田奇鋒綜述 姚俊審校

(廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東 湛江 524023)

異甘草素抗腫瘤作用機(jī)制中相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展

田奇鋒綜述 姚俊審校

(廣東醫(yī)科大學(xué)，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(jià)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(zhǎng)抑制作用，這與異甘草素抗腫瘤相關(guān)的信號(hào)通路的相互作用有密切關(guān)系，而了解這些信號(hào)通路可進(jìn)一步探查異甘草素抗腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制，為其早日運(yùn)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(xì)胞凋亡；信號(hào)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(rùn)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(yīng)、抗?jié)?、防治病毒性肝炎、抗癌、增?qiáng)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(diǎn)，其中異甘草素的抗腫瘤機(jī)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(qiáng)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(diǎn)。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(duì)異甘草素(ISL)對(duì)腫瘤細(xì)胞信號(hào)通路的作用進(jìn)行綜述。

1 ISL抑制腫瘤細(xì)胞葡萄糖酵解途徑及其機(jī)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(xì)胞相比，腫瘤細(xì)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(shí)生成大量乳酸，這樣有利于腫瘤細(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)的酸性環(huán)境，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。

研究發(fā)現(xiàn)，ISL可誘導(dǎo)小鼠黑色素瘤細(xì)胞的凋亡[3]，其機(jī)制可能是：①ISL降低缺氧誘導(dǎo)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(dá)，如：已糖激酶2(HK2)、丙酮酸激酶M2(PKM2)、乳酸脫氫酶A (LDHA)等，進(jìn)而減少黑色素瘤細(xì)胞ATP的生成量，抑制該細(xì)胞的生長(zhǎng)；②ISL可降低線粒體膜電位去極化，提高細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的水平，最終誘導(dǎo)小鼠黑色素瘤細(xì)胞的凋亡。楊新惠等[4]發(fā)現(xiàn)，ISL可明顯抑制膀胱癌T24細(xì)胞糖酵解途徑，其機(jī)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(xì)胞生長(zhǎng)的酸性環(huán)境，進(jìn)而誘導(dǎo)膀胱癌T24細(xì)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(dǎo)A375細(xì)胞的凋亡，其機(jī)制可能是缺氧條件下A375細(xì)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(jìn)而抑制糖酵解途徑，影響A375細(xì)胞的能量代謝，最終誘導(dǎo)人黑色素瘤A375細(xì)胞的凋亡。

2 ISL抑制腫瘤細(xì)胞PI3K/Akt信號(hào)的通路及其機(jī)制

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)是與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)的脂類第二信使，可以被許多細(xì)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(xì)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(xì)胞色素P450等，因此PI3K/Akt通路有多條作用途徑，早年有報(bào)道ISL可以通過下調(diào)PI3K/Akt信號(hào)通路而引起一些生物學(xué)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(xì)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(dǎo)驅(qū)化因子和細(xì)胞因子的表達(dá)，影響肝癌細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，這也是ISL誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡的一個(gè)重要機(jī)制之一。相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt在乳腺癌細(xì)胞中過表達(dá)，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(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)ISL可抑制環(huán)氧化酶2(COX-2)和細(xì)胞色素P450(CYP4A)在信號(hào)通路中的傳導(dǎo)，通過PCR法、Western blot檢測(cè)，ISL可下調(diào)COX-2、CYP4A相關(guān)mRNA和蛋白的表達(dá)，最終通過下調(diào)PI3K/Akt通路抑制乳腺癌細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和遷徙[9]。

3 ISL抑制ErbB通路及其相關(guān)機(jī)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]。活化的ErbB受體配體被分成兩類：一類是與表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)結(jié)合，包括EGF和轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)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(dǎo)致外源性的Ras調(diào)節(jié)蛋白酶通路活化，引起細(xì)胞增殖，也可導(dǎo)致PI3K/Akt通路活化，使細(xì)胞正常代謝。已有研究表明，ErbB受體的活化促進(jìn)多種腫瘤進(jìn)展，如：腫瘤細(xì)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(gè)腫瘤治療預(yù)后的指標(biāo)，目前ErbB受體已成為抗腫瘤作用的一個(gè)靶向觀察點(diǎn)[15]。

相關(guān)研究表明，ErbB2和ErbB3在前列腺癌中過表達(dá)，而ErbB4在前列腺癌中只有20%表達(dá)，ISL作用前列腺癌DU145細(xì)胞24 h后，使用Western Blot檢測(cè)相關(guān)蛋白的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)ISL顯著抑制HRG-β誘導(dǎo)的ErbB3酪氨酸磷酸化，同時(shí)也能抑制p85對(duì)ErbB的調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的增殖，促進(jìn)前列腺癌細(xì)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(gè)重要的作用靶點(diǎn)，可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)因子的存活，阻礙細(xì)胞正常凋亡[17]，而ErbB3具有6個(gè)PI3K結(jié)合位點(diǎn)，使ErbB2/ErbB3異二聚體對(duì)PI3K/Akt通路具有更大的活性[18-19]。正常的Akt/PKB信號(hào)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(dǎo)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(xì)胞增值的潛在機(jī)制之一[16]。

4 ISL抑MAPK/ERK信號(hào)通路，Ras-to-MAPK (Ras/MAPK)及其相關(guān)機(jī)制

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

細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signalregulated kinase，ERK)包括五個(gè)亞群，其中ERK1/2與細(xì)胞增值最為密切，其上游激酶為MAPK(MEKI/2)，MEK1與細(xì)胞分化有關(guān)，MEK2與細(xì)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(xì)胞絲裂原信號(hào)從細(xì)胞膜表面受體轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞核的關(guān)鍵，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及促進(jìn)細(xì)胞增殖分化。MAPK/ERK家族包括三個(gè)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(xì)胞的生物活性[21]。Jung等[17]發(fā)現(xiàn)，ISL作用的前列腺癌U145細(xì)胞后，可以降低ERK1/2磷酸化的水平，進(jìn)而抑制U145細(xì)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(dǎo)的肝癌細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)凋亡，其機(jī)制之一可能為ISL抑制驅(qū)化因子CXCL9-11，進(jìn)而抑制MAPK信號(hào)傳導(dǎo)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(shí)間內(nèi)快速誘導(dǎo)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(jìn)而顯著抑制MAPK/ ERK信號(hào)通路，抑制血管生成，從而間接阻斷腫瘤細(xì)胞血供來源，影響腫瘤細(xì)胞發(fā)展。

5 ISL抑制DNA損傷修復(fù)信號(hào)通路及其機(jī)制

損傷的DNA是通過傳感蛋白檢測(cè)，損傷信號(hào)傳至信號(hào)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(hào)是激活細(xì)胞生長(zhǎng)周期的主要位點(diǎn)，誘導(dǎo)DNA修復(fù)[23]。ATM(Ataxia telangiectasia mutated)是DNA損傷應(yīng)答通路上游的一個(gè)重要調(diào)節(jié)位點(diǎn)，可被斷裂的雙鏈DNA(DSB)活化，產(chǎn)生離子放射物和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ毒性[24]?；罨腁TM通過有效酶類調(diào)節(jié)DNA損傷信號(hào)，如：Chk2、Histone H2AX、53BP1、BRCA1、和MDC1，也可以激活A(yù)TM磷酸化，這些分子局部作用和細(xì)胞核共同參與可導(dǎo)致DNA損傷[25]。當(dāng)細(xì)胞DNA損傷不可逆時(shí)，細(xì)胞DNA損傷修復(fù)過程將減弱重要的修復(fù)位點(diǎn)和修復(fù)過程，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Park I等[26]發(fā)現(xiàn)，用50 mol/L ISL作用HeLa細(xì)胞6 h后檢測(cè)γ-H2AX(DNA損傷標(biāo)記信號(hào))，發(fā)現(xiàn)γ-H2AX增加，并具有時(shí)間依耐性，說明ISL可以誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞DNA損傷，而DNA的損傷可激活G2/M期上的一個(gè)位點(diǎn)，將細(xì)胞周期靜止在G2期，其機(jī)制可能是ISL使ATM和Chk2過度磷酸化，拓補(bǔ)異構(gòu)酶Ⅱ毒性增加，最終可抑制HeLa細(xì)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(yán)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(guó)的中草藥在抗腫瘤方面的研究已逐漸深入，從表觀學(xué)到分子機(jī)制都逐漸完善，了解藥物的抗腫瘤作用相關(guān)信號(hào)通路對(duì)我們進(jìn)一步明確藥物的抗腫瘤機(jī)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(hào)通路為其早日運(yùn)用于臨床奠定了一定基礎(chǔ)，并為探究新的抗腫瘤信號(hào)通路鋪路，異甘草素的抗腫瘤作用具有更深遠(yuǎn)的意義。

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10.3969/j.issn.1003-6350.2017.09.032

2016-07-17)

田奇鋒。E-mail：825867120@qq.com