mTORC2在运动改善机体胰岛素抵抗过程中的潜在作用

周晓勐 张媛 傅力

1 天津医科大学生理学与病理生理学系（天津 300070）

2 航空总医院康复医学科（北京 100012）

mTORC2在运动改善机体胰岛素抵抗过程中的潜在作用

周晓勐1，2张媛1傅力1

1 天津医科大学生理学与病理生理学系（天津 300070）

2 航空总医院康复医学科（北京 100012）

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 2（mammalian target of rapamycin complex 2，mTORC2）作为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物之一，已被证实在调节机体糖代谢，改善胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）方面具有重要作用。运动作为健康生活方式之一，在控制机体血糖水平、维持机体内环境稳态方面发挥重要调节作用，而运动对机体细胞胰岛素信号的调控是否与mTORC2蛋白表达水平相关，相关研究尚不多见。本文就近年来有关mTORC2在机体细胞胰岛素信号调控中的作用以及运动对机体糖代谢的影响展开综述，为揭示运动改善机体 IR、防治肥胖相关代谢性疾病的机制提供新思路。

mTORC2/Rictor；运动；胰岛素抵抗

进入21世纪以来，国人饮食习惯改变导致机体能量摄入显著增加，过高的能量摄入能够诱发机体产生IR、高脂血症及2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）等一系列代谢性疾病[1]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在机体生长发育和代谢调节方面发挥着重要作用，根据其结合蛋白的不同被分为两种复合物，分别是 mTOR复合物1（mTOR complex 1，mTORC1）和mTORC2[2]。以往由于缺乏特异性的mTORC2抑制剂，关于mTORC2在细胞内作用机制的研究所知甚少。近年来，随着基因工程技术的飞速进步，已有研究证实mTORC2在组织细胞胰岛素信号转导过程中发挥重要作用[2]。而运动作为健康生活方式的重要组成部分，已被证实能够通过Akt/mTOR信号通路调节机体胰岛素代谢，调节机体靶器官胰岛素敏感性，但是运动改善机体 IR的具体作用机制还不甚明确[1]。因此，我们推测运动可能通过激活mTORC2等相关效应因子，进而调控相关信号通路活性，改善机体胰岛素代谢异常。本文就近年来有关mTORC2在机体胰岛素代谢中的作用以及运动对机体胰岛素代谢的影响展开综述，为揭示运动改善机体IR、防治肥胖相关代谢性疾病提供新思路。

1 概述

mTOR在机体生长发育和代谢过程中发挥着重要作用，在哺乳动物细胞内根据其结合蛋白的不同，分为 mTORC1和mTORC2。其中 mTORC1是一种由Raptor（regulatory associated protein of mTOR）、哺乳动物LST8（mammalian lethal with SEC13 protein 8，mLST8）、PRAS40（proline-rich Akt substrate of 40kD）和 Deptor（DEP domain-containing mTOR-interacting protein）构成的对雷帕霉素敏感的复合物[1，2]。mTORC1能够直接参与细胞自噬，并参与细胞线粒体的生物合成等生理过程。mTORC2包括mTOR，Rictor（rapamy⁃cin insensitive companion of mTOR），mLST8，mSIN1 （mitogen-activated protein kinase-associated protein 1），以及后来发现的保守程度较低的Protor，Hsp70和Deptor等。现已证实mTORC2在肌动蛋白细胞骨架组织和细胞存活方面发挥重要作用[3]。

Rictor是决定mTORC2活性的关键结合蛋白，具有募集其他结合蛋白的作用。mTORC2对雷帕霉素不敏感，一般情况下雷帕霉素不影响mTOR-Rictor结合的稳定性[4]。但有研究发现，长期雷帕霉素干预能够使mTORC2发生解离，进而对胰岛素信号通路产生抑制作用[5]。mSIN1作为mTORC2的另一重要组成元件，在维持mTORC2结构的完整性方面发挥着重要作用[6]。根据片段长短的不同，mSIN1能够被剪切成5种亚基，其中两个片段最长的亚基包含了血小板—白细胞激酶C底物的同源结构域（PH），该结构域能够与脂质相结合，同时还包含有能够结合活化Ras的Ras结合域（Ras-binding domain，RBD）[7]。并且Rictor和mSIN1共同维持mTORC2的稳定性和完整性，在mTOR水平不变的情况下，Rictor的表达水平和mSIN1的表达水平呈正相关[6]。因此，抑制Rictor或者mSIN1的表达，均能使mTORC2的活性受损。近年来被发现的Protor是另一与Rictor结合的蛋白，Rictor能够调节Protor的表达，但Protor并不参与mTORC2的生物效应[8]。Hsp70是一种热休克蛋白，它除了固有的热休克激酶活性外，与Rictor同样存在着交互作用，其表达水平的下降能够抑制Rictor活性进而破坏mTOR-Rictor的结合[9]。此外，作为mTORC1和mTORC2的共有蛋白之一，mLST8具有维持Rictor与mTOR结合的作用，并且mLST8和Ric⁃tor共同参与调节Akt和PKCα疏水基的磷酸化[10]。而另一mTORC1和mTORC2的共有蛋白Deptor，则对二者起负性调控作用[11]。

2 mTORC2在胰岛素信号通路中的作用

以往研究已证实mTORC1能够被促生长因素（例如胰岛素）、营养因素（氨基酸）以及细胞内能量状态的改变所激活[12]。然而，相较于对mTORC1调控机制的深入了解，mTORC2调控机制还不甚明确。近年研究已初步发现，在生长因子和胰岛素的作用下，mTORC2通过调控下游相关效应因子，最终对机体胰岛素代谢产生影响[13]。在体和离体实验已证实，在生长因子的影响下，mTORC2能够磷酸化蛋白激酶B（protein ki⁃nase B，PKB/Akt）C末端的疏水基（hydrophobic motif，HM）上的丝氨酸473位点（Ser473），由此可见mTORC2对于Akt HM Ser473位点的磷酸化起着非常重要的作用[14]。在翻译过程中，由于mTORC2位于核糖体传送通道的出口处，无需生长因子刺激即可将新生Akt亲水基（turn motif，TM）上的苏氨酸450位点（Thr450）磷酸化，从而避免了新生蛋白质泛素化而被降解[15]。而TM Thr450位点的磷酸化发生在 Akt翻译的初期，mTORC2联合翻译核糖体参与了这一磷酸化过程[15]。因此，这一发现提示，Akt TM Thr450位点的磷酸化是被某一信号通路所调控的，而该信号通路能够促进Akt的翻译以及促进mTORC2与核糖体结合。在mTORC2功能受损的细胞中，Akt HM Ser473位点没有发生磷酸化，进而导致 FoxO1/3磷酸化受阻。但其对Akt的其他底物如GSK3、TSC2的激活/抑制并没有产生影响[6，16]。这些研究结果表明，mTORC2介导的HM Ser473位点的磷酸化可能特异的作用于Akt。

蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）根据不同的氨基末端分为多种亚型，mTORC2对传统意义上的PKC （cPKC）和非传统意义的PKC（nPKC）的成熟和稳定均有十分重要的作用。全部cPKC和部分nPKC的TM （Thr 638/643）以及HM（Ser657/660）位点的磷酸化都需要mTORC2的参与[17]。与Akt不同的是，当mTORC2功能受损时，cPKC的表达水平会显著降低。HM位点的磷酸化对于cPKC的成熟和稳定十分重要，在mTORC2功能受损的细胞中，HM位点的磷酸化水平有所降低[18，19]。因此mTORC2对于促进激酶的成熟和稳定起着至关重要的作用。

血清和糖皮质激素调节蛋白激酶（serum and glu⁃cocorticoid induced kinase，SGK）是一类能够被生长因子所调控的激酶家族。其中，SGK1的HM位点（Ser422）的磷酸化需要mTORC2的参与，而抑制mTORC2将会导致SGK1活性下降，进而使得FoxO1/3磷酸化异常[20]。此外，SGK1能被 mTOR-Rictor特异的激活，这一发现也证实了mTORC2对于SGK1的激活和功能发挥起着非常重要的作用[20]。

3 运动对Akt/mTOR信号通路的影响

迄今为止，已有大量研究涉及Akt/mTOR信号通路，但是由于实验对象和干预方案的不同，运动对Akt/ mTOR信号通路的影响尚无一致定论。研究发现，高频电刺激可以激活 Akt/mTOR信号通路。高频电刺激大鼠右侧坐骨神经后，其胫骨前肌Akt磷酸化水平与对组照相比高266%，S6K1磷酸化水平在电剌激 3小时后可提升至450%，而6小时后可升高 380%[21]。

许多研究也已证实，急性抗阻运动同样可激活mTOR信号通路。Bolster等[22]的研究发现，大鼠急性抗阻训练后即刻，Akt磷酸化水平显著升高，但持续时间不长。同时mTOR磷酸化水平也相应提升，且训练后5～10 min达到高峰。进一步分析后发现，训练结束后Akt/mTOR通路中信号蛋白磷酸化的变化在恢复期呈正态分布曲线。但是 Dreyer等[23]的研究得到了相反的结果，即运动结束后2～3小时直至48小时都可检测到蛋白质合成增加。Dreyer认为运动过程中细胞蛋白质合成受到抑制可能与AMPK活性增强进而抑制mTOR通路活性有关。

但是，到目前为止关于长期有氧运动对Akt/mTOR信号通路影响的研究还不广泛。Reynolds等[24]的研究认为，有氧运动能缓解衰老带来的蛋白质合成率下降，其部分机制是由于mTOR和Akt蛋白表达水平增加。其研究结果表明，3个月的有氧运动可显著增加老年小鼠腓肠肌Akt磷酸化蛋白表达水平以及Akt和mTOR蛋白表达水平。同时苑红等的研究发现，长期有氧运动能够通过调控 mTOR/S6K1进而达到改善高脂饮食诱导产生的骨骼肌细胞IR[25]。

然而，在以往的研究中人们将目光主要集中在mTORC1及其相关效应因子对机体糖、脂代谢的影响，但是对于mTOR的另一复合物——mTORC2的探究较少。而关于mTORC2是否参与运动改善IR过程及其作用机制目前尚未见相关报道。到目前为止，mTORC2已经被证实在调控机体糖、脂代谢方面发挥重要作用。研究发现，在肝脏、脂肪和骨骼肌中分别特异性敲除Rictor，均会导致小鼠糖、脂代谢异常[26-28]。Sato等[29]研究证实，β-肾上腺素受体的激活能够提高 cAMP水平，并通过磷酸化mTORC2 S2481位点激活蛋白激酶A。而被激活的mTORC2在不需要Akt或者AS160的参与下，能够促进葡萄糖转运体4（glucose transporter 4，GLUT4）的转录和翻译。

Liu等[30]的研究发现，长期有氧运动能够促进细胞应激诱导蛋白Sestrins和AMPK的结合。同时，长期有氧运动能够增强胰岛素受体底物1及其磷酸化蛋白表达水平[31]。而AMPK已经被大量研究证实在运动改善IR过程中发挥了重要作用。Sestrin是近年来发现的高度保守的应激诱导蛋白，其可以在氧化应激状态下通过清除 ROS在细胞内的堆积而发挥保护作用[32]。研究发现，在多种细胞系中，Sestrins在胰岛素缺失的状态下能够增强细胞PI3K/AKT信号的转导，而Sestrins诱导激活Akt依赖于AMPK、TSC2以及Rictor[5，32]，提示Rictor在Sestrins调控Akt信号通路中发挥了重要作用，但是具体机制还不明确。目前有研究证实，肝脏中Se⁃strin 3能够直接激活mTORC2/Akt信号通路，进而增强肝脏胰岛素的敏感性[33]。因此，长期有氧运动可能通过促进Sestrins和AMPK的结合，进而提高组织细胞mTORC2的表达最终达到改善IR的作用。

4 展望

综上所述，在T2DM等慢性代谢性疾病发病率迅速上升的同时，及时研发有效治疗药物成为世界各国学者的重任。运动作为一种良性干预因素，具有控制肥胖、改善机体IR等作用；同时，鉴于mTORC2在胰岛素信号通路中的作用以及运动对PI3K/Akt信号通路的影响，mTORC2表达水平的改变可能在运动改善IR过程中起着关键作用。因此，及时有效地探明运动对mTORC2的影响十分迫切，有助于更详尽地了解运动改善 IR的具体作用机制，同时可能为治疗T2DM、肥胖等相关代谢性疾病提供新的治疗靶点。

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2016.04.18

国家自然科学基金面上项目（31571220，31671237）；天津市科技项目计划（13ZCZDSY02000）共同资助

傅力，Email：lifu@tmu.edu.cn