论急性运动对骨骼肌mTOR信号通路的影响(3)
2017-08-18 06:49
导读：而此时AMPK活性仍显著高于安静水平,这似乎令人费解。本课题组对此的理解是,AMPK并非控制mTOR信号通路的唯一机制,运动时可能还有其他机制同时被激活,如
而此时AMPK活性仍显著高于安静水平,这似乎令人费解。本课题组对此的理解是,AMPK并非控制mTOR信号通路的唯一机制,运动时可能还有其他机制同时被激活,如MEK/ERK/P90RSK信号通路,该通路和AMPK的作用相反,能促进蛋白合成,运动中AMPK的作用占优势。运动后一定时间尽管AMPK仍维持激活状态,但随着其活性的下降,其他激活mTOR通路的机制可能开始占据优势,从而无视AMPK对mTOR通路的抑制效应。所以,运动后mTOR信号通路的激活可能部分与非AMPK依赖性机制的作用有关。AMPK作用于mTOR信号通路的靶点存在争议。首先,AMPK是否能使mTOR去磷酸化而降低其活性?一些研究认为,AMPK能直接或经mTOR的分子伴侣raptor间接作用于mTOR而抑制其活性。1)直接磷酸化mTOR Thr2446位点,这使得另一位点Ser2448的磷酸化被抑制,而Ser2448位点是PKB信号的作用靶,其磷酸化是激活mTOR的最主要方式,所以,AMPK磷酸化mTOR Thr2446位点后,通过抑制PKB介导的Ser2448位点的磷酸化而间接抑制mTOR的活性[10];2)通过影响mTOR的分子伴侣raptor而调节其活性。从本研果来看,无论是AICAR注射还是跑台运动都导致了mTOR在Ser2448位点的去磷酸化,似能同意AMPK直接或通过PKB间接抑制mTOR的观点。其次,AMPK是否能去磷酸化4E-BP1S6K1?目前存在三种不同的看法:1) AMPK对S6K1和4E-BP1的磷酸化水平均有作用。有研究发现,使用AICAR诱导AMPK激活后能使raptor-mTOR络合物变成关闭的、活性下降的形式,导致其磷酸化下游靶4E-BP1和S6K1的能力下降,从而抑制mTOR信号通路[9];2) 4E-BP1是AMPK的主要作用靶。Hans等的研究发现,人体一次性抗阻运动后即刻AMPK活性升高并持续至1 h,蛋白合成速度明显下降,运动后1~2 h开始升高。同时,运动后即刻4E-BP1磷酸化下降,1~2 h开始升高,而TSC2、PKB、mTOR、eEF2均无显著变化,因此认为AMPK主要通过对4E-BP1的去磷酸化而抑制蛋白合成[2]。David等的研究亦得到类似结果[11];3) S6K1是AMPK的主要作用靶。Gustavo等发现,一次高频电击使大鼠胫骨前肌S6K1磷酸化水平在刺激后3 h显著增加并持续至6 h,并且AICAR能以剂量和时间依赖方式抑制HCE-T细胞S6K1活性[12]。本实验结果支持4E-BP1是AMPK的主要作用靶点的观点,因为无论是AICAR注射还是跑台运动均未发生骨骼肌S6K1的去磷酸化。另外,AMPK是否能控制mTOR的上游信号?虽然本研究未涉及上游指标,但从文献报道可以得出一些认识。有研究表明,AMPK在两个位点(Thr1227和Ser1345)直接磷酸化并激活TSC2,通过使这两个位点突变证明磷酸化事件增加了TSC复合体抑制mTOR通路的能力[13]。人们认为TSC2抑制mTOR的活性的分子机制可能涉及小GTP酶Rheb。不过,部分研究不支持AMPK对TSC2的调节作用[2,11]。AMPK是否能影响mTOR的另两种上游信号PI3K和PKB亦存在争议。有研究发现在C2C12肌管中使用AICAR导致IRS-1在Ser789位点磷酸化增加,而该位点的磷酸化导致与IRS-1相关的PI3K活性下降[14]。另一在体研究发现AICAR使骨骼肌PKB在Ser473位点磷酸化水平下降[15],然而,在培养的HCE-T细胞中,使用AICAR未见到这种影响[16], Cheng等发现AICAR不能通过PKB介导mTOR信号通路功能[17]。本研究结果表明,AICAR和运动无论是对AMPK的激活,还是对蛋白合成的抑制,都表现出较好的相似性。大量的运动(包括抗阻、电击和跑台运动的人体和动物模型)研究表明,抗阻或剧烈耐力运动中,蛋白合成被抑制,运动后恢复期这种抑制被解除,随后进入恢复性增加阶段,恢复过程可能持续到运动后24~48 h[11]。所以,运动对骨骼肌蛋白合成的影响是运动中的抑制和运动后恢复性增加两过程的中和。本实验对AICAR注射效果的研究表明,mTOR及下游信号4E-BP1被短暂抑制,随后磷酸化水平增加,这和运动组的观察结果是一致的。不过,AICAR注射未能影响S6K1的磷酸化水平,而运动后即刻、1 h和6 h均见S6K1磷酸化水平增加,尚不能解释造成这种不一致的原因,但至少再次表明AICAR并不能完全模拟运动效应。总的来看,目前对AMPK与mTOR信号通路关系的研究主要集中在mTOR及下游信号上,多
数学者同意AMPK能通过磷酸化事件调节mTOR和4E-BP1分子活性,当然,这种影响可能是直接也可能是间接的。S6K1也可能是AMPK的另一作用靶,但本研究和部分报道未支持这一观点。AMPK与mTOR信号通路上游分子PI3K、PKB、TSC1/2等的关系的研究材料目前还不丰富,且结论也不一致,这是本研究领域的今后需要加强的方向。由于AMPK的激活及对mTOR信号通路的作用在不同肌纤维类型(如快慢肌)、不同运动方式(如力量与耐力)、不同研究对象(如人和啮齿动物)及不同研究方法(如等:急性运动或AICAR注射对骨骼肌mTOR信号通路的影响在体和离体)中并不相同,这可能是导致一些研究结论不一致的部分原因。
4 结 论
1)一次性剧烈运动或AICAR注射均能激活骨骼肌AMPK,并导致蛋白合成的暂时抑制,其机制与AMPK下调mTOR Ser2448及其下游信号4E-BP1 Thr37/46的磷酸化水平有关,但未发现S6K1 Thr389磷酸化水平的下调;
2)一次性剧烈运动后1h或AICAR注射后2 h,骨骼肌蛋白合成加速,6 h时达峰值,其机制与mTOR Ser2448、4E-BP1Thr37/46和S6K1 Thr389磷酸化水平升高相关,但AICAR和运动对S6K1 Thr389磷酸化水平的影响存在差异。
3)一次性剧烈运动或AICAR注射后1~6 h,AMPK信号的下调与mTOR信号通路的上调时程基本一致,但不完全同步,表明运动后蛋白合成的恢复与AMPK信号的下调有关,但也可能部分涉及其他激活mTOR的机制。
