姜洋

（华东师范大学体育与健康学院 上海 200062）

不同运动对骨骼肌mTOR信号传导通路影响的研究进展

姜洋

（华东师范大学体育与健康学院 上海 200062）

运动是一个需要大量能量的过程，而能量则是来源于骨骼肌的收缩。骨骼肌的收缩会消耗能量，这样会改变机体的能量平衡，因此会启动抑制这种改变的机制。大量的研究表明，mTO R（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）在其中发挥了重要的作用。运动对mTOR的表达及信号通路产生显著的影响。本文主要探讨不同的运动方式对骨骼肌mTOR信号传导通路产生的不同的影响，主要是从分子生物学的角度阐明运动如何引起身体形态的改变。

骨骼肌 mTOR 信号传导通路 运动方式

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一种丝氨酸和苏氨酸蛋白激酶，链霉菌的衍生物雷帕霉素可以阻断其活性，因此而得以命名。由2459个氨基酸分子和289 kD a的分子量组成的一种大分子蛋白质叫mTOR。mTOR 的活性受到细胞生长因子、营养素以及能量敏感相关信号通路的调节，它是细胞内高度保守的营养状态和能量水平感受器。它在细胞的生长、增殖、分化、存活和迁移上扮演了重要的角色。mTOR是一种强有力的促蛋白合成的信号分子，在蛋白合成的调控中占有重要的地位[1]。mTOR信号转导通路是营养、化学和运动等因素导致细胞分化和细胞生长的一个关键信号转导通路。

1 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的信号传导通路

1.1 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）上游信号

在哺乳动物的细胞中， ATP、氨基酸活化和各种生长因子是调控mTOR活性的上游信号。其中PI3K/ Ak t/ PKB通路是mTOR信号转导中一条极其重要的通路，这条通路的上游信号是多种生长因子。然而ATP和氨基酸调控mTOR活性的信号通路现在还不甚清楚。

mTOR还可以被IGF-1和胰岛素等激活，它的机制目前研究的比较透彻。其中IGF-1与其受体IGF-1R结合形成配基受体复合物，然后受体的残基会被磷酸化，磷酸化后的残基具有活性，进而再激活胰岛素受体底物IRS-1，磷酸化的IRS-1会与PI3K结合，使得PI3K活化，最终使整个信号通路的下游靶蛋白Ak t（PKB）磷酸化，最终导致mTOR磷酸化使其具有活性。

氨基酸也对mTOR的活化具有重要，但是争议较多，现在还不甚清楚[3]。在这个通路里面有一个是较为认可的，即TSC1/2信号传导通路。该路径主要通过TSC1/2与mTOR复合物来实现。

1.2 哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）下游信号

mTOR信号转导通路促进蛋白质合成主要是通过对下游信号产生效应的。4E-BP1信号传导通路是较为复杂的。其中4EBP1抑制eIF4E，他们两个是通过磷酸化来影响的。也就是说，当4E-BP1在没有磷酸化时，与eIF4E结合；然而当它被mTOR磷酸化，eIF4E就和eIF4E分开。这个时候它会与eIF4G结合，并形成复合物eIF4F，这个时候启动翻译过程。

运动激活mTOR的反应和蛋白质合成增加的一个重要标志就是m T O R的下游信号通路中的一个极其重要的蛋白是p70s6k，p70S6K 属于S6K家族，p70S6K的第一个基因编码是S6K1。S6K1是在生物体内普遍存在的一种蛋白，其中mTOR信号通路可以调节其活性。S6K1可以磷酸化eIF4B、核糖体蛋白S6（RPS6）和真核翻译延伸2（eEF-2）[4]。

2 不同运动对骨骼肌mTOR信号传导通路的影响

2.1 耐力运动对骨骼肌mTOR信号传导通路的影响

耐力运动对骨骼肌mTOR的影响和抗组训练的影响是有很大区别的。国内很多研究普遍认为，耐力运动在一定程度上增加mTOR的表达。曹师承[5]等人让大鼠进行低强度的有氧耐力运动，研究发现有氧耐力运动能提高大鼠骨骼肌对胰岛素的敏感性，改善胰岛素受体信号途径脂酰肌醇-3-激酶的下游底物mTOR蛋白表达及mTOR和P70S6K磷酸化水平。贺道远[6]测定了大鼠在急性耐力运动后骨骼肌IGF-1、PKB和mTOR蛋白表达，结果显示一次急性耐力运动后大鼠骨骼肌I G F-1、PKB、mTOR都显著上升，提示急性耐力运动激活mTOR信号通路。苑红、牛燕媚[7]等人发现有氧运动明显增加了机体组织对胰岛素的敏感性，他们认为有氧运动可能是通过降低mTOR/S6K1信号通路的活性而促进了骨骼肌的能量代谢，另外还发现6周有氧跑台训练可以显著提高小鼠骨骼肌对胰岛素敏感性而改善胰岛素抵抗的症状。赵华[8]等人研究表明，耐力运动促进mTOR/p70S6K通路的表达，进而促进肌肉蛋白合成；单纯低氧暴露可通过抑制mTOR/p70S6K表达，而抑制肌肉蛋白合成，低氧耐力运动可削弱低氧对mTOR/p70S6K表达的抑制作用。低氧运动对mTOR及p70S6K的影响有时程变化，且有时程差异。

以上的研究都表明了，有氧耐力运动对mTOR的表达具有积极影响。但是国外的许多研究却有异议。Gustavo A Nader[9]的研究发现，有氧耐力训练仅仅增强了AMPK的活性及其mRNA表达，但是APMK活性的增加却抑制了mTOR的活性以及其下游信号传导通路，显示出AMPK与mTOR具有相反的作用。

目前，关于耐力训练影响蛋白质合成信号转导通路的研究比较少，有些研究表明一次有氧训练可以急性增加肌肉蛋白合成，这可能是由于与合成代谢有关的信号转导通路被激活有关。对于有氧耐力运动对mTOR表达的影响还无法阐明清楚，存在很大的争议。这可能是由于国内外学者研究侧重点的不同，以及研究对象和实验方法存在较大的差异。

2.2 抗阻运动对骨骼肌mTOR信号传导通路的影响

由于mTOR的主要作用是增加肌肉蛋白的合成，因此抗组训练对mTOR信号传导通路的影响研究的更为全面。国内外很多学者都采用爬梯和跑台运动来模拟抗组训练，同时采用较大的实验负荷。

曾凡星[10]等人对大鼠进行1周跑台运动后发现，适量抗阻运动增强mTOR通路的表达，且下游信号的变化幅度明显大于上游信号。Atherton模拟抗阻练习和耐力练习，分别是使用高、低频电刺激来刺激离体的骨骼肌来完成的。肌纤维和肌浆蛋白的合成率增强5.3倍和2.7倍这是高频电刺激可以达到的，而低频电刺激则只能使UCP3 mRNA增加11.7倍。急剧增Ak t的Ser473和TSC2磷酸化及mTOR和GSK-3等的活性是通过高频电刺激做到。而增加AMPK T hr172磷酸化则是通过低频电刺激。抗阻训练增加肌肉蛋白的合成，而mTOR在这个过程中起着重要的作用。以上研究都表明了抗阻训练对mTOR的积极影响。

3 结论与建议

运动与mTOR信号传导通路的关系，存在一些还未解决的问题。其中主要的是耐力运动对mTOR信号传导通路的影响，到底是增强还是减弱mTOR的表达还是无法确定，国内外对此也存在很大的争议。虽然抗组训练对mTOR的影响研究的较为透彻，但是训练对mTOR的具体通路的研究还不明确。这也由于mTOR的通路还不能完全确定。另外，mTOR信号通路受不同的运动模式的影响，因此为了更好的了解mTOR信号转导通路，就要对不同运动模式的时间、强度和类型有比较深入的了解。所以，还有待深入探索对运动激活mTOR活性及其影响的具体通路的机制研究。

[1]贺道远,曾凡星.运动与骨骼肌mTOR信号传导通路研究现状[J].中国运动医学杂志,2006,9(25):331～337.

[2]关尚一,张少生,李秋利,等.mTOR/p70s6k通路与运动诱导的肌肉蛋白质合成[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(24):4738～4740.

[3]赵贤,李世昌,李小英.mTOR信号传导通路及运动对其影响的分子机制综述[J].体育学刊,2008,15(6):109～112.

[4]杨风英,刘效磊,牛燕媚,等.运动及限食对mTOR信号通路的影响及其与衰老关系的研究进展[J].中国运动医学杂志,2011,30(5):473～476.

[5]曹师承,孙黎光,赵刚,等.有氧运动对大鼠骨骼肌mTOR活性与蛋白表达的影响[J].中国康复医学杂志,2008,23(1):34～36.

[6]贺道远,曾凡星,叶鸣.急性跑台运动后大鼠骨骼肌PKB和mTOR蛋白表达的变化[J].武汉体育学院学报,2008,42(12):54～55.

[7]牛燕媚,苑红,张宁,等.mTOR/S6K1信号通路与胰岛素抵抗的关系及有氧运动对其影响的研究[J].中国应用生理学杂志,2010,26(4):399～403.

[8]赵华,曾凡星,张漓.4周低氧运动对骨骼肌mTOR/p70S6K通路的时程影响[J].体育科学,2010,30(1):354～356.

[9]Bodine S C,S tit T N,Gonzalez M,et al.Ak t/mTOR pathway is a crucial regulator of skeletal muscle hypertrop h ya nd can prevent muscle atrop h y in vivo[J].Nat Ce llBiol,2001,3(11):1014～1019.

[10]曾凡星,朱晗,赵华,等.1周跑台运动对大鼠骨骼肌m TOR信号通路的影响[J].西安体育学院学报,2011,28(1):54～58.

G 804.6

A

2095-2813(2012)09(c)-0013-02