高可飛 劉小碣 李言 張永

作者單位：233000 安徽 蚌埠，蚌埠醫(yī)學(xué)院 1.研究生院 2.病理生理教研室 3. 233000 安徽 蚌埠，蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥科

急性肺損傷(acute lung injury，ALI)是一種毀滅性的呼吸系統(tǒng)疾病，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞障礙和細胞骨架改變，從而進展為肺水腫、呼吸衰竭及多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，最終導(dǎo)致死亡的發(fā)生[1]。雖然近些年對于肺損傷的研究和治療取得了巨大的進展，但是死亡率仍然較高[2]，幸存者可能存在嚴(yán)重的肺纖維化，而導(dǎo)致低氧血癥和呼吸窘迫[3]，對患者造成重大的心理和生理損傷[4-6]，給患者家庭和社會造成重大的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。目前在急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征治療方面仍然以液體療法和支持性治療為主，缺乏行之有效的治療方法。隨著對mTOR信號通路的研究深入，最近發(fā)現(xiàn)mTOR信號通路不僅可以調(diào)節(jié)腫瘤基因的表達，還可以作為炎癥及腎臟疾病、糖尿病、衰老的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[7-9]，在許多疾病的治療中發(fā)揮著重要作用。因此， mTOR信號通路可能成為治療肺損傷有希望的作用靶點。

急性肺損傷

急性肺損傷(ALI)是一種嚴(yán)重的臨床疾病，其特征是呼吸窘迫、難治性低氧血癥和非心源性肺水腫，病理上表現(xiàn)為廣泛的肺部炎癥和上皮及內(nèi)皮完整性的喪失[10]。細胞特征包括肺泡毛細血管膜的損傷、過度的跨上皮中性粒細胞遷移和ALI中促炎細胞毒性介質(zhì)的釋放[10]。由于各種病原體和刺激物引起肺毛細血管內(nèi)皮細胞和肺泡上皮之間細胞屏障破壞，導(dǎo)致屏障通透性增高，肺毛細血管液體外滲和血管外液體積聚，造成肺間質(zhì)水腫形成。由于水腫液中富含大量的蛋白和中性粒細胞、巨噬細胞等炎癥細胞，釋放大量促炎細胞因子，導(dǎo)致組織和細胞的損傷。另一方面中性粒細胞可聚集在受損的血管內(nèi)皮細胞表面，并向肺間質(zhì)和肺泡腔內(nèi)移動，通過分泌細胞毒性物質(zhì)，如顆粒酶、促炎細胞因子、活性氧和生物活性脂質(zhì)，進一步誘導(dǎo)組織損傷。而各種細胞毒性物質(zhì)會通過使血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的磷酸化、內(nèi)吞和F-actin (F-肌動蛋白)重構(gòu)引起肺血管內(nèi)皮屏障破壞，增加肺毛細血管通透性[11-12]。此外，凝血系統(tǒng)和纖溶系統(tǒng)也在其中發(fā)揮重要作用。ALI早期內(nèi)皮細胞和肺泡上皮損傷等可直接激活凝血因子Ⅻ，促凝系統(tǒng)增強，導(dǎo)致大量血栓形成和纖維蛋白沉積。另外ALI使緩激肽大量釋放，毛細血管通透性增加，進一步加重水腫的發(fā)生，最終導(dǎo)致死亡。急性肺損傷在危重癥的研究領(lǐng)域越來越受到重視，其致死率約為50%[13]，并發(fā)肺炎或膿毒癥的死亡率也很高，分別為37%或43%[10]。內(nèi)毒素是引起急性肺損傷的主要物質(zhì)，脂多糖(LPS)作為其類似物，可直接刺激體內(nèi)和體外引起多種感染，包括威脅生命的肺炎和敗血癥。

mTOR信號通路

mTOR屬于PI3K(一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶)相關(guān)激酶家族，與幾種蛋白質(zhì)形成兩種不同的復(fù)合物，分別命名為mTOR復(fù)合物1 (mTORC1)和mTORC2[14]。mTOR抑制劑雷帕霉素能夠抑制mTORC1而不是mTORC2。mTORC1主要促進合成代謝，如蛋白質(zhì)的合成、脂肪生成和能量代謝，抑制自噬和溶酶體形成。mTORC2激活時則可調(diào)控胞內(nèi)存活、細胞代謝，以及細胞骨架的形成[14]。 mTOR信號通路上游受多種細胞信號的調(diào)控，包括有絲分裂生長因子、胰島素等激素、營養(yǎng)素(氨基酸、葡萄糖)、細胞能量水平和應(yīng)激條件。通過激活mTOR信號通路從而發(fā)揮促進細胞生長、增殖、血管生成等作用(見圖1)。

一、mTORC1信號通路

mTORC1和mTORC2均含有 mTOR、RAPTOR (mTOR相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白)和mLST8(也稱為GβL)組分。GβL是一種可與mTOR的激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合的蛋白質(zhì)，主要參與將營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)至mTOR下游效應(yīng)器S6K1，并控制細胞大小[15]。RAPTOR和PRAS40(一種負(fù)性調(diào)節(jié)劑)為mTORC1所特有[8]。mTORC1下游主要通過調(diào)節(jié)p70S6激酶1 (S6K1)和eIF4E結(jié)合蛋白(4EBP)的磷酸化來促進mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯以及蛋白質(zhì)合成和細胞增殖[16]。另外mTORC1還可通過抑制atg13/ULK(自噬起始復(fù)合物)復(fù)合物[17]的激活來進一步調(diào)控自噬活性。mTORC1上游為外界的細胞因子、生長因子等刺激物，激活PI3K-AKT通路，AKT(蛋白激酶B)抑制TSC1(結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物C1)和TSC2(結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物C2)進一步調(diào)控小分子 GTP 酶 Rheb(小G蛋白Ras同源蛋白)。當(dāng)Rheb在與 GTP 耦合形成復(fù)合物時，是 mTORC1 激酶的強效刺激劑，并且受到其 GAP(即結(jié)節(jié)性硬化異二聚體 TSC1/2)的負(fù)性調(diào)控。絕大多數(shù)上游輸入信號通過 Akt 和 TSC1/2 來調(diào)節(jié) Rheb，包括AMPK(AMP活化蛋白激酶)通路直接激活mTORC1。與此相反，氨基酸信號激活則不通過PI3K/Akt 軸的方式將信號指向 mTORC1 ，并促進 mTORC1 調(diào)控下游信號。

二、mTORC2信號通路

mTOR 復(fù)合體 2 (mTORC2)，由 mTOR、Rictor(mTOR的雷帕霉素不敏感蛋白)、 GβL、 mSin1(哺乳動物應(yīng)激激活的MAP激酶相互作用蛋白1)、PROTOR(Rictor相關(guān)的蛋白質(zhì))和 DEPTOR (含DEP結(jié)構(gòu)域的mTOR相互作用蛋白)構(gòu)成。mTORC2 可以通過激活 Akt 促進細胞存活，通過激活 PKCα (蛋白激酶Cα)調(diào)節(jié)細胞骨架動力學(xué)，以及通過磷酸化 SGK1 (血清和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的蛋白激酶1)控制離子轉(zhuǎn)運和生長[8]。

mTOR通路對急性肺損傷調(diào)控作用的雙面性

近年來，mTOR信號通路在腫瘤性疾病中的作用一直備受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)其不僅參與多種腫瘤的病理生理過程，而且也是治療腫瘤的關(guān)鍵靶點，其中包括肺癌、胃癌等。最近發(fā)現(xiàn)，mTOR信號通路不僅在腫瘤領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，其在急性肺損傷中也起著關(guān)鍵性的調(diào)控作用。有研究報道表明mTOR信號通路的激活在急性肺損傷中可能發(fā)揮著相反的調(diào)控作用。一方面可以減少促炎細胞浸潤，抑制自噬，表現(xiàn)出對急性肺損傷的保護作用。另一方面，也可表現(xiàn)出激活自噬，促使細胞凋亡、炎癥因子風(fēng)暴的形成，從而誘導(dǎo)加重肺損傷。目前對mTOR信號通路的這種矛盾性和雙面性的機制尚不清楚。

一、mTOR信號通路激活可保護急性肺損傷

ULK/ATG復(fù)合物(如圖1)是自噬的關(guān)鍵起始物，其活性主要通過mTORC1和AMP活化蛋白激酶(AMPK)的結(jié)合，在不同部位的磷酸化來調(diào)節(jié)[17-18]。研究表明mTOR信號通路的激活可通過磷酸化P757位點的ULK1來干擾AMPK和ULK1的相互作用，抑制自噬[17]。溶酶體是細胞內(nèi)物質(zhì)降解和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要中心之一。溶酶體降解來源于細胞內(nèi)、外的各種底物，如內(nèi)吞膜蛋白及小分子物質(zhì)、凋亡細胞、病原菌和自噬小體等。溶酶體的功能紊亂可導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病。mTOR通路激活(mTORC1)不僅可以抑制自噬，還可以通過磷酸化溶酶體生成的轉(zhuǎn)錄因子TFEB和TFE3，抑制細胞內(nèi)的溶酶體生成[19]另外TLR4(toll樣受體4)-My88(髓性分化因子88)也可調(diào)節(jié)mTOR磷酸化，并進一步抑制自噬，干擾溶酶體或自噬體的形成。mTOR通路的激活還可增加免疫細胞的活性，從而起到減弱炎癥反應(yīng)和對肺損傷的保護作用。Wu等人[20]通過研究發(fā)現(xiàn)空氣中顆粒物可以通過使mTOR失活促使支氣管上皮和小鼠氣道上皮細胞的自噬活性增加，進一步削弱溶酶體的活性，從而引起肺損傷的產(chǎn)生。因此，他們認(rèn)為激活mTOR和抑制自噬是治療肺損傷的一個有效治療策略[21]。近期有研究表明[9]大鼠的膿毒癥模型(CLP)中激活的PI3K/Akt/mTOR途徑可顯著減少炎癥因子釋放、抑制細胞造成的自噬損傷[22-24]和細胞凋亡，從而減輕肺水腫，提高存活率。不僅如此，PI3K/Akt/mTOR通路還可誘導(dǎo)肺DCs(樹突狀細胞)的成熟和增強其抗原提呈能力，顯著升高髓系DCs，增強肺DCs的粘附和趨化能力[25]，最終對肺損傷的保護作用。

圖1 mTOR簡要通路圖

二、mTOR信號通路的激活加重急性肺損傷

然而與之相反的是，mTOR通路的激活也可通過調(diào)控自噬的發(fā)生，誘導(dǎo)內(nèi)皮屏障破壞加重，增加細胞凋亡、從而加重肺損傷，增加死亡率。最近Fu[26]等發(fā)現(xiàn)，利用一種被稱之為富氫鹽水(HRS)的抗氧化劑通過抑制mTOR/TFEB信號通路，可減少細胞凋亡和炎癥因子浸潤，并激活自噬，從而在LPS誘導(dǎo)的肺損傷模型中起到保護作用。Hu[27]在另一項對小鼠LPS誘導(dǎo)的肺損傷模型中發(fā)現(xiàn)在支氣管或肺泡上皮細胞中特異性敲除mTOR基因的小鼠表現(xiàn)出顯著減弱的氣道炎癥、屏障破壞和肺水腫，存活時間明顯延長等現(xiàn)象，從而進一步證實了上述結(jié)論和觀點。Li[28]等在另一項研究中也證實了，抑制了mTOR/HIF-1α的表達，可減輕LPS誘導(dǎo)的大鼠肺損傷。

mTOR的激活同樣可在急性肺損傷作為并發(fā)癥的很多疾病中發(fā)揮重要的作用。重癥胰腺炎，作為消化系統(tǒng)一種急危重癥，具有病情險惡、并發(fā)癥多、病死率較高的特點。據(jù)統(tǒng)計重癥胰腺炎死亡率約為15%[29-30]，其中60%為并發(fā)肺損傷引起的死亡[31]。最近有研究發(fā)現(xiàn)抑制mTOR通路可減輕胰腺炎引起的肺損傷[32-34]，從而減輕重癥胰腺炎死亡率。有趣的是，機體的自我調(diào)節(jié)也在急性肺損傷保護中起著關(guān)鍵性作用。Xu[35]在一項研究中也證實創(chuàng)傷后腦損傷并發(fā)肺損傷時機體可通過ERK1/2/mTOR/Stat3途徑進一步激活自噬，從而減輕急性肺損傷，改善肺屏障功能、氧合功能和靜態(tài)順應(yīng)性。這也從另一角度闡明機體可自我保持穩(wěn)態(tài)而不是使用外界藥物，表明自噬對于急性肺損傷的治療是個重要策略[36]。PI3K/Akt/mTOR通路作為激活炎癥介質(zhì)的主要通路對于肺損傷、炎癥浸潤、組織破壞都起著關(guān)鍵的作用。許多證據(jù)表明，抑制PI3K/Akt/mTOR通路可明顯降低炎癥引起的肺損傷[37]，從而起到治療作用。

mTOR主要通過上游分子調(diào)控使其磷酸化而激活，并進一步激活下游的炎癥通路來發(fā)揮加重肺損傷作用。如：(1)病原體和外界刺激介導(dǎo)TLR4通過磷酸化mTOR，使之激活，從而抑制自噬的發(fā)生，調(diào)控NF-κB炎癥通路，使免疫細胞生成增加，促炎因子浸潤增加，造成血管內(nèi)皮細胞屏障的破壞，導(dǎo)致細胞的凋亡和組織的損傷。(2)機體通過ERK1/2(細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶)/mTOR/Stat3 (信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子)激活發(fā)揮抑制自噬的作用，而自噬進一步通過HMGB1(高遷移率族蛋白B1)/RAGE(晚期糖基化終產(chǎn)物受體)/NF-κB(核因子-κB)/途徑調(diào)節(jié)炎性小體、氧化應(yīng)激以及細胞凋亡，從而對肺組織和血管內(nèi)皮細胞造成損傷。(3)mTOR磷酸化而激活，從而激活下游靶點p70S6K(p70核糖體蛋白S6激酶)和eIF4E(真核起始因子4E)的mRNA表達，并激活HIF-1α(缺氧誘導(dǎo)因子1α)及其下游的VEGF(血管內(nèi)皮生長因子)基因，最終引起促炎介質(zhì)釋放[28]。(4)mTOR通路的激活，可以激活下游的 p70S6K、4EBP1(重組人翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1)、TGF-β(轉(zhuǎn)化生長因子-β)和CTGF(結(jié)締組織生長因子)的表達[34]，并可導(dǎo)致高濃度氧誘導(dǎo)的肺纖維化發(fā)生。(5)mTOR的激活還可通過TLR4/p65/NLRP3(炎癥小體)/Caspase1(胱冬肽酶-1)增加炎癥因子浸潤和血管內(nèi)皮破壞，最終導(dǎo)致肺損傷的發(fā)生[35]。

三、mTOR信號通路的激活對急性肺損傷作用輕微

雖然，mTOR信號通路在急性肺損傷中關(guān)鍵作用研究較多。然而，有趣的是，最近有報道認(rèn)為mTOR信號通路在肺損傷中作用輕微，不起關(guān)鍵作用，不能成為治療的靶點。 Gao[38]發(fā)現(xiàn)mTOR信號通路在LPS誘導(dǎo)的肺損傷和肺組織細胞自噬中不起主要作用。Wang[39]也在研究中得到了相似的結(jié)果即：雖然LPS誘導(dǎo)的ALI過程中mTOR確實被激活，且mTOR抑制劑降低了炎癥介質(zhì)的水平，但ALI小鼠模型的整體嚴(yán)重程度和存活率沒有變化。

綜上所述，雖然mTOR在不同的上下游分子調(diào)節(jié)中起到作用可能相反，并且也有調(diào)節(jié)mTOR通路對肺損傷并無作用的報道，但大部分研究表明mTOR信號通路對于ALI有明顯調(diào)節(jié)作用，雖然未改變動物模型的死亡率和嚴(yán)重程度，但卻明顯降低了炎癥因子水平，且可調(diào)控下游自噬的產(chǎn)生，是個有希望的治療靶點[40]。

展 望

肺損傷可導(dǎo)致細胞骨架受損，細胞間粘連減少，內(nèi)皮屏障破壞，滲出增多，mTOR信號通路作為肺損傷重要的調(diào)控因子起著關(guān)鍵作用。然而mTOR通路對肺損傷的調(diào)節(jié)具有雙面性，一方面可通過激活mTOR通路增加DCs的成熟、抗原提呈能力，減輕炎癥因子導(dǎo)致的損傷。而另一方面也可發(fā)揮相反作用，誘導(dǎo)和加重凋亡的發(fā)生，從而促進肺損傷的進展，產(chǎn)生這種矛盾效果的具體機制和在其他疾病中是否存在這種矛盾情況均尚不清楚，可能與其不同的激活通路有關(guān)。另外mTOR信號通路在肺損傷細胞骨架破壞、內(nèi)皮屏障損傷中的研究仍較少?？傊?，mTOR信號通路對于急性肺損傷的治療是個重要的治療靶點，闡明對其的調(diào)控作用有利于急性肺損傷和ARDS的診斷、治療。