異甘草素抗腫瘤作用機制中相關(guān)信號通路的研究進展

田奇鋒綜述 姚俊審校

(廣東醫(yī)科大學，廣東 湛江 524023)

異甘草素抗腫瘤作用機制中相關(guān)信號通路的研究進展

田奇鋒綜述 姚俊審校

(廣東醫(yī)科大學，廣東 湛江 524023)

異甘草素是從甘草根的水解產(chǎn)物中分解出的一種黃酮類成分，具有多種潛在的藥用價值，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)異甘草素在肝癌、胃癌、黑色素瘤、前列腺癌、口腔鱗狀上皮癌、宮頸癌等癌癥中具有明顯的生長抑制作用，這與異甘草素抗腫瘤相關(guān)的信號通路的相互作用有密切關(guān)系，而了解這些信號通路可進一步探查異甘草素抗腫瘤細胞的作用機制，為其早日運用于臨床發(fā)揮其抗腫瘤作用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

異甘草素；細胞凋亡；信號通路

甘草為豆科植物甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch)、脹果甘草(Glycyrhiza inflata Bat)或光果甘草(Glycyrrhiza glabra L.)的干燥根及根莖。首載于漢代《神農(nóng)本草經(jīng)》，已經(jīng)有悠久的藥用歷史，主要功效是和中緩急、潤肺、解毒、調(diào)和諸藥等?，F(xiàn)已證明甘草除了具有抗驚厥、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)咳等作用外還具有消炎、抗變態(tài)反應、抗?jié)?、防治病毒性肝炎、抗癌、增強免疫功能、抗艾滋病等作用。近年來，甘草及其提取物在抗腫瘤方面研究中成為熱點，其中異甘草素的抗腫瘤機制研究更為深入。

異甘草素(2，2，4-三羥基查耳酮，Isoliquiritigenin，ISL)是從甘草根的水解產(chǎn)物中分解出的一種黃酮類成分，屬于羥基查耳酮類化合物，為黃色針狀晶體，難溶于水，可溶于乙醚、氯仿等極性較小的溶劑，具有較強的抗病毒、抗炎、抗血管生成、催眠等較多生物活性，其中異甘草素的抗腫瘤作用是近年來研究的熱點。研究表明，異甘草素(ISL)比甘草中其他三種黃酮類化合物(甘草素、異甘草苷、甘草苷)具有更好的體外抗腫瘤活性[1]。本文將對異甘草素(ISL)對腫瘤細胞信號通路的作用進行綜述。

1 ISL抑制腫瘤細胞葡萄糖酵解途徑及其機制

眾所周知，能量代謝異常是惡性腫瘤的特征之一，Warburg[2]發(fā)現(xiàn)，與正常細胞相比，腫瘤細胞即使在供氧充足的條件下仍能通過糖酵解途徑獲得ATP，同時生成大量乳酸，這樣有利于腫瘤細胞高效快速的獲取能量，而ISL可以通過抑制糖酵解途徑，減少ATP的生成，改變腫瘤細胞生長的酸性環(huán)境，從而誘導腫瘤細胞的凋亡。

研究發(fā)現(xiàn)，ISL可誘導小鼠黑色素瘤細胞的凋亡[3]，其機制可能是：①ISL降低缺氧誘導因子(HIF-α)的穩(wěn)定性，從而減少與糖酵解相關(guān)的酶的表達，如：已糖激酶2(HK2)、丙酮酸激酶M2(PKM2)、乳酸脫氫酶A (LDHA)等，進而減少黑色素瘤細胞ATP的生成量，抑制該細胞的生長；②ISL可降低線粒體膜電位去極化，提高細胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的水平，最終誘導小鼠黑色素瘤細胞的凋亡。楊新惠等[4]發(fā)現(xiàn)，ISL可明顯抑制膀胱癌T24細胞糖酵解途徑，其機制可能是隨著ISL濃度的增加，與糖酵解相關(guān)的關(guān)鍵酶的活性降低，如：已糖激酶(HK)、丙酮酸激酶(PK)、乳酸脫氫酶(LDH)，從而減少ATP的生成，乳酸生成亦減少，改變腫瘤細胞生長的酸性環(huán)境，進而誘導膀胱癌T24細胞的凋亡。Yan等[5]在ISL作用于人黑色素瘤A375相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，不同濃度的ISL可誘導A375細胞的凋亡，其機制可能是缺氧條件下A375細胞內(nèi)活性氧(ROS)生成增加，而ROS可間接作用于丙酮酸脫氫酶(PDK)[6]，抑制PDK的活性，進而抑制糖酵解途徑，影響A375細胞的能量代謝，最終誘導人黑色素瘤A375細胞的凋亡。

2 ISL抑制腫瘤細胞PI3K/Akt信號的通路及其機制

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)是與細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導有關(guān)的脂類第二信使，可以被許多細胞因子受體活化，如：酪氨酸激酶受體、非酪氨酸激酶受體、胰島素受體等，活化后的PI3K可催化磷脂酰肌醇PI磷酸化，生成PIP2和PIP3，后兩者是細胞內(nèi)重要的第二信使，能激活下游蛋白激酶，如：蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt，Akt-PKB)、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)。

絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)有三種亞型，分別是：Akt1(PKBα)、Akt2(PKBβ)和Akt3(PKBγ)，三者有80%以上的同源性，而且結(jié)構(gòu)相似。Akt與蛋白激酶A、蛋白激酶C在結(jié)構(gòu)上相似，故又被命名為蛋白激酶B(PKB)，Akt下游有很多底物，如：NF-κB、Caspase-9、COX-2、細胞色素P450等，因此PI3K/Akt通路有多條作用途徑，早年有報道ISL可以通過下調(diào)PI3K/Akt信號通路而引起一些生物學活性[7]，其在腫瘤發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移及放化療耐藥中扮演重要角色。

Wu等[8]發(fā)現(xiàn)，用1.25～5μg/mL的ISL處理肝癌HepG2和LO2細胞后可發(fā)現(xiàn)其PI3K/Akt磷酸化水平降低，并且具有濃度依賴性，而PI3K/Akt磷酸化的水平降低可影響人干擾素γ(IFN-γ)誘導驅(qū)化因子和細胞因子的表達，影響肝癌細胞內(nèi)信號的轉(zhuǎn)導，這也是ISL誘導肝癌細胞凋亡的一個重要機制之一。相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt在乳腺癌細胞中過表達，而PI3K/ Akt在乳腺癌轉(zhuǎn)移過程中起到了非常重要的作用，用不同濃度的ISL作用乳腺癌細胞后，發(fā)現(xiàn)ISL可抑制環(huán)氧化酶2(COX-2)和細胞色素P450(CYP4A)在信號通路中的傳導，通過PCR法、Western blot檢測，ISL可下調(diào)COX-2、CYP4A相關(guān)mRNA和蛋白的表達，最終通過下調(diào)PI3K/Akt通路抑制乳腺癌細胞的遠處轉(zhuǎn)移和遷徙[9]。

3 ISL抑制ErbB通路及其相關(guān)機制

ErbB受體家族現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有四種成員，分別是：ErbB1(EGFR，HER1)、ErbB2(HER-2/neu)、ErbB3和ErbB4[10-11]?；罨腅rbB受體配體被分成兩類：一類是與表皮生長因子受體(EGFR)結(jié)合，包括EGF和轉(zhuǎn)錄生長因子α，一類是與ErbB3和ErbB4結(jié)合，即heregulins(HRG)[12]。ErbB3與 HRG結(jié)合可生成ErbB3/ErbB2異二聚體，可導致外源性的Ras調(diào)節(jié)蛋白酶通路活化，引起細胞增殖，也可導致PI3K/Akt通路活化，使細胞正常代謝。已有研究表明，ErbB受體的活化促進多種腫瘤進展，如：腫瘤細胞的增殖、血管生成、轉(zhuǎn)移、抗凋亡[13-14]。因此ErbB受體可以作為一個腫瘤治療預后的指標，目前ErbB受體已成為抗腫瘤作用的一個靶向觀察點[15]。

相關(guān)研究表明，ErbB2和ErbB3在前列腺癌中過表達，而ErbB4在前列腺癌中只有20%表達，ISL作用前列腺癌DU145細胞24 h后，使用Western Blot檢測相關(guān)蛋白的表達水平，發(fā)現(xiàn)ISL顯著抑制HRG-β誘導的ErbB3酪氨酸磷酸化，同時也能抑制p85對ErbB的調(diào)節(jié)作用，進而影響腫瘤細胞的增殖，促進前列腺癌細胞的凋亡[16]。亦有研究表明，ErbB和PI3K/Akt通路相互聯(lián)系，PI3K和Akt/PKB是PI3K通路下游的一個重要的作用靶點，可促進細胞生長因子的存活，阻礙細胞正常凋亡[17]，而ErbB3具有6個PI3K結(jié)合位點，使ErbB2/ErbB3異二聚體對PI3K/Akt通路具有更大的活性[18-19]。正常的Akt/PKB信號通路已在多種腫瘤中得到探討，目前發(fā)現(xiàn)ISL可抑制HRG-β誘導的PI3K通路的活化，減少Akt磷酸化水平，這也是ISL抑制前列腺癌U145細胞增值的潛在機制之一[16]。

4 ISL抑MAPK/ERK信號通路，Ras-to-MAPK (Ras/MAPK)及其相關(guān)機制

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)主要位于細胞漿，可以被很多生長因子激活，活化后既能磷酸化胞漿內(nèi)的靶蛋白，也能進入細胞核作用于對應的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)靶基因的表達。有研究表明，ISL可以通過下調(diào)MAPK通路而引起相應的生物學活性[20]。

細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signalregulated kinase，ERK)包括五個亞群，其中ERK1/2與細胞增值最為密切，其上游激酶為MAPK(MEKI/2)，MEK1與細胞分化有關(guān)，MEK2與細胞增殖有關(guān)，而ERK1/ MAPK是最經(jīng)典的通路，也是研究較多的一條通路。ERK1/2的活化是將細胞絲裂原信號從細胞膜表面受體轉(zhuǎn)導至細胞核的關(guān)鍵，參與調(diào)節(jié)細胞周期及促進細胞增殖分化。MAPK/ERK家族包括三個重要的酶，即ERK1/2、JNK(c-jun-terminus kinase)和p38MAPK，研究表明這三種酶的相互作用決定了細胞的生物活性[21]。Jung等[17]發(fā)現(xiàn)，ISL作用的前列腺癌U145細胞后，可以降低ERK1/2磷酸化的水平，進而抑制U145細胞的增殖。Wu等[7]發(fā)現(xiàn)，不同濃度的ISL可以抑制干擾素γ介導的肝癌細胞的增殖并誘導凋亡，其機制之一可能為ISL抑制驅(qū)化因子CXCL9-11，進而抑制MAPK信號傳導通路。Kang等[22]發(fā)現(xiàn)，十四烷酸乙酸二萜醇酯(PMA)能在30 min孵化時間內(nèi)快速誘導JNK和p38 MAPK的磷酸化，而25μM ISL幾乎可全部抑制JNK和p38 MAPK的活化，進而顯著抑制MAPK/ ERK信號通路，抑制血管生成，從而間接阻斷腫瘤細胞血供來源，影響腫瘤細胞發(fā)展。

5 ISL抑制DNA損傷修復信號通路及其機制

損傷的DNA是通過傳感蛋白檢測，損傷信號傳至信號調(diào)節(jié)器和中間介質(zhì)，最終影響靶蛋白的磷酸化。DNA損傷信號是激活細胞生長周期的主要位點，誘導DNA修復[23]。ATM(Ataxia telangiectasia mutated)是DNA損傷應答通路上游的一個重要調(diào)節(jié)位點，可被斷裂的雙鏈DNA(DSB)活化，產(chǎn)生離子放射物和拓撲異構(gòu)酶Ⅱ毒性[24]?；罨腁TM通過有效酶類調(diào)節(jié)DNA損傷信號，如：Chk2、Histone H2AX、53BP1、BRCA1、和MDC1，也可以激活ATM磷酸化，這些分子局部作用和細胞核共同參與可導致DNA損傷[25]。當細胞DNA損傷不可逆時，細胞DNA損傷修復過程將減弱重要的修復位點和修復過程，最終導致細胞凋亡。Park I等[26]發(fā)現(xiàn)，用50 mol/L ISL作用HeLa細胞6 h后檢測γ-H2AX(DNA損傷標記信號)，發(fā)現(xiàn)γ-H2AX增加，并具有時間依耐性，說明ISL可以誘導HeLa細胞DNA損傷，而DNA的損傷可激活G2/M期上的一個位點，將細胞周期靜止在G2期，其機制可能是ISL使ATM和Chk2過度磷酸化，拓補異構(gòu)酶Ⅱ毒性增加，最終可抑制HeLa細胞增殖。

6 小結(jié)

眾所周知，腫瘤的發(fā)生與發(fā)展在一定程度上已經(jīng)嚴重影響到現(xiàn)代人類的生活質(zhì)量，成為人類死亡的主要原因之一，因此尋找有效低毒的抗腫瘤藥物是刻不容緩的，而近年來，中國的中草藥在抗腫瘤方面的研究已逐漸深入，從表觀學到分子機制都逐漸完善，了解藥物的抗腫瘤作用相關(guān)信號通路對我們進一步明確藥物的抗腫瘤機制至關(guān)重要。異甘草素是從甘草根中提取出的黃酮類化合物，具有明顯的抗腫瘤作用，了解異甘草素的抗腫瘤相關(guān)信號通路為其早日運用于臨床奠定了一定基礎(chǔ)，并為探究新的抗腫瘤信號通路鋪路，異甘草素的抗腫瘤作用具有更深遠的意義。

[1]崔譽榮,李德芳,躹寶,等.四種甘草黃酮類化合物體外抗腫瘤作用研究[J].食品科技,2010,7:88-92.

[2]Warburg O.On the origin of cancer cells[J].Science,1956,123 (3191):309-314.

[3]Wang Y,Ma J,Yan X,et al.Isoliquiritigenin inhibits proliferation and induces apoptosis via alleviating hypoxia and reducing glycolysis in mouse melanoma B16F10 cells[J].Recent Pat Anticancer Drug Discov,2016,11(2):215-227.

[4]楊新惠,馬曉懿,盧寧,等.異甘草素對人膀胱癌T24細胞ATP生成和乳酸代謝影響[J].石河子大學學報,2015,33(3):315-319.

[5]Yan Xinyan,Si Lingling,Gao Caixia,etal.Effectof isoliquiritigenin on endothelial[J].Chinese Pharmacological Bulletin,2015,31(10): 1426-1432.

[6]Wu CA,Chao Y,Shiah SG,et al.Nutrient deprivation induces the Warburg effect through ROS/AMPK-dependent activation of pyruvate dehydrogenase kinase[J].Bioochim Biophys Acta(BBA)Mol Cell Res,2013,1833(5):1147-1156.

[7]Li Y,Zhao H,Wang Y,Zheng H,et al.Isoliquiritigenin induces growth inhibition and apoptosis through downregulating arachidouic acid metabolic network and the deactivation of PI3K/Akt in human breastcancer[J].ToxicolAppl Pharmacol,2013,272(1):37-48.

[8]Wu S,Xue J,Yang Y,Zhu H,etal.Isoliquiritigenin inhibits interferon-γinducible genes expression in hepatocytes through down-regulating activation of JAK1/STAT1,IRF3/MyD88,ERK/MAPK,JNK/ MAPK and PI3K/Akt signaling pathways[J].Cell Physiol Biochem, 2015,37(2):501-514.

[9]Zheng H,Li Y,Wang Y,etal.Downregulation of COX-2 and CYP4A signaling by isoliquiritigenin inhibits human breast cancer metastasis through preventing anoikis resistance,migration and invasion[J]. ToxicolAppl Pharmacol,2014,280(1):10-20.

[10]Olayloye MA,Neve RM,Lane HA,et al.The ErbB signaling network:receptor heterodimerization in development and cancer[J], EMBO J,2000,19(13):3159-3167.

[11]Yarden Y,Sliwkowski MX.Untangling the ErbB signaling network [J].NatRev MolCellBiol,2001,2(2):127-137.

[12]Falls DL.Neuregulins:functions,forms,and signaling strategies[J]. Exp Cell Res,2003,284(1):14-30.

[13]Holbro T,Civenni G and Hynes NE.The ErbB receptors and their role in cancer progression[J].Exp Cell Res,2003,284(1):99-110.

[14]Yarden Y.The EGFR family and its ligands in human cancer.signaling mechanisms and therapeutic opportunities[J].Eur J Cancer, 2001,37(Suppl4):S3-8.

[15]Mendelsohn J and Baselga J.Status of epidermalgrowth factor receptor antagonists in the biology and teatment of cancer[J].J Clin Oncol,2003,21(1):2787-2799.

[16]Jung JI,Chung E,Seon MR,etal.Isoliquiritigenin inhibits ErbB3 signaling in prostate cancer cells[J].Bio Factors,2006,28(3-4): 159-168.

[17]Datta SR,BrunetA,Greenberg ME.Cellular survival:a play in three Akts[J].Genes Dev,1999,13(22):2905-2927.

[18]Holbro T,Beerli RR,Maurer F,etal.The ErbB2/ErbB3 heterodimer functions as an oncogenic unit:ErbB2 requires ErbB3 to drive breast tumor cell proliferation[J].Proc Natl Acad Sci USA,2003,100 (15):8933-8938.

[19]Pinkas-Kramarski R,Soussan L,Waterman H,et al.Diversification of Neu differentiation factor and epidermal growth factor signaling by combinatorial receptor interactions[J].EMBO J,1996,15(10): 2452-2467.

[20]Kang SW,Choi JS,Choi YJ,et al.Licorice isoliquiritigenin dampens angiogenic activity via inhibition of MAPK-responsive signaling pathways leading to induction of matrix metalloproteinases[J].J Nutr Biochem,2010,21(1):55-65.

[21]Makin G,Dive C.Apoptosis and cancer chemotherapy[J].Trends Cell Biol,2001,11(11):S22-26.

[22]Kang SW,Choi JS,Choi JY,et al.Licorice isoliquiritigenin dampens angiogenic activity via inhibition of MAPK-responsive signaling pathways leading to induction of matrix metalloproteinases[J].J Nutr Biochem,2010,21(1):55-65.

[23]Niida H,Nakanishi M.DNA damage checkpoint in mammals[J]. Mutagenesis,2006,21(1):3-9.

[24]Shiloh Y.The ATM-mediated DNA-damage response:taking shape [J].Trends Biochem Sci,2006,31(7):402-410.

[25]Roos WP,Kaina B.DNA damage-induced celldeath by apoptosis[J]. Trends Mol Med,2006,12(9):440-450.

[26]Park I,Park KK,Park JH,et al.Isoliquritigenin induces G2 and M phase arrest by inducing DNA damage and by inhibiting the metaphase/anaphase transition[J].Cancer Lett,2009,277(2):174-181.

R979.1

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1003—6350（2017）09—1469—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.09.032

2016-07-17)

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