基于Wnt/β-catenin信号通路概述中药防治溃疡性结肠炎及其相关癌变

邹孟龙，黄晓燕，*，宁 芯，陈雅璐

(1.广西中医药大学，广西 南宁 530000；2.广西中医药大学第一附属医院，广西 南宁 530023)

溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis，UC)发病机制复杂，具有难以治愈、容易复发、癌变倾向等特点[1]。基于UC背景下出现的相关癌变称为溃疡性结肠炎相关癌变(Ulcerative colitis associated carcinogenesis，UCAC)，其发展一般为“炎症-不典型增生-癌”模式[2]。Wnt信号传导异常活化，β-catenin大量核内聚集，这是UC发展成UCAC的关键因素之一[3]。氨基水杨酸制剂、糖皮质激素等药物治疗UC虽有成效，但仍面临提高UC肠黏膜修复质量、减缓由“炎症-不典型增生-癌”演变过程的棘手问题。现对Wnt信号通路、UC及UCAC之间相关性进行综述，并小结中药的防治效果，旨在为UC、UCAC临床药物研究提供参考。

1 Wnt/β-catenin信号通路的生物学作用

Wnt信号通路由细胞膜外、细胞膜上、细胞质及细胞核4部分的信号分子组成，细胞膜外包括Wnt蛋白。细胞膜上包括特异性7次跨膜受体卷曲蛋白(Frizzled，Fzd)、低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(Low-density lipoprotein receptor-related protein5/6，LRP5/6)；细胞质包括蓬乱蛋白(Dishevelled，Dsh)、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)、轴蛋白(Axin)、结直肠腺瘤性息肉蛋白 (Adenomatous polyposis coli，APC)、酪蛋白激酶1(Casein kinase1，CK1)及β-连环蛋白 (β-catenin)；细胞核包括转录T细胞因子/转录淋巴增强剂结合因子(TCF/LEF)及下游靶基因(如周期蛋白cyclinD1、原癌基因c-myc等)[4-5]。β-catenin是Wnt信号通路中最关键的信号蛋白，相对分子量为92～95 kD，其氨基末端含多个CK1和GSK-3β的磷酸化位点，羟基末端可在细胞核内激活相应的下游靶基因，中间区域形成超螺旋结构，含有钙黏蛋白(Cadherin)、APC蛋白及转录因子TCF/LEF结合位点，这些结构特点决定了β-catenin在Wnt信号通路中起枢纽作用，故该通路又称为Wnt/β-catenin信号通路[6]。

正常情况下(细胞膜外无Wnt蛋白)，细胞质的β-catenin与细胞膜上的E-钙黏蛋白(E-cadherin)结合维持细胞间的黏附功能，有效阻止细菌及内毒素等有害物质侵入细胞[7]。对于少部分游离在细胞质的β-catenin则被破坏复合物(由APC、Axin、GSK-3β及CK1组成)磷酸化。在该过程中，CK1先使β-catenin氨基端丝氨酸45(Ser45)位点磷酸化，在此基础上，GSK-3β使β-catenin氨基端的苏氨酸41(Thr41)、丝氨酸37(Ser37)及丝氨酸33(Ser33)位点磷酸化，被磷酸化的Ser37、Ser33位点被U3泛素连接酶β-转导素重复蛋白(β-TRCP)识别并泛素化，最终通过泛素蛋白酶体途径将β-catenin降解[8-9]。因此，在机体正常情况下，细胞质中β-catenin的含量较少，下游靶基因不会激活。而当以上稳态被打破时(细胞膜外存在Wnt蛋白)，Wnt蛋白同时刺激Fzd和LRP5/6，形成Wnt-Fzd-LRP5/6复合物，Dsh蛋白被复合物激活，被激活的Dsh蛋白抑制GSK-3β的活性，导致β-catenin氨基端的Ser37、Ser33位点未得到暴露，β-TRCP不能识别，β-catenin从降解中逃逸，并积累在胞质溶胶中，当积累到一定量时便迁移入细胞核，并与核内转录因子TCF/LEF形成复合体，激活下游相关靶基因的转录，从而控制细胞的生物学活性[10-11]。

2 Wnt/β-catenin信号通路与UC的关系

UC病变部位主要限于大肠黏膜和黏膜下层。肠黏膜组织持续性炎症浸润，免疫系统紊乱，导致肠上皮细胞坏死。肠上皮细胞更新与凋亡之间的平衡被破坏，则肠黏膜受损，导致UC的进一步发展[12]。Wnt/β-Catenin信号通路沿着肠隐窝-绒毛轴梯度传导，在肠隐窝底部活性最高，促进肠上皮细胞的更新，维护肠黏膜屏障功能[13]。在UC中，Wnt/β-Catenin信号传导在肠上皮强烈激活，促进上皮细胞更新，修复受损区域[14]。既然机体可通过增殖上皮细胞的方式实现“自救”，但为何UC依然以慢性炎症持续性存在？笔者检索并分析近5年国内外的相关研究文献，初步认为其机制可能是锌指转录因子Snail抑制E-cadherin表达，导致肠黏膜机械屏障功能障碍。

Snail羧基末端含有4个高度保守的C2H2锌指结构，能特异性与含有E-box(GGTGTG)的DNA启动子结合[15-16]。Snail的表达受复杂信号网络调节，Wnt/β-Catenin信号通路是关键之一。在氨基末端结构域中，snail和β-catenin的序列高度相似。因此，Snail的降解途径与β-Catenin一样，通过CK1对其磷酸化，在此基础上，GSK-3β进行磷酸化，最后β-TRCP识别并泛素化，蛋白酶体将其降解[17]。在UC中，Wnt/β-Catenin信号通路强烈激活，GSK-3β活性被抑制，Snail从磷酸化中逃逸迁移入细胞核，与E-cadherin启动子区E-Box作用元件结合，从而抑制E-cadherin表达[18-19]。王江陵等[20]通过RNA干扰技术下调Snail基因表达后，发现E-cadherin表达明显升高。因此，Snail从降解中逃逸，导致E-cadherin表达被抑制，肠上皮细胞极性消失，细胞间失去紧密连接，肠黏膜的机械屏障功能下降，不能有效阻止有害物质侵袭。笔者认为虽然Wnt/β-catenin信号通路介导肠上皮细胞增殖，但肠上皮细胞处于“多而不黏”的状态，这种机制不仅不利于UC的自愈，而且为UCAC的形成提供了机会。

3 Wnt/β-catenin信号通路与UCAC的关系

UCAC虽仅占大肠癌的1%～2%，但在UC患者中死亡却是高达15%[21-22]。UCAC的形成，主要归咎于基因突变和肿瘤微环境的形成[23]。在UC中，Wnt/β-catenin信号通路异常激活介导肠上皮细胞增殖，肠道干细胞处于高分化、高增殖状态，这增加了DNA复制阶段突变的可能性，而且血管新生为肿瘤微环境的形成提供了保障[24]。笔者基于Wnt/β-catenin信号通路简述其形成的可能机制。

3.1 抑癌基因APC的突变

人类APC基因突变通常出现在开放阅读框的中心区域，称为“突变簇区域”。APC基因编码的APC蛋白，由2 843个氨基酸组成，分子量为300 kD[25]。APC蛋白是β-catenin破坏复合物的组成之一，其在Wnt/β-catenin信号通路中作为载体将GSK-3与β-catenin联系起来，对β-catenin负向调控[26]。APC基因的突变或者缺失导致蛋白产物被截断，产生截短而无活性的APC蛋白[27]。在截断的APC蛋白中，β-catenin结合位点丢失，使之不能作为载体联系GSK-3与β-catenin。游离形式的β-catenin从细胞质迁移到细胞核，激活c-Myc、Cyclin等下游原癌基因的表达。

3.2 β-catenin激活VEGF基因的转录

肿瘤微环境是指肿瘤细胞、内皮细胞、成纤维细胞等共同构成肿瘤发生、发展的稳态环境。肿瘤血管是肿瘤组织营养和氧气的主要来源，而且还为其代谢提供了途径，这对微环境的形成至关重要[28]。血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前发现最有效的促血管生成因子，因而其表达与肿瘤生长、浸润及迁移密切相关[29]。有趣的是，VEGF是Wnt/β-catenin信号通路的下游靶基因，机体能通过该途径促进血管内皮细胞的增殖、血管重塑，从而促进受损组织的修复与愈合[30]。高敏娜等[31]研究也表明通过调控Wnt/β-catenin信号传导、下调下游靶基因VEGF的表达能抑制肿瘤细胞增殖。

4 中药干预Wnt/β-catenin信号通路

在UC中，Wnt/β-catenin信号通路强烈激活，Snail表达上调，E-cadherin下调，导致黏膜损伤。在UCAC中，该通路调控基因突变，信号传导异常激活，细胞增殖失控。无论UC还是UCAC，严格控制Wnt/β-catenin信号通路的传导至关重要。因此，寻找调控该信号传导的中药是近几年药物研究的热点。目前研究初步证实的有效中药可分为单味药和中药复方两部分。

4.1 单味药

4.1.1 地龙提取液 地龙为常用中药，临床具有抗肿瘤效果，能促进癌细胞凋亡。地龙提取液是从活体地龙尾部提取的液体。刘松江等[32]研究则表明，地龙提取液对血管新生有显著性抑制作用。

4.1.2 黄芪甲苷 黄芪甲苷是中药黄芪的重要活性成分。黄芪益气固表，具有抗炎、抗衰老、清除氧自由基等药理学活性。俞曼殊等[33]研究表明黄芪甲苷能促进β-catenin降解、上调E-cadherin的表达，有效阻止EMT的进展。李强等[34]研究也得出相同的结论，且黄芪甲苷的浓度越大，β-catenin表达量的下降程度及E-cadherin表达量升高程度均越明显。

4.2 中药复方

4.2.1 愈溃宁方 愈溃宁方是经验方，由青黛、贯众、马齿苋、紫草、滑石、白及、防风和薏苡仁组成，全方以清热利湿为纲。王姗姗等[34]用愈溃宁方灌肠治疗UC取得明显的临床疗效，且不良反应较轻。该团队的研究表明其机制可能是愈溃宁方灌肠可活化GSK-3β、加快β-catenin磷酸化，从而抑制Wnt/β-catenin信号异常激活。

4.2.2 健脾清热活血方 丝氨酸/苏氨酸激酶AKT被认为是一种癌症基因，磷酸化的AKT可对GSK-3β的Ser9残基磷进行磷酸化，使GSK-3β失活，从而调控β-catenin的表达，与EMT进展密切相关[35]。表皮生长因子是多功能生长因子，对细胞组织具有强烈的促分裂作用，其与受体结合后激活AKT，进而通过GSK-3β调控Wnt/β-catenin信号传导，参与肠上皮细胞增殖[36]。张涛等[37]研究表明健脾清热活血方(由救必应、白术、白芍、水蛭、三七和炙甘草组成)具有防治UCAC功效，其机制可能是健脾清热活血方下调表皮生长因子受体，促进β-catenin降解，修复肠黏膜。

4.2.3 香连片 DKK-1是一种分泌蛋白，能与细胞膜上的LRP5或LRP6结合，抑制Wnt-Fz-LRP5/6复合物的形成，从而调控Wnt信号通路的传导[38]。香连片由黄连(吴茱萸制)和木香组成。李素云等[39]研究表明香连片治疗UCAC作用机制与上调DKK-1的表达、阻止Wnt/β-catenin信号传导密切相关。

5 结语

总所周知，UC病变局限于黏膜和黏膜下层，因此黏膜的修复是治疗的关键。氨基水杨酸、糖皮质激素等药物虽有短期临床疗效，但面临黏膜修复仍然束手无策。Wnt/β-catenin信号通路与UC、UCAC之间存在着密切关系，但令人遗憾的是，目前研究多停留在UCAC。UCAC的发展一般为“炎症-不典型增生-癌”模式。因此，笔者认为今后应深入研究Wnt/β-catenin信号通路与UC的关系，挖掘中药对其干预的作用靶点，不仅可以为临床研发黏膜修复药物提供理论基础，而且有利于发展祖国医学的天然优势。