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20世纪90年代,科学家对TOR基因在细胞和整个动物机体中的作用有了更多的了解——其中有很多作用都被证实与衰老有关。值得一提的是,他们发现,TOR基因编码的一种酶会在细胞质中与其他几种蛋白质结合,形成名为TORC1的蛋白复合物,调控细胞中多种与生长相关的生理活动,而雷帕霉素主要作用目标正是TORC1。还有一种复合物叫做TORC2,但现在对其了解较少。
科学家进一步研究证实,TOR基因能感知营养的变化情况:当食物充足时,TOR基因活性增高,促使细胞产生更多的蛋白质,并开始分裂;当食物缺乏时,TOR基因的活性降低,蛋白合成减少,细胞分裂受限,以保存能量。同时,细胞启动自噬作用,降解折叠错误的蛋白质和功能异常的线粒体,产生可以再利用的原材料和能量,合成生命的必需成分。新生小鼠在获得乳汁前就是通过自噬作用获得能量和营养。重获食物后,TOR基因活性增高,自我吞噬作用减弱。TOR基因与自噬作用就像跷跷板的两端,随机体的营养变化而此起彼伏。
研究人员还发现,由TOR蛋白和胰岛素领衔的信号通路是交织在一起的。信号通路是指,一系列分子通过有序的相互作用来传递信号,进而调控细胞活动。胰岛素是在动物进食后由胰腺分泌的,作用于肌肉等组织,促使细胞从血液中吸收葡萄糖转化成能量;同时,它作为细胞因子,可在相关蛋白的协助下激活TOR信号通路,诱导细胞利用营养物质生长和增殖。TOR与胰岛素通路形成了一个负反馈循环:TOR蛋白被激活后,会降低细胞对胰岛素的敏感性,而长期过度进食将过度活化TOR蛋白,导致细胞对胰岛素刺激无反应,形成胰岛素耐受,进一步发展为高血糖甚至糖尿病,还会诱发心脏病等其他老年相关疾病。
除了营养缺乏,TOR蛋白还会对氧气不足、DNA损伤等细胞受到的多种压力作出反应。通常,当细胞感知到危险,可能危及生存时,TOR蛋白的活性就会下降,减缓细胞内蛋白质的合成,阻止细胞增殖,减少资源占用,将更多营养和能量用于DNA修复和应对环境压力。对果蝇的研究表明,一旦细胞生存受到严重威胁,就会改变合成蛋白质的策略,只会选择性地合成线粒体的关键组件,帮助细胞改善能量系统。毫无疑问,这种分为多个层次的应激机制不仅有助于细胞应对恶劣环境,还可能顺带抵御时间流逝引起的衰老问题。