靶向癌蛋白调控Warburg 效应的中医药研究进展

吴 迪，柴仲秋，周 冰

（天津市滨海新区中医医院肛肠科，天津 300451）

癌细胞的生长是由异常信号和代谢重编程所驱动，在癌细胞中癌基因与其代谢改变密切相关。代谢重编程通常由多种致癌信号（如HIF、Myc、Src、ROS、Ras 和mTOR 等）介导，并通过改变一些关键代谢酶的表达和/或活性，来控制癌细胞的代谢[1]。因此，对癌蛋白和癌细胞特异性代谢的相互关系有一个完整的理解，有利于开发新的治疗策略。中医药在治疗恶病质相关疾病具有丰富的理论和临床成果。目前中药改善肿瘤恶病质，甚至靶向有氧糖酵解的研究较多，但其具体靶点、机制仍需系统阐明。因此，本文对常见癌基因产物与有氧糖酵解的分子信号通路关系及目前中医药对有氧糖酵解干预的研究进行综述，以期为中医药对肿瘤恶病质治疗找到新的靶点和突破口。

1 Warburg 效应

由于癌细胞的不适当增殖及癌基因的作用，即使氧供充足，癌细胞仍会以糖酵解的代谢方式增加能量供应，即“Warburg 效应”，为癌细胞竞争共享能源提供许多好处[2]。糖酵解在细胞质中通过9 个反应步骤将葡萄糖转化为能量。首先，葡萄糖经葡萄糖转运蛋白（glucose transporter，GLUTs）和钠-葡萄糖连接转运蛋白1（Sodium-glucose co-transporter 1，SGLT1）高速转运到肿瘤细胞中，然后被己糖激酶（hexokinase，HK）磷酸化为葡萄糖-6-磷酸酯，这是一个提供直接反馈抑制以保存能量的限速步骤。HK 与线粒体膜结合，对葡萄糖具有高度亲和力，有助于在低葡萄糖水平下启动糖酵解。然后葡萄糖-6-磷酸异构酶将葡萄糖-6-磷酸转化为果糖-6-磷酸，在磷酸果糖激酶-1（phosphate fructose kinase 1，PFK1）和PFK2 的作用下进一步磷酸化形成果糖-1,6-二磷酸和果糖-2,6-二磷酸，并消耗一个ATP 分子。其次，醛缩酶将果糖-1,6-二磷酸转化为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸。甘油醛-3-磷酸酯由甘油醛-3-磷酸脱氢酶转化为甘油酸-1,3-二磷酸酯，再由磷酸甘油酸激酶转化为3-磷酸甘油酸酯，生成2 个ATP 分子。磷酸甘油酸变位酶将3-磷酸甘油酸异构化为2-磷酸甘油酸，然后形成磷酸烯醇丙酮酸。最后通过丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）催化糖酵解的限速步骤，将PEP 转化为丙酮酸，生成1 个ATP 分子。糖酵解产生的丙酮酸可以被丙酮酸脱氢酶转化为乙酰辅酶A，进入TCA 循环氧化磷酸化，但在缺氧时，丙酮酸通过乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）转化为乳酸，LDH 在肿瘤细胞中过表达，从而维持高糖酵解通量[3]。糖酵解是肿瘤组织的适应性代谢改变，因此癌症也被认为是一种代谢病。糖酵解除了为肿瘤组织高速率产生ATP 外，还为肿瘤细胞增殖提供合成磷脂和核酸所必需的代谢中间产物和前体，同时还能保护癌细胞免受化疗药物损害[2，4]。

2 HIFα 的功能及其表达的调控

2.1 HIFα 在Warburg 效应中的作用 HIFα-ARNT转录复合物是在缺氧期间细胞向糖酵解转化的主要调节剂之一。HIFα-ARNT 能诱导SLC2A1 和SLC2A3、HK1 和HK2、LDHA、单羧酸转运蛋白4（monocarboxylate transporter 4，MCT4）和丙酮酸脱氢酶激酶1 （pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDHK1）等糖酵解基因的表达。HIF1 的两个主要转录靶点是PDHK1 和LDH。PDHK1 磷酸化PDH 的E1α 亚基，从而抑制丙酮酸转化为乙酰辅酶A；另一方面，LDH 则催化丙酮酸转化为乳酸，乳酸最终被MCT4 转运出细胞[5]。

2.2 HIFα 表达的调控 在常氧状态下，HIFα 的脯氨酸残基被PHD 羟化，形成HIFα（OH2）[6]。氧化的HIFα 与冯·希佩尔·林道（von Hippel-Lindau，VHL）泛素化连接酶复合物相互作用，泛素化并引导HIFα 进行蛋白酶体降解。缺氧时，线粒体呼吸链的复合体Ⅰ和Ⅲ中的ROS 被线粒体过氧化物歧化酶转化为过氧化氢，而过氧化氢在细胞质中氧化PHD的SH-基团使该酶失活，从而导致HIFα 积累[7]。此外，糖酵解的终产物乳酸也能稳定并增加HIFα 的活性[8]。

3 中药靶向癌基因调控Warburg 效应的研究现状

3.1 靶向HIF HIF 是癌症代谢的重要节点，也是目前中药化合物靶向癌症代谢的研究热点。HIF 对Warburg 效应的调控与PI3K/AKT 通路密切相关。研究表明丹酚酸B[9]、双氢青蒿素[10]、丹参酮ⅡA[11]、人参皂苷Rg3[12]均通过PI3K/AKT/HIF-1α 信号通路调节异常的糖代谢发挥抗癌活性。部分中药化合物被证实对癌症代谢的调节是多靶点、多途径的，如豆蔻甲素[13]不仅能下调HIF-1α 介导的细胞代谢，同时对葡萄糖摄取以及乳酸的产生和外排也有显著影响。细辛脑[14]降低了糖酵解中多个关键基因（PDK1、PDK4、HIF1、c-Myc 等）的表达，达到化疗增敏与抑制肿瘤糖酵解作用。说明恶病质代谢离不开细胞原有的能量代谢通路，同时中药多分子靶点的优势也许能在癌症代谢方面发挥优势。

3.2 靶向炎症 炎症伴随着活性氧物种（reactive oxygen species，ROS）的产生和各种促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6 等）的激活[15]。ROS 不仅是癌症的潜在诱变剂，而且也是刺激有氧糖酵解的因子。在细胞质中的ROS 与PHD 的巯基相互作用而抑制其活性，最终引起HIFα 的积累，导致细胞在缺氧或有氧情况下均转化为糖酵解[16]。此外，炎症会引起IKK 激酶家族的活化，并释放转录因子NF-κB，最终诱导包括HIFα 的各种靶基因表达[17]。中药穿心莲、虎杖等在临床抗炎治疗中运用较多，研究发现，穿心莲内酯[18]能显著降低IL-1β 和IL-6 的水平，下调iNOS 和COX-2 的表达，其抗炎作用与抑制NF-κB 途径和糖酵解酶HK2 有关。虎杖苷[19]通过抑制ROS/PI3K/AKT/HIF-1α/HK2 信号轴来抑制糖酵解表型，增强其抗癌效果。白桦酸[20]通过调节Cav-1/NF-κB/c-Myc 途径抑制乳腺癌细胞的有氧糖酵解。NF-κB 即是促癌因子，同时又在炎症与癌症代谢中具有重要作用，历来是抗癌药物研究的重要靶点，对于临床常用抗炎中药的进一步挖掘，也许能够发现靶向NF-κB 或其他炎症靶点的有效化合物。

3.3 靶向Ras 家族 Ras 基因突变是人类癌症中最常见的突变，该家族的3 个主要代表是N-Ras，KRas 和H-Ras。致癌的K-Ras 通过下调线粒体呼吸链复合体Ⅰ抑制线粒体呼吸，以及上调NOX1 生成，促进ROS 产生，使HIF 积累[7]。Ras 癌基因还能特异性地催化糖酵解通量4 个关键步骤（葡萄糖输入、HK、磷酸果糖激酶和乳酸输出）的同工酶转录，提高糖酵解通量[21]。Ras 在癌症代谢中即调控ROS产生及HIF 积累，同时也影响着葡萄糖输入、乳酸输出等糖酵解关键步骤。研究表明白头翁皂苷[22]在体外可显著性降低肿瘤细胞Ras 蛋白表达,进而调节肿瘤细胞糖酵解发挥抗肿瘤作用。刺五加[23]有效成分能抑制Ras 相关蛋白RAP-1A、糖酵解，维持缺血缺氧小鼠的正常神经活动，但其是否能在肿瘤细胞中起作用，还有待进一步研究。癌症糖酵解在癌症中具有普遍性，说明调控癌症代谢的基因在癌症中是普遍表达的，对Ras 这种类似泛癌基因的研究，也许比癌症特异性突变更具有意义。

3.4 靶向mTOR mTOR 在癌症中经常被激活，被认为是细胞能量代谢的枢纽。机体正常的生命活动离不开能量，而肿瘤的组织的高代谢更是需要能量。mTOR 信号主要通过HIF-1α 和Myc 信号来重新编程糖代谢[24]。此外，mTOR 也通过直接上调HK2、HIF 表达，促进糖酵解，或通过AKT 磷酸化HK2，促进其与线粒体的结合[25]。目前，已经发现很多中药化合物对mTOR 具有调控作用，除丹参酮ⅡA[11]、人参皂苷Rg3[12]外，研究发现槲皮素[26]、人参皂苷Rh4[27]通过AKT-mTOR 途径，降低糖酵解相关蛋白表达，抑制糖酵解。而通过mTOR 抑制糖酵解是豆蔻甲素诱导细胞自噬的关键步骤[28]。

3.5 靶向Myc 家族 Myc 家族（L-Myc，N-Myc，c-Myc）也属于螺旋-环-螺旋类蛋白质。研究表明活化的Myc/MAX 复合物能够刺激多种糖酵解相关基因的表达。例如Myc 对LDHA 的激活导致乳酸的积累和HIFα 的稳定[8]。由于Myc 和HIFα 属于同一类蛋白质，因此它们可以竞争与MAX 的结合。在缺氧的正常细胞中，HIFα 优先结合MAX 并抑制其转录活性[29]。然而，在Myc 过表达的肿瘤细胞中，则会出现Myc 和HIFα 敏感基因的同时转录，最终刺激缺氧糖酵解的转换[30]。除细辛脑[14]、白桦酸[20]靶向Myc 抑制糖酵解外，有研究表明黄腐酚[31]通过下调c-Myc 和随后的HK2 抑制，导致糖酵解抑制。丹参酮ⅡA 除靶向HIF、mTOR[11]，还可以通过减少AKT/c-Myc 信号介导的有氧糖酵解，从而抑制口腔鳞状细胞癌[32]。

3.6 靶向p53 转录因子p53 是TP53 抑癌基因的主要产物。尽管野生型p53（wtp53）抑制GLUT1 和GLUT4 的表达，但突变型p53（mutp53）增强了它们的表达，这被称为获得性功能；此外，wtp53 基因缺失会激活NF-κB，从而增加GLUT3 的表达并增强糖酵解[33]。在研究黄芪甲苷Ⅳ对胃癌癌前病变的逆转机制中发现，黄芪甲苷Ⅳ[34]可以通过调节p53、TIGAR 等相关糖酵解蛋白的表达而减轻异常糖酵解。此外，有研究发现雷公藤内酯醇通过活化p53抑制IKKβ/NF-κB 通路，从而调控心肌细胞葡萄糖摄取[33]。

4 总结与展望

恶病质是一种复杂的全身性疾病，涉及不同组织器官的多种代谢途径，以全身炎症为特征，进行性的体重下降、脂肪组织和骨骼肌的消耗，传统的营养支持无法完全逆转。考虑到恶病质分泌系统的复杂多因素性质，以及癌症患者之间的个体差异，针对任何单一循环因子始终不足以治疗所有患者的恶病质，而中医注重整体观念与辨证论治，现代研究也表明中药具有调节炎症、抗肿瘤、调节代谢等多途径、多靶点的作用，说明中医药在改善患者恶病质状况方面具有巨大优势。若能通过中药干预这些癌蛋白，探索中药抗癌作用的同时进一步改善肿瘤恶病质，不仅能深化、丰富中医药在抗肿瘤方面的作用，也能为癌症恶病质治疗提供新的思路。