雷帕霉素Rapamycin的作用原理及在免疫、抗肿瘤等研究中的应用
2025-05-20 来源:本站 点击次数:75
在细胞信号传导、代谢调控、肿瘤研究等众多领域中，Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）正逐渐成为科研人员手中的“利器”。作为一种高效的mTOR通路抑制剂，Rapamycin凭借其独特的作用机制和广泛的应用潜力，不断助力新的科研突破。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Rapamycin的作用原理
Rapamycin（Sirolimus，雷帕霉素，AbMole，M1768）是一种由土壤细菌链霉菌（Streptomyces hygroscopicus）产生的大环内酯类化合物。Rapamycin通过与免疫亲和蛋白FK506结合蛋白12（FKBP12）结合，形成复合物后抑制mTOR的活性。mTOR是细胞内一个重要的信号通路交汇点，参与调节多种基本细胞过程，如蛋白质合成、细胞运动、细胞增殖和存活、基因转录以及自噬等，Rapamycin对mTOR具有超强的抑制活性，纳摩尔水平下也能有效抑制其下游靶点4E-BP1和S6K1的激活。
图1. mTOR信号通路与自噬、细胞周期运转、细胞凋亡等高度相关[1]。
二、Rapamycin的生物学活性和应用领域
1.自噬研究
1.自噬研究
细胞自噬是一种高度保守的细胞内降解过程，它涉及细胞内受损或多余的细胞器、蛋白质和病原体等的降解回收，以维持细胞的稳态和功能。在多种细胞模型中，Rapamycin（Rapamune，雷帕霉素，AbMole，M1768）能够显著增加自噬标志物LC3-II/LC3-I的比率和Beclin-1的表达，同时降低p62的水平，这些变化表明Rapamycin能够有效诱导自噬的发生[2]。
2.免疫抑制和器官移植研究
Rapamycin（AY-22989，雷帕霉素，AbMole，M1768）还是一种强效的免疫抑制剂，在免疫调节方面具有显著的活性。它能够抑制T细胞和B细胞的增殖，对多种细胞因子诱导的免疫反应具有抑制作用。例如，Rapamycin能够抑制由IL-2、IL-4、IL-12、IL-7和IL-15等细胞因子诱导的T细胞增殖，以及抑制B细胞分化为产生抗体的浆细胞。这种免疫抑制作用使得Rapamycin在研究器官移植排斥反应，以及研究自身免疫疾病方面具有重要的应用价值[3]。
3.抗肿瘤研究
Rapamycin（Rapamune，雷帕霉素，AbMole，M1768）及其衍生物在抗肿瘤方面展现出巨大的潜力。通过抑制mTOR信号通路，Rapamycin能够抑制肿瘤细胞的增殖和生长，诱导肿瘤细胞凋亡，并抑制肿瘤血管生成。mTOR信号通路在多种肿瘤细胞中异常激活，因此Rapamycin被认为是一种具有广谱抗肿瘤活性的抑制剂[4]。
4.抗衰老与神经保护活性
在多种实验模型中，Rapamycin（Sirolimus，雷帕霉素，AbMole，M1768）能够延长模式动物的寿命，延缓衰老相关疾病的发生。Rapamycin可以通过多种机制抑制衰老，例如减缓蛋白的翻译速度，这有助于mRNA以更高的保真度翻译成蛋白质，或使蛋白质更精确地折叠；Rapamycin还能通过诱导自噬，延长细胞寿命；增强免疫系统，mTOR抑制已被证明具有改善小鼠免疫系统衰老的作用，Rapamycin的处理有助于恢复造血干细胞的功能活性[5]。大量文献表明Rapamycin显示出具有抑制小鼠衰老细胞的积累，以及抑制衰老相关分泌表型的作用。有研究表明，小鼠即便在20月龄才给予Rapamycin处理，依然能有效抑制衰老和延长寿命。而在一些小鼠早衰模型中，Rapamycin也能起到上述类似的作用。当Rapamycin（AbMole，M1768）与二甲双胍（AbMole，M3244）、Acarbose（AbMole，M2240）联用时会有更好的衰老抑制效果[5]。
此外，Rapamycin还显示出神经再生和神经保护作用，动物实验结果表明Rapamycin能够减轻神经退行性疾病的病理变化，如阿尔茨海默病、帕金森病等[6]。此外，通过抑制mTOR信号通路，Rapamycin能够调节神经细胞的代谢和功能，促进神经细胞的存活和再生。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
5.其它
除了上述应用外，Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）还具有抗病毒活性，包括抑制病毒的逆转录和基因组整合、抑制病毒复制等。Rapamycin还可以调节细胞内的氧化还原状态[7]，并且利用其抗氧化和抗炎活性，实现对心血管等疾病模型的抑制。
三、范例详解
1.Cell Metab. 2025 Mar 4;37(3):692-707.e9
1.Cell Metab. 2025 Mar 4;37(3):692-707.e9
肥胖是乳腺癌预后不良的主要因素，但肥胖诱导的肿瘤微环境 （TME） 代谢物对乳腺癌生长和转移的影响仍不清楚。在上述文章中研究人员对高脂饮食 （HFD）小鼠模型进行了TME代谢组学分析，发现谷胱甘肽（GSH）水平在肥胖小鼠乳腺癌的微环境中有所升高，并证明 GSH 通过充当 mTOR 信号转导的激活剂将肥胖与乳腺癌进展联系起来。在文章的机制探究中，实验人员使用了由AbMole提供的Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）作为mTOR信号通路的抑制剂。
图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
科研人员在上述文章中建立了一种对EGFR-TKI（表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂）耐受的NSCLC细胞。实验中，科研人员发现胆固醇对NSCLC生长存在促进作用，具体机制是胆固醇在脂筏中蓄积，促进EGFR和Src相互作用，导致EGFR/Src/Erk信号再激活并介导SP1核转位和ERRα再表达，上述一系列的变化可通过调节ROS的解毒过程维持细胞增殖。在上述研究中，实验人员使用了AbMole的多款产品，包括Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）、Y27632 （AbMole，M1817）、SCH772984（AbMole，M2084）分别作为mTOR、ROCK、ERK的抑制剂。
图3. holesterol promotes EGFR-TKIs resistance in NSCLC by inducing EGFR/Src/Erk/SP1 signaling-mediated ERRα re-expression
参考文献及鸣谢
[1] CAYO A, SEGOVIA R, VENTURINI W, et al. mTOR Activity and Autophagy in Senescent Cells, a Complex Partnership [J]. International journal of molecular sciences, 2021, 22(15).
[2] LU H, YANG H L, ZHOU W J, et al. Rapamycin prevents spontaneous abortion by triggering decidual stromal cell autophagy-mediated NK cell residence [J]. Autophagy, 2021, 17(9): 2511-27.
[3] PARLAKPINAR H, GUNATA M. Transplantation and immunosuppression: a review of novel transplant-related immunosuppressant drugs [J]. Immunopharmacology and immunotoxicology, 2021, 43(6): 651-65.
[4] SUN L, YAN Y, LV H, et al. Rapamycin targets STAT3 and impacts c-Myc to suppress tumor growth [J]. Cell chemical biology, 2022, 29(3): 373-85.e6.
[5] MANNICK J B, LAMMING D W. Targeting the biology of aging with mTOR inhibitors [J]. Nature aging, 2023, 3(6): 642-60.
[6] LIU T, WANG P, YIN H, et al. Rapamycin reverses ferroptosis by increasing autophagy in MPTP/MPP(+)-induced models of Parkinson's disease [J]. Neural regeneration research, 2023, 18(11): 2514-9.
[7] WANG H, FU J, XU X, et al. Rapamycin Activates Mitophagy and Alleviates Cognitive and Synaptic Plasticity Deficits in a Mouse Model of Alzheimer's Disease [J]. The journals of gerontology Series A, Biological sciences and medical sciences, 2021, 76(10): 1707-13.
[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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