营养素和激素对乳蛋白合成过程中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路调节作用的研究进展

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一种非典型丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是mTOR信号通路的重要分子。mTOR可整合氨基酸、能量和激素等多种细胞外信号,参与基因转录、蛋白质翻译等生物过程。本文总结了mTOR信号通路特点及信号途径,重点介绍了营养素(氨基酸、能量底物)和激素(主要是胰岛素)在乳蛋白合成过程中对mTOR信号通路的调节作用。     

小G蛋白对mTOR信号通路的调控

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一种重要的信号调控分子,通过磷酸化作用调控细胞内mRNA的翻译,参与膜蛋白转运、蛋白质降解、蛋白激酶c信号转导和核糖体合成等。不同家族的小G蛋白,如Rheb、Rag、RalA、Rac1和Rab5,在调控mTOR信号通路中发挥着重要作用。Rheb结合并直接激活mTOR,Rag和Rac1介导mTOR的定位,RalA通过磷脂酸的产生间接激活mTOR,Rab5调控mTORC1的活化和定位。本文将围绕近年来发现的多种小G蛋白家族成员参与调控mTOR信号通路的研究进展进行综述。     

必需氨基酸通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路调控乳蛋白合成的研究进展

最近的研究表明,必需氨基酸不仅可以作为合成乳蛋白的底物,还可以作为信号分子调控乳蛋白的合成.不同的必需氨基酸通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路调控乳蛋白合成的作用也不相同,既包括正调控作用,也包括负调控作用.研究不同必需氨基酸调控乳蛋白合成的分子机制将为提高乳蛋白合成率提供理论基础.本文综述了mTOR信号通路及必需氨基酸通过mTOR信号通路调控乳蛋白的合成的研究进展,为揭示必需氨基酸作为蛋白质合成底物及细胞信号分子在乳蛋白合成过程中的作用机制提供研究方向.     

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路与生理功能的调节研究进展

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)是调控蛋白质翻译起始阶段的一种蛋白激酶,与细胞的生长和细胞周期关系十分密切,近年来备受关注。文章就mTOR的结构,mTOR组成的上游信号和下游信号传导通路,mTOR在调节细胞增殖、促进细胞生长、参与免疫抑制和能量代谢及肿瘤发生等方面的作用进行了全面阐述,旨在为全面认识其功能并为相关疾病特别是肿瘤的治疗提供新的思路。     

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路调控猪肠上皮细胞精氨酸转运的机制

本研究旨在基于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路探讨猪肠上皮细胞增殖和精氨酸(Arg)转运的调控机制。在含100或350μmol/L Arg的培养基中添加(10 nmol/L)或不添加(0 nmol/L)雷帕霉素(Rap),培养猪肠上皮细胞(IPEC-J2细胞)3 d后,对细胞活力、细胞周期以及Arg转运、增殖和凋亡相关通路基因和蛋白表达进行检测。结果表明:1)添加Rap极显著降低了G2期和S期细胞数量(P0.01),而提高Arg浓度有效缓解了Rap对细胞增殖的抑制作用;Rap通过激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶(PI3K)-蛋白激酶(Akt)-B细胞淋巴瘤2(Bcl2)信号通路抑制细胞凋亡。2)添加Rap抑制mTOR信号通路后极显著提高了Arg摄取率(P0.01),极显著提高了100μmol/L Arg培养下细胞中阳离子氨基酸转运载体2(CAT2)的mRNA和蛋白表达量(P0.01);进一步试验证明蛋白激酶Cα(PKCα)-细胞外信号调节激酶(Erk)/cFos-CAT2信号通路可能是Rap促进CAT2表达,进而提高Arg摄取的重要通路。综上可知,Rap应激下猪肠上皮细胞增殖被抑制,提高Arg浓度能有效缓解Rap对细胞增殖的抑制作用;Rap通过调控PKCα-Erk/cFos-CAT2信号通路促进猪肠上皮细胞对Arg的摄取,且提高Arg浓度可促进细胞对Arg的摄取。结果提示,mTOR信号通路在调控猪肠上皮细胞Arg利用过程中发挥重要作用。     

雷帕霉素靶蛋白（mTOR）结构功能及其对骨骼肌蛋白质合成影响的研究进展

雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,能感受细胞中的氨基酸、生长因子、能量及环境压力等信号,通过下游效应蛋白调控翻译起始因子,调控蛋白质的合成。作者对近年来mTOR研究的新进展及其在骨骼肌蛋白质合成中的作用进行了综述。     

绵羊卵泡发育过程中关键信号通路研究进展

卵泡从原始卵泡发育为成熟卵泡，直至排卵、黄体发育等过程都受到精密的调控，产生大量的优势卵泡是绵羊产多羔及实现快速扩繁的关键因素。研究发现，相关信号通路和转录因子通过影响绵羊卵泡中卵母细胞、颗粒细胞的生长，进而调控卵泡的发育成熟，对这些信号通路进行深入了解，有助于探索卵泡发育的调控机制，早日实现绵羊高效繁育。Notch是卵泡发育过程中发挥重要作用的高度保守信号通路，PI3K/AKT/mTOR信号通路各成员都是广泛存在于细胞内的信号转导分子，在卵泡发育早期发挥了主要作用，还有间隙连接（gap junction，GJ）和跨带突触（transzonal projections，TZPs）等物理连接方式，在细胞间的交流通讯起到重要作用。作者详细介绍了Notch信号通路、PI3K/AKT/mTOR信号通路、间隙连接及跨带突触的结构功能在绵羊卵泡发育中的调控作用，为进一步探明绵羊卵泡发育的调控机制提供参考。     

乳蛋白合成信号通路的研究进展

作者综述了乳蛋白合成信号通路JAK-STAT和mTOR的组成、在合成乳蛋白中的作用和机理,以及激素等对乳蛋白合成信号通路的刺激调控,对近年来JAK-STAT和mTOR通路的相关研究进展进行了综述,为乳蛋白合成信号通路的整体性把握和深入研究奠定了基础。     

奶牛脐带间充质干细胞介导PI3K/Akt/mTOR信号通路对乳腺上皮细胞凋亡调控研究

本实验旨在探究脐带间充质干细胞(UC-MSCs)介导磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/Akt/mTOR)信号通路对乳腺上皮细胞(BMECs)凋亡的调控作用。将处于对数生长期的UC-MSCs与BMECs按照1:2的比例混合共培养72 h,对照单独培养的UC-MSCs和BMECs,再分别用PI3K抑制剂LY294002(50μmol/mL)和mTOR抑制剂RAPA(50 nmol/mL)孵育细胞48 h,采用流式细胞术检测细胞周期和凋亡情况。结果表明:将UC-MSCs与BMECs共培养,能够显著抑制BMECs细胞凋亡,加入PI3K抑制剂LY294002和mTOR抑制剂RAPA孵育BMECs后,极显著地促进了BMECs细胞凋亡(P0.01),但是与UC-MSCs共培养后,这种抑制作用明显得到抵消。UC-MSCs通过介导PI3K/Akt/mTOR信号通路参与调控BMECs的凋亡;抑制剂LY294002和RAPA通过阻断PI3K/Akt/mTOR通路促进BMECs凋亡。综上可知,UC-MSCs能够激活被阻断的PI3K/Akt/mTOR信号通路,使其重新参与调控BMECs。     

mTOR信号通路及其抑制剂的研究进展

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR) 是进化上十分保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,mTOR信号通路异常与肿瘤及神经退行性疾病密切相关,成为相关疾病治疗的靶点。除雷帕霉素及同系物外,姜黄素等抑制mTOR信号通路的中药单体物质不断被发现。作者对mTOR蛋白的结构、功能和mTOR信号通路及其抑制剂进行了综述。     

Inhibition of PI3K‐Akt‐mTOR signal pathway dismissed the stimulation of glucose on goose liver cell growth

In the formation of goose fatty liver induced by a high‐carbohydrate diet, it is characterized by the quick cell growth of liver. The carbohydrate is mostly digested and absorbed in the small intestine by the form of glucose. Recent studies have suggested a crucial role for PI3K‐Akt‐mTOR pathway in regulating cell proliferation, and then we speculate that PI3K‐Akt‐mTOR pathway may mediate glucose‐induced liver cell proliferation. Goose primary hepatocytes were isolated and incubated in either no addition as a control or glucose or PI3K‐Akt‐mTOR pathway inhibitors or cotreatment with glucose and PI3K‐Akt‐mTOR pathway inhibitors. The results firstly showed that 35 mmol/l glucose stimulated the mRNA level and protein content of factors involved in PI3K‐Akt‐mTOR signal pathway in goose primary hepatocytes. Secondly, 35 mmol/l glucose evidently changed the cell cycle PI index and protein expression of cyclin D1. Meanwhile, the upregulation of 35 mmol/l glucose on the DNA synthesis rate, cell cycle PI index, the mRNA expression, protein content and protein expression of factors involved in the cell proliferation was decreased significantly by the inhibitors of PI3K‐Akt‐mTOR pathway, LY294002, rapamycin or NVP‐BEZ235. In summary, glucose could stimulate the cell proliferation, and the PI3K‐Akt‐mTOR pathway inhibitors could dismiss glucose‐induced the upregulation of cell proliferation in goose primary hepatocyte.     

牛乳腺上皮细胞SNAT2对氨基酸调节乳合成的影响

试验旨在研究氨基酸转运体钠离子依赖的中性氨基酸转运蛋白（the sodium-dependent neutral amino acid transporter 2,SNAT2）在牛乳腺上皮细胞（bovine mammary epithelial cell,BMEC）中对氨基酸调节乳合成的影响。利用组织块法成功培养原代BMEC,添加不同氨基酸（蛋氨酸（Met）、赖氨酸（Lys）和亮氨酸（Leu）刺激BMEC后,通过实时荧光定量PCR、Western blotting技术和甘油三酯试剂盒检测SNAT2、酪蛋白（β-casein）基因的表达量和BMEC培养液上清甘油三酯的分泌量;将N-flag-SNAT2真核表达载体及SNAT2 siRNA分别转入细胞中进行SNAT2基因的过表达和敲低试验;通过Western blotting和甘油三酯试剂盒分别检测SNAT2、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（the mammalian target of rapamycin,mTOR）、β-casein蛋白表达量和BMEC培养液上清的甘油三酯含量。结果显示,3种氨基酸（Met、Lys、Leu）均能显著促进BMEC分泌乳蛋白和乳脂,并激活mTOR信号途径,其中Met、Lys还能够显著上调SNAT2基因表达;SNAT2能够正向调节BMEC乳蛋白和乳脂肪的合成,并激活mTOR信号通路,说明氨基酸激活mTOR信号通路是通过SNAT2基因介导完成的,进而调节了BMEC乳蛋白和乳脂肪合成。     

乳腺内氨基酸调控乳蛋白合成的分子作用机制

作为维持哺乳动物生命活动重要的"生物工厂",乳腺利用从流经血液中摄取的氨基酸等营养物质为底物合成乳蛋白。研究证实,氨基酸还可作为一种信号因子,通过乳腺内多种信号级联传导通路,调控乳蛋白基因的转录及翻译过程,从而影响乳腺中乳蛋白的合成。酪氨酸蛋白激酶-信号转导子和转录激活子(JAK-STAT)信号通路和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(m TOR)信号通路是乳蛋白基因转录和翻译过程中的主要调控路径。本文综述了乳腺JAKSTAT和m TOR信号通路的分子机制及氨基酸通过这些通路调控乳蛋白合成的研究进展,旨在进一步阐明氨基酸调控乳蛋白合成的作用机理。     

Leucine stimulates mammalian target of rapamycin signaling in C2C12 myoblasts in part through inhibition of adenosine monophosphate-activated protein kinase

Mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling is one of the main signaling pathways controlling protein synthesis. Leucine treatment upregulates mTOR signaling, which enhances protein synthesis; however, the mechanisms are not well understood. Herein, treatment of C2C12 myoblast cells with leucine enhanced the phosphorylation of mTOR and ribosomal protein S6 kinase. Leucine treatment also decreased the adenosine monophosphate/ATP ratio in myoblasts by 36.4 +/- 9.1% (P < 0.05) and reduced the phosphorylation of adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) alpha subunit at Thr172 (28.6 +/- 4.9% reduction, P < 0.05) and inhibited AMPK activity (43.6 +/- 3.5% reduction, P < 0.05). In addition, leucine increased the phosphorylation of mTOR at Ser2448 by 63.5 +/- 10.0% (P < 0.05) and protein synthesis by 30.6 +/- 6.1% (P < 0.05). Applying 5-aminoimidazole-4-carbox-amide 1-beta-d-ribonucleoside, an activator of AMPK, abolished the stimulation of mTOR signaling by leucine, showing that AMPK negatively controls mTOR signaling. To further show the role of AMPK in mTOR signaling, myoblasts expressing a dominant negative AMPKalpha subunit were employed. Negative myoblasts had very low AMPK activity. The activation of mTOR induced by leucine in these cells was abated, showing that AMPK contributed to mTOR activation. In conclusion, leucine stimulates mTOR signaling in part through AMPK inhibition. This study implicates AMPK as an important target for nutritional management to enhance mTOR signaling and protein synthesis in muscle cells, thereby increasing muscle growth.     

组氨酸对体外培养奶牛乳腺上皮细胞β-酪蛋白及酪氨酸激酶2-信号转导与转录激活子5/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路相关磷酸化蛋白表达的影响

本试验旨在研究不同浓度的组氨酸对体外培养奶牛乳腺上皮细胞β-酪蛋白及酪氨酸激酶2(JAK2)-信号转导与转录激活子5(STAT5)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(m TOR)信号通路相关磷酸化蛋白表达的影响。将原代奶牛乳腺上皮细胞进行体外培养,分为对照组和7个试验组,采用无必需氨基酸的培养基,对照组不添加组氨酸,试验组是在对照组基础上分别添加0.15、0.60、1.20、2.40、4.80、9.60、19.20 mmol/L的组氨酸。采用噻唑蓝比色法检测原代奶牛乳腺上皮细胞12 h增殖情况;运用蛋白质免疫印迹检测β-酪蛋白和8个信号通路相关磷酸化蛋白表达。结果表明:1)当组氨酸浓度为0.15~9.60 mmol/L时,与对照组相比,奶牛乳腺上皮细胞数量均增加。2)β-酪蛋白表达量随组氨酸浓度的增加出现先升高后降低的趋势,但试验组均极显著高于对照组(P0.01)。3)与对照组相比,组氨酸的添加可极显著促进各信号通路相关磷酸化蛋白的表达(P0.01);试验组中,随着组氨酸浓度的升高,磷酸化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白[P-m TOR(Ser2481)]和磷酸化真核细胞翻译延伸因子2[P-e EF2(Thr56)]蛋白的表达量下降,而磷酸化核糖体S6蛋白激酶1[P-S6K1(Thr389)]的蛋白表达增加;当组氨酸浓度为2.40 mmol/L时,磷酸化酪氨酸激酶2[P-JAK2(Tyr1007/1008)]、磷酸化真核细胞始动因子4E结合蛋白1[P-4EBP1(Thr37)]和磷酸化真核细胞起始因子2α[P-e IF2α(Ser51)]蛋白的表达量最高,磷酸化信号转导与转录激活子5[P-STAT5(Tyr694)]、磷酸化m TOR调控蛋白[P-raptor(Ser863)]和m TOR复合物1中的绑定蛋白(GβL)蛋白在组氨酸浓度为9.60 mmol/L时表达量最高。综合可知,组氨酸的添加可通过促进JAK2-STAT5信号通路中P-JAK2(Tyr1007/1008)和PSTAT5(Tyr694)蛋白的表达来进而调控β-酪蛋白表达。最适浓度(0.15~9.60 mmol/L)范围内的组氨酸还可通过m TORC1的P-raptor(Ser863)蛋白作用于下游靶点P-4EBP1(Thr37)来促进β-酪蛋白表达,最终调控乳蛋白合成。     

哺乳期磺胺间甲氧嘧啶暴露对仔鼠骨骼肌蛋白质代谢及mTOR信号通路的影响

为了研究哺乳期磺胺间甲氧嘧啶(SMM)暴露对仔鼠骨骼肌蛋白质代谢及mTOR信号通路的影响,以0、10、50、200 mg/(kg·d)剂量对哺乳期ICR小鼠灌胃给药直至出生后21 d;第22天断乳时剖杀部分仔鼠,采集腓肠肌,BCA法测定其腓肠肌总蛋白含量,氨基酸分析仪测定其游离氨基酸水平,RT-PCR法检测其mTOR信号通路关键基因表达水平;另一部分仔鼠以性别分笼喂养至出生后63 d,并每周称重1次。与对照组比较,结果表明仔鼠体重无统计学差异(P0.05);中剂量组仔鼠腓肠肌谷氨酸(Glu),甘氨酸(Gly),丙氨酸(Ala),瓜氨酸(Cit),蛋氨酸(Met),组氨酸(His)和鹅肌肽(Ans)含量显著升高(P0.05);高剂量组的Cit和Ans含量也显著升高(P0.05),而低剂量组的Cit含量显著降低(P0.01);仔鼠腓肠肌Mtor,Pi3k3ca,Pi3k3cb,Akt1,Eif4ebp1和Rps6kb1等基因表达无统计学差异(P0.05);腓肠肌总蛋白含量无统计学差异(P0.05)。哺乳期SMM暴露对仔鼠骨骼肌氨基酸代谢有一定的改变作用;对mTOR信号通路并未产生显著影响,为临床上探讨生命早期SMM暴露是否引起代谢性疾病问题提供了毒理学风险评估依据。