机会和思路。