中药基于PTEN-PI3K/Akt通路调控肿瘤细胞生长的研究进展

胡园园 林胜友

（浙江中医药大学·杭州 310053）

抑癌基因PTEN是1997年先后由3个不同国际实验小组独立研究从乳腺癌、前列腺癌及胶质母细胞瘤细胞株中克隆得到，并分别命名：与张力蛋白同源、第10染色体丢失的磷酸酶基因（phosphatase and tensin homolog deleted in chromo some10, PTEN），多种进展期癌中发生突变的基因（(mutated in multiply advanced cancer 1, MMAC1），TGF-β调节的、上皮细胞富含的磷酸酶基因（transforming growth factor-β, TEP1），后研究发现为同一物质，故又统一命名为PTEN，是继p53后又一重要的广谱抑癌基因。PTEN能靶向作用于多条信号通路，如FAK-p130cas、ERK/MAPK等，对肿瘤的生长、转移起到抑制作用。目前对以PTEN_PI3K/Akt信号转导通路为靶点的肿瘤防治的研究正在逐步深入。活化的丝/苏氨酸激酶（P-Akt）在促进肿瘤细胞生长、增殖，抑制凋亡，促进侵袭和转移，调控内皮生长、血管生成等方面均起到重要作用[1]，而PTEN通过对磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)的拮抗作用恰好能抑制Akt的活化。本文就PTEN-PI3K/Akt信号转导通路对目前中药对肿瘤细胞生长抑制作用的研究进展做一阐述。

1 PTEN_PI3K/Akt信号转导通路

1.1 PTEN的结构与功能

PTEN是目前人类发现的第一个能够编码蛋白磷酸酶和脂质磷酸酶的双重磷酸酶活性蛋白的抑癌基因[2]，能参与多项细胞生命过程的调控，如细胞的生长、增殖、凋亡、粘附、迁移与侵袭等[3]，而其抑癌基因的发挥主要是通过脂质磷酸酶活性。已有流行病学资料证明，无论是实体瘤还是淋巴造血系统肿瘤中，均存在着PTEN突变或缺如[4]。PTEN定位于人类10号染色体10q23.3，全长200kb，包含9个外显子和8个内含子，编码403个氨基酸。PTEN蛋白可分为三个部分：（1）N端磷酸酶结构域：N端由1～185位氨基酸组成，其中第123～130位氨基酸具有与脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶的双重特异性磷酸酶催化中心同源的HCXXGRXXR序列[5]，为N端核心，能使磷脂及蛋白质脱磷酸化，是PTEN发挥抑癌作用的主要功能区，该核心区域内的点突变即可致脂质磷酸酶或蛋白磷酸酶的活性丧失，此外第7～185位氨基酸与细胞骨架中的张力蛋白和辅助蛋白同源[6]，张力蛋白是一种细胞骨架蛋白，辅助蛋白与神经突触小泡的运输有关；（2）中部C2区：C2区位于N端后，由第186～351位氨基酸构成，能以不依赖Ca2+协助的方式与细胞膜结合[7]，参与PTEN在包膜的有效定位和信号转导，发挥PTEN蛋白的生物活性；(3)C端尾区：C端主要包括两个PEST结构域序列（第350～375位和第379～396位氨基酸）和一个PDZ同源结构域结合序列（第400～403位氨基酸），主要负责调节PTEN的稳定性和酶活性，同时也是肿瘤易突变区，其突变可引起分子构象改变，影响稳定性和磷酸酶活性，导致PTEN灭活[8]。

1.2 PTEN-PI3k/Akt通路调控肿瘤细胞生长的作用

PTEN主要通过阻滞细胞周期和诱导细胞凋亡两方面抑制肿瘤细胞的生长[9]。PI3K目前已发现有三种同工酶，目前对I型中的IA亚型研究较广泛，该型是由调节亚基p85和催化亚基pl10组成的异二聚体。p85的src同源2（SH-2）结构域与酪氨酸激酶受体（RTK）结合引起二聚体构象改变或者pl10与Ras蛋白直接结合[10]，均可使PI3K活化，从而促使磷酯酰肌醇二磷酸酯（PIP2）转化成磷脂酰肌醇三磷酸酯（PIP3）。PIP3作为第二信使可与下游的效应分子Akt的PH区和磷脂酰肌醇依赖的蛋白激酶（PDK）结合，激活Akt，使p-Akt从胞浆转移至细胞膜，并且发生构象的改变，进而磷酸化一系列抑制蛋白（如p21CIP1、p27KIP1）、糖原合成酶激酶-3（GSK3）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR），导致细胞周期变短，使细胞增殖失去控制。此外，活化的Akt还可通过以下途径直接或间接抑制凋亡基因的表达：(1)直接磷酸化促凋亡蛋白（如Bcl-2家族、caspase-9、Par-4等），有效阻断细胞凋亡；(2)直接或间接影响转录因子家族（如NF-κB、Forkhead等），负调节凋亡促进信号；(3)防止线粒体释放凋亡因子及细胞色素c，发挥抗凋亡作用[11]。PTEN蛋白的磷酸酶活性能够使PIP3脱磷酸化为PIP2，从而拮抗PI3K的作用，使细胞中Akt磷酸化水平明显下降，干扰细胞生长信号，使细胞周期阻滞于G1期，并增加细胞对凋亡的敏感度，发挥其抑癌作用[12]。

此外，PTEN还可对独立于PI3K/Akt通路之外的其它分子起到靶向作用，而这些分子又可广泛作用于PI3K/Akt通路下游的一些分子[13]，在细胞内形成了错综复杂的信号转导网络，间接对肿瘤细胞的生长起到一定的调控作用。

2 中药对PTEN-PI3K/Akt通路作用的研究

中药由于其扶正祛邪，减轻毒副反应，多靶点、多阶段等作用特点，在肿瘤防治方面的应用日趋被接受并得到重视，中药的抗癌机制也已成为研究热点。目前对中药单药方面的研究较多，成果也较为显著。丹酚酸A（SalA）是中药丹参的提取物，有研究证明，SalA能呈剂量依赖性地抑制存在有活性PTENPI3K/Akt通路的人肺癌A549细胞的增殖，并且实验数据显示随着SalA的浓度和时间的增加，PTEN、T-Akt亦呈上升趋势，提示SalA可能是通过下调PTEN-PI3K/Akt通路中的P-Akt的表达，上调PTEN、T-Akt的表达来抑制细胞的增殖、促进细胞凋亡[14]。王晶宇等研究发现姜黄素能以浓度及时间依赖的方式抑制膀胱癌EJ细胞的增殖，Western Blotting结果显示50μM姜黄素作用于EJ细胞后，PTEN活性增强，Akt、PDK1表达水平降低，提示姜黄素抗癌的机制可能与提高PTEN、降低AKT与PDK1的活性及表达，进而调节下游凋亡相关蛋白如BAD、caspase-9、caspase-3等的表达有关[15]。有研究发现昆布多糖酸酯能抑制体外非激素依赖型人前列腺癌细胞株PC-3的细胞增殖，其机制可能与PTEN和p27KIP1mRNA及蛋白表达的增加相关[16]。丹皮的主要有效成分丹皮酚在体外对人肝癌高转移性细胞MHCC97-H具有增殖抑制作用，通过对PTEN、Akt蛋白表达水平检测发现，其机制可能与上调PTEN的表达、下调Akt的表达有关[17]。槲皮素（Qwquercetin）对SMMC-7721肝癌细胞PI3K/Akt通路影响的实验研究表明槲皮素能可能通过将SMMC-7721细胞阻滞于G0/G1期，增加PTEN的表达从而抑制PI3K/Akt通路、激活Caspase-9来促进细胞凋亡进程[18]。此外，中药复方对PTEN-PI3K/Akt信号转导通路影响的研究也已经有了一定的成果。一项以人肝癌裸鼠为模型的研究表明，将不同剂量的健脾复方中药（党参30g，茯苓15g，白术15g，半支莲30g，莪术15g，柴胡10g，炙甘草6g）以灌胃的方式给药，能在不同程度上提高荷瘤鼠的生存率，其实验数据提示该结果可能与健脾复方维持较高的PTEN表达水平有关，并且研究结果也展现了中药相较于化疗药物而言具有明显的后效优势[19]。季幸姝在观察经方膈下逐瘀汤对肝癌Bel-7402细胞作用的研究中发现，膈下逐瘀汤能够有效地抑制该细胞的增殖，并且实验数据显示其机制可能与PTEN蛋白水平的增高，PI3K、P-Akt水平的降低有关[20]。

3 问题与展望

近年来对肿瘤发生发展机制的研究日臻深入，也带动了中药抗癌机制的研究的巨大进展。中药在肿瘤的预防、治疗方面具有一定的优势，越来越多的研究证明中药有着不可忽视的抗癌作用，但是目前尚有很多机制有待明确，中药抗癌机制的研究仍处于起步阶段，而且现有的研究多以体外细胞实验、动物实验为主，缺乏临床试验。PTEN-PI3K/Akt信号转导通路对肿瘤的生长、转移均能起到抑制的作用，这也为中药抗癌作用机理的研究提供了一条新思路。尽管PTEN-PI3K/Akt通路远远不能完全揭示中药的抗癌机理，相信随着肿瘤发生发展机制的日渐完善，中药对肿瘤细胞的作用机制也会更加清晰，为抗癌工作中新药的研发以及中药复方和单药的临床使用提供更充足的理论依据。

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