雷帕霉素Rapamycin的作用原理及在免疫、抗腫瘤等研究中的應(yīng)用
在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、代謝調(diào)控、腫瘤研究等眾多領(lǐng)域中，Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）正逐漸成為科研人員手中的“利器”。作為一種高效的mTOR通路抑制劑，Rapamycin憑借其獨(dú)特的作用機(jī)制和廣泛的應(yīng)用潛力，不斷助力新的科研突破。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細(xì)胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點(diǎn)蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻(xiàn)專利引用。
一、Rapamycin的作用原理
Rapamycin（Sirolimus，雷帕霉素，AbMole，M1768）是一種由土壤細(xì)菌鏈霉菌（Streptomyces hygroscopicus）產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯類化合物。Rapamycin通過與免疫親和蛋白FK506結(jié)合蛋白12（FKBP12）結(jié)合，形成復(fù)合物后抑制mTOR的活性。mTOR是細(xì)胞內(nèi)一個(gè)重要的信號(hào)通路交匯點(diǎn)，參與調(diào)節(jié)多種基本細(xì)胞過程，如蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞增殖和存活、基因轉(zhuǎn)錄以及自噬等，Rapamycin對(duì)mTOR具有超強(qiáng)的抑制活性，納摩爾水平下也能有效抑制其下游靶點(diǎn)4E-BP1和S6K1的激活。
圖1. mTOR信號(hào)通路與自噬、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)、細(xì)胞凋亡等高度相關(guān)[1]。
二、Rapamycin的生物學(xué)活性和應(yīng)用領(lǐng)域
1.自噬研究
1.自噬研究
細(xì)胞自噬是一種高度保守的細(xì)胞內(nèi)降解過程，它涉及細(xì)胞內(nèi)受損或多余的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)和病原體等的降解回收，以維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)和功能。在多種細(xì)胞模型中，Rapamycin（Rapamune，雷帕霉素，AbMole，M1768）能夠顯著增加自噬標(biāo)志物L(fēng)C3-II/LC3-I的比率和Beclin-1的表達(dá)，同時(shí)降低p62的水平，這些變化表明Rapamycin能夠有效誘導(dǎo)自噬的發(fā)生[2]。
2.免疫抑制和器官移植研究
Rapamycin（AY-22989，雷帕霉素，AbMole，M1768）還是一種強(qiáng)效的免疫抑制劑，在免疫調(diào)節(jié)方面具有顯著的活性。它能夠抑制T細(xì)胞和B細(xì)胞的增殖，對(duì)多種細(xì)胞因子誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)具有抑制作用。例如，Rapamycin能夠抑制由IL-2、IL-4、IL-12、IL-7和IL-15等細(xì)胞因子誘導(dǎo)的T細(xì)胞增殖，以及抑制B細(xì)胞分化為產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞。這種免疫抑制作用使得Rapamycin在研究器官移植排斥反應(yīng)，以及研究自身免疫疾病方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值[3]。
3.抗腫瘤研究
Rapamycin（Rapamune，雷帕霉素，AbMole，M1768）及其衍生物在抗腫瘤方面展現(xiàn)出巨大的潛力。通過抑制mTOR信號(hào)通路，Rapamycin能夠抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和生長，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，并抑制腫瘤血管生成。mTOR信號(hào)通路在多種腫瘤細(xì)胞中異常激活，因此Rapamycin被認(rèn)為是一種具有廣譜抗腫瘤活性的抑制劑[4]。
4.抗衰老與神經(jīng)保護(hù)活性
在多種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校?a >Rapamycin（Sirolimus，雷帕霉素，AbMole，M1768）能夠延長模式動(dòng)物的壽命，延緩衰老相關(guān)疾病的發(fā)生。Rapamycin可以通過多種機(jī)制抑制衰老，例如減緩蛋白的翻譯速度，這有助于mRNA以更高的保真度翻譯成蛋白質(zhì)，或使蛋白質(zhì)更精確地折疊；Rapamycin還能通過誘導(dǎo)自噬，延長細(xì)胞壽命；增強(qiáng)免疫系統(tǒng)，mTOR抑制已被證明具有改善小鼠免疫系統(tǒng)衰老的作用，Rapamycin的處理有助于恢復(fù)造血干細(xì)胞的功能活性[5]。大量文獻(xiàn)表明Rapamycin顯示出具有抑制小鼠衰老細(xì)胞的積累，以及抑制衰老相關(guān)分泌表型的作用。有研究表明，小鼠即便在20月齡才給予Rapamycin處理，依然能有效抑制衰老和延長壽命。而在一些小鼠早衰模型中，Rapamycin也能起到上述類似的作用。當(dāng)Rapamycin（AbMole，M1768）與二甲雙胍（AbMole，M3244）、Acarbose（AbMole，M2240）聯(lián)用時(shí)會(huì)有更好的衰老抑制效果[5]。
此外，Rapamycin還顯示出神經(jīng)再生和神經(jīng)保護(hù)作用，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Rapamycin能夠減輕神經(jīng)退行性疾病的病理變化，如阿爾茨海默病、帕金森病等[6]。此外，通過抑制mTOR信號(hào)通路，Rapamycin能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的代謝和功能，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的存活和再生。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學(xué)用于動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
5.其它
除了上述應(yīng)用外，Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）還具有抗病毒活性，包括抑制病毒的逆轉(zhuǎn)錄和基因組整合、抑制病毒復(fù)制等。Rapamycin還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)[7]，并且利用其抗氧化和抗炎活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)心血管等疾病模型的抑制。
三、范例詳解
1.Cell Metab. 2025 Mar 4;37(3):692-707.e9
1.Cell Metab. 2025 Mar 4;37(3):692-707.e9
肥胖是乳腺癌預(yù)后不良的主要因素，但肥胖誘導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境 （TME） 代謝物對(duì)乳腺癌生長和轉(zhuǎn)移的影響仍不清楚。在上述文章中研究人員對(duì)高脂飲食 （HFD）小鼠模型進(jìn)行了TME代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽（GSH）水平在肥胖小鼠乳腺癌的微環(huán)境中有所升高，并證明 GSH 通過充當(dāng) mTOR 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活劑將肥胖與乳腺癌進(jìn)展聯(lián)系起來。在文章的機(jī)制探究中，實(shí)驗(yàn)人員使用了由AbMole提供的Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）作為mTOR信號(hào)通路的抑制劑。
圖2. Adipocyte-derived glutathione promotes obesity-related breast cancer by regulating the SCARB2-ARF1-mTORC1 complex[8]
2.Mol Cancer. 2022 Mar 18;21(1):77
科研人員在上述文章中建立了一種對(duì)EGFR-TKI（表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑）耐受的NSCLC細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)中，科研人員發(fā)現(xiàn)膽固醇對(duì)NSCLC生長存在促進(jìn)作用，具體機(jī)制是膽固醇在脂筏中蓄積，促進(jìn)EGFR和Src相互作用，導(dǎo)致EGFR/Src/Erk信號(hào)再激活并介導(dǎo)SP1核轉(zhuǎn)位和ERRα再表達(dá)，上述一系列的變化可通過調(diào)節(jié)ROS的解毒過程維持細(xì)胞增殖。在上述研究中，實(shí)驗(yàn)人員使用了AbMole的多款產(chǎn)品，包括Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）、Y27632 （AbMole，M1817）、SCH772984（AbMole，M2084）分別作為mTOR、ROCK、ERK的抑制劑。
圖3. holesterol promotes EGFR-TKIs resistance in NSCLC by inducing EGFR/Src/Erk/SP1 signaling-mediated ERRα re-expression
參考文獻(xiàn)及鳴謝
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[8] ZHAO C, ZHANG T, XUE S T, et al. Adipocyte-derived glutathione promotes obesity-related breast cancer by regulating the SCARB2-ARF1-mTORC1 complex [J]. Cell metabolism, 2025, 37(3): 692-707.e9.
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