mTOR信号调节糖脂代谢的研究进展
2023-05-12
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[J].Bioorg Med Chem Lett,2013,23(21):5810-5813. Adv Drug Deliv Rev,2004,56(8):l127一l141. mTOR信号调节糖脂代谢的研究进展 栾会玲 ,王 茉 ,翁雨晴 ,徐 瑶 ,吴斐华 (1.中国药科大学中药学院中药药理与中医药学系南京 211198;2.解放军93318部队医院开原112300;3.广东省中医院广州510120) 摘要:雷帕霉素靶蛋白(T}Ie mammalina target of rapamycin,mTOR)调节真核生物的生长和代谢,许多研究表明mTOR已经成为研究糖脂代谢紊 乱的核心。mTOR通过调节IRS.I/PBK/Akt和S6K,影响体内糖代谢;同时它还可以通过调节HIF1一ot,SREBP和ChREBP的表达来影响体内脂 质代谢平衡,文章通过文献综述,阐明了roTOR对胰岛素抵抗及Ⅱ型糖尿病治疗的潜在临床意义。 关键词:mTOR;糖代谢;脂代谢 中图分类号:R95 文献标识码:A文章编号:1006-3765(2018)-05-09209-0005-04 Advances in mTOR Signal Regulation of Glycolipid Metabolism LUAN Hui-Ling ,WANG Mo:,WENG Yu-qing ,XU Yao ,WU Fei-hua (1.Department of Pharmacology of Chinese Mateda Medica,School of Traditional Chinese Pharmacy,China Pharmaceutical University, Nanjing 211198,China;2.The liberation army 93318 army hospital,Kaiyuan 112300,China;3.Guangdong Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine,Guangzhou 510120,China) ABSTRACT:The mammalian target of rapamycin(mTOR)regulates the growth and metabolism of eukaryotes,and many studies have shown that mTOR has become the core of the study of glucose and lipid metabolism disor- ders.mTOR affects in vivo glucose metabolism by adjusting IRS一1/PI3K/Akt and¥6K;while it can also regulate the expression of HIFI. .SREBP and ChREBP to affect the balance of lipid metabolism in vivo.The article elucidated the potential clinical significance of the roTOR on the treatment of insulin resistance and II type diabetes by litera- ture reviews. KEY WORDS:mTOR:G1ucose metabolism;Lipid metabolism 作者简介:栾会玲,女,中国药科大学中药学院中药药理专业2015级硕士研究生。E·mail:luanhuilingcpu@163.conr 通讯作者:吴斐华,E—mail: ̄wu2000@sina.com ·5· 在全球范围内,糖尿病的发病率正在逐年上升。自1980 年以来,全球糖尿病患病率(年龄标准化)已经从成人人群的 4.7%上升到8.5%。2012年糖尿病导致150万人死亡。通 过增加心血管疾病和其他疾病的风险,高血糖最终导致220 万人死亡。这370万人死亡中有43%发生在70岁以前。而 70岁以下发生高血糖或糖尿病的死亡人数比低收入国家和 中等收入国家高出高收入国家。在过去十年中,低收入和中 等收入国家的糖尿病患病率上升速度高于高收入国家…。 目前的知识不能阻止I型糖尿病。有效的方法可用于预 防Ⅱ型糖尿病并预防所有类型糖尿病可能导致的并发症和过 早死亡。n型糖尿病的发病机制比较复杂,其核心病理特征 为胰岛素抵抗。roTOR是一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,可以 感受细胞营养状态并调节细胞生长,本文将以roTOR为核心 来阐述胰岛素抵抗发生的机制。 1 mTOR的特点及结构 mTOR是磷脂酰肌醇激酶(PI3K)相关蛋白激酶(PIKK) 家族中的一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,形成两个不同的蛋白 质复合物的催化亚基,分别称为mTOR复合物1(mTORC1)和 orTOR复合物2(mTORC2)。mTORC1由它的三个核心组件 mTOR、Raptor(与mTOR相关的调节蛋白),和mLST8(也被称 为GDL)组成 。通过绑定TOR信号(TOS)模序,Raptor有 利于一些典型的mTORC1底物与mTORC1结合 。并且 Raptor是mTORC1正确定位亚细胞所必需的。相比之下,虽 然遗传研究表明在mTORC1的基本功能中mLST8是可有可 无的 j,但是mLs1、8和mTORC1的催化结构域有关,可稳定 激酶活化环 J。除了这三个核心组件,mTORC1还包含两个 抑制亚单位PRAS40(富含脯氨酸的Akt底物40kDa) 和 DEPTOR(DEP结构域含有雷帕霉素靶蛋白相互作用的蛋 白) 。mTORC2由它的三个核心组件mTOR、Rictor(mTOR 的雷帕霉素不敏感伴侣),和mLST8组成 j。mTORC2的结 构中也包含有DEPTOR 7 3和调节亚基mSinlt9 3和Protorl/ 2 c 。 2 mTOR功能及信号转导途径 2.1 mTORC1下游信号 mTORC1通过磷酸化S6K1和 4EBP,促进蛋白质的合成 ;通过激活SREBP转录因子,促 进脂质的从头合成 ;在营养充足的条件下,mTORC1磷酸 化ULK1,因此阻碍AMPK激活ULK1 。 2.2 mTORC1上游信号TSC是一个异源三聚体复合物,包 括TSC1,TSC2和TBC11)7 13j。TSC可以直接与mTORC1绑 定并激活它,负向调节mTORC1[141;无葡萄糖时激活应激反 应代谢调节剂AMPK,其通过磷酸化和激活TSC2以及直接通 过Raptor的磷酸化间接抑制mTORC1[15 3;缺氧通过AMPK活 化部分抑制mTORC1,而且通过激活TSC的REDD1(受DNA 损伤和发育调控)的诱导来抑制mTORC1 ;DNA损伤反应 途径通过诱导p53靶基因来抑制mTORC1 7 3; 2.3 mTORC2下游信号 mTORC2通过磷酸化AGC(PKA/ PKG/PKC)家族中的一些成员,控制细胞的增殖和存活 ; mTORC2还可以磷酸化并激活Akt ,一旦被激活,它可以磷 酸化并抑制一些关键底物(FoxO1/3转录因子,代谢调节器 .6· 海峡药学2018年第30卷第5期 GSK3B和mTORC1的抑制剂TSC),从而促进细胞存活、增殖 和生长 。 2.4 mTORC2上游信号mTORC2主要作为胰岛素/PI3K信 号的效应器,mTORC2亚基mSinl含有磷酸肌醇结合的PH结 构域,结构域在无胰岛素的情况下抑制mTORC2的催化活 性 ;由于mTORC1磷酸化并激活Grbl0(Akt和mTORC2上 游胰岛素/IGF一1受体信号的负调节因子),调节mTORC2信 号 ;S6K1也抑制mTORC2通过磷酸化依赖性降解激活的 IRS1I22 3。 3 mTOR与糖代谢的关系 从遗传或饮食控制角度,mTORC1的超活化导致胰岛素 抵抗。雷帕霉素是mTORC1的药物抑制剂,可以改善葡萄糖 耐量及预防Ⅱ型糖尿病,但是长期使用会导致胰岛素抵抗和 葡萄糖动态平衡受损 。因为长期使用雷帕霉素治疗的同 时也抑制了体内mTORC2信号 。mTORC2可以直接激活 Akt的下游胰岛素/PI3K信号通路,抑制mTORC2信号也就等 同于破坏胰岛素的生理反应。 在肝脏,禁食期间mTORC1的活性被降低,主要通过降 低PPAR— 的活性来抑制酮生成 。mTORC1也在调节B 细胞的质量和功能上发挥核心作用,这可能是2型糖尿病的 发病机制的关键。mTORC1信号通过调节胰岛B细胞功能, 在调节血糖平衡中也起着重要的作用。研究表明:应用B细 胞特异性TSC2基因敲除小鼠(B—TSC2ko),年轻 ̄-TSC2ko小 鼠表现出B细胞增加,胰岛素水平升高和改善糖耐量。在老 年的p-TSC2ko小鼠中,这种效果是相反的。老年的p— TSC2ko小鼠的B细胞迅速降低,胰岛素水平降低,以致出现 高血糖 5 _J。因此,mTORCI的高活性在胰腺中最初有益葡 萄糖耐性,但是随着时间的延长也会导致B细胞功能快速降 低。 mTOR对体内葡萄糖平衡的影响是复杂的,一些相反的 结果取决于mTORC1的活化水平 。mTORC1通过S6K1介 导的胰岛素信号传导抑制,促进脂肪组织中的胰岛素抵抗,与 胰岛素关受体底物一1(IRS一1)的丝氨酸磷酸化有关,其破坏了 PI3K招募和激活 。而且肥胖或高脂饮食(HFD)喂养的小 鼠在很多组织中mTORC1信号升高,包括胰腺,可能与循环 胰岛素、氨基酸和促炎性细胞因子水平升高有关 。 4 roTOR与脂代谢的关系 过去二十年中的许多研究也揭示了mTOR对进食和胰岛 素的响应,并在促进脂肪细胞形成和脂质合成中起作用 。 敲除mTOR基因的小鼠的BAT和白色脂肪组织(WAT)质量 降低,并诱导WAT褐变。此外,在Adipoq—mTOR小鼠脂肪组 织中mTOR的切除会引起引起胰岛素抵抗和脂肪肝 。然 而,“lT0Rc1在脂肪的作用是复杂的。由于减少了脂肪细胞 分化,Ad—RapKO小鼠也可以抵抗饮食诱导的肥胖,这一事实 表明在这些组织中mTORC1的抑制作用既有积极作用,也有 消极影响 。在脂肪细胞中mTORC2活性的丧失不仅导致 因Akt活性降低而引起的胰岛素抵抗而且因脂质合成基因 ChREBP的表达降低而引起脂质合成部分减少,脂肪生成转 录因子的部分减少 5. 。通过激活影响转录程序的缺氧诱 Strait Pharmaceutical Journal Vol 30 No.5 20 1 8 导因子(HIF1-仅)和固醇调节元件结合的代谢基因靶标蛋白 (SREBP1和SREBP2)来实现,发现由¥6K1介导的SREBP1 by nutirents:roles of mTORC1 and AMPK[J].Cell Cycle,2011,10 (9):1337-1338. 和2促进mTORC1下游的扩散,mTORC1激活可以刺激特定 的代谢途径一从头脂质生物合成 。也有文献表明mTORC2 [13]Dibble C C,Ells W,Mcnon S,et a1.TBC1D7 is a third subunit ofthe TSCI·TSC2 complex upstream of mTORC1[J].Moleculr Celal, 2012,47(4):535-546. 也可以促进肝脏脂肪合成,这表明mTORC2在脂质合成中具 有广泛的作用 。因此,在脂肪细胞功能和脂质代谢多方面 mTORC1和mTORC2发挥重要作用。 5小结 (14 JInoki K,Corradetti M N,Guar.K L Dysregulation of he TSC mTOR tpathway in human disease[J].Nature Genetics,2005,37(1):19-24. 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