魏青，聞曉東

（中國(guó)藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009）

大腸癌又稱為結(jié)直腸癌，是全球第三大致死惡性腫瘤。2018年相關(guān)研究顯示，未來10年內(nèi)全球?qū)⒂?20萬新增病例和110萬死亡病例[1]。流行病學(xué)研究顯示，誘發(fā)大腸癌的因素主要是年齡、性別、家族病史、炎癥性腸病、吸煙史、飲酒史、食用加工肉類、肥胖和糖尿病，這些因素共同發(fā)生或相互作用最終可導(dǎo)致大腸癌的發(fā)生[2]。大腸癌的傳統(tǒng)治療主要采用手術(shù)結(jié)合放化療的方式，其中大腸癌的一線化療藥物是5-氟尿嘧啶、伊利替康、卡培他濱和奧沙利鉑等，這些藥物雖然有效抑制了大腸癌的惡性進(jìn)展，但也不可避免地造成嚴(yán)重的不良反應(yīng)[3]。近年來除了傳統(tǒng)的治療方式之外，靶向治療和免疫療法也逐漸成為大腸癌的治療手段之一。在大腸癌靶向治療中，抗血管生成抑制劑和表皮生長(zhǎng)因子受體抑制劑是2類主要靶向藥物，臨床上往往將其與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合使用，從而提高大腸癌患者的總體生存率和生活質(zhì)量[4]。此外，免疫檢查點(diǎn)抑制劑如程序性死亡受體1（programmed cell death protein 1，PD-1）及其配體PD-L1等也在臨床試驗(yàn)中顯著提高了錯(cuò)配修復(fù)基因缺失和高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定導(dǎo)致的大腸癌患者的生存率[5]。隨著對(duì)大腸癌研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)越來越多的化合物均有良好的抑癌效果。而天然產(chǎn)物憑借其來源豐富、結(jié)構(gòu)新穎等特點(diǎn)成為大腸癌治療的熱門候選藥物，將其作為先導(dǎo)化合物進(jìn)一步開發(fā)利用，可以為大腸癌治療提供更多樣的方案。

AMP依賴的蛋白激酶（AMP-dependent protein kinase，AMPK）存在于生物體內(nèi)，是由α催化亞基和β、γ調(diào)節(jié)亞基共同組成的復(fù)合三聚體[6]，其中α亞基的蘇氨酸172位點(diǎn)磷酸化介導(dǎo)AMPK的激活[7]。許多應(yīng)激反應(yīng)如葡萄糖剝奪、缺血缺氧和氧化應(yīng)激等引起細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比例上升時(shí)，可以激活能量感受器AMPK[8]。此外，AMPK的上游激酶如肝臟激酶B1（liver kinase B1，LKB1）、鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶激酶β（calmodulin-dependent protein kinase kinase，CaMKKβ）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激酶 1（transforming growth factor-β-activated protein kinase-1，TAK1）也可以促進(jìn)AMPK的活化[9]。近年來，越來越多的研究表明，在大腸癌的發(fā)病過程中AMPK作為細(xì)胞內(nèi)能量感受器起重要作用，其激活劑如二甲雙胍、小檗堿等可以抑制結(jié)直腸腫瘤的生長(zhǎng)[10-11]。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）作為AMPK信號(hào)通路的下游靶標(biāo)之一，參與調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞增殖、極性形成、蛋白質(zhì)合成和轉(zhuǎn)錄等，同樣也是大腸癌治療的靶點(diǎn)之一[12]。因此，本文總結(jié)了基于AMPK/mTOR信號(hào)通路的抗大腸癌天然產(chǎn)物的研究進(jìn)展，以期為大腸癌治療提供新的思路。

1 AMPK/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)通路

AMPK是細(xì)胞內(nèi)的能量感受器，激活的AMPK通過調(diào)控下游的mTOR、膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（sterol-regulatory element binding protein，SREBP）等一系列靶標(biāo)而參與蛋白質(zhì)代謝、脂質(zhì)代謝、糖代謝、細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡等多種生理活動(dòng)[13]。mTOR是AMPK的下游靶標(biāo)之一，它是一種進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞周期和細(xì)胞自噬等多種細(xì)胞過程（見圖1）[14]。一方面，mTOR可與Raptor（regulatory associated protein of mTOR）、Deptor（domain-containing mTOR-interacting protein）、mLST8（mTOR associated protein，LST8 homolog）和 PRAS40（proline-rich Akt substrate of 40 000）形成哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合 物 1（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1），直接調(diào)控細(xì)胞內(nèi)能量和營(yíng)養(yǎng)水平；另一方面，mTOR還可與Rictor（rapamycin-insensitive companion of mTOR）、mSin1（mammalian stressactivated protein kinase interacting protein 1）、Protor（protein observed with Rictor）和mLST8形成mTORC2，通過磷酸化AGC蛋白激酶家族成員而調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和活力[15]。

圖 1 AMPK/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)通路Figure 1 The AMPK/mTOR signalling pathway

AMPK作為mTOR的上游激酶，不僅可以通過磷酸化結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物2而激活TSC復(fù)合物間接影響mTORC1的活性，還能通過直接磷酸化Raptor而影響mTORC1的活性[16]。激活的mTORC1通過磷酸化其下游2個(gè)關(guān)鍵效應(yīng)蛋白核糖體S6蛋白激酶1（ribosomal S6 kinase，S6K1）和真核細(xì)胞始動(dòng)因子4E結(jié)合蛋白1（4E binding protein，4EBP1），在蛋白質(zhì)合成和核苷酸合成中發(fā)揮關(guān)鍵作用。磷酸化的S6K1可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)40S核糖體亞基的組分S6核糖體蛋白，從而調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)。磷酸化的4EBP1則能與真核翻譯起始因子4E結(jié)合，促進(jìn)帽狀結(jié)構(gòu)依賴的蛋白質(zhì)翻譯，調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程[17]。同時(shí)，活化的mTORC1還可以調(diào)控SREBP和脂素1（lipin-1），促進(jìn)脂質(zhì)從頭合成即以乙酰輔酶A為原料的脂肪酸合成，并通過激活缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）來調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝和三磷酸腺苷生成，此外還能通過磷酸化UNC-51樣激酶1（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）和自噬相關(guān)基因13（autophagy-related gene 13，Atg13）抑制細(xì)胞自噬[18]。

2 AMPK/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)通路與大腸癌的關(guān)系

大腸癌的發(fā)生與炎癥和代謝紊亂密切相關(guān)，這表明AMPK作為細(xì)胞內(nèi)的能量代謝樞紐可能參與調(diào)控了大腸癌的進(jìn)展[8]。此外，mTOR 在多種腫瘤中均表現(xiàn)出過度活化，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、血管新生和抑制腫瘤細(xì)胞凋亡等，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著重要關(guān)系[19]。因此，靶向調(diào)節(jié)AMPK/mTOR信號(hào)通路有望成為大腸癌的治療手段之一。

相比于正常分化的細(xì)胞，異常增殖的腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出不同的代謝方式，需要平衡生物合成過程和足夠的三磷酸腺苷以支持腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、存活。AMPK在能量代謝方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，可以通過調(diào)節(jié)包括大腸癌在內(nèi)的惡性腫瘤的能量代謝而影響其發(fā)生發(fā)展[20-22]。mTOR作為AMPK的下游靶標(biāo)參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和活力。在大腸癌患者的臨床樣本中觀察到mTOR的mRNA水平和蛋白表達(dá)均顯著升高，與大腸癌的惡性程度和不良預(yù)后具有相關(guān)性[23]。與AMPK類似，mTOR也是細(xì)胞內(nèi)能量代謝的關(guān)鍵分子之一。mTOR不僅可以促進(jìn)細(xì)胞膜對(duì)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，還能靶向調(diào)控HIF-1α介導(dǎo)的糖酵解過程，從而調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的能量代謝[24]。此外，mTOR還能通過調(diào)控其下游的p70S6K和4EBP1參與蛋白質(zhì)合成，影響大腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖能力[25]。mTOR的另一下游靶標(biāo)ULK1是自噬的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，臨床上ULK1的過度表達(dá)與胃癌、大腸癌等多種腫瘤類型的不良預(yù)后有關(guān)[26-27]。在AMPK/mTOR信號(hào)通路中，AMPK可以直接激活ULK1，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬，而mTORC1可以通過磷酸化ULK1 Ser757位點(diǎn)來抑制其活性并阻斷ULK1與AMPK的相互作用，抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬[8]。有研究表明，mTOR亦可參與調(diào)控大腸癌細(xì)胞的自噬過程，抑制大腸癌的發(fā)生和發(fā)展[28]。

3 基于AMPK/mTOR信號(hào)通路的抗大腸癌天然產(chǎn)物

3.1 AMPK激動(dòng)劑

越來越多的研究顯示，AMPK參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，一些AMPK激動(dòng)劑被用作癌癥治療藥物并進(jìn)行了臨床前或臨床研究，而目前研究最為透徹的AMPK激動(dòng)劑是用于治療2型糖尿病的二甲雙胍。在大腸癌的研究中證實(shí)，二甲雙胍可以通過激活A(yù)MPK而影響大腸癌發(fā)生、發(fā)展[29]。此外，其他AMPK激動(dòng)劑如5-氨基-1-核糖基咪唑-4-甲酰胺磷酸鹽（5-aminoimidazole-4-carboxamide1-β-D-ribofuranoside，AICAR）[30]、水楊酸鹽[31]等也在體外實(shí)驗(yàn)中顯示出抑制腫瘤細(xì)胞增殖的活性。另外，天然產(chǎn)物一直以來都是抗腫瘤研究的熱點(diǎn)之一，許多天然產(chǎn)物都可以激活A(yù)MPK信號(hào)并表現(xiàn)出良好的抗大腸癌活性。

研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可以通過激活A(yù)MPK來抑制多藥耐藥蛋白和環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的表達(dá)，從而逆轉(zhuǎn)人結(jié)直腸癌HCT116細(xì)胞對(duì)奧沙利鉑的耐藥性，有望成為抗大腸癌的候選藥物[32]。膳食類黃酮槲皮素通過激活A(yù)MPK，誘導(dǎo)人結(jié)直腸癌HT29細(xì)胞發(fā)生p53依賴性的細(xì)胞凋亡，在體內(nèi)移植瘤模型中表現(xiàn)出抗大腸癌活性[33]。小檗堿是一種異喹啉生物堿，研究表明，在氧化偶氮甲烷（azoxymethane，AOM）/葡聚糖硫酸鈉（dextran sulfate sodium，DSS）小鼠模型中小檗堿可以激活A(yù)MPK，從而抑制mTOR和p53磷酸化，進(jìn)而抑制結(jié)腸上皮細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)生[34]。Park等[35]還發(fā)現(xiàn)，小檗堿可以通過激活A(yù)MPK，降低整合素β1的表達(dá)，抑制人結(jié)直腸癌SW480和HCT116細(xì)胞遷移。

此外，近年來發(fā)現(xiàn)越來越多新的天然產(chǎn)物可以直接或間接激活A(yù)MPK信號(hào)，從而抑制大腸癌的發(fā)生、發(fā)展。Tong等[36]發(fā)現(xiàn)，在人結(jié)直腸癌SW480和LoVo細(xì)胞中，姜黃素通過激活A(yù)MPK來抑制腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。另有研究顯示，在體內(nèi)模型中可見姜黃素有抗大腸癌活性[37]。另外，厚樸酚[38]、蟲草素[39]、咖啡酸[40]、甘草西定[41]、韋德醇[42]、染料木黃酮[43]和蛇葡萄素[44]等天然產(chǎn)物也被報(bào)道能夠激活A(yù)MPK信號(hào)而發(fā)揮其抗大腸癌活性（見表1、圖2）。

表 1 在結(jié)直腸癌中激活A(yù)MPK的天然化合物Table 1 List of natural compounds regulating AMPK activation in colorectal cancer

3.2 mTOR抑制劑

作為AMPK的下游靶標(biāo)之一，mTOR在細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和自噬等方面也發(fā)揮著一定的調(diào)節(jié)作用。同時(shí)由于mTOR在多種惡性腫瘤中常過度活化，因此mTOR也一直是腫瘤研究中的熱門靶標(biāo)。在大腸癌中已有靶向mTOR的抑制劑應(yīng)用于臨床研究，而許多天然產(chǎn)物也表現(xiàn)出對(duì)mTOR信號(hào)的抑制作用。

Mao等[45]發(fā)現(xiàn)，小檗堿可以通過抑制mTOR活性來降低HIF-1α的表達(dá)，從而抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的葡萄糖代謝，闡明了小檗堿抗大腸癌的新機(jī)制。姜黃素可以降低mTOR、Raptor和Rictor的蛋白及mRNA水平，抑制大腸癌細(xì)胞增殖[46]。而姜黃素和5-氟尿嘧啶聯(lián)用后可以通過下調(diào)Akt和mTOR蛋白的磷酸化水平，從而影響AMPK/ULK1信號(hào)通路，增強(qiáng)其對(duì)結(jié)直腸癌細(xì)胞的毒性[47]。歐前胡素是來源于白芷的呋喃香豆素成分，Mi等[48]發(fā)現(xiàn)歐前胡素通過下調(diào)mTOR/p70S6K/4EBP1和MAPK信號(hào)通路來抑制HIF-1α的表達(dá)，從而抑制大腸癌細(xì)胞增殖，并在體內(nèi)、體外均顯示出抗大腸癌活性。

丹酚酸B是一種從中藥丹參中提取的活性化合物，研究發(fā)現(xiàn)其可以通過抑制Akt/mTOR信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)大腸癌細(xì)胞發(fā)生自噬死亡[49]。楊梅素是一種天然的膳食黃酮類化合物，其在多發(fā)性腸腺瘤小鼠模型（APC Min/+小鼠）中的抗腫瘤活性與MAPK/Akt/mTOR信號(hào)通路有關(guān)[50]。此外，紫蘇醇[51]、山麥冬皂苷A[52]、白頭翁皂苷D[53]、白楊素[54]、貝母乙素[55]和大黃酸[56]等天然產(chǎn)物也可通過直接或間接抑制mTOR活性而在體內(nèi)、體外影響大腸癌的發(fā)生發(fā)展（見表2、圖2）。

表 2 在結(jié)直腸癌中抑制mTOR的天然化合物Table 2 List of natural compounds regulating mTOR inactivation in colorectal cancer

4 結(jié)語

自AMPK作為能量穩(wěn)態(tài)中樞調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)及AMPK/mTOR信號(hào)通路在腫瘤生物學(xué)中調(diào)控機(jī)制的深入揭示，為基于該信號(hào)通路的新藥研發(fā)提供了可能，越來越多的天然產(chǎn)物也表現(xiàn)出對(duì)AMPK-mTOR信號(hào)通路的調(diào)控作用和抗大腸癌活性，如白藜蘆醇、小檗堿等天然產(chǎn)物具有激活A(yù)MPK活性機(jī)制而受到極大關(guān)注，但在新藥成藥性研究方面，還將面臨著很多挑戰(zhàn)，如天然產(chǎn)物抗腫瘤精確分子機(jī)制有待進(jìn)一步闡明；如何針對(duì)關(guān)鍵藥效基團(tuán)開發(fā)更高效、更好口服生物利用度及安全性的衍生物；靶向特定組織（如腫瘤、肝臟及巨噬細(xì)胞等）AMPK及mTOR調(diào)控劑的開發(fā)。但最終確定長(zhǎng)期安全性和有效性的最佳方法是進(jìn)行更為廣泛的臨床實(shí)驗(yàn)。

圖 2 基于AMPK/mTOR信號(hào)通路天然產(chǎn)物抗大腸癌機(jī)制概述Figure 2 Action mechanism of natural compounds against colorectal cancer based on AMPK/mTOR signalling pathway