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(lái)源，超過(guò)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(gè)非常龐大的家族，包含了超過(guò)20.000個(gè)分子，具有顯著的化學(xué)多樣性和重要的治療價(jià)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(xì)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(duì)癌癥生存和進(jìn)展、心血管和神經(jīng)損傷相關(guān)的多種信號(hào)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(guò)對(duì)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)修飾實(shí)現(xiàn)了UA衍生物的合成，進(jìn)一步提高其治療潛力和所需的活性劑量[11]。

PI3K/AKT/mTOR信號(hào)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(duì)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路抑制劑，如BEZ235，NVP-BEZ235，BYL719及BKM120等在CRC中的價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果提示，PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的激活與細(xì)胞轉(zhuǎn)化、腫瘤進(jìn)展、細(xì)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(duì)炎癥/或氧化應(yīng)激相關(guān)疾?。ò┌Y、心血管和神經(jīng)退化疾?。┑闹委煓C(jī)制尚未闡明[14,15]。因此，深入了解UA在CRC發(fā)展過(guò)程中調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路過(guò)程，有助于CRC新治療策略的制定。

1 UA來(lái)源、結(jié)構(gòu)與抗腫瘤機(jī)制

1.1 UA來(lái)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(shí)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(hù)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(duì)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(diǎn)，限制了臨床的廣泛應(yīng)用?；赨A化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合化學(xué)修飾的衍生物可能被用作增強(qiáng)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(bào)道，針對(duì)UA結(jié)構(gòu)的C-3或者C-28位置進(jìn)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(xì)胞，人胃癌BGC-823、AGS細(xì)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(shí)驗(yàn)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(jī)制

1.2.1 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯

細(xì)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(guò)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(xì)胞程序性自然死亡過(guò)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(duì)凋亡途徑，以抑制腫瘤的生長(zhǎng)和增殖。Kim等的研究表明，UA對(duì)人肝癌細(xì)胞系HepG2作用的機(jī)制與其增強(qiáng)線粒體釋放細(xì)胞色素C，激活caspase-3誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡，從而抑制肝癌進(jìn)程[22]。Wu等研究表明，UA作用HepG2與K562細(xì)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(xì)胞增值密切相關(guān)的Bcl-2的表達(dá)[23]。此外，通過(guò)對(duì)凋亡拮抗劑的劑量依賴性調(diào)節(jié)，觀察到UA對(duì)MDR（多藥耐藥性）SW480（結(jié)腸直腸腺癌細(xì)胞株）細(xì)胞的抗增殖和凋亡作用[24]。

UA并具有調(diào)節(jié)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)分子的功能，如細(xì)胞周期蛋白（Cyclin）、依賴細(xì)胞周期素激酶（CDK）等發(fā)揮細(xì)胞周期阻滯效應(yīng)。Wang等發(fā)現(xiàn)，UA處理MCF-7腫瘤細(xì)胞后，可致細(xì)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(xiàng)使用SNG-2和HEC108（子宮內(nèi)膜腺癌細(xì)胞癌細(xì)胞株）細(xì)胞的研究也顯示UA通過(guò)調(diào)節(jié)MAPK信號(hào)通路對(duì)細(xì)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(xì)胞細(xì)胞系）細(xì)胞的S期阻滯與線粒體凋亡有關(guān)[27]。綜上分析，UA通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和調(diào)節(jié)周期相關(guān)的靶分子可促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮其抑癌作用。

1.2.2 誘導(dǎo)細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬（Autophagy）也稱II型程序性細(xì)胞死亡（Type II programmed cell death），是一種進(jìn)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(xì)胞器和不必要的細(xì)胞質(zhì)成分的溶酶體降解過(guò)程，對(duì)于細(xì)胞存活和維持體內(nèi)平衡至關(guān)重要[28]。研究表明，細(xì)胞凋亡和自噬之間相互關(guān)聯(lián)，有助于控制細(xì)胞的存活和死亡[29]。這一途徑常被如營(yíng)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(jìn)程中發(fā)生改變，包括癌癥[30,31]。自噬對(duì)癌細(xì)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(guò)促進(jìn)多余或受損細(xì)胞成分的降解的細(xì)胞自我保護(hù)機(jī)制，但若阻止自噬-溶酶體融合進(jìn)程，則會(huì)阻礙自噬的發(fā)生[33]。Jung等研究表明，UA通過(guò)誘導(dǎo)凋亡和損害自噬進(jìn)展促進(jìn)PC-12細(xì)胞的死亡[34]。Luo等研究提示，UA通過(guò)抑制增殖、誘導(dǎo)自噬與凋亡以及介導(dǎo)PI3K/AKT與NF-κB信號(hào)通路抑制炎性反應(yīng)從而抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[35]。Lewinska等研究表明，UA在表型不同的乳腺癌細(xì)胞中，介導(dǎo)的糖基化途徑的改變進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞毒性自噬和細(xì)胞凋亡[36]。

此外，細(xì)胞自噬作為細(xì)胞存活機(jī)制，在不同的情況下，可能起到促腫瘤細(xì)胞死亡或抑制腫瘤細(xì)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(xì)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(xì)胞從上皮極化表型轉(zhuǎn)變?yōu)殚g葉細(xì)胞成纖維母細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)分化過(guò)程。EMT包括細(xì)胞極性的喪失，細(xì)胞間的粘附性降低，以及遷移能力的增強(qiáng)[38]。Ruan等研究指出，UA通過(guò)靶向調(diào)節(jié)非小細(xì)胞肺癌中整合素αVβ5/MMPs信號(hào)通路，弱化TGF-β1誘導(dǎo)的EMT進(jìn)程[39]。Sohn等表明，阻滯EMT及上調(diào)let 7b表達(dá)對(duì)于UA誘導(dǎo)的惡性間皮瘤細(xì)胞H28,H2452，MSTO-211H凋亡至關(guān)重要[40]。Zhang等認(rèn)為UA通過(guò)EMT抑制人卵巢癌干細(xì)胞的增殖[41]。Liu等提出，UA通過(guò)抑制人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549中星形膠質(zhì)細(xì)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(jìn)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(xì)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。基于此，抑制癌細(xì)胞轉(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(guò)去二十年對(duì)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(xì)胞后能夠減少白細(xì)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(dá)。機(jī)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(shí)間依賴的UA處理人類乳腺癌細(xì)胞，通過(guò)對(duì)JNK、Akt和m-TOR的脫磷酸作用，導(dǎo)致NF-kβ失活，進(jìn)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(guò)抑制促炎因子如CXCR4/CXCL12受體-4介導(dǎo)的信號(hào)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(zhǎng)[47]。UA以濃度依賴形式作用A549，H3255，Calu-6細(xì)胞，表現(xiàn)抑制侵襲與轉(zhuǎn)移效應(yīng)，其可能機(jī)制是抑制Na(+)-K(+)-ATPase，人成熟型轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（Transforming growth factor beta1,TGF-β1），細(xì) 胞 間 粘 附 分 子（Intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1）的表達(dá)[48]，這提示UA具有通過(guò)多種機(jī)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(xì)血管，其不僅對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)和生存至關(guān)重要，而且對(duì)增強(qiáng)其侵入性行為也至關(guān)重要。研究表明，腫瘤細(xì)胞在其周圍創(chuàng)造了一個(gè)微環(huán)境并分泌出各種支持性趨化因子來(lái)進(jìn)行血管生成[49]。Kanjoormana等對(duì)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(zhǎng)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(dá)[50]。此外，Lin等研究顯示，UA對(duì)人肝癌細(xì)胞系Hep3B，Huh7，HA22T具有抑制促進(jìn)血管生成因子的表達(dá)，包括VEGF和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)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(jī)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(jìn)蛋白質(zhì)（VEGF,iNOS,TNF-α）因子的表達(dá)，而且顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[52]。以上研究表明，因此，UA可以被認(rèn)為是一種潛在的腫瘤抑制因子，通過(guò)多種機(jī)制抑制腫瘤血管生成。

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

圖2 PI3K/AKT信號(hào)通路在結(jié)直腸癌進(jìn)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(guó)，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(jìn)展涉及多條分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路、信號(hào)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(hào)通路在抑制CRC細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)凋亡進(jìn)程中發(fā)揮重要作用[56]。PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的抑制劑被認(rèn)為是治療CRC的潛在靶向制劑。研究提示，PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路與CRC進(jìn)程顯著相關(guān)[57]。AKT信號(hào)通路的激活及AKT負(fù)性調(diào)節(jié)因子PTEN的異常表達(dá)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(dòng)促進(jìn)癌細(xì)胞生長(zhǎng)，侵襲、轉(zhuǎn)移及凋亡相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[59]。見圖2。

CRC進(jìn)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(xì)胞內(nèi)信號(hào)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(hào)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(guò)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(xì)胞系HT-29、人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cells,HUVECs）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，UA能夠顯著抑制CRC裸鼠移植瘤模型腫瘤生長(zhǎng)，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(jìn)一步研究提示，UA作用CRC的機(jī)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(xì)胞增殖，誘導(dǎo)凋亡機(jī)制涉及MMP9/CDH1,Akt/ERK，COX-2/PGE2，p300/NF-κB/CREB2，細(xì)胞色素C/caspase等信號(hào)通路[62]。Shan等研究顯示，UA抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)凋亡，增強(qiáng)奧沙利鉑的化療敏感性。相關(guān)作用機(jī)制與下調(diào)Bcl-xL，Bcl-2，survivin因子表達(dá)，激活caspase-3、8、9，抑制KRAS以及MAPK，PI3K/AKT及NF-κB信號(hào)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(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡的有效抑制劑，有可能通過(guò)MAPK/ERK及PI3K信號(hào)通路激活增殖和存活[64]。以上研究說(shuō)明，烏索酸調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)凋亡及抑制新生血管生成及對(duì)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(guò)化學(xué)修飾結(jié)構(gòu)來(lái)源的UA及其衍生物通過(guò)誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡和阻滯細(xì)胞周期，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，抑制上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化、癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移及血管生成等機(jī)制阻礙結(jié)直腸癌進(jìn)程。過(guò)程涉及多條信號(hào)通路，但PI3K/AKT/mTOR信號(hào)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(rùn)、轉(zhuǎn)移有關(guān)。UA通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路，修復(fù)PTEN基因活性，多層次、多途徑地抑制腫瘤生長(zhǎng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，為CRC的治療提供了新的思路。但目前對(duì)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(jī)制尚未闡明，仍需要進(jìn)一步深入探索。