靶向溃疡性结肠炎相关通路的药物研究进展*

曹 婧，季光晔 综述，潘 扬 审校

(南京中医药大学药学院，江苏 南京 210023)

溃疡性结肠炎(UC)是结肠黏膜的一种特发性、慢性、炎症性疾病，始于直肠，通常以连续的方式向近端延伸至部分或整个结肠。UC可引起许多散发症状，包括腹痛、腹泻和黏液脓血便等，病程不可预测，易复发且治疗过程缓慢。近年来，UC的发病率稳步上升，UC患者通常在成年早期开始出现症状，这不仅危害患者的身心健康，导致患者生活质量下降，同时也使社会负担加重。

UC病因尚不明，普遍认为与遗传学、环境、肠道微生物群等多种因素有关。目前临床常用的氨基水杨酸类和糖皮质激素类药物能够直接缓解炎症症状，但不适用于持续长期的治疗。针对UC的相关信号通路研发靶向药物，是UC药物研发关注的热点。因此，本文结合国内外相关文献，阐述了与UC相关的几种信号通路在发病机制中的作用，包括Janus激酶/信号转导及转录激活蛋白(JAK/ STAT)、转化生长因子-β(TGF-β)/Smad、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)、Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)-T细胞特异性转录因子(TCF)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、Notch、核转录因子-κB(NF-κB)等通路，同时列举了靶向这些信号通路的治疗药物及药效机制。

1 JAK/ STAT信号通路

JAKs在UC的发病机制中起着重要的作用，其介导多种细胞因子的信号转导，这些细胞因子与炎症激活等多种功能有关。JAKs通过刺激T细胞的活性及黏液和抗体的产生，在维持慢性炎症中起着关键作用。JAK的反应底物是信号转导及STAT。UC肠道黏膜的严重程度与T细胞的富集有关[1]，在UC中能够观察到过度的T细胞活化和结肠黏膜浸润，而JAK/STAT途径对T细胞分化的调节具有至关重要的影响，该信号转导途径能够减缓T细胞诱导的肠屏障损伤[2]。JAK1、JAK2和酪氨酸激酶2(TYK2)能够激活STAT3[3]，STAT3的活化能够促进致病性Th17的增殖分化，在结肠炎症的发生过程中发挥着重要作用[4]，参与UC的发病机制。有研究表明，UC患者的STAT3和磷酸化STAT3水平显著增加[5]。

JAK/STAT信号通路是一种进化保守的信号通路，其可以将大量的细胞外细胞因子刺激的信号转导到细胞核，从而通过靶基因表达适当地调节细胞反应。JAK/STAT信号通路在细胞的生长增殖分化等过程中起着重要的作用。细胞因子与其相应的跨膜受体结合，诱导其亚单位的受体二聚化，并与JAK酪氨酸激酶结合。JAK蛋白的聚集导致其相关自身磷酸化，激活的JAK随后导致细胞内细胞因子受体酪氨酸残基的磷酸化[6]。细胞因子受体末端的这些磷酸化酪氨酸作为细胞质STAT蛋白质SH2结构域的结合位点，并导致JAK介导的STAT C端酪氨酸磷酸化。一旦激活，STAT蛋白就会与受体分离，并以同源或异源二聚体的形式迅速从细胞质转移到细胞核中，识别并结合目标基因的特定基因调控DNA序列，并诱导或抑制基因转录。

JAK抑制剂如托法替尼(tofacitinib)，在UC临床治疗中显示出良好的疗效和安全性[7-8]，其能够阻断JAK-1和JAK-3途径，并且在高浓度下阻断TYK2和JAK-2途径[9]，从而缓解UC症状，达到治疗效果。联合JAK抑制剂可以通过阻断多种炎症途径来提高治疗UC的疗效，但可能会增加不良反应的风险。选择性JAK抑制剂可以使用较低的剂量来减少不良反应[10]。由此可见，JAK/STAT信号通路抑制剂是治疗UC常见的手段之一。

2 TGF-β/Smad信号通路

TGF-β是肠道中调节黏膜细胞群的关键调节肽，有作为黏膜炎症负调节因子的作用，且有研究表明，这种细胞因子的过度产生可导致结肠炎的发生或加重[11]。TGF-β在肠上皮细胞、成纤维细胞和T细胞中普遍表达，并且受到严格调节。Smads家族蛋白能够将TGF-β信号从细胞表面受体传导到细胞核。TGF-β/Smad信号通路能够协调肌成纤维细胞的激活，而此通路的过度表达会导致肠道纤维化[12]。TGF-β表达与UC的炎症程度密切相关。在正常的肠黏膜中，TGF-β主要在细胞质中弱表达。TGF-β在活动期的表达显著高于缓解期，活动期UC患者的TGF-β表达增加。TGF-β能够与Ⅱ型受体(TGFβRⅡ)和Ⅰ型受体(TGFβRⅠ)结合。配体结合后，TGFβRⅡ磷酸化并激活TGFβRⅠ，进而磷酸化并激活Smad[13]，导致Smad分子发生核易位且放大了TGF-β信号的基因转录。因此，TGF-β和TGFβRⅡ的组合使疾病进一步发展[14]。

TGF-β信号被成熟多肽激活，然后转化为二硫键连接的二聚体，并且充当细胞表面受体的配体，配体诱导的TGFβRⅠ和TGFβRⅡ寡聚促进了富含甘氨酸和丝氨酸残基(GS结构域)的结构域中TGFβRⅠ的TGFβRⅡ磷酸化，从而激活其激酶[15]。此外，TGF-β与细胞表面受体复合物的结合能够激活Smad介导的信号通路。TGF-β或TGF-β相关基因激活素整合到各自的受体复合物激活Smad2和Smad3，而骨形态发生蛋白(BMP)诱导Smad1和Smad5的激活。在被TGF-β1激活后，Smad2和Smad3被磷酸化，并通过Smad信号转导形成复合物，该复合物由受体介导，受体在网格蛋白包被的凹坑中内化，并进一步激活TGF-β/Smad靶基因的转录[16]。

TGFβRⅠ激酶抑制剂如伐托色替(vactosertib,即TEW-7197)，能够通过减少UC组织中的炎症和纤维化来有效降低结肠炎疾病活动指数(DAI)。该抑制剂减少了黏膜下水肿和炎性细胞浸润，下调了促炎基因和促纤维化基因表达，进而有效地治疗UC[17]。此外，还有研究表明，TGF-β/Smads信号转导途径中，改善或治愈UC的药物能够降低TGF-β的表达，增加TGF-βRⅡ、Smad4和Smad7的表达，并且减少了抗炎信号蛋白磷酸化，阻断了炎症信号蛋白表达，最终减轻了炎症反应[14]。因此，对TGF-β/Smad信号通路的研究对UC的诊断治疗有着重要意义。

3 NF-κB信号通路

NF-κB途径通过协助炎症细胞因子在炎症反应中发挥作用[18]。NF-κB在UC患者中被显著激活，提高各种促炎基因表达的能力，如γ干扰素(IFN-γ)、白细胞介素1β(IL-1β)和IL-8[19]。NF-κB强烈影响肠道黏膜炎症的过程。Toll样受体(TLR)是跨膜蛋白家族受体，TLR4是脂多糖(LPS)的受体，是TLR系列中的关键元素。在UC患者中，TLR4表达被上调，并通过髓样分化因子MyD88依赖性信号通路激活NF-κB，从而导致肠黏膜上皮严重异常[20-21]。TLR4的激活导致NF-κB p65从细胞质易位到细胞核，然后NF-κB p65与DNA结合并参与各种细胞因子的转录，如IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子α(TNF-α)。这些炎症细胞因子的积累被认为是结肠炎发病的关键原因。

一般来说，NF-κB蛋白家族由5个不同的成员组成，即p65(RelA)、c-Rel、RelB、p50和p52。这些蛋白质的特征是N端都具有结构保守的300个氨基酸结构域(RHD)，该区域包含特定的结构域，允许二聚、核定位和DNA结合。在未受刺激的细胞中，大多数NF-κB二聚体通过与称为IκBα、IκBβ或IκBε的小抑制分子结合而失活，并保留在细胞质中。细胞内存在2种通路能够激活NF-κB，包括经典通路和非经典通路。NF-κB的经典通路可以由不同的刺激物激活，包括细菌细胞壁成分(如LPS)、促炎性细胞因子(如TNF-α或IL-1)、病毒和DNA损伤剂。经典NF-κB途径的一些诱导剂(如TNF受体家族成员CD40)还能够激活非经典NF-κB途径[22]。这些触发物质能够诱导细胞内信号级联反应，NF-κB信号激活后能够进一步激活IκB激酶(IKK)复合物，进而磷酸化IκB，随后启动IκB的降解，使IκB 失去其对 NF-κB 的抑制作用，NF-κB二聚体被释放并转移入核，启动下游信号通路。

有研究表明，NF-κB抑制剂雷公藤甲素(triptolide)通过对NF-κB通路的抑制作用降低葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导UC模型小鼠中的炎症反应[23]；而通过使用氧化小檗碱(OBB)也可以抑制IκBα的磷酸化及NF-κB p65从细胞质到细胞核的易位，从而抑制TLR4/NF-κB信号通路，缓解UC的症状[24]。NF-κB信号通路在UC的发病机制中起着重要作用。此外，直接针对促炎性细胞因子TNF-α的靶向药，如英夫利昔(infliximab)、阿达木单抗(adalimumab)、戈利木单抗(gollimumab)，在UC治疗中也有明显的临床疗效[8]。因此，进一步深入研究NF-κB信号通路能够为新药研发治疗UC提供理论依据。

4 PI3K/Akt信号通路

PI3K/Akt信号转导途径同样参与促炎性细胞因子(如TNF-α)的调节和释放，与NF-κB通路相互联系，在UC的发展和进展中起重要作用[25]，该通路在UC中被异常激活，导致促炎性细胞因子的表达和分泌增强[26]。Akt是PI3K的直接下游靶标。在激活PI3K/Akt信号转导途径后，磷酸化的Akt(p-Akt)可以通过增强NF-κB的抑制蛋白(主要是IκBα)的磷酸化并减少IκB的合成来激活NF-κB。NF-κB的活化促进促炎性细胞因子的表达和分泌，如TNF-α和IL-1β，这导致细胞因子分泌失衡[27]。从而发生一系列炎症反应和黏膜损伤，导致UC的发展。所以，阻断PI3K/Akt 信号转导途径能够抑制NF-κB的激活，减少细胞因子的释放，缓解炎症反应并实现UC患者的治疗效果。

PI3K由8名成员组成，被分为3类。Ⅰ类PI3K已被广泛研究，即PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ和PI3Kδ。该Ⅰ类PI3K是由110×103催化亚基(p110α、p110β、p110γ和p110δ)和p85调节亚基组成的异二聚体[28]。根据调节亚基的差异，可以进一步被分为ⅠA类和ⅠB类酶[29]。在功能上，ⅠA类p85调节亚基包含2个Src同源结构域nSH2和cSH2，其介导与p110的结合。一旦磷酸化受体及其受体的下游被激活，抑制性nSH2/cSH2相互作用就会消失，导致PI3K激活，ⅠA p110β类也可以通过Gβγ异二聚体被GPCR激活。ⅠB类仅由GPCR下游的Gβγ亚单位激活。Akt是PIK3下游靶点，PIK3可以与连接蛋白或一些生长因子相互作用，从而被激活，激活的PIK3可以与Akt结合，使其构象改变，最终磷酸化其下游信号分子。

有研究表明，PI3K/Akt抑制剂白藜芦醇(RSV)通过下调PI3K/Akt途径的表达，来抑制PI3K/Akt途径的激活，进而降低血管内皮生长因子A(VEGFA)表达，从而减轻肠道炎症。此外，PI3K/Akt途径的抑制，会同时降低NF-κB的磷酸化水平，进而减少促炎性细胞因子的分泌与表达，最终改善UC的各种症状[30]。此外，有研究发现，miRNA能够通过上调PI3K/Akt信号通路引发UC中的细胞凋亡和炎症[31]。由此可知，选择性探索和挖掘PI3K/Akt信号通路抑制剂可作为UC治疗的途径之一。

5 Wnt/β-catenin-TCF信号通路

Wnt/β-catenin-TCF信号通路在UC的发展进程中被激活[32]。黏膜的再生依赖于前体细胞增殖和分化为上皮细胞谱系之间的协调调节，这一过程主要由Wnt信号通路调节。Wnt信号通路在UC患者受损黏膜的上皮细胞中较为活跃，与未受损黏膜相比，受损黏膜中β-catenin的总蛋白和核蛋白水平均显著增加。该信号通路包括一组能够充当细胞间信号分子的配体，沿着正常肠上皮中的隐窝调节细胞命运，并对上皮损伤做出反应。在与受体结合后，典型Wnt配体诱导糖原合成酶激酶-3β(GSk-3β)失活，并且β-catenin累积且发生核位移[33]。β-catenin核定位是经典Wnt信号转导的标志，作为Wnt/β-catenin信号通路的核心成分，β-catenin在Wnt信号转导中起着至关重要的作用，通过转移到细胞核中与TCF4共同激活下游基因[包括c-myc和细胞周期蛋白D1(cyclin D1)]的转录[34]，从而加重UC。在没有Wnt激活的情况下，β-catenin家族稳定在膜上以实现细胞黏附[35]。

Wnt蛋白是一种分泌的、脂质修饰的生长因子，该信号通路在肠上皮增殖和分化中起着重要作用。该蛋白充当细胞间信号[36]。Wnt信号转导主要由分泌生长因子的蛋白质家族控制，这些生长因子控制着各种干细胞和祖细胞的增殖和分化，其在早期胚胎发育、形态发生和细胞分裂及成体组织稳态，以及胚胎和成体干细胞维持中起着至关重要的作用。β-catenin是经典Wnt信号通路中的关键下游效应子，可作为TCF的转录激活剂，转录因子可诱导主要参与增殖靶基因的表达[37]。

Wnt抑制剂如Wnt抑制因子-1(WIF-1)是一种分泌的蛋白质，与Wnt蛋白结合并抑制其活性，阻断Wnt信号通路的表达，从而达到治疗UC的效果[38]。Wnt/β-catenin途径也可以被多酚提取物抑制，其通过显著降低β-catenin、c-myc、cyclin D1和GSK-3β的表达来削弱了Wnt/β-catenin信号通路的异常激活，从而有助于缓解UC[39]。可见，Wnt/β-catenin-TCF通路抑制剂同样为UC临床治疗药物的研发提供了思路。

6 MAPKs信号通路

MAPKs参与调节炎症反应和肠上皮屏障功能[40]，其成员是调节炎症的关键激酶。MAPKs信号通路在UC的炎症过程中起重要作用，诱导促炎性细胞因子的释放[41]。在实验性结肠炎或UC患者中经常观察到MAPKs的增加[42]，细胞外调节激酶(ERK)、c-Jun N端激酶(JNK)和p38被激活，炎性细胞因子和活性氧(ROS)可刺激不同的MAPK。目前发现存在多种平行信号通路，如p38-MAPK通路、ERK1/2通路和JNK通路。p38MAPK通过调节促炎性细胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和IL-β10)的产生来影响炎症反应过程及炎症和抗炎细胞因子的平衡。MAPKs信号通路可将外部刺激转化到细胞质基质和细胞核。MAPK调节其下游转录因子，随后增强UC细胞因子的表达。阻断MAPK途径可以抑制促炎性细胞因子的产生，然后减少正常结肠上皮的凋亡，促进受损炎症细胞的凋亡。因此，MAPK途径也被认为是抗炎的潜在靶标[43]。

MAPKs是一组异质酶，负责磷酸化许多蛋白质中的丝氨酸和苏氨酸，参与调节关键细胞过程，如基因诱导，细胞存活和凋亡、增殖、分化[44]，细胞应激和炎症反应。普遍认为，目前有7个MAPK家族：ERK1/2、ERK3/4、ERK5、ERK7/8、p38激酶、Nemo样激酶(NLK)和JNK组。MAPK家族是炎症和凋亡过程中的上游“里程碑”。

经研究发现，通过使用小分子干预抑制p38 MAPK 信号通路，可以减少TNF-α等释放，从而缓解小鼠肠黏膜炎症损伤，达到治疗UC的目的[45]。此外，抑制MAPK信号通路的绿原酸，可减少 ERK1/2、p-ERK、p38、p-p38、JNK 和 p-JNK 蛋白表达，从而减少DSS诱导的结肠黏膜损伤，抑制结肠炎症、氧化应激和凋亡[46]。因此，对MAPK及其相关信号通路的抑制研究，也可以为UC的诊断、治疗及药物的研发提供有力的依据。

7 Notch信号通路

Notch信号转导通过调节分泌和吸收细胞谱系的平衡和促进上皮细胞增殖，在维持上皮完整性方面起着关键作用，在结肠炎小鼠模型的发炎黏膜中，激活Notch信号通路能够刺激细胞增殖和组织的再生[47]。隐窝基部柱状细胞(CBC)负责肠组织的再生，结肠CBC的再生可以自我更新或产生快速增殖的转运扩增细胞，分化为2种主要的分化细胞类型：吸收性结肠细胞和分泌黏液的杯状细胞。Notch信号转导控制着CBC的命运，并严重影响肠道上皮中的吸收与分泌细胞命运。羟乙基淀粉(HES)是Notch对细胞命运决定作用的关键介质，Notch信号转导的激活增加了HES1的表达，同时增加了CBC的增殖，抑制了扩展增殖区分泌杯状细胞的分化，而Notch信号转导的破坏降低了HES1的表达，激活了Math1基因的转录，且导致CBC增殖和分泌细胞增生的丧失，因此，当Notch信号转导被破坏时，肠道的稳态和再生会被废除[48]。激活Notch信号通路有益于UC结肠黏膜受损修复，其适度地活化能够平衡吸收细胞系和分泌细胞系，但Notch-1的持续过表达可导致肠上皮分泌细胞系减少，不利于治疗UC。

Notch信号通路主要由3部分组成，分别为Notch配体(DSL)蛋白、Notch受体和CSL(CBF-1)DNA结合蛋白。当Notch配体和受体结合后，TNF-α转换酶(TACE)发挥作用后，在细胞膜外，Notch受体被酶切消化，释放出与Notch配体相连的细胞外部分。然后，在γ分泌酶的作用下，细胞内结构域被酶切消化形成可溶性Notch细胞内结构域(NICD)[49]，NICD转移到细胞核中，与Ig-κJ区(RBP-J)的转录抑制子重组信号结合蛋白结合，形成调节靶基因表达的转录调节复合物，并且影响HES的激活。最终，影响细胞分化、增殖、凋亡和其他生物过程。

经研究发现，能够有效治疗UC的药物可以通过抑制Notch信号来防止muc-2/杯状细胞的丢失，从而增强黏液屏障，达到治疗UC的效果[50]。通过将适量的维生素C与维生素D结合，可以调节Notch-1，进而调节紧密连接蛋白claudin-2的表达，缓解肠黏膜屏障的破坏，促进细胞黏膜屏障损伤的修复，达到治疗UC的效果[51]。因此，Notch信号通路在UC的发病机制中扮演着重要的角色，是治疗UC的有效手段之一。

8 小 结

UC病因未明，病程长且缺乏特异性治疗措施，病情易反复且有可能发生结直肠癌变。本文总结了UC相关的7种信号通路，JAK/STAT途径通过影响T细胞的活性来调节UC，JAK激活STAT，进而促进致病性Th17的产生，所以JAK抑制剂可以有效治疗UC。TGF-β/Smad影响肌成纤维细胞，其过度激活会引起肠道纤维化，从而导致UC，阻断TGF-β/Smad能够下调促炎基因和促纤维化基因的表达，起到治疗UC的作用。NF-κB信号通路能够被TLR4激活导致肠黏膜异常，下调该通路，UC的症状能够得到有效缓解。PI3K/Akt信号通路能够与NF-κB信号通路相互作用，阻断PI3K/Akt信号通路可以抑制NF-κB的激活，缓解炎症反应。Wnt/β-catenin-TCF信号通路也在UC的发展进程中被激活，Wnt抑制剂是诊断治疗UC的有效手段。MAPKs信号通路在UC进程中能够诱导促炎性细胞因子的释放，通过减少MAPKs信号通路的表达可使肠黏膜炎症损伤状况得到缓解。Notch的持续过表达可导致肠上皮分泌细胞系减少，抑制Notch信号可以增强黏液屏障，有利于治疗UC。希望本文对UC相关信号通路的探讨能够为UC新药的研发提供灵感与依据。