治疗结直肠癌的中药有效成分及相关信号通路的研究进展

李杏花，周小航，李晶，闫广利，孙晖，王喜军

(黑龙江中医药大学 国家中医药管理局中医方证代谢组学研究中心，黑龙江 哈尔滨 150040)

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是消化道最常见的恶性肿瘤之一，严重威胁人类健康，依据2020年国际癌症研究机构发布的全球癌症统计报告，目前全世界结直肠癌发病率为所有癌症中第三位，死亡率为第二位；中国新增结直肠癌病例约55.5万例，死亡28.6万例，发病率和死亡率均高于世界平均水平[1]。近年来，随着社会经济生活水平的不断提高，生活和饮食结构的改变，我国结直肠癌的发病率和死亡率明显上升，且呈年轻化趋势[2]。结直肠癌具有发病隐匿，早期临床表现不明显，诊断困难，预后极差的特点，大多数的结直肠癌患者发现时已处于中晚期或已出现转移症状，五年生存率约为50%[3-4]。结直肠癌的治疗以手术为主，辅以术后放疗、化疗和免疫治疗，但是患者预后较差，且具有严重的副作用和毒性，包括恶心、呕吐、口腔溃疡、腹泻、肝毒性、骨髓抑制、免疫抑制等[5]。我国多采用中医药联合治疗结直肠癌，中医药在肿瘤的治疗中发挥了重要的作用，研究表明，中医药在改善患者临床症状，提升机体免疫力，逆转化疗耐药，防治肿瘤的复发、转移等方面发挥了重要的作用[6]，因此，从传统中药出发寻找疗效显著、毒副作用小的结直肠癌治疗药物具有良好的应用前景。随着结直肠癌发病机制研究的日渐深入，各种诱发结直肠癌的信号通路引发了广泛的关注，在此背景下，中药有效成分在预防和治疗结肠癌方面的应用也得到了深入研究。中药可以通过调节多种信号通路，诱导肿瘤细胞凋亡，抑制癌细胞的增殖、生长、侵袭和转移，抑制结肠癌的发生和发展。本文就中药有效成分通过PI3K/AKT、MAPK、Wnt/β-catenin、TGF-β、JAK-STAT、NF-κB、Notch、Hippo、Hedgehog等主要信号通路治疗结直肠癌的作用机制进行了综述，为中医药在结直肠癌防治方面的应用提供参考。

1 PI3K/AKT信号通路

1.1 PI3K/AKT信号通路与CRC的关系

PI3K/AKT信号通路是参与调节细胞增殖、分化、凋亡和其他细胞功能的主要生存信号通路之一[7]。研究表明，癌症中PIK3CA、PIK3R1、PTEN、Act和其他基因的高频突变将促进肿瘤组织中PI3K信号的异常激活[8]。PI3K可被酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体及Ras蛋白激活，催化二磷酸脂酰肌醇(PIP2) 磷酸化来合成三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)，PIP3可通过与AKT的PH区结合募集并激活AKT[9]，活化的AKT从细胞膜转移到细胞质和细胞核，通过磷酸化激活或抑制下游增殖、凋亡、转移等功能相关的酶、激酶和转录因子，从而参与细胞生长、肿瘤形成及侵袭方面的调控[10-12]。

1.2 中药治疗CRC与PI3K/AKT信号通路的关系

原青花素是天然存在的多酚化合物，具有抗炎、抗增殖和抗肿瘤活性。研究表明莲房中的主要成分原花青素可显著抑制HCT116结肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭，其抑癌机制可能是通过抑制PI3K/AkT信号传导途径，改变相关凋亡蛋白Bcl- 2、Bax和Caspase-3表达，发挥抗结直肠癌的作用[13]；雷公藤甲素是从雷公藤中提取的二萜类化合物，具有广谱的抗癌活性，通过体内抗裸鼠结肠癌和体外抗结肠癌HT29细胞的研究发现，雷公藤甲素在体内外均能抑制人结肠癌HT29细胞的增殖同时诱导其凋亡，并通过抑制PI3K/Akt信号通路抑制结肠癌裸鼠的肿瘤生长[14]；大黄素是大黄根和根茎的主要成分之一，对多种人类癌症具有抗肿瘤活性，大黄素可上调5-Fu耐药细胞系(SW480/5-Fu)中的Bax和caspase3的表达，下调Bcl-2、p-ERK和p-Akt的表达，通过抑制PI3K/AKT信号通路来逆转5-氟尿嘧啶耐药性，从而诱导细胞凋亡以增强抗肿瘤活性[15]；柚皮苷是广泛存在于柑橘类水果中的二氢黄酮化合物，具有抗氧化、抗溃疡、抗过敏、抗癌、降脂活性等多种药理作用。柚皮苷以剂量依赖性方式抑制SW620和HCT116细胞的增殖，其抑癌机制可能是通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，降低细胞中p-PI3K、p-AKT和p-mTOR的表达水平来实现[16]。

2 MAPK信号通路

2.1 MAPK信号通路与CRC的关系

MAPK信号通路是介导细胞外信号到细胞内反应的重要信号转导系统，通常称为由RAS、RAF、丝裂原活化蛋白/细胞外信号调节激酶(MEK)和细胞外信号调节激酶(ERK)组成的蛋白激酶级联，通过多级蛋白激酶的级联反应传导细胞外信号，然后进一步激活下游靶基因以调节不同的生理过程，如细胞生长、分化、凋亡和死亡[17-18]。研究表明，结直肠癌中MAPK通路KRAS、NRAS、HRAS等基因突变会促使其在肿瘤组织中的异常激活[19]，MAPK通路的异常激活在CRC发生发展中起重要作用，是结直肠癌潜在的治疗靶点[20]。

2.2 中药治疗CRC与MAPK信号通路的关系

人参皂苷是人参中具有抗氧化、抗炎、抗癌活性的主要化合物，可通过调节JNK和p38 MAPK 信号传导，调节抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL的表达，并诱导MCL的表达，并增加促凋亡蛋白Bax和Bad、caspase-3和聚ADP核糖聚合酶的表达，诱导肿瘤细胞凋亡，从而发挥抗结直肠癌作用[21]；香草醛是一种广泛用于食品的天然食用香料成分，研究表明其具有多种抗癌作用，可通过激活结直肠癌细胞中的ASK1-p38 MAPK 通路来促进细胞凋亡并减弱人体对 5-氟尿嘧啶的耐药性[22]。

3 Wnt/β-catenin信号通路

3.1 Wnt/β-catenin信号通路与CRC的关系

Wnt信号通路通常分为两类，分别为经典的β-catenin依赖型和非经典的β-catenin非依赖型通路[23]，调节细胞生长、增殖、分化、迁移，广泛参与机体的生物学过程调控。Wnt/β-catenin通路的异常激活以及细胞核内β-catenin的异常积累与肿瘤的发生发展密切相关[24], 参与调节肿瘤的生长、维持干细胞稳态、调节肿瘤微环境和代谢，并在各种恶性肿瘤中发挥关键的调节作用[25-26]，在超过90%的结直肠癌患者中可观察到由于APC的突变或者是Wnt/β-catenin信号通路的异常激活导致的β-catenin及下游包括c-myc、CCND1等的过表达[27-28]，因此该通路是治疗结直肠癌的潜在的治疗靶点。

3.2 中药治疗CRC与Wnt/β-catenin信号通路的关系

灯盏花素是从中草药灯盏花中提取的一种天然黄酮类化合物，可通过下调Wnt/β-catenin信号级联反应，延缓肿瘤细胞增殖和迁移，诱导细胞凋亡，增强Bax表达并降低Bcl-2水平来改善结肠炎相关的结直肠癌[29]；姜黄素是一种从姜黄根茎中分离的天然酚类化合物，可有效治疗多种类型的癌症，研究表明，姜黄素可通过抑制促炎细胞因子的表达和下调Wnt/β-catenin 信号通路中的Axin2来发挥抗结直肠癌作用[30]，并通过调节TET1/NKD2/WNT 信号通路，抑制EMT进程，逆转5-氟尿嘧啶对HCT-116细胞的抗耐药作用[31]；葫芦素E是一种天然三萜类化合物，广泛分布于膳食植物中，具有抗肿瘤作用，可通过降低TFAP4/Wnt/β-catenin信号传导使结直肠癌细胞对化疗敏感，逆转5-氟尿嘧啶耐药性[32]。

4 TGF-β信号通路

4.1 TGF-β信号通路与CRC的关系

TGF-β是一种多功能细胞因子，在细胞增殖、凋亡、分化、上皮间充质转化、血管生成和转移等生物学过程中起关键作用，在正常的上皮细胞和早期肿瘤细胞里，TGF-β通路可以抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡。在肿瘤发生过程中，肿瘤细胞可以通过信号通路成员的缺失或功能改变来逃避TGF-β的抑瘤作用，然而，在肿瘤形成的后期，TGF-β通过诱导肿瘤细胞的迁移、浸润和EMT，促进肿瘤细胞的转移[33-34]。

4.2 中药治疗CRC与TGF-β信号通路的关系

黄连素是主要来源于黄连的根和树皮的最重要的异喹啉类生物碱，具有抗菌、抗炎、抗组胺、抗胆碱能、解热、抗癌、抗氧化等药理作用，研究表明，黄连素可通过抑制TGF-β/Smads信号通路中p-Smad2和p-Smad3的表达，上调促凋亡蛋白裂解的caspase-9，阻断细胞周期S 期并增加细胞周期蛋白 P27和 P21的表达, 促进结肠癌细胞 HCT-116中的细胞凋亡[35]；萝卜硫素是存在于十字花科蔬菜中的一种异硫氰酸盐，具有广泛的抗肿瘤活性，可通过调节TGF-β1、p-Smad3、Smad4蛋白表达，阻滞TGF-β1/Smad信号传导，进而抑制Cyclin D1及c-Myc蛋白表达，从而抑制结肠癌HT-29细胞增殖[36]；桦木酸源自桦木素，由于其抗肿瘤能力，已被用作细胞毒性药物治疗肿瘤，研究表明，桦木酸通过调控TGF-β/Smad信号通路来抑制结肠癌细胞生长和转移[37]。

5 JAK-STAT信号通路

5.1 JAK-STAT信号通路与CRC的关系

JAK-STAT信号通路是许多细胞因子和生长因子的经典信号转导通路，在生理过程中具有多种作用，包括细胞生长、分化、凋亡以及免疫调节的过程，当细胞因子(白介素、干扰素、生长因子)与酪氨酸激酶相关受体结合后，导致JAK激活，进而磷酸化并激活STAT，然后激活的STATs易位到细胞核以调节它们的靶基因[38]，在多种人类恶性肿瘤中可观察到STAT3的过度激活[39]，与正常组织相比，STAT3参与众多信号通路并在肿瘤细胞中过度表达，被认为是未来抗肿瘤治疗的潜在靶点。

5.2 中药治疗CRC与JAK-STAT信号通路的关系

芝麻素是芝麻中的主要木脂素，已知具有多种生物学效应，芝麻素可通过抑制 JAK2/STAT3 信号通路来发挥对人结直肠癌(HCT116)细胞的抗增殖和凋亡作用，降低IL-6诱导的MMP-1、MMP-2和MMP-9的表达水平[40]；华蟾素是一种由蟾蜍皮肤干燥而成的水浸膏，广泛应用于临床癌症治疗，可通过抑制STAT3的磷酸化，并阻断IL-6诱导的 STAT3 核易位，从而诱导上皮间质转化 (EMT)，进而抑制肿瘤的生长[41]；薯蓣皂苷是从薯蓣科山药等植物中提取的甾体皂苷，具有抗真菌、抗病毒和抗癌活性，可抑制 STAT3 磷酸化和 STAT3 靶基因产物，并抑制 IL6 诱导的p-STAT3核易位，从而发挥抗结直肠肿瘤活性[42]。

6 NF-κB信号通路

6.1 NF-κB信号通路与CRC的关系

NF-κB是在真核生物中普遍存在一种核转录因子调节剂，已发现其参与调节细胞增殖、凋亡、分化等多种细胞过程中的基因表达，通常是以 NF-κBp50/NF-κBp65 二聚体形式存在各种细胞的细胞质中，当受到氧化应激、促炎细胞因子、生长因子、病毒、细菌因子等刺激后，IκB激酶被激活，促使NF-kB与IkB解离，NF- kB得以活化，转移到细胞核中，促进细胞增殖相关基因(包括细胞周期蛋白D1、细胞周期蛋白E、细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)-2、IL-6和cMyc)以及抗凋亡基因(包括Bcl-xL, Bcl-2, cIAPs、c-FLIP)的表达[43-44]，异常的NF-κB信号已显示与多种肿瘤有关，包括乳腺癌、结肠癌、白血病、淋巴瘤、肺癌、前列腺癌、胰腺癌、甲状腺癌和卵巢癌。

6.2 中药治疗CRC与NF-κB信号通路的关系

二氢杨梅素是从藤茶中提取的黄酮类化合物，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等药理活性，可抑制 NF-κB/p65表达，减少NF-κB/p65 易位到细胞核以沉默Nrf2信号，从而抑制 HCT116/OXA和HCT8/VCR细胞系中的MRP2表达及其启动子活性来恢复结直肠癌细胞对奥沙利铂和长春新碱的化学敏感性[45]；厚朴酚是从厚朴中分离出的一种多酚类物质，其抗癌活性已在各种肿瘤中进行了研究，研究表明，厚朴酚可有效降低参与肿瘤进展的PKCδ和NF-κB相关蛋白的磷酸化，通过阻断PKCδ/NF-κB信号传导来抑制结直肠癌进展[46]；大蒜素是大蒜中的主要活性成分，具有抗菌消炎、抗肿瘤、提高免疫力等药理作用，研究表明，大蒜素联合X线放疗可下调结直肠癌组织NF-κB、IKKβ mRNA和p-NF-κB、p-IKKβ蛋白的表达水平，上调IκBα mRNA和pNF-κB α蛋白的表达水平，提示大蒜素在结直肠癌中辐射增敏的机制可能与抑制NF-κB信号通路有关[47]。

7 Notch信号通路

7.1 Notch信号通路与CRC的关系

Notch信号通路是在肿瘤发生、进展、血管生成、侵袭和转移及预后中起着至关重要的作用[48]，Notch信号通路由Notch受体及其配体和细胞内效应器分子3个部分组成[49]，Notch 信号的激活需要通过 Notch 受体及其配体相互作用进行细胞间接触，受体的胞外域被金属蛋白酶肿瘤坏死因子-α转化酶(TACE)切割，产生Notch胞内域，被释放进入胞质，并转移到细胞核，与DNA结合蛋白C-启动子结合因子1/hairless 抑制因子/Lag-1(CSL)结合，进而启动下游靶基因的转录和表达，从而调节细胞凋亡、增殖、血管生成、细胞迁移等促进肿瘤发生发展[50-51]。

7.2 中药治疗CRC与Notch信号通路的关系

研究表明，葫芦素B和葫芦素I通过降低Notch 1～4受体及其配体(Jagged 1/2、DLL1/3/4)、γ-分泌酶复合蛋白(Presenilin 1、Nicastrin)和下游靶标Hes-1的表达来抑制Notch信号传导，抑制结直肠癌[52]；姜黄素[53]、芦丁[54]可显著抑制结肠癌SW480细胞Notch1基因的激活以及其介导的下游靶基因Hes-1的表达，通过抑制Notch1信号通路来诱导癌细胞凋亡。

8 Hedgehog信号通路

8.1 Hedgehog信号通路与CRC的关系

Hedgehog信号通路是调控胚胎分化、系统发育和器官形成的重要信号传导通路，异常激活的Hedgehog信号转导途径与结直肠癌的增殖分化、细胞凋亡、血管新生、侵袭转移等生物学功能密切密切相关[55]。在正常生理状态下，Ptch 与 Smo 结合形成复合物, 对Smo产生抑制作用，当有活性的Hh蛋白存在时，Hh与Ptch结合，接触Ptch对Smo的抑制，信号向下游传递激活Gli，Gli进入细胞核内上调血管内皮细胞生长因子、纤维母细胞生长因子等下游靶基因的表达[56]，Hedgehog信号通路的异常激活可诱导皮肤癌、乳腺癌、肺癌、脑胶质瘤、结直肠癌、胃癌等多种恶性肿瘤的发生[57]。

8.2 中药治疗CRC与Hedgehog信号通路的关系

研究表明，齐墩果酸通过抑制STAT3和Hedgehog通路在体内和体外抑制结直肠癌血管生成[58]；熊果酸抑制SW480细胞的生长和增殖，其作用机制可能是通过抑制Hedgehog信号通路来促进细胞凋亡[59]。

9 Hippo信号通路

9.1 Hippo信号通路与CRC的关系

Hippo信号通路是一种高度保守的细胞信号转导通路，通过调节细胞增殖和凋亡来控制器官大小和细胞分化，对结直肠癌的发生发展具有重要意义[60]，主要由LATS1/LATS2、MST1/MST2、MOB1和YAP/TAZ、TEA结构域1～4等组成[61]，当上游的膜蛋白受体感受到胞外环境的生长抑制信号后，Mst1/2激酶被上游激酶TAOK激活，与SAV1形成复合物，使SAV1磷酸化，并与LATS1/2相互作用，激活LATS1/2激酶随，继而磷酸化YAP和TAZ，从而抑制YAP和TAZ的转录活性，上调抑制增殖和促凋亡的基因的表达[62]，减少细胞增殖，加速细胞凋亡，导致组织萎缩等。

9.2 中药治疗CRC与Hippo信号通路的关系

研究表明，葫芦素B、岩藻多糖可通过抑制Hippo信号通路中核心蛋白YAP的表达来降低结肠癌干细胞的增殖、迁移和侵袭能力，从而干预结肠癌的转移[63-64]。穿心莲内酯可通过下调HT-29细胞的YAP、TOPO-1、BCL-2表达，增加伊立替康对结直肠癌细胞的细胞毒性，可作为化疗辅助药物[65]。

10 总结和展望

基于以上综述，中药有效成分可通过不同靶点调控结直肠癌相关信号通路，抑制结直肠癌细胞增殖、迁移、侵袭，促进结直肠癌细胞凋亡，还能提高化疗和放疗敏感度，抑制肿瘤耐药性，涉及的信号通路有PI3K/AKT、MAPK、Wnt/β-catenin、TGFβ、JAK-STAT、NF-κB、Notch、Hippo、Hedgehog信号通路等。中药有效成分调控信号通路对结直肠癌的作用机制及研究靶点总结，见表1。现有研究涉及的中药有效成分众多，深入性、系统性有待加强，可将相同信号通路或靶点的中药成分进行分类研究，然后将不同信号通路的药物在中医理论的指导下进行配伍形成中药复方，以实现多靶点、多通路协同治疗结直肠癌的效果。另外，中医药在干预和治疗结直肠癌的机制研究中，多集中于对中药单体或其提取物在单一信号通路的研究，然而不同的信号通路并非单一的，是相互关联呈网状的，共同构成一个复杂的调控网络。在临床治疗中，中药常以组方形式运用，可增加对经典方剂对多条信用通路串话调节的作用机制的研究，探讨其信号通路网络与“君、臣、佐、使”组方原则之间的关系，为中医药治疗结直肠癌的临床运用提供更多的理论依据，且目前研究中药单体治疗结直肠癌的实验多以动物或细胞实验为主，临床样本较少，未来需要加强在临床中对中药治疗结直肠癌的作用机制研究。

表1 中药有效成分对结直肠癌相关信号通路的调控作用