炎症性肠病（IBD）是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病，发病机制不明。部分IBD患者对常规药物治疗反应不佳。目前认为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）可通过PI3K/AKT/mTOR、TLR4/MAPK/mTOR和AMPK/mTOR等多种机制影响肠道自噬和炎症过程，从而影响疾病的发生发展过程。通过靶向mTOR信号通路可为IBD的治疗提供新的可能。本文就mTOR信号通路在IBD中的作用机制以及靶向mTOR信号通路治疗IBD进行总结。
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炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（Crohn′s disease，CD），是一种慢性非特异性肠道炎症性疾病。IBD发病机制尚不明确，目前认为遗传、免疫、环境和肠道微生态等是其发生发展中重要的影响因素。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）与葡萄糖稳态、肌肉功能、脂质稳态、免疫功能、脑功能、癌变和衰老等密切相关[1]。除此之外，目前研究也表明mTOR可以影响自噬和炎症反应，并在IBD的发生发展中发挥重要作用[2]。本文就mTOR相关信号通路在IBD中的作用机制及治疗进行论述。
mTOR是磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）相关蛋白激酶家族中的相对分子质量约289 000的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其在生物体内以2种多分子蛋白复合物的形式存在，包括mTOR复合物1（mTOR complex 1，mTORC1）和mTOR复合物2（mTOR complex 2，mTORC2）。mTORC1主要包括3个核心成分，即mTOR、哺乳动物致死蛋白8（mammalian lethal with SEC13 protein 8，mLST8）和mTOR相关调节蛋白（regulatory protein associated with mTOR，RAPTOR）。除了核心成分之外，mTORC1还包括2个抑制亚基：40 kDa富脯氨酸AKT底物（proline-rich AKT substrate of 40 kDa，PRAS40）和含有DEP结构域的mTOR相互作用蛋白（DEP domain containing mTOR interacting protein，DEPTOR）。mTORC2核心成分为mTOR、mLST8、雷帕霉素不敏感伴侣（rapamycin insensitive companion of mTOR，RICTOR）。此外，还包括DEPTOR和2个调节亚基，调节亚基包括哺乳动物应激激活的蛋白激酶反应蛋白1（mammalian stress-actived protein kinase interacting protein 1，mSin1）和Protor1/2[1]。
这2种复合物在细胞生理活动的调节中具有不同的作用。mTORC1可在生长因子、营养物质和能量的作用下促进细胞合成代谢，并控制细胞生长进程。mTORC2可受生长因子影响并控制细胞代谢、细胞存活和细胞骨架肌动蛋白[3,4]。mTOR与糖尿病、神经退行性病变、心血管疾病、肿瘤和IBD等疾病的发生发展相关[2,5,6,7,8]。
mTOR信号通路IBD的发生发展密切相关，mTOR作为多个信号通路的关键分子，受到多个上游信号分子的调节，并可调节下游的自噬和炎症反应，从而在IBD的发生和治疗中发挥重要作用。
PI3K是一种与细胞内信号转导有关的具有催化活性的信号蛋白，根据结构和底物特异性的不同可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，其中能被细胞表面受体激活的Ⅰ型PI3K的研究最为广泛，Ⅰ型PI3K可被细胞表面酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体或G蛋白直接激活。被激活的PI3K可产生3，4-二磷酸磷脂酰肌醇、3，5-二磷酸磷脂酰肌醇和3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇。它们作为第二信使，与细胞中蛋白激酶N端结合，激活下游信号通路，调节多个生物学过程[9]。蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）又称为AKT，是蛋白激酶A/蛋白激酶G/蛋白激酶C（protein kinase A/protein kinase G/protein kinase C，AGC）激酶家族的成员，包括AKT1、AKT2和AKT3等亚型，三者具有高度一致的活化性和序列同源性，是PI3K下游的主要效应分子。AKT激活后发生磷酸化，可作用于多种蛋白底物，在细胞存活、生长、增殖和能量代谢中发挥重要作用[10]。
PI3K/AKT/mTOR信号通路在UC的发病过程中发挥重要的作用。研究表明，葡聚糖硫酸钠（dextran sulphate sodium，DSS）诱导的结肠炎小鼠结肠中，PI3K/AKT/mTOR信号通路被激活，PI3K、AKT、mTOR和下游蛋白p70S6K1磷酸化水平升高，伴随着肠道炎性因子白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和IL-6水平升高，而抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路可减轻肠道炎症[11,12]。PI3K/AKT/mTOR信号通路也可通过影响CD患者肠道巨噬细胞功能来影响肠炎的活动，激活PI3K/AKT/mTOR信号通路可抑制巨噬细胞的自噬，促进其向M1型极化并促进炎性因子的释放，从而导致肠炎的发生[13,14]。
Toll样受体（toll-like receptor，TLR）是一种跨膜蛋白，可以识别带有病原体相关病原模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）和损伤相关病原模式（damage associated molecular pattern，DAMP）的病原微生物而活化。TLR4是首个被发现的TLR家族成员，可在巨噬细胞、树突状细胞和成纤维细胞中表达，在与配体结合被激活后可通过髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依赖性和MyD88非依赖性途径发挥作用。MyD88依赖性途径可激活核转录因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK），促进炎症的发生[15]。MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase，ERK）、P38、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和ERK5等4个亚族，在细胞存活、增殖、分化、炎症和凋亡等过程中发挥重要作用[16]。
与非炎症部位相比，UC患者结肠黏膜炎症部位自噬体数量减少，TLR4、MyD88、MAPK以及磷酸化p-mTOR、p-P38、p-JNK、p-ERK蛋白表达增加，TLR4-MyD88-MAPK信号通路与mTOR被激活，提示TLR4-MyD88-MAPK信号通路与mTOR可能参与UC自噬失调和炎症发生过程[17]。在动物及细胞实验中，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可以通过激活TLR4-MyD88-MAPK信号通路激活mTOR，抑制自噬，促进肠炎发生，而抑制TLR4或mTOR可减轻肠道炎症，肠道IL-6、IL-8、IL-1β和TNF-α表达下调，这进一步证明TLR4/MAPK/mTOR信号通路在IBD发病中的重要作用[17,18]。
一磷酸腺苷激活蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，以α、β、γ亚基的异源三聚体形式普遍存在于多种细胞和组织中。AMPK主要受能量水平的调节，在细胞能量短缺的情况下，AMP/三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）比率的增加会激活AMPK，促进细胞内分解代谢，抑制合成代谢，以维持能量稳态[19]。激活AMPK可以抑制mTOR，从而诱导自噬的发生[20,21]。除此之外，激活AMPK/mTOR信号通路还可以抑制炎症的发生[22,23]。
在DSS肠炎小鼠中，结肠组织p-AMPK蛋白表达下调，p-mTOR表达上升，同时伴有自噬蛋白表达和自噬体数量减少以及炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表达升高；抑制AMPK/mTOR信号通路可以促进自噬，减轻肠道炎症[24,25,26]。因此，靶向AMPK/mTOR通路可能作为IBD治疗药物的潜在作用方式。
自噬是一种重要的生理过程，在自噬相关基因（autophagy-related gene，ATG）蛋白家族、Beclin1和P62等相关蛋白的参与下，降解受损的细胞器和大分子，从而维持细胞内营养物质和细胞器功能稳态。自噬包括巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬等3种类型，其中巨自噬是目前研究较多的类型之一[27]。自噬异常在癌症、IBD以及其他自身免疫性疾病的发生过程中具有重要作用[28]。目前研究发现自噬相关基因如核苷酸结合寡聚化结构域蛋白2（nucleotide-binding oligomerization domain 2，Nod2）、自噬相关基因16L1（autophagy-related 16 like 1，Atg16L1）、免疫相关p47鸟嘌呤三磷酸酶（immunity related p47 guanosine triphosphatase，IRGM）等与CD的发生密切相关。在CD患者中，这些基因多态性的存在会抑制自噬的发生，从而促进了CD的发生发展[29]。
自噬是mTOR下游调控的重要过程。在DSS肠炎小鼠中，PI3K/AKT/mTOR信号通路被激活，同时Beclin1蛋白和LC3B/LC3A比例下降，存在自噬缺陷，在抑制该信号通路后，结肠组织中自噬增强，肠炎减轻[30]。另外一项研究表明，AMPK/mTOR/p70S6K信号通路参与DSS/LPS诱导的肠炎小鼠中结肠自噬过程的调节，激活AMPK/mTOR/p70S6K信号通路会促进小鼠骨髓衍生巨噬细胞中自噬体的形成，从而抑制IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α的表达，发挥抗炎作用[31]。
NF-κB是一种转录因子，普遍表达于细胞内。该转录因子家族由RelA（p65）、RelB、c-Rel、NF-κB1/p50和NF-κB2/p52等5种不同的蛋白质组成，以二聚体的形式存在。在正常情况下，NF-κB二聚体与细胞质中的κB抑制剂（inhibitor of κB，IκB）结合[32]。在受到各种细胞外刺激后，IκB会降解，游离的NF-κB二聚体易位进入细胞核并可逆地与特定的DNA序列结合，调节靶基因的表达，从而调节炎症、免疫、细胞增殖和死亡等过程[32,33]。mTOR作为NF-κB的上游信号分子，激活mTOR可以促进NF-κB的释放并从细胞质异位至细胞核，并促进IL-6、IL-8等炎性因子的释放，促进炎症的发生[34]。
在DSS肠炎大鼠中，肠黏膜PI3K/AKT/mTOR信号通路被激活，p-NF-κB/NF-κB比例升高，且细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6表达水平升高；在抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路后，p-NF-κB/NF-κB比例下降，肠道炎症减轻，这表明PI3K/AKT/mTOR可通过调节NF-κB影响肠道炎症的发生[35]。除此之外，其他研究表明，抑制TLR4/MAPK/mTOR和激活AMPK/mTOR信号通路均可以通过抑制mTOR来干扰NF-κB信号通路的激活，从而抑制肠道炎症的发生，这也为临床上IBD的治疗提供多个干预靶点[17,36]。
IBD目前的药物治疗方式主要包括5-氨基水杨酸、激素、免疫抑制剂和生物制剂等，但有部分患者对常规药物治疗反应不佳。因此，寻找新的IBD治疗机制以及靶向治疗药物是目前关注的重要方向[37]。
关于mTOR在IBD治疗中作用的研究，目前主要见于动物实验和细胞实验。Zhang等[2]研究了原花青素A1在DSS肠炎小鼠中的治疗作用，予DSS肠炎小鼠每天5或10 mg/kg原花青素A1后，小鼠结肠组织学损伤明显减轻，其结肠IL-6、IL-1β和TNF-α表达下降，且自噬相关蛋白Beclin1、P62和LC3B-Ⅰ/LC3B-Ⅱ表达上升，p-AMPK/AMPK上升，p-mTOR/mTOR下降，表明原花青素A1可通过调节AMPK/mTOR通路在IBD中发挥治疗作用，在细胞实验中也得到了类似的结果。
Fu等[38]研究苦豆碱对IBD的治疗作用，在口服苦豆碱溶液的DSS肠炎小鼠中，其结肠炎的一般症状（血便、体质量减轻和疾病活动指数升高）减轻，结肠髓过氧化物酶含量下降，且结肠p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT和p-mTOR/mTOR比例下降，表明苦豆碱可以抑制PI3K/AKT/mTOR通路，从而抑制肠道炎症的发生。该研究还发现了苦豆碱可以抑制幼稚T细胞中PI3K/AKT/mTOR信号转导，抑制淋巴细胞增殖以及促进T细胞中Foxp3的表达，这表明调节性T细胞中PI3K/AKT/mTOR信号通路参与了苦豆碱减轻小鼠结肠炎的过程。
Kim等[35]研究芒果在DSS肠炎大鼠中的治疗作用，予DSS诱导的肠炎大鼠食用芒果提取物，结果发现芒果提取物可以减轻大鼠结肠炎的发生，结肠PI3K/AKT/mTOR信号通路被抑制，同时还发现了miR-126表达上调以及NF-κB信号通路被抑制，这表明microRNA参与mTOR的调节过程，芒果通过miR-126/PI3K/AKT/mTOR/NF-κB轴在IBD的治疗中发挥重要作用。
除了通过调控mTOR相关信号通路可以在IBD的治疗中发挥作用外，也有研究表明靶向mTOR治疗可以有效缓解DSS小鼠肠炎的发生。Kang等[39]合成并鉴定了3′，4′，5′-三羟基黄酮对与炎症信号通路相关的17种激酶的影响，最终发现其能靶向mTOR发挥最有效的抑制活性；将其应用到DSS肠炎小鼠时，可以有效地缓解小鼠肠炎症状，抑制结肠组织中IL-1β和TNF-α的表达，促进自噬蛋白P62和LC3B-Ⅰ/LC3B-Ⅱ的表达；在巨噬细胞和肠上皮细胞中的研究也表明3′，4′，5′-三羟基黄酮可以有效诱导自噬的发生。
上述研究表明mTOR对于IBD的潜在治疗作用，无论是通过调控mTOR相关通路还是直接靶向mTOR均可抑制肠炎的发生。然而在临床应用上的相关报道少见，仅有早期个别的病例报告及小规模临床试验表明，通过使用雷帕霉素靶向mTOR可能促进IBD临床缓解和黏膜愈合[40,41,42]。
有研究联合常规药物和雷帕霉素治疗14例难治性IBD儿童患者（11例UC+3例CD），在使用雷帕霉素3个月后，5例UC患者达到临床缓解，2例UC患者出现临床反应；所有CD患者均达到临床缓解；5例UC患者和2例CD患者实现黏膜愈合[41]。这表明靶向mTOR信号通路可能对难治性IBD患儿具有治疗效果。此外，有研究使用雷帕霉素治疗12例狭窄型CD患者（5例上消化道狭窄型+7例下消化道狭窄型），在使用雷帕霉素6个月后，所有上消化道狭窄型患者均达到临床缓解，而下消化道狭窄型患者均未达到临床缓解[42]。因此，推测靶向mTOR信号通路可能通过抑制纤维化的进程，从而对上消化道狭窄型CD患者发挥治疗作用，但下消化道狭窄型患者对雷帕霉素无应答的原因不明，其疗效和作用机制也有待进一步研究。
通过调控mTOR相关信号通路和靶向mTOR对IBD进行治疗可能成为IBD治疗的新方式，但目前相关的临床试验较少，尚不能明确靶向mTOR治疗对IBD患者临床缓解和黏膜愈合的作用以及其适用的人群范围。通过调控mTOR相关信号通路靶向mTOR治疗IBD，仍需要进一步的研究来证明其可行性。
mTOR作为多条信号通路的关键分子，在细胞增殖、存活、自噬、炎症等生理及病理过程中发挥重要作用。IBD的发生发展往往伴随着自噬缺陷、炎性因子增加以及免疫反应异常等，而mTOR可以通过多种作用机制调控这些病理过程。靶向mTOR及相关信号通路分子可以有效地缓解IBD模型小鼠和大鼠结肠炎症，但尚缺乏相关的临床试验证实靶向mTOR对IBD的作用。因此，mTOR相关信号通路是IBD疾病调控的重要通路，寻找靶向mTOR相关信号通路的药物为IBD的治疗提供了新的思路，有望成为IBD治疗的新方式。
所有作者均声明不存在利益冲突
