基于Wnt/β-catenin信號(hào)通路概述中藥防治潰瘍性結(jié)腸炎及其相關(guān)癌變

鄒孟龍，黃曉燕，*，寧 芯，陳雅璐

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧 530000；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，廣西 南寧 530023)

潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis，UC)發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，具有難以治愈、容易復(fù)發(fā)、癌變傾向等特點(diǎn)[1]?；赨C背景下出現(xiàn)的相關(guān)癌變稱為潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)癌變(Ulcerative colitis associated carcinogenesis，UCAC)，其發(fā)展一般為“炎癥-不典型增生-癌”模式[2]。Wnt信號(hào)傳導(dǎo)異常活化，β-catenin大量核內(nèi)聚集，這是UC發(fā)展成UCAC的關(guān)鍵因素之一[3]。氨基水楊酸制劑、糖皮質(zhì)激素等藥物治療UC雖有成效，但仍面臨提高UC腸黏膜修復(fù)質(zhì)量、減緩由“炎癥-不典型增生-癌”演變過程的棘手問題?，F(xiàn)對(duì)Wnt信號(hào)通路、UC及UCAC之間相關(guān)性進(jìn)行綜述，并小結(jié)中藥的防治效果，旨在為UC、UCAC臨床藥物研究提供參考。

1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路的生物學(xué)作用

Wnt信號(hào)通路由細(xì)胞膜外、細(xì)胞膜上、細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核4部分的信號(hào)分子組成，細(xì)胞膜外包括Wnt蛋白。細(xì)胞膜上包括特異性7次跨膜受體卷曲蛋白(Frizzled，F(xiàn)zd)、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(Low-density lipoprotein receptor-related protein5/6，LRP5/6)；細(xì)胞質(zhì)包括蓬亂蛋白(Dishevelled，Dsh)、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)、軸蛋白(Axin)、結(jié)直腸腺瘤性息肉蛋白 (Adenomatous polyposis coli，APC)、酪蛋白激酶1(Casein kinase1，CK1)及β-連環(huán)蛋白 (β-catenin)；細(xì)胞核包括轉(zhuǎn)錄T細(xì)胞因子/轉(zhuǎn)錄淋巴增強(qiáng)劑結(jié)合因子(TCF/LEF)及下游靶基因(如周期蛋白cyclinD1、原癌基因c-myc等)[4-5]。β-catenin是Wnt信號(hào)通路中最關(guān)鍵的信號(hào)蛋白，相對(duì)分子量為92～95 kD，其氨基末端含多個(gè)CK1和GSK-3β的磷酸化位點(diǎn)，羥基末端可在細(xì)胞核內(nèi)激活相應(yīng)的下游靶基因，中間區(qū)域形成超螺旋結(jié)構(gòu)，含有鈣黏蛋白(Cadherin)、APC蛋白及轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF結(jié)合位點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了β-catenin在Wnt信號(hào)通路中起樞紐作用，故該通路又稱為Wnt/β-catenin信號(hào)通路[6]。

正常情況下(細(xì)胞膜外無Wnt蛋白)，細(xì)胞質(zhì)的β-catenin與細(xì)胞膜上的E-鈣黏蛋白(E-cadherin)結(jié)合維持細(xì)胞間的黏附功能，有效阻止細(xì)菌及內(nèi)毒素等有害物質(zhì)侵入細(xì)胞[7]。對(duì)于少部分游離在細(xì)胞質(zhì)的β-catenin則被破壞復(fù)合物(由APC、Axin、GSK-3β及CK1組成)磷酸化。在該過程中，CK1先使β-catenin氨基端絲氨酸45(Ser45)位點(diǎn)磷酸化，在此基礎(chǔ)上，GSK-3β使β-catenin氨基端的蘇氨酸41(Thr41)、絲氨酸37(Ser37)及絲氨酸33(Ser33)位點(diǎn)磷酸化，被磷酸化的Ser37、Ser33位點(diǎn)被U3泛素連接酶β-轉(zhuǎn)導(dǎo)素重復(fù)蛋白(β-TRCP)識(shí)別并泛素化，最終通過泛素蛋白酶體途徑將β-catenin降解[8-9]。因此，在機(jī)體正常情況下，細(xì)胞質(zhì)中β-catenin的含量較少，下游靶基因不會(huì)激活。而當(dāng)以上穩(wěn)態(tài)被打破時(shí)(細(xì)胞膜外存在Wnt蛋白)，Wnt蛋白同時(shí)刺激Fzd和LRP5/6，形成Wnt-Fzd-LRP5/6復(fù)合物，Dsh蛋白被復(fù)合物激活，被激活的Dsh蛋白抑制GSK-3β的活性，導(dǎo)致β-catenin氨基端的Ser37、Ser33位點(diǎn)未得到暴露，β-TRCP不能識(shí)別，β-catenin從降解中逃逸，并積累在胞質(zhì)溶膠中，當(dāng)積累到一定量時(shí)便遷移入細(xì)胞核，并與核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF形成復(fù)合體，激活下游相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄，從而控制細(xì)胞的生物學(xué)活性[10-11]。

2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與UC的關(guān)系

UC病變部位主要限于大腸黏膜和黏膜下層。腸黏膜組織持續(xù)性炎癥浸潤(rùn)，免疫系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞壞死。腸上皮細(xì)胞更新與凋亡之間的平衡被破壞，則腸黏膜受損，導(dǎo)致UC的進(jìn)一步發(fā)展[12]。Wnt/β-Catenin信號(hào)通路沿著腸隱窩-絨毛軸梯度傳導(dǎo)，在腸隱窩底部活性最高，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的更新，維護(hù)腸黏膜屏障功能[13]。在UC中，Wnt/β-Catenin信號(hào)傳導(dǎo)在腸上皮強(qiáng)烈激活，促進(jìn)上皮細(xì)胞更新，修復(fù)受損區(qū)域[14]。既然機(jī)體可通過增殖上皮細(xì)胞的方式實(shí)現(xiàn)“自救”，但為何UC依然以慢性炎癥持續(xù)性存在？筆者檢索并分析近5年國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究文獻(xiàn)，初步認(rèn)為其機(jī)制可能是鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail抑制E-cadherin表達(dá)，導(dǎo)致腸黏膜機(jī)械屏障功能障礙。

Snail羧基末端含有4個(gè)高度保守的C2H2鋅指結(jié)構(gòu)，能特異性與含有E-box(GGTGTG)的DNA啟動(dòng)子結(jié)合[15-16]。Snail的表達(dá)受復(fù)雜信號(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，Wnt/β-Catenin信號(hào)通路是關(guān)鍵之一。在氨基末端結(jié)構(gòu)域中，snail和β-catenin的序列高度相似。因此，Snail的降解途徑與β-Catenin一樣，通過CK1對(duì)其磷酸化，在此基礎(chǔ)上，GSK-3β進(jìn)行磷酸化，最后β-TRCP識(shí)別并泛素化，蛋白酶體將其降解[17]。在UC中，Wnt/β-Catenin信號(hào)通路強(qiáng)烈激活，GSK-3β活性被抑制，Snail從磷酸化中逃逸遷移入細(xì)胞核，與E-cadherin啟動(dòng)子區(qū)E-Box作用元件結(jié)合，從而抑制E-cadherin表達(dá)[18-19]。王江陵等[20]通過RNA干擾技術(shù)下調(diào)Snail基因表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)E-cadherin表達(dá)明顯升高。因此，Snail從降解中逃逸，導(dǎo)致E-cadherin表達(dá)被抑制，腸上皮細(xì)胞極性消失，細(xì)胞間失去緊密連接，腸黏膜的機(jī)械屏障功能下降，不能有效阻止有害物質(zhì)侵襲。筆者認(rèn)為雖然Wnt/β-catenin信號(hào)通路介導(dǎo)腸上皮細(xì)胞增殖，但腸上皮細(xì)胞處于“多而不黏”的狀態(tài)，這種機(jī)制不僅不利于UC的自愈，而且為UCAC的形成提供了機(jī)會(huì)。

3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與UCAC的關(guān)系

UCAC雖僅占大腸癌的1%～2%，但在UC患者中死亡卻是高達(dá)15%[21-22]。UCAC的形成，主要?dú)w咎于基因突變和腫瘤微環(huán)境的形成[23]。在UC中，Wnt/β-catenin信號(hào)通路異常激活介導(dǎo)腸上皮細(xì)胞增殖，腸道干細(xì)胞處于高分化、高增殖狀態(tài)，這增加了DNA復(fù)制階段突變的可能性，而且血管新生為腫瘤微環(huán)境的形成提供了保障[24]。筆者基于Wnt/β-catenin信號(hào)通路簡(jiǎn)述其形成的可能機(jī)制。

3.1 抑癌基因APC的突變

人類APC基因突變通常出現(xiàn)在開放閱讀框的中心區(qū)域，稱為“突變簇區(qū)域”。APC基因編碼的APC蛋白，由2 843個(gè)氨基酸組成，分子量為300 kD[25]。APC蛋白是β-catenin破壞復(fù)合物的組成之一，其在Wnt/β-catenin信號(hào)通路中作為載體將GSK-3與β-catenin聯(lián)系起來，對(duì)β-catenin負(fù)向調(diào)控[26]。APC基因的突變或者缺失導(dǎo)致蛋白產(chǎn)物被截?cái)?，產(chǎn)生截短而無活性的APC蛋白[27]。在截?cái)嗟腁PC蛋白中，β-catenin結(jié)合位點(diǎn)丟失，使之不能作為載體聯(lián)系GSK-3與β-catenin。游離形式的β-catenin從細(xì)胞質(zhì)遷移到細(xì)胞核，激活c-Myc、Cyclin等下游原癌基因的表達(dá)。

3.2 β-catenin激活VEGF基因的轉(zhuǎn)錄

腫瘤微環(huán)境是指腫瘤細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等共同構(gòu)成腫瘤發(fā)生、發(fā)展的穩(wěn)態(tài)環(huán)境。腫瘤血管是腫瘤組織營(yíng)養(yǎng)和氧氣的主要來源，而且還為其代謝提供了途徑，這對(duì)微環(huán)境的形成至關(guān)重要[28]。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前發(fā)現(xiàn)最有效的促血管生成因子，因而其表達(dá)與腫瘤生長(zhǎng)、浸潤(rùn)及遷移密切相關(guān)[29]。有趣的是，VEGF是Wnt/β-catenin信號(hào)通路的下游靶基因，機(jī)體能通過該途徑促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、血管重塑，從而促進(jìn)受損組織的修復(fù)與愈合[30]。高敏娜等[31]研究也表明通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)、下調(diào)下游靶基因VEGF的表達(dá)能抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

4 中藥干預(yù)Wnt/β-catenin信號(hào)通路

在UC中，Wnt/β-catenin信號(hào)通路強(qiáng)烈激活，Snail表達(dá)上調(diào)，E-cadherin下調(diào)，導(dǎo)致黏膜損傷。在UCAC中，該通路調(diào)控基因突變，信號(hào)傳導(dǎo)異常激活，細(xì)胞增殖失控。無論UC還是UCAC，嚴(yán)格控制Wnt/β-catenin信號(hào)通路的傳導(dǎo)至關(guān)重要。因此，尋找調(diào)控該信號(hào)傳導(dǎo)的中藥是近幾年藥物研究的熱點(diǎn)。目前研究初步證實(shí)的有效中藥可分為單味藥和中藥復(fù)方兩部分。

4.1 單味藥

4.1.1 地龍?zhí)崛∫?地龍為常用中藥，臨床具有抗腫瘤效果，能促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。地龍?zhí)崛∫菏菑幕铙w地龍尾部提取的液體。劉松江等[32]研究則表明，地龍?zhí)崛∫簩?duì)血管新生有顯著性抑制作用。

4.1.2 黃芪甲苷 黃芪甲苷是中藥黃芪的重要活性成分。黃芪益氣固表，具有抗炎、抗衰老、清除氧自由基等藥理學(xué)活性。俞曼殊等[33]研究表明黃芪甲苷能促進(jìn)β-catenin降解、上調(diào)E-cadherin的表達(dá)，有效阻止EMT的進(jìn)展。李強(qiáng)等[34]研究也得出相同的結(jié)論，且黃芪甲苷的濃度越大，β-catenin表達(dá)量的下降程度及E-cadherin表達(dá)量升高程度均越明顯。

4.2 中藥復(fù)方

4.2.1 愈潰寧方 愈潰寧方是經(jīng)驗(yàn)方，由青黛、貫眾、馬齒莧、紫草、滑石、白及、防風(fēng)和薏苡仁組成，全方以清熱利濕為綱。王姍姍等[34]用愈潰寧方灌腸治療UC取得明顯的臨床療效，且不良反應(yīng)較輕。該團(tuán)隊(duì)的研究表明其機(jī)制可能是愈潰寧方灌腸可活化GSK-3β、加快β-catenin磷酸化，從而抑制Wnt/β-catenin信號(hào)異常激活。

4.2.2 健脾清熱活血方 絲氨酸/蘇氨酸激酶AKT被認(rèn)為是一種癌癥基因，磷酸化的AKT可對(duì)GSK-3β的Ser9殘基磷進(jìn)行磷酸化，使GSK-3β失活，從而調(diào)控β-catenin的表達(dá)，與EMT進(jìn)展密切相關(guān)[35]。表皮生長(zhǎng)因子是多功能生長(zhǎng)因子，對(duì)細(xì)胞組織具有強(qiáng)烈的促分裂作用，其與受體結(jié)合后激活A(yù)KT，進(jìn)而通過GSK-3β調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)，參與腸上皮細(xì)胞增殖[36]。張濤等[37]研究表明健脾清熱活血方(由救必應(yīng)、白術(shù)、白芍、水蛭、三七和炙甘草組成)具有防治UCAC功效，其機(jī)制可能是健脾清熱活血方下調(diào)表皮生長(zhǎng)因子受體，促進(jìn)β-catenin降解，修復(fù)腸黏膜。

4.2.3 香連片 DKK-1是一種分泌蛋白，能與細(xì)胞膜上的LRP5或LRP6結(jié)合，抑制Wnt-Fz-LRP5/6復(fù)合物的形成，從而調(diào)控Wnt信號(hào)通路的傳導(dǎo)[38]。香連片由黃連(吳茱萸制)和木香組成。李素云等[39]研究表明香連片治療UCAC作用機(jī)制與上調(diào)DKK-1的表達(dá)、阻止Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)密切相關(guān)。

5 結(jié)語

總所周知，UC病變局限于黏膜和黏膜下層，因此黏膜的修復(fù)是治療的關(guān)鍵。氨基水楊酸、糖皮質(zhì)激素等藥物雖有短期臨床療效，但面臨黏膜修復(fù)仍然束手無策。Wnt/β-catenin信號(hào)通路與UC、UCAC之間存在著密切關(guān)系，但令人遺憾的是，目前研究多停留在UCAC。UCAC的發(fā)展一般為“炎癥-不典型增生-癌”模式。因此，筆者認(rèn)為今后應(yīng)深入研究Wnt/β-catenin信號(hào)通路與UC的關(guān)系，挖掘中藥對(duì)其干預(yù)的作用靶點(diǎn)，不僅可以為臨床研發(fā)黏膜修復(fù)藥物提供理論基礎(chǔ)，而且有利于發(fā)展祖國(guó)醫(yī)學(xué)的天然優(yōu)勢(shì)。