信号通路（细胞信号通路详解）
信号通路(细胞信号通路的详细解释)
MTOR(雷帕霉素的哺乳动物靶标)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，分子量为289 kDa，属于磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶(PIKK)家族。该蛋白由一个催化激酶结构域、一个FRB(FKBB12-雷帕霉素结合)结构域、一个预测的C端附近的自抑制结构域(阻遏结构域)、氨基端多达20个重复的HET基序以及FAT(FRAP-ATM-TRRAP)和FATC(FAT C端)结构域组成。TOR的C端与磷脂酰肌醇3-激酶的催化结构域高度同源(PI3K)。TOR蛋白在进化过程中从酵母到人是保守的，人、小鼠和大鼠的mTOR蛋白在氨基酸水平上有95%的同源性。人mTOR基因编码一个2549个氨基酸的蛋白质，其序列与酵母TOR1和TOR2的同源性分别为42%和45%。MTOR在控制细胞生长和增殖的信号通路中起着核心作用。1).
MTOR途径受许多细胞信号调节，包括有丝分裂生长因子、胰岛素和其他激素、营养物质(氨基酸、葡萄糖)、细胞能量水平和应激条件。PI3K/Akt(v-Akt小鼠胸腺瘤病毒癌基因同源性1)信号转导途径是通过mTOR传递信号的主要途径，在介导细胞存活和增殖中发挥重要作用。通过PI3K/Akt途径的信号是由与细胞膜上受体结合的生长因子的有丝分裂刺激引发的。这些受体包括IGFR(胰岛素样生长因子受体)、血小板衍生生长因子受体、EGFR(表皮生长因子受体)和HER家族。来自激活受体的信号直接传递到PI3K/Akt途径，或者它可以被致癌蛋白RAS激活的生长因子受体激活。RAS是信号转导的另一个中枢开关，被证明是MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)信号转导通路的关键激活因子。胰岛素还可以通过IRS1/2(胰岛素受体底物-1/2)激活PI3K/Akt通路。胰岛素结合激活IR(胰岛素受体)酪氨酸激酶，使IRS1或IRS2磷酸化。PI3K通过P85调节亚单位中的SH2(src-人类学-2)结构域与磷酸化的IR结合。这种相互作用激活p110催化亚单位。然后，PI3K催化膜结合的PIP2(磷脂酰肌醇(4，5)二磷酸)转化为PIP3(磷脂酰肌醇(3，4，5)-三磷酸)。PIP3然后与Akt的pleckstrin同源结构域结合，这导致Akt通过二聚化和暴露其催化位点而被激活。
AKT也可以被PDK-1(磷脂依赖性激酶-1)磷酸化和激活。AKT直接磷酸化mTOR。AKT也可能通过TSC1/TSC2(结节性硬化症)的作用间接作用于mTOR。蛋白质TSC1(哈马汀)和TSC2(块茎蛋白)的物理结合产生了抑制mTOR的功能复合物。最近的证据表明，TSC1/TSC2的抑制作用是通过TSC2灭活Ras家族的小GT Pase Rheb (Ras纯合富集在脑中)来实现的。Tc2对Rheb具有GAP(GTPase-Activating Protein)活性，推测tsc1/TSC2复合物可通过刺激Rheb的GTP水解抑制mTOR信号转导。RHEB-GTP启动mTOR。PMA(佛波酯)还可以通过PKC(蛋白激酶-C)和RSK1(核糖体-S6激酶-1)抑制TSC1/2复合物，通过PKC激活S6K1，导致mTOR磷酸化独立于Akt。AMPK(由AMP(腺苷5’-单磷酸)激活的蛋白激酶)也可以调节mTOR。AMPK对细胞内AMP(5’-单磷酸腺苷)/ATP(三磷酸腺苷)比值的增加非常敏感，因此是关键的能量敏感激酶。这一比例的增加促进了上游激酶LKB1的磷酸化和激活，lkb 1是一种在Peutz-Jeghers综合征中突变的人类肿瘤抑制因子。活化的AMPK依次磷酸化TSC2(位于不同于Akt磷酸化的残基上)，这显然促进了其活化。这反过来抑制了mTOR活性的作用(参考文献2、3和5)。
磷脂酸(PA)也能激活mTOR。能产生PA的酶有三种:PLD(磷脂酶-D)、LPAAT(溶血磷脂酸酰基转移酶)和DGK(二酰甘油激酶)。PLD被认为是PA对mTOR信号的主要贡献者。但其他产PA酶也能促进mTOR的活化；据报道，LPAAT在某些肿瘤中升高，其过度表达会导致细胞转化。血清刺激导致PLD激活，与mTOR信号增强有关。血清丝裂原是一种混合物，通过G蛋白偶联受体或受体酪氨酸激酶发挥作用。PLD活性随着两种受体类型的刺激而增加。脂质如DAG(二酰甘油)和PA在膜结构域产生，不同的脂质代谢途径密切相关，从而产生适当的时间空反应。PLD和DGK可以并行运行，但它们也可以作为DAG和PAG以单一方式产生酶。在哺乳动物细胞中，内膜(如高尔基体)产生的PA主要由磷脂酰胆碱(PC)的PLD产生。这种PA可以作为信使促进囊泡分裂，或者作为磷酸酶的底物将PA转化为DAG。因为PC是哺乳动物膜中最丰富的脂质，所以该途径是DAG的强大供应商，然后可以用作DGK底物(参考文献4-5)。因此，已经提出了几种机制来解释mTOR是如何被生长因子和细胞能量水平调节的。然而，人们对mTOR是如何受压力条件调节的知之甚少。两种应激诱导蛋白RTP801/Redd1和RTP801L/Redd2通过mTOR有效抑制信号转导。RTP801和RTP801L作用于AKT下游和TSC2上游，抑制mTOR功能。另一种mTOR抑制剂是雷帕霉素。当雷帕霉素与其细胞受体FKBP12(FK506结合蛋白-12)复合时，雷帕霉素直接与TOR结合抑制下游信号(参考文献1、6和7)。
mTOR的激活将导致几个下游靶点的磷酸化。为了激活其信号级联，蛋白质mTOR必须形成三元复合物mTOR 1(mTOR复合物-1)和mTOR 2(mTOR复合物-2)。雷帕霉素敏感的mTORC1控制几个共同决定细胞质量(大小)的途径。雷霉素不敏感的mTORC2控制肌动蛋白细胞骨架，从而决定细胞的形状。MTORC1(可能还有mTORC2)是一种聚合物，尽管它将作为单体绘制。MTORC1是由mTOR、RAPTOR(mTOR调节相关蛋白)和G蛋白的G-β-亚单位样蛋白组成的三元复合体。另一方面，mTORC2复合物由mTOR、g-β和Rictor组成。mTOR下游研究最明确的效应子是两条信号通路，它们并行作用并控制mRNA的翻译。激活的mTOR介导eIF4EBP1(真核翻译起始因子-4E结合蛋白-1)和核糖体蛋白p70S6K或S6K1(S6激酶)的磷酸化。4EBP1(也称为PHAS1)是一种小分子蛋白，可以抑制eIF4F(真核细胞起始因子-4)复合物的活性。在非磷酸化状态下，4EBP1/PHAS1与eIF4F复合物eIF4E(真核翻译起始因子-4E)的mRNA帽结合亚单位紧密结合，从而抑制eIF4E启动蛋白质合成的活性。MTOR磷酸化4EBP1，降低其与eIF4E的亲和力，并解离这两种蛋白质。然后eIF4E可以与eIF4F的其他成分结合，包括大支架蛋白eIF4G(真核翻译起始因子-4-γ)、腺苷三磷酸依赖性RNA解旋酶eIF4A(真核翻译起始因子-4A)和eIF4B(真核翻译起始因子-4B)形成活性复合物。这种复合物促进帽子依赖蛋白的翻译。净效应是具有5’-非翻译区的mRNAs亚群的翻译增加，其通常编码与细胞周期中的增殖反应和从G1期到S期的转变相关的蛋白质。这些基因包括编码c-Myc、细胞周期蛋白-D1和鸟氨酸脱羧酶的基因。细胞周期蛋白-D1与CDK4结合形成Rb(视网膜母细胞瘤蛋白)磷酸化所需的复合物，促进细胞周期和DNA复制。通过剥夺生长因子或抑制mTOR使4EBP1去磷酸化导致与eIF4E重组，然后帽特异性翻译减少。MTOR还可能通过调节PP2A(蛋白磷酸酶-2A)的活性间接影响4EBP1的磷酸化。mTOR下游的第二个主要影响因子是S6K1丝氨酸/苏氨酸激酶。在接收到PI3K/Akt途径介导的增殖的上游信号后，mTOR磷酸化并激活S6K1。进而，S6K1磷酸化并激活40S核糖体S6蛋白，促进40S核糖体亚单位募集为激活的翻译聚合物。特别地，具有5’-顶部(5’-T末端寡嘧啶)序列的mRNAs的翻译被增强。这些具有5’-TOP的mRNAs主要编码核糖体蛋白、延伸因子和IGF-II(胰岛素样生长因子-ⅱ)。S6K1的去磷酸化降低了蛋白质翻译系统各成分的合成，导致蛋白质合成显著减少。MTORC1还通过磷酸化HIF1Alpha(缺氧诱导因子-1-α亚单位)调节VEGF(血管内皮生长因子)(参考文献8、9和10)。
mTOR除了影响翻译外，还通过调节负责核糖体转录和转运RNA的RNA聚合酶I和III来调节蛋白质的合成。在适当的生长信号如IGF1、mTOR的存在下，与PI3K和MAPK通路一起，调节Pol I介导的核糖体RNA转录。还有证据表明，mTOR可能通过影响调节Rb上游CDK的Cyclin-D1和p27的稳定性和表达来调节Rb的磷酸化状态，从而作用于聚合酶。MTORC2可能通过一个小的Rho型GTPase和PKC向肌动蛋白细胞骨架发送信号。此外，mTORC2以生长因子依赖性方式控制活化的GTP结合rac1的形成。MTORC2还控制PKC-α(蛋白激酶-c-α，PKC-α)的磷酸化和活化。MTOR作为增殖信号转导的中枢调节因子，是肿瘤治疗的理想靶点。通过对多种信号转导途径的广泛阐明，mTOR激酶参与整合外部信号和内部信号的关键事件，协调细胞的生长和增殖。MTOR接收到指示转录和翻译机制是否应该上调的信号，然后有效地将这些信号传递到适当的通道。在许多癌症类型中，通过mTOR传递信号的信号通路的许多组成部分都不协调。mTOR抑制剂的开发是以mTOR信号通路紊乱为特征的恶性肿瘤的合理治疗策略(参考文献9-11)。
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