mTOR調控自噬參與糖尿病并發癥的研究進展

錢子冰，劉 靜，曾佩蕓，張 琦*

(1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省人民醫院 內分泌科，甘肅 蘭州 730000)

1 自噬

自噬發生于絕大多數細胞，參與維持細胞穩態、細胞分化、動物發育和營養代謝等生理過程。而應激誘導的自噬主要是細胞生存的一種適應性和防御性機制。在基礎條件下，細胞自噬水平都較低，但能被不同形式的壓力誘導，如營養或饑餓、生長因子耗盡、感染和缺氧等[1]。根據靶物質捕獲和遞送到溶酶體的方式，自噬可以分為宏觀自噬、微觀自噬和伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)。哺乳動物細胞的選擇性宏觀自噬是本綜述的重點。自噬是一種保守的細胞內降解機制，可將胞質內容物，如聚集的蛋白質和細胞器，運送到溶酶體以清除。在非饑餓和饑餓條件下，自噬可以降解易于聚集的蛋白(凝集吞噬)、細胞內病原體(異噬)、受損的線粒體(有絲分裂吞噬)、過量的過氧化物酶體(過噬)和受損的內質網(ER-吞噬)[2]。高血糖條件下，信號通路發生改變使得細胞自噬功能受損，不能對細胞外各種應激發揮正常反應，進一步加重細胞器功能的紊亂繼而發生各種糖尿病并發癥。

2 mTOR機制靶點與信號通路

mTOR在自噬調控中起著關鍵作用。mTOR受多種不同的上游信號通路影響，通過調控mTOR可相應抑制或提高自噬水平。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白酶，是磷脂酰肌醇3激酶相關激酶(phosphatidylinositol 3-kinase related kinase，PIKK)家族中的成員。在多細胞真核生物中，mTOR可與其他調控蛋白相互作用至少形成兩個不同的復合物，分別是雷帕霉素復合物1(mTORC1)和雷帕霉素復合物2(mTORC2)。雖然這兩個復合物含有相同的催化亞基-TOR，但它們可以磷酸化不同的下游靶點，從而顯示出不同的細胞功能[3]。mTORC1由mTOR、Raptor(mTOR調節相關蛋白)、40 ku富脯氨酸Akt底物(prolin-rich Akt substrate of 40 ku,PRAS40)、哺乳動物酵母同源致命因子(mammalian lethal with SEC13 protein 8,mLST8)和Deptor(含DEP結構域的mTOR相互作用蛋白)組成。mTORC2由mTOR、RICTOR(雷帕霉素不敏感的mTOR伴侶)、哺乳動物應激激活蛋白激酶相互作用蛋白(atress activated protein kinase-interacting protein 1，MSIN1)、Protor-1、Deptor和哺乳動物SEC13致死蛋白(mammalian lethal with SEC13 protein，mLST)組成。激活mTOR可阻斷細胞凋亡損傷，抑制mTOR可誘導自噬，影響胰島素抵抗和炎性反應。mTOR信號軸依賴于磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3-K)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(protein Kinase B，PKB)、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、NAD-依賴性去乙?；窼irtuin-1 (NAD-dependent deacetylase sirtuin-1，SIRT1)、Wnt1誘導信號通路蛋白1(Wnt1 inducible signaling pathway protein 1，WISP1)以及表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)和促紅細胞生成素(erythropoietin，EPO)[1]。mTOR通過刺激蛋白質、核苷酸和脂質等主要構件的從頭合成和抑制自噬來促進增殖。mTOR的主要3條上游通路[1]：PI3K/PKB信號通路、AMPK信號通路和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)/細胞外信號調節激酶(recombinant extracellular signal regulated kinase，ERK)信號通路。因此，調控mTOR不同的上游信號通路可能是治療糖尿病的一個新思路。

3 mTOR與糖尿病

mTOR是糖尿病狀態下控制細胞代謝所必需的途徑之一。高糖狀態下，胰高血糖素樣肽-1(glucagon-likepeptide1，GLP-1)受體激動劑激活mTOR可以保護胰腺β細胞免受膽固醇介導的凋亡細胞損傷，促進胰腺β細胞增殖，并通過表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor，EGF-R)阻斷糖尿病神經細胞凋亡[4]。mTOR有緩解胰島素抵抗和抗血栓形成作用，通過mTOR激活，與凋亡和動脈粥樣硬化相關的通路也可以被阻斷[5]。因此，控制mTOR被視為治療糖尿病及其并發癥可能有效策略的重要組成部分。

4 新型降糖藥物對自噬的影響

糖尿病造成了巨大的社會經濟負擔，包括預防和管理糖尿病所需的藥物及并發癥的治療。新型降糖藥包括二肽基肽酶-4抑制劑(dipeptidyl peptidase-4 inhibitor,DPP-4i)、GLP-1受體激動劑(glucagon-like peptide-1 receptor agonist,GLP-1RA)和鈉-葡萄糖共轉運體2抑制劑(sodium-glucose cotransporter-2 inhibitors,SGLT2i)。探討西格列汀(DPP-4i)對糖尿病小鼠心肌梗死后心功能的影響。結果表明西格列汀有效地提高了存活率，改善了心功能，減少了梗死面積、心肌纖維化和炎性反應[6]。恩格列凈(SGLT2i)通過促進自噬，恢復了線粒體的數量和大小，并抑制了線粒體的縮小，改善了糖尿病大鼠心肌梗死的預后[7]。同時期又有研究評估了GLP-1RA對糖尿病小鼠的肝臟保護作用[8]，結果顯示，GLP-1RA治療的小鼠有效地降低了空腹血糖(FBG)、總膽固醇(TC)和三酰甘油(TG)以及丙二醛(malondialdehyde,MDA)。這些數據表明，DPP-4i、GLP-1RA、SGLT2i可以潛在地調節自噬過程。即這些新型降糖藥物對自噬有調控作用，發現更多的藥物靶點及與自噬的作用機制，可能更新新的治療理念。

5 mTOR調控自噬參與糖尿病并發癥的發生發展

5.1 糖尿病腎病

糖尿病腎病(diabetickidney disease,DKD)是終末期腎病的主要病因，30%～50%的1型或2型糖尿病患者最終發展為DKD，導致DM的病死率顯著增加，嚴重威脅糖尿病患者的臨床結局[9]。許多研究發現，在DKD病理背景下，高血糖被證明通過AMPK/mTOR信號，誘導氧化應激和其他病理生理相關過程，導致足細胞損傷和蛋白尿的發展，從而伴隨著腎功能的喪失[10]。糖尿病腎病可以通過減少足細胞的mTORC1表達[11]來延遲/預防，這意味著胰島素激活的mTORC1在推動糖尿病腎病中發揮了作用。鑒于這些發現，假設糖尿病腎臟的自噬缺陷可能會增加腎臟細胞對糖尿病相關損害的易感性，這反過來又會導致難治性蛋白尿和腎臟功能的進行性下降。因此，恢復自噬活性可能成為保護腎臟免受DKD的一種新的治療選擇。

5.2 非酒精性脂肪肝

約60%T2DM患者合并非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)。世界衛生組織預測，未來十年NAFLD可能成為肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)的主要病因?；罨允煽梢詼p輕肝脂肪變性，高脂肪飲食或長期積累的脂質可能會降低自噬活性[12]。脂噬是自噬參與調節肝臟脂質代謝的主要機制[12]。脂噬的主要過程為將多余的脂滴隔離在自噬小體中，然后與溶酶體融合形成自溶酶體，最終被溶酶體中的脂化降解。AMPK在NAFLD中的作用主要總結為3個機制[13]：1)抑制肝臟的新生脂肪生成；2)增加肝臟的脂肪酸氧化；3)促進脂肪組織的線粒體功能/完整性。多磷酸肌醇激酶(inositol polyphosphate multikinase,IPMK)可以通過IPMK-AMPK-SIRT-1和IPMK-AMPK-ULK1(人類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，Unc-51-like kinase 1，ULK1)兩個信號軸與AMPK相互作用介導自噬[14]。在小鼠中IPMK的缺失幾乎消除了吞脂性，促進了肝損傷，并損害了肝細胞的再生。因此可以推斷，IPMK介導的自噬可能成為NAFLD和肝再生治療的一個潛在靶點。除上述機制外，還發現激活AMPK/mTOR調節的自噬也是一種重要的保護機制。治療劑量的對乙酰氨基酚可加重NAFLD的脂肪蓄積，其潛在機制可能與抑制AMPK/mTOR途徑介導的自噬有關[15]。AMPK/mTOR介導的自噬水平在高脂喂養的小鼠和用游離脂肪酸處理的人正常肝細胞中都受到顯著抑制。然而，當腦腸肽O?；D移酶(ghrelinO—acyhransferase,GOAT)被抑制時，AMPK/mTOR介導的自噬水平顯著增加，從而減輕了肝臟毒性。提示AMPK/mTOR介導的自噬激活是NAFLD的重要保護機制。

5.3 糖尿病性心臟病

大血管病變占T2DM患者死亡人數的比例穩居不下，心血管病變占大血管病變一個重要部分。糖尿病心血管疾病由兩個獨立的病理過程驅動，即動脈粥樣硬化性心血管疾病(arteriosclerotic cerebral vascular disease,ASCVD)和糖尿病性心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)[16]。ASCVD由內皮功能障礙驅動，導致內膜下極低密度脂蛋白(VLDL)殘體的浸潤和保留，隨后內膜下募集單核/巨噬細胞?；罨木奘杉毎a生的炎性細胞因子(如IL-6、CRP、TNF-a)可誘導血管平滑肌細胞的增殖，向內膜下層吸引并轉化為膠原分泌細胞[16]。因此，糖尿病性血管病變是由糖尿病血脂異常合并內皮功能障礙驅動的。與mTOR相關的心肌保護通路主要有4條：1)胰島素介導的PI3K/AKT/mTOR信號通路；2)GSK-3β抑制信號通路；3)mTOR依賴的血管生成信號通路；4)mTORC2激活信號通路。研究發現褪黑素的心臟保護作用可能通過mTOR信號通路減少糖尿病狀態下高糖對心肌纖維的損害[17]。二甲雙胍通過激活AMPK/自噬從而抑制DCM中的NLRP3炎性小體而具有心臟保護和抗炎作用，為糖尿病性心肌病的治療提供了新的信息[18]。所以能夠推測，通過人為干預逆轉信號通路，可以發揮保護心臟功能、增強自噬的作用。

5.4 糖尿病性眼病

糖尿病的眼部并發癥有多種，糖尿病視網膜病變和糖尿病性白內障為其中較為典型的兩種。DJ-1基因可能通過PI3K/AKT/mTOR信號通路改善線粒體功能，抑制活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成，增強抗氧化能力，減少視網膜周細胞凋亡，這可能與糖尿病視網膜病變的早期發病有關[19]。小檗堿對高糖刺激的原代視網膜Müller細胞的影響，發現小檗堿可能通過促進自噬和激活AMPK/mTOR信號通路來保護Müller細胞免受高糖誘導的凋亡[20]。研究發現，高糖狀態下晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells,LECs)細胞自噬和氧化應激的變化與白內障有關[21]。透射電子顯微鏡顯示糖尿病小鼠晶狀體組織中自噬活性改變，自噬小體較大且線粒體較多。自噬可能減輕高糖對晶狀體上皮細胞的氧化損傷。這些發現為糖尿病性眼病的治療有重要的指引作用，即從mTOR通路入手尋找新的治療契機。

5.5 糖尿病周圍神經病變

糖尿病周圍神經病變(diabetic peripheral neuropathy,DPN)是由小的無髓鞘或薄髓鞘表皮內神經纖維密度降低所致，其起源于背神經根節，介導疼痛、溫度感覺或自主神經功能。過度活躍的mTORC1干擾突觸的可塑性而導致慢性神經病變。在炎性和神經病理性疼痛的實驗模型中發現，抑制mTORC1活性可以導致抗傷害效應[22]。枸杞多糖(LBP)發揮保護作用是由于LBP對糖尿病大鼠的血糖水平有輕微的降低作用。其機制可能是通過抑制mTOR/p70S6K通路的激活來誘導自噬[23]。這些研究表明自噬在糖尿病神經病變中發揮著重要作用，但仍需要進一步的研究來完善其誘導及保護機制。

6 并存的疾病

T2DM與癌、神經退行性變(阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病、肌萎縮性脊髓側索硬化癥)、多囊卵巢綜合征(polycysticovariansyndrome，PCOS)等風險增加有關。激活 mTORC1可導致這些疾病，意味著DM與相關共病之間的病因學聯系[24]。糖代謝異常誘導氧化應激、線粒體功能障礙、自噬等多種致病因素在神經退行性變疾病的病理生理改變中起重要作用?；糚COS或T2DM的女性，以高胰島素血癥為特征，通常會經歷卵巢功能障礙。研究發現，高胰島素可直接損害胚胎著床過程中的卵巢功能及卵巢自噬失衡，自噬可增強胰島素所致的卵巢功能損害[25]。

7 問題與展望

全世界每年患糖尿病的比例仍在持續增加，許多人還未得到診斷。目前控制血糖穩態和避免糖尿病并發癥的方法有限，需要開發新的策略。mTOR靶點介導的自噬作為細胞的一種防御機制,與糖尿病的聯系被越來越多的研究所證實。因此針對 mTOR 信號通路及其調控靶點進行，對于延緩糖尿病并發癥的發生，延長健康壽命至關重要。