雷帕霉素Rapamycin的作用原理及在免疫、抗腫瘤等研究中的應用
在細胞信號傳導、代謝調控、腫瘤研究等眾多領域中，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憑借其獨特的作用機制和廣泛的應用潛力，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、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。
一、Rapamycin的作用原理
Rapamycin（Sirolimus，雷帕霉素，AbMole，M1768）是一種由土壤細菌鏈霉菌（Streptomyces hygroscopicus）產生的大環內酯類化合物。Rapamycin通過與免疫親和蛋白FK506結合蛋白12（FKBP12）結合，形成復合物后抑制mTOR的活性。mTOR是細胞內一個重要的信號通路交匯點，參與調節多種基本細胞過程，如蛋白質合成、細胞運動、細胞增殖和存活、基因轉錄以及自噬等，Rapamycin對mTOR具有超強的抑制活性，納摩爾水平下也能有效抑制其下游靶點4E-BP1和S6K1的激活。
圖1. mTOR信號通路與自噬、細胞周期運轉、細胞凋亡等高度相關[1]。
二、Rapamycin的生物學活性和應用領域
1.自噬研究
1.自噬研究
細胞自噬是一種高度保守的細胞內降解過程，它涉及細胞內受損或多余的細胞器、蛋白質和病原體等的降解回收，以維持細胞的穩態和功能。在多種細胞模型中，Rapamycin（Rapamune，雷帕霉素，AbMole，M1768）能夠顯著增加自噬標志物LC3-II/LC3-I的比率和Beclin-1的表達，同時降低p62的水平，這些變化表明Rapamycin能夠有效誘導自噬的發生[2]。
2.免疫抑制和器官移植研究
Rapamycin（AY-22989，雷帕霉素，AbMole，M1768）還是一種強效的免疫抑制劑，在免疫調節方面具有顯著的活性。它能夠抑制T細胞和B細胞的增殖，對多種細胞因子誘導的免疫反應具有抑制作用。例如，Rapamycin能夠抑制由IL-2、IL-4、IL-12、IL-7和IL-15等細胞因子誘導的T細胞增殖，以及抑制B細胞分化為產生抗體的漿細胞。這種免疫抑制作用使得Rapamycin在研究器官移植排斥反應，以及研究自身免疫疾病方面具有重要的應用價值[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出巨大的潛力。通過抑制mTOR信號通路，Rapamycin能夠抑制腫瘤細胞的增殖和生長，誘導腫瘤細胞凋亡，并抑制腫瘤血管生成。mTOR信號通路在多種腫瘤細胞中異常激活，因此Rapamycin被認為是一種具有廣譜抗腫瘤活性的抑制劑[4]。
4.抗衰老與神經保護活性
在多種實驗模型中，Rapamycin（Sirolimus，雷帕霉素，AbMole，M1768）能夠延長模式動物的壽命，延緩衰老相關疾病的發生。Rapamycin可以通過多種機制抑制衰老，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，或使蛋白質更精確地折疊；Rapamycin還能通過誘導自噬，延長細胞壽命；增強免疫系統，mTOR抑制已被證明具有改善小鼠免疫系統衰老的作用，Rapamycin的處理有助于恢復造血干細胞的功能活性[5]。大量文獻表明Rapamycin顯示出具有抑制小鼠衰老細胞的積累，以及抑制衰老相關分泌表型的作用。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Rapamycin（AbMole，M1768）與二甲雙胍（AbMole，M3244）、Acarbose（AbMole，M2240）聯用時會有更好的衰老抑制效果[5]。
此外，Rapamycin還顯示出神經再生和神經保護作用，動物實驗結果表明Rapamycin能夠減輕神經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信號通路，Rapamycin能夠調節神經細胞的代謝和功能，促進神經細胞的存活和再生。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用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
5.其它
除了上述應用外，Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）還具有抗病毒活性，包括抑制病毒的逆轉錄和基因組整合、抑制病毒復制等。Rapamycin還可以調節細胞內的氧化還原狀態[7]，并且利用其抗氧化和抗炎活性，實現對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
肥胖是乳腺癌預后不良的主要因素，但肥胖誘導的腫瘤微環境 （TME） 代謝物對乳腺癌生長和轉移的影響仍不清楚。在上述文章中研究人員對高脂飲食 （HFD）小鼠模型進行了TME代謝組學分析，發現谷胱甘肽（GSH）水平在肥胖小鼠乳腺癌的微環境中有所升高，并證明 GSH 通過充當 mTOR 信號轉導的激活劑將肥胖與乳腺癌進展聯系起來。在文章的機制探究中，實驗人員使用了由AbMole提供的Rapamycin（雷帕霉素，AbMole，M1768）作為mTOR信號通路的抑制劑。
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EGFR-TKI（表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑）耐受的NSCLC細胞。實驗中，科研人員發現膽固醇對NSCLC生長存在促進作用，具體機制是膽固醇在脂筏中蓄積，促進EGFR和Src相互作用，導致EGFR/Src/Erk信號再激活并介導SP1核轉位和ERRα再表達，上述一系列的變化可通過調節ROS的解毒過程維持細胞增殖。在上述研究中，實驗人員使用了AbMole的多款產品，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
參考文獻及鳴謝
[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).
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[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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