烏索酸調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號通路在結(jié)直腸癌中的研究進展＊

崔宏偉，蘇秀蘭

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究中心 呼和浩特市 010050）

研究表明，天然產(chǎn)物是藥物活性成分的主要來源，超過80%的生物活性化合物是天然產(chǎn)物[1]。在天然產(chǎn)物的類別中，三萜類化合物構(gòu)成了一個非常龐大的家族，包含了超過20.000個分子，具有顯著的化學(xué)多樣性和重要的治療價值。這些三萜類化合物具有多種生物活性，如抗癌、抗生育、抗高血糖、創(chuàng)面愈合、抗?jié)?、抗齲齒、抗細菌、抗病毒、心血管和抗炎作用[2-4]。烏索酸（Ursolic acid，UA）是一種五環(huán)三萜類物質(zhì)，分子式C30H48O3，通常以游離酸或者皂苷的糖苷配基形式存在。UA存在于多種藥用植物中，如琵琶、迷迭香、白花蛇舌草、女幀子、熊果、越桔、杜鵑、帚石楠及在一些水果如蘋果，梨，李子的蠟涂層[5,6]。大量研究已經(jīng)闡明了UA潛在的藥理作用。研究顯示，UA具有對癌癥生存和進展、心血管和神經(jīng)損傷相關(guān)的多種信號通路調(diào)節(jié)的功能,包括 Wnt、NF-κB、MAPK、PI3K/AKT/mTOR等[7-10]。此外，研究人員通過對基本結(jié)構(gòu)進行化學(xué)修飾實現(xiàn)了UA衍生物的合成，進一步提高其治療潛力和所需的活性劑量[11]。

PI3K/AKT/mTOR信號通路是不同腫瘤類型包括結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）的關(guān)鍵失調(diào)通路[12]。大量的數(shù)據(jù)對PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制劑，如BEZ235，NVP-BEZ235，BYL719及BKM120等在CRC中的價值進行了評估。結(jié)果提示，PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活與細胞轉(zhuǎn)化、腫瘤進展、細胞存活和耐藥性有關(guān)[13]。然而，生物活性天然化合物，如UA等五環(huán)三萜類物質(zhì)對炎癥/或氧化應(yīng)激相關(guān)疾?。ò┌Y、心血管和神經(jīng)退化疾病）的治療機制尚未闡明[14,15]。因此，深入了解UA在CRC發(fā)展過程中調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號通路過程，有助于CRC新治療策略的制定。

1 UA來源、結(jié)構(gòu)與抗腫瘤機制

1.1 UA來源、結(jié)構(gòu)及生物學(xué)活性

圖1 UA的化學(xué)結(jié)構(gòu)式及其部分衍生物

UA是一種五環(huán)三萜羧基類化合物，通常以游離酸形式或作為三萜皂苷的配體形式廣泛存在于植物的根、莖、葉、花、果實以及部分野生食用菌[16]。研究證明烏索酸具有廣泛的生物學(xué)活性，具有抗癌、保護臟器(肺、腎、肝和腦)、抗炎、抗菌、抗病毒（HIV和HCV）、抗原蟲(antiprotozoal)、抗骨質(zhì)疏松等藥理作用，并表現(xiàn)出低毒性[17]。雖然UA對多種疾病具有廣泛的生物學(xué)活性，但由于其治療疾病的特異性及生物利用度低等缺點，限制了臨床的廣泛應(yīng)用?；赨A化學(xué)結(jié)構(gòu)進行綜合化學(xué)修飾的衍生物可能被用作增強其生物和藥理潛在活性重要工具，具有較好的應(yīng)用前景[18]。據(jù)報道，針對UA結(jié)構(gòu)的C-3或者C-28位置進行化學(xué)修飾獲得的衍生物不僅能夠提高其生物活性，而且可改善其生物利用度。Shao等修飾合成的UA氮雜環(huán)類似物具有抑制人惡性黑色素瘤A-375細胞，人胃癌BGC-823、AGS細胞增殖，而且其效果與紫杉醇相當(dāng)[19]。Peng等合成的UA黃連素鹽化合物的體內(nèi)實驗顯示具有調(diào)節(jié)糖尿病小鼠血糖水平的作用[20]。見圖1。

1.2 UA抗腫瘤機制

1.2.1 誘導(dǎo)細胞凋亡和細胞周期阻滯

細胞凋亡是一種具有一系列明顯的形態(tài)學(xué)和生化變化過程，在調(diào)控各種生物反應(yīng)，如免疫反應(yīng)、血液生成和胚胎發(fā)育、細胞程序性自然死亡過程中起著重要作用[21]。目前，包括UA在內(nèi)的抗癌藥物，治療腫瘤的原則主要是針對凋亡途徑，以抑制腫瘤的生長和增殖。Kim等的研究表明，UA對人肝癌細胞系HepG2作用的機制與其增強線粒體釋放細胞色素C，激活caspase-3誘導(dǎo)HepG2細胞凋亡，從而抑制肝癌進程[22]。Wu等研究表明，UA作用HepG2與K562細胞系，抑制前生存蛋白磷酸肌醇激酶-3/Akt（phosphoinositide 3 kinase/Akt,PI3K/Akt）活性及下調(diào)腫瘤細胞增值密切相關(guān)的Bcl-2的表達[23]。此外，通過對凋亡拮抗劑的劑量依賴性調(diào)節(jié)，觀察到UA對MDR（多藥耐藥性）SW480（結(jié)腸直腸腺癌細胞株）細胞的抗增殖和凋亡作用[24]。

UA并具有調(diào)節(jié)細胞周期調(diào)節(jié)分子的功能，如細胞周期蛋白（Cyclin）、依賴細胞周期素激酶（CDK）等發(fā)揮細胞周期阻滯效應(yīng)。Wang等發(fā)現(xiàn)，UA處理MCF-7腫瘤細胞后，可致細胞周期發(fā)展中起著至關(guān)重要作用的Cyclin D1/CDK4的失活[25]。另一項使用SNG-2和HEC108（子宮內(nèi)膜腺癌細胞癌細胞株）細胞的研究也顯示UA通過調(diào)節(jié)MAPK信號通路對細胞周期內(nèi)的G1期調(diào)節(jié)蛋白（Cyclin D1）發(fā)揮抑制作用[26]。最近，Wang等的研究顯示，UA誘導(dǎo)的GBC-SD和SGC-996（膽囊癌細胞細胞系）細胞的S期阻滯與線粒體凋亡有關(guān)[27]。綜上分析，UA通過誘導(dǎo)細胞周期阻滯和調(diào)節(jié)周期相關(guān)的靶分子可促進癌細胞凋亡，從而發(fā)揮其抑癌作用。

1.2.2 誘導(dǎo)細胞自噬

細胞自噬（Autophagy）也稱II型程序性細胞死亡（Type II programmed cell death），是一種進化保守的，循環(huán)利用大分子并調(diào)解功能失調(diào)的蛋白質(zhì)、受損細胞器和不必要的細胞質(zhì)成分的溶酶體降解過程，對于細胞存活和維持體內(nèi)平衡至關(guān)重要[28]。研究表明，細胞凋亡和自噬之間相互關(guān)聯(lián)，有助于控制細胞的存活和死亡[29]。這一途徑常被如營養(yǎng)饑餓、DNA損傷和器官損害等代謝應(yīng)激條件激活。常在各種人類疾病進程中發(fā)生改變，包括癌癥[30,31]。自噬對癌細胞的存活具有積極或消極的作用[32]。盡管自噬作用是一種通過促進多余或受損細胞成分的降解的細胞自我保護機制，但若阻止自噬-溶酶體融合進程，則會阻礙自噬的發(fā)生[33]。Jung等研究表明，UA通過誘導(dǎo)凋亡和損害自噬進展促進PC-12細胞的死亡[34]。Luo等研究提示，UA通過抑制增殖、誘導(dǎo)自噬與凋亡以及介導(dǎo)PI3K/AKT與NF-κB信號通路抑制炎性反應(yīng)從而抑制乳腺癌細胞的生長[35]。Lewinska等研究表明，UA在表型不同的乳腺癌細胞中，介導(dǎo)的糖基化途徑的改變進而促進細胞毒性自噬和細胞凋亡[36]。

此外，細胞自噬作為細胞存活機制，在不同的情況下，可能起到促腫瘤細胞死亡或抑制腫瘤細胞死亡乃至參與化療耐藥的作用。Chang等研究提示，UA抑制Huh7細胞乙型肝炎病毒X蛋白（Hepatitis B Virus X Protein，HBx）介導(dǎo)的自噬以及改善化療耐藥性[37]。

1.2.3 抑制上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)變（epithelial-mesenchymal transition,EMT）是一種細胞從上皮極化表型轉(zhuǎn)變?yōu)殚g葉細胞成纖維母細胞表型的轉(zhuǎn)分化過程。EMT包括細胞極性的喪失，細胞間的粘附性降低，以及遷移能力的增強[38]。Ruan等研究指出，UA通過靶向調(diào)節(jié)非小細胞肺癌中整合素αVβ5/MMPs信號通路，弱化TGF-β1誘導(dǎo)的EMT進程[39]。Sohn等表明，阻滯EMT及上調(diào)let 7b表達對于UA誘導(dǎo)的惡性間皮瘤細胞H28,H2452，MSTO-211H凋亡至關(guān)重要[40]。Zhang等認為UA通過EMT抑制人卵巢癌干細胞的增殖[41]。Liu等提出，UA通過抑制人非小細胞肺癌細胞A549中星形膠質(zhì)細胞提升基因-1（astrocyte-elevated gene-1,AEG-1）從而抑制EMT[42]。

1.2.4 抑制轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移是進展期癌癥顯著的特征，且是造成癌癥相關(guān)死亡的主要原因。這些癌細胞的轉(zhuǎn)移特性直接導(dǎo)致手術(shù)和放射治療策略的失敗，使得化療成為治愈癌癥的唯一途徑?；诖耍种瓢┘毎D(zhuǎn)移特性的化療藥物及天然化合物具有較廣闊的應(yīng)用前景[43]。過去二十年對癌癥研究表明，UA具有抗癌癥轉(zhuǎn)移的作用。Jedinák等研究提示，UA顯著抑制與癌癥侵襲和轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)的尿激酶和組織蛋白酶的活性[44]。UA作用C6膠質(zhì)瘤細胞后能夠減少白細胞介素-1β（Iinterleukin-1β,IL-1β）、腫瘤壞死因子（Tumor necrotic factor-α,TNF-α）誘導(dǎo)的基質(zhì)金屬白酶（Matrix metallo-proteases,MMPs）的表達。機制為UA介導(dǎo)Iκβα抑制劑的上調(diào)導(dǎo)致NF-kβ轉(zhuǎn)錄因子失活[45]。以劑量和時間依賴的UA處理人類乳腺癌細胞，通過對JNK、Akt和m-TOR的脫磷酸作用，導(dǎo)致NF-kβ失活，進一步導(dǎo)致了MMP-2、u-PA的下調(diào)和纖溶酶原激活物抑制劑-1的上調(diào)[46]。Shanmugam等揭示UA通過抑制促炎因子如CXCR4/CXCL12受體-4介導(dǎo)的信號通路，發(fā)揮抑制TRAMP小鼠前列腺轉(zhuǎn)基因腺瘤模型腫瘤的生長[47]。UA以濃度依賴形式作用A549，H3255，Calu-6細胞，表現(xiàn)抑制侵襲與轉(zhuǎn)移效應(yīng)，其可能機制是抑制Na(+)-K(+)-ATPase，人成熟型轉(zhuǎn)化生長因子-β1（Transforming growth factor beta1,TGF-β1），細 胞 間 粘 附 分 子（Intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1）的表達[48]，這提示UA具有通過多種機制抑制癌癥轉(zhuǎn)移。

1.2.5 抑制血管生成

血管生成，意指既存的血管中形成新的毛細血管，其不僅對腫瘤的生長和生存至關(guān)重要，而且對增強其侵入性行為也至關(guān)重要。研究表明，腫瘤細胞在其周圍創(chuàng)造了一個微環(huán)境并分泌出各種支持性趨化因子來進行血管生成[49]。Kanjoormana等對C57BL/6小鼠的研究表明，UA可抑制與血管生成相關(guān)的血管內(nèi)皮生長因子（Vascular endothelial growth factor,VEGF）并誘導(dǎo)一氧化氮合酶（inducible Nitric oxide synthase,iNOS）的表達[50]。此外，Lin等研究顯示，UA對人肝癌細胞系Hep3B，Huh7，HA22T具有抑制促進血管生成因子的表達，包括VEGF和堿性成纖維細胞生長因子（basic Fibroblast growth factor,β-FGF）、缺 氧 誘 導(dǎo) 因 子（Hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α）?？赡艿臋C制與UA抗氧化活性相關(guān)[51]。Saraswati等研究顯示，UA不僅能夠下調(diào)血管生成促進蛋白質(zhì)（VEGF,iNOS,TNF-α）因子的表達，而且顯著抑制腫瘤細胞的生長[52]。以上研究表明，因此，UA可以被認為是一種潛在的腫瘤抑制因子，通過多種機制抑制腫瘤血管生成。

2 烏索酸調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號通路作用結(jié)直腸癌

圖2 PI3K/AKT信號通路在結(jié)直腸癌進程中示意圖

結(jié)腸直腸癌（Colorectal cancer,CRC）是第三種最常見的惡性腫瘤，也是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大原因[53]。在中國，由于人們的生活方式的改變，CRC的發(fā)病率一直在顯著增加[54]。盡管CRC具有家族遺傳傾向，但環(huán)境因素，如食物的誘變劑，慢性腸道炎癥，特定的腸道菌群和病原體均可導(dǎo)致CRC的發(fā)展[55]。CRC進展涉及多條分子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如PI3K/AKT/mTOR信號通路、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）通路及胞外調(diào)節(jié)蛋白酶（extracellular regulated protein kinases,ERK）通路。其中，PI3K/AKT/mTOR信號通路在抑制CRC細胞增殖，誘導(dǎo)凋亡進程中發(fā)揮重要作用[56]。PI3K/AKT/mTOR信號通路的抑制劑被認為是治療CRC的潛在靶向制劑。研究提示，PI3K/AKT/mTOR信號通路與CRC進程顯著相關(guān)[57]。AKT信號通路的激活及AKT負性調(diào)節(jié)因子PTEN的異常表達與60-70%的CRC有關(guān)[58]。PI3K的催化劑及調(diào)節(jié)亞單位均可以啟動促進癌細胞生長，侵襲、轉(zhuǎn)移及凋亡相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)[59]。見圖2。

CRC進展中，腫瘤血管生成扮演重要角色。腫瘤血管生成受到多種細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如Hedgehog，STAT3，PI3K/AKT/mTOR，p70S6K通路的調(diào)節(jié)。因此，靶向調(diào)節(jié)上述信號通路從而抑制腫瘤血管生成是很有潛力的癌癥化療策略[60]。Lin等通過CRC裸鼠移植瘤模型，小雞雞胚絨毛膜尿囊的膜（chick embryo chorioallantoic membrane,CAM）模型以及人結(jié)直腸癌細胞系HT-29、人臍靜脈內(nèi)皮細胞（human umbilical vein endothelial cells,HUVECs）實驗結(jié)果顯示，UA能夠顯著抑制CRC裸鼠移植瘤模型腫瘤生長，減少CAM模型中血管數(shù)量以及呈現(xiàn)劑量依賴方式抑制HT-29、HUVECs的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移能力。進一步研究提示，UA作用CRC的機制與激活sonic hedgehog(SHH)，STAT3，Akt，p70S6K通路有關(guān)[61]。Wang等研究提示，UA抑制結(jié)直腸癌細胞增殖，誘導(dǎo)凋亡機制涉及MMP9/CDH1,Akt/ERK，COX-2/PGE2，p300/NF-κB/CREB2，細胞色素C/caspase等信號通路[62]。Shan等研究顯示，UA抑制結(jié)直腸癌細胞的增殖，誘導(dǎo)凋亡，增強奧沙利鉑的化療敏感性。相關(guān)作用機制與下調(diào)Bcl-xL，Bcl-2，survivin因子表達，激活caspase-3、8、9，抑制KRAS以及MAPK，PI3K/AKT及NF-κB信號通路中BRAF，MEK1/2，ERK1/2，p-38，JNK，AKT，IKKα，IκBα及 p65磷酸化水平相關(guān)[63]。Xavier CP等研究提示，UA是KRAS和BRAF突變的人類結(jié)直腸癌細胞增殖和誘導(dǎo)凋亡的有效抑制劑，有可能通過MAPK/ERK及PI3K信號通路激活增殖和存活[64]。以上研究說明，烏索酸調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號通路抑制結(jié)直腸癌細胞增殖、誘導(dǎo)凋亡及抑制新生血管生成及對化療藥物具有增敏減毒的作用。

綜上所述，天然產(chǎn)物及經(jīng)過化學(xué)修飾結(jié)構(gòu)來源的UA及其衍生物通過誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細胞凋亡和阻滯細胞周期，誘導(dǎo)細胞自噬，抑制上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化、癌細胞轉(zhuǎn)移及血管生成等機制阻礙結(jié)直腸癌進程。過程涉及多條信號通路，但PI3K/AKT/mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在CRC的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用，且與其浸潤、轉(zhuǎn)移有關(guān)。UA通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號通路，修復(fù)PTEN基因活性，多層次、多途徑地抑制腫瘤生長，促進腫瘤細胞凋亡，為CRC的治療提供了新的思路。但目前對UA調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR通路與其他相關(guān)通路的關(guān)聯(lián)性以及相互的作用調(diào)控機制尚未闡明，仍需要進一步深入探索。