靶向癌蛋白調(diào)控Warburg 效應的中醫(yī)藥研究進展

吳 迪，柴仲秋，周 冰

（天津市濱海新區(qū)中醫(yī)醫(yī)院肛腸科，天津 300451）

癌細胞的生長是由異常信號和代謝重編程所驅(qū)動，在癌細胞中癌基因與其代謝改變密切相關(guān)。代謝重編程通常由多種致癌信號（如HIF、Myc、Src、ROS、Ras 和mTOR 等）介導，并通過改變一些關(guān)鍵代謝酶的表達和/或活性，來控制癌細胞的代謝[1]。因此，對癌蛋白和癌細胞特異性代謝的相互關(guān)系有一個完整的理解，有利于開發(fā)新的治療策略。中醫(yī)藥在治療惡病質(zhì)相關(guān)疾病具有豐富的理論和臨床成果。目前中藥改善腫瘤惡病質(zhì)，甚至靶向有氧糖酵解的研究較多，但其具體靶點、機制仍需系統(tǒng)闡明。因此，本文對常見癌基因產(chǎn)物與有氧糖酵解的分子信號通路關(guān)系及目前中醫(yī)藥對有氧糖酵解干預的研究進行綜述，以期為中醫(yī)藥對腫瘤惡病質(zhì)治療找到新的靶點和突破口。

1 Warburg 效應

由于癌細胞的不適當增殖及癌基因的作用，即使氧供充足，癌細胞仍會以糖酵解的代謝方式增加能量供應，即“Warburg 效應”，為癌細胞競爭共享能源提供許多好處[2]。糖酵解在細胞質(zhì)中通過9 個反應步驟將葡萄糖轉(zhuǎn)化為能量。首先，葡萄糖經(jīng)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（glucose transporter，GLUTs）和鈉-葡萄糖連接轉(zhuǎn)運蛋白1（Sodium-glucose co-transporter 1，SGLT1）高速轉(zhuǎn)運到腫瘤細胞中，然后被己糖激酶（hexokinase，HK）磷酸化為葡萄糖-6-磷酸酯，這是一個提供直接反饋抑制以保存能量的限速步驟。HK 與線粒體膜結(jié)合，對葡萄糖具有高度親和力，有助于在低葡萄糖水平下啟動糖酵解。然后葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶將葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸，在磷酸果糖激酶-1（phosphate fructose kinase 1，PFK1）和PFK2 的作用下進一步磷酸化形成果糖-1,6-二磷酸和果糖-2,6-二磷酸，并消耗一個ATP 分子。其次，醛縮酶將果糖-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)化為甘油醛-3-磷酸和二羥丙酮磷酸。甘油醛-3-磷酸酯由甘油醛-3-磷酸脫氫酶轉(zhuǎn)化為甘油酸-1,3-二磷酸酯，再由磷酸甘油酸激酶轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸酯，生成2 個ATP 分子。磷酸甘油酸變位酶將3-磷酸甘油酸異構(gòu)化為2-磷酸甘油酸，然后形成磷酸烯醇丙酮酸。最后通過丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）催化糖酵解的限速步驟，將PEP 轉(zhuǎn)化為丙酮酸，生成1 個ATP 分子。糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸可以被丙酮酸脫氫酶轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，進入TCA 循環(huán)氧化磷酸化，但在缺氧時，丙酮酸通過乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）轉(zhuǎn)化為乳酸，LDH 在腫瘤細胞中過表達，從而維持高糖酵解通量[3]。糖酵解是腫瘤組織的適應性代謝改變，因此癌癥也被認為是一種代謝病。糖酵解除了為腫瘤組織高速率產(chǎn)生ATP 外，還為腫瘤細胞增殖提供合成磷脂和核酸所必需的代謝中間產(chǎn)物和前體，同時還能保護癌細胞免受化療藥物損害[2，4]。

2 HIFα 的功能及其表達的調(diào)控

2.1 HIFα 在Warburg 效應中的作用 HIFα-ARNT轉(zhuǎn)錄復合物是在缺氧期間細胞向糖酵解轉(zhuǎn)化的主要調(diào)節(jié)劑之一。HIFα-ARNT 能誘導SLC2A1 和SLC2A3、HK1 和HK2、LDHA、單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白4（monocarboxylate transporter 4，MCT4）和丙酮酸脫氫酶激酶1 （pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDHK1）等糖酵解基因的表達。HIF1 的兩個主要轉(zhuǎn)錄靶點是PDHK1 和LDH。PDHK1 磷酸化PDH 的E1α 亞基，從而抑制丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A；另一方面，LDH 則催化丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，乳酸最終被MCT4 轉(zhuǎn)運出細胞[5]。

2.2 HIFα 表達的調(diào)控 在常氧狀態(tài)下，HIFα 的脯氨酸殘基被PHD 羥化，形成HIFα（OH2）[6]。氧化的HIFα 與馮·希佩爾·林道（von Hippel-Lindau，VHL）泛素化連接酶復合物相互作用，泛素化并引導HIFα 進行蛋白酶體降解。缺氧時，線粒體呼吸鏈的復合體Ⅰ和Ⅲ中的ROS 被線粒體過氧化物歧化酶轉(zhuǎn)化為過氧化氫，而過氧化氫在細胞質(zhì)中氧化PHD的SH-基團使該酶失活，從而導致HIFα 積累[7]。此外，糖酵解的終產(chǎn)物乳酸也能穩(wěn)定并增加HIFα 的活性[8]。

3 中藥靶向癌基因調(diào)控Warburg 效應的研究現(xiàn)狀

3.1 靶向HIF HIF 是癌癥代謝的重要節(jié)點，也是目前中藥化合物靶向癌癥代謝的研究熱點。HIF 對Warburg 效應的調(diào)控與PI3K/AKT 通路密切相關(guān)。研究表明丹酚酸B[9]、雙氫青蒿素[10]、丹參酮ⅡA[11]、人參皂苷Rg3[12]均通過PI3K/AKT/HIF-1α 信號通路調(diào)節(jié)異常的糖代謝發(fā)揮抗癌活性。部分中藥化合物被證實對癌癥代謝的調(diào)節(jié)是多靶點、多途徑的，如豆蔻甲素[13]不僅能下調(diào)HIF-1α 介導的細胞代謝，同時對葡萄糖攝取以及乳酸的產(chǎn)生和外排也有顯著影響。細辛腦[14]降低了糖酵解中多個關(guān)鍵基因（PDK1、PDK4、HIF1、c-Myc 等）的表達，達到化療增敏與抑制腫瘤糖酵解作用。說明惡病質(zhì)代謝離不開細胞原有的能量代謝通路，同時中藥多分子靶點的優(yōu)勢也許能在癌癥代謝方面發(fā)揮優(yōu)勢。

3.2 靶向炎癥 炎癥伴隨著活性氧物種（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生和各種促炎細胞因子（如TNF-α、IL-6 等）的激活[15]。ROS 不僅是癌癥的潛在誘變劑，而且也是刺激有氧糖酵解的因子。在細胞質(zhì)中的ROS 與PHD 的巰基相互作用而抑制其活性，最終引起HIFα 的積累，導致細胞在缺氧或有氧情況下均轉(zhuǎn)化為糖酵解[16]。此外，炎癥會引起IKK 激酶家族的活化，并釋放轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，最終誘導包括HIFα 的各種靶基因表達[17]。中藥穿心蓮、虎杖等在臨床抗炎治療中運用較多，研究發(fā)現(xiàn)，穿心蓮內(nèi)酯[18]能顯著降低IL-1β 和IL-6 的水平，下調(diào)iNOS 和COX-2 的表達，其抗炎作用與抑制NF-κB 途徑和糖酵解酶HK2 有關(guān)?；⒄溶誟19]通過抑制ROS/PI3K/AKT/HIF-1α/HK2 信號軸來抑制糖酵解表型，增強其抗癌效果。白樺酸[20]通過調(diào)節(jié)Cav-1/NF-κB/c-Myc 途徑抑制乳腺癌細胞的有氧糖酵解。NF-κB 即是促癌因子，同時又在炎癥與癌癥代謝中具有重要作用，歷來是抗癌藥物研究的重要靶點，對于臨床常用抗炎中藥的進一步挖掘，也許能夠發(fā)現(xiàn)靶向NF-κB 或其他炎癥靶點的有效化合物。

3.3 靶向Ras 家族 Ras 基因突變是人類癌癥中最常見的突變，該家族的3 個主要代表是N-Ras，KRas 和H-Ras。致癌的K-Ras 通過下調(diào)線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ抑制線粒體呼吸，以及上調(diào)NOX1 生成，促進ROS 產(chǎn)生，使HIF 積累[7]。Ras 癌基因還能特異性地催化糖酵解通量4 個關(guān)鍵步驟（葡萄糖輸入、HK、磷酸果糖激酶和乳酸輸出）的同工酶轉(zhuǎn)錄，提高糖酵解通量[21]。Ras 在癌癥代謝中即調(diào)控ROS產(chǎn)生及HIF 積累，同時也影響著葡萄糖輸入、乳酸輸出等糖酵解關(guān)鍵步驟。研究表明白頭翁皂苷[22]在體外可顯著性降低腫瘤細胞Ras 蛋白表達,進而調(diào)節(jié)腫瘤細胞糖酵解發(fā)揮抗腫瘤作用。刺五加[23]有效成分能抑制Ras 相關(guān)蛋白RAP-1A、糖酵解，維持缺血缺氧小鼠的正常神經(jīng)活動，但其是否能在腫瘤細胞中起作用，還有待進一步研究。癌癥糖酵解在癌癥中具有普遍性，說明調(diào)控癌癥代謝的基因在癌癥中是普遍表達的，對Ras 這種類似泛癌基因的研究，也許比癌癥特異性突變更具有意義。

3.4 靶向mTOR mTOR 在癌癥中經(jīng)常被激活，被認為是細胞能量代謝的樞紐。機體正常的生命活動離不開能量，而腫瘤的組織的高代謝更是需要能量。mTOR 信號主要通過HIF-1α 和Myc 信號來重新編程糖代謝[24]。此外，mTOR 也通過直接上調(diào)HK2、HIF 表達，促進糖酵解，或通過AKT 磷酸化HK2，促進其與線粒體的結(jié)合[25]。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多中藥化合物對mTOR 具有調(diào)控作用，除丹參酮ⅡA[11]、人參皂苷Rg3[12]外，研究發(fā)現(xiàn)槲皮素[26]、人參皂苷Rh4[27]通過AKT-mTOR 途徑，降低糖酵解相關(guān)蛋白表達，抑制糖酵解。而通過mTOR 抑制糖酵解是豆蔻甲素誘導細胞自噬的關(guān)鍵步驟[28]。

3.5 靶向Myc 家族 Myc 家族（L-Myc，N-Myc，c-Myc）也屬于螺旋-環(huán)-螺旋類蛋白質(zhì)。研究表明活化的Myc/MAX 復合物能夠刺激多種糖酵解相關(guān)基因的表達。例如Myc 對LDHA 的激活導致乳酸的積累和HIFα 的穩(wěn)定[8]。由于Myc 和HIFα 屬于同一類蛋白質(zhì)，因此它們可以競爭與MAX 的結(jié)合。在缺氧的正常細胞中，HIFα 優(yōu)先結(jié)合MAX 并抑制其轉(zhuǎn)錄活性[29]。然而，在Myc 過表達的腫瘤細胞中，則會出現(xiàn)Myc 和HIFα 敏感基因的同時轉(zhuǎn)錄，最終刺激缺氧糖酵解的轉(zhuǎn)換[30]。除細辛腦[14]、白樺酸[20]靶向Myc 抑制糖酵解外，有研究表明黃腐酚[31]通過下調(diào)c-Myc 和隨后的HK2 抑制，導致糖酵解抑制。丹參酮ⅡA 除靶向HIF、mTOR[11]，還可以通過減少AKT/c-Myc 信號介導的有氧糖酵解，從而抑制口腔鱗狀細胞癌[32]。

3.6 靶向p53 轉(zhuǎn)錄因子p53 是TP53 抑癌基因的主要產(chǎn)物。盡管野生型p53（wtp53）抑制GLUT1 和GLUT4 的表達，但突變型p53（mutp53）增強了它們的表達，這被稱為獲得性功能；此外，wtp53 基因缺失會激活NF-κB，從而增加GLUT3 的表達并增強糖酵解[33]。在研究黃芪甲苷Ⅳ對胃癌癌前病變的逆轉(zhuǎn)機制中發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷Ⅳ[34]可以通過調(diào)節(jié)p53、TIGAR 等相關(guān)糖酵解蛋白的表達而減輕異常糖酵解。此外，有研究發(fā)現(xiàn)雷公藤內(nèi)酯醇通過活化p53抑制IKKβ/NF-κB 通路，從而調(diào)控心肌細胞葡萄糖攝取[33]。

4 總結(jié)與展望

惡病質(zhì)是一種復雜的全身性疾病，涉及不同組織器官的多種代謝途徑，以全身炎癥為特征，進行性的體重下降、脂肪組織和骨骼肌的消耗，傳統(tǒng)的營養(yǎng)支持無法完全逆轉(zhuǎn)?？紤]到惡病質(zhì)分泌系統(tǒng)的復雜多因素性質(zhì)，以及癌癥患者之間的個體差異，針對任何單一循環(huán)因子始終不足以治療所有患者的惡病質(zhì)，而中醫(yī)注重整體觀念與辨證論治，現(xiàn)代研究也表明中藥具有調(diào)節(jié)炎癥、抗腫瘤、調(diào)節(jié)代謝等多途徑、多靶點的作用，說明中醫(yī)藥在改善患者惡病質(zhì)狀況方面具有巨大優(yōu)勢。若能通過中藥干預這些癌蛋白，探索中藥抗癌作用的同時進一步改善腫瘤惡病質(zhì)，不僅能深化、豐富中醫(yī)藥在抗腫瘤方面的作用，也能為癌癥惡病質(zhì)治療提供新的思路。