中药有效成分对胃癌信号通路的调控机制综述Δ

郭心怡,黄雅慧,赵 丹,刘长兴#

(1.陕西中医药大学第一临床医学院,陕西 咸阳 712046; 2.西安市中医医院脾胃病科,西安 710021)

胃癌是位于胃黏膜上皮细胞的消化系统常见恶性肿瘤,其病死率居第3位,世界发病率居第5位,2020年全球胃癌死亡人数约76.9万人,其中90%以上的胃癌为腺癌[1-2]。目前,胃癌的临床治疗多以手术、化疗及靶向治疗为主,然而患者总体生存状况不理想[3]。近年来,中医药防治胃癌引起了学者的广泛关注,且中药有效成分防治胃癌的实验研究迭出。研究发现,中药有效成分可通过调控Wnt/β-联蛋白(Wnt/β-catenin)、核因子κB(NF-κB)、磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、转录活化因子3(STAT3)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和Notch等多种信号通路,发挥抑制胃癌细胞增殖、诱导胃癌细胞凋亡及迁移,抑制肿瘤血管生成等作用[4-6]。因此,深入探究胃癌发生机制,有助于发现药物作用靶点,对提高疗效具有重要意义。为探讨中药有效成分治疗胃癌的相关信号通路,遂进行文献综述如下。

1 中药有效成分对胃癌Wnt/β-catenin信号通路的调控作用

1.1 Wnt/β-catenin信号通路与胃癌

1982年,Nusse和Varmus在小鼠原癌基因中发现了第1个Wnt基因,其由wingless和int蛋白组合而成,是胚胎发育过程中的一个必需基因[7]。其作用过程被称为经典Wnt通路,β-catenin为该通路的重要分子,在细胞生长、增殖和凋亡过程中发挥作用[8-9]。在没有Wnt信号刺激的情况下,轴蛋白(Axin)、糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)、CK1和腺瘤息肉病基因蛋白(APC)等复合蛋白可有效驱动β-catenin降解,阻断β-catenin蛋白进入细胞核,从而抑制Wnt/β-catenin信号通路激活[10]。当细胞受到Wnt蛋白刺激,Frizzled和LRP5/6蛋白组成的异聚受体复合物被激活,与Wnt蛋白结合,通过DSH蛋白启动信号反应,降解Axin、GSK-3β、CK1和APC等复合蛋白,使β-catenin在细胞质中积累,最终进入核内,与T细胞因子/淋巴增强因子相互作用,引起特定靶基因的转录,Wnt/β-catenin信号通路被异常激活,在胃癌的细胞侵袭及恶性转化中至关重要[11]。以往的研究结果表明,中医药可通过Wnt/β-catenin信号通路参与肿瘤细胞的增殖、迁移和凋亡等病理过程,可以作为治疗胃癌的靶点[12-13]。

1.2 中药有效成分通过Wnt/β-catenin信号通路调控胃癌

人参皂苷是从人参中提取的主要活性成分之一,具有抗炎、抗肿瘤和抗血管生成等作用[14]。孟子琪等[15]使用40 μg/mL的人参皂苷Rg3处理对顺铂(DDP)耐药的胃癌细胞,使用蛋白质印迹法和免疫荧光染色法检测Wnt与β-catenin蛋白的表达水平,结果显示,与1.40 μg/ml DDP对照组相比,人参皂苷Rg3联合DDP可有效阻断胃癌细胞Wnt/β-catenin信号通路,促进胃癌细胞凋亡,抑制胃癌细胞增殖与迁移。从中药姜黄根茎中分离出的姜黄素是天然的脂溶性多酚类化合物,其可增强5-氟尿嘧啶、紫杉醇和DDP等化疗药在前列腺癌、胃癌及结直肠癌等肿瘤中的抗肿瘤作用[16]。研究结果证实,姜黄素通过抑制β-catenin蛋白水平,降低Wnt/β-catenin信号通路传导的靶基因及下游的原癌基因c-Myc和细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)表达,显著损伤体外胃癌细胞活性,并诱导细胞凋亡[17-18]。此外,隐丹参酮、小檗碱等中药小分子化合物同样可通过干预Wnt/β-catenin信号通路,抑制胃癌细胞生长。张世霞等[19]用不同浓度的小檗碱作用于胃癌MKN45细胞,蛋白质印迹法检测发现,β-catenin和c-Myc蛋白表达水平显著降低,切割型胱天蛋白酶(Cleaved Caspase)-3表达水平显著升高,表明小檗碱可通过Wnt/β-catenin信号通路抑制MKN45细胞增殖和酵解,并诱导胃癌细胞凋亡。丹参有活血化瘀的功效,隐丹参酮是从丹参中提取出来的脂溶性小分子化合物,能抑制肿瘤细胞增殖,诱导肿瘤细胞凋亡[20]。马丽娟等[21]进行了细胞实验,采用噻唑蓝法、细胞划痕实验检测不同剂量隐丹参酮干预下人胃癌BGC-823细胞株的迁移及侵袭能力,通过聚合酶链反应检测Dvl2、GSK-3β、β-catenin和Cyclin D1表达水平,发现随着剂量增加,细胞增殖抑制率、GSK-3β蛋白及mRNA表达水平升高,Dvl2、β-catenin、Cyclin D1蛋白及mRNA表达水平降低,进一步得出隐丹参酮能通过抑制Wnt/β-catenin信号通路的活性对胃癌细胞起到抑制作用。

2 中药有效成分对胃癌NF-κB信号通路的调控作用

2.1 NF-κB信号通路与胃癌

NF-κB信号通路是细胞内重要的核转录因子,包括NF-κB1/p50、NF-κB2/p52、RelA/p65、RelB和c-Rel等5个家族成员,上述蛋白起到二聚化转录因子的作用,可调节基因表达,共同参与机体的炎症反应、免疫应答,调节细胞凋亡、应激反应[22]。NF-κB抑制蛋白(IκB)可抑制NF-κB二聚体活性,阻止其进入细胞核,使其以非活化形式存在于细胞质中,是NF-κB信号通路激活的关键[23]。肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β和多种炎症信号与受体近端信号衔接蛋白结合,激活IκB激酶复合物(IKK),使IκB激酶磷酸化、泛素化,IκB蛋白得到降解,NF-κB二聚体(主要为p50/p65)得以释放,进一步转运至细胞核内,促进目的基因转录[24]。NF-κB家族蛋白在肿瘤细胞的分化、增殖、凋亡、炎症反应和免疫应答等方面广泛表达,是“炎-癌”转化的启动因子,在恶性肿瘤的发生发展中起重要作用[25]。在大多数恶性肿瘤中NF-κB异常活化,被认为是“炎-癌”转化的关键,如在幽门螺杆菌相关性胃癌前病变中,毒力因子与宿主的受体结合,从而激活NF-κB信号通路,上调胃癌中靶基因的表达,促进下游炎症因子释放,促进胃癌发展[26]。

2.2 中药有效成分通过NF-κB信号通路调控胃癌

汉防己乙素是从中药防己根中提取的一种单体化合物,具有抗炎镇痛、降血压等药理作用,可调节胃癌细胞的周期、促进胃癌细胞凋亡[27]。张升波等[28]的研究结果表明,汉防己乙素可通过降低胃癌大鼠病理组织的IκB、P65蛋白磷酸化水平,减少IκB蛋白降解,进一步抑制NF-κB信号通路的过度激活,从而促进促凋亡基因的表达,使大鼠胃癌的恶化缓解,发挥抗肿瘤作用。雷公藤内酯酮可通过泛素-蛋白酶体途径降解致癌蛋白Notch1,因此,Notch1下游蛋白Rbpj、IKKα和IKKβ的表达水平显著降低,NF-κB磷酸化水平显著降低[29]。此外,白藜芦醇可抑制胃癌SGC-7901细胞增殖,降低凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)的表达水平并抑制NF-κB过度激活[30]。

3 中药有效成分对PI3K/Akt/mTOR信号通路的调控作用

3.1 PI3K/Akt/mTOR信号通路与胃癌

PI3K及其下游的Akt、mTOR组成的PI3K/Akt/mTOR信号通路可通过诱导细胞自噬、促进细胞凋亡、抗肿瘤血管生成和调节miRNA等机制作用于胃癌[31]。当PI3K被受体酪氨酸激酶、G蛋白偶联受体激活并聚集于质膜,将底物4,5-二磷酸磷脂酰肌醇磷酸化,形成第二信使3,4,5-磷脂酰肌醇三磷酸,从而促进Akt活性中心的thr308和ser-473端磷酸化[32]。活化后的Akt可作用于mTOR下游信号分子,进一步调节细胞增殖及迁移,故可将PI3K/Akt/mTOR信号通路作为药物干预胃癌的新靶点。

3.2 中药有效成分通过PI3K/Akt/mTOR信号通路调控胃癌

红景天苷是从药物红景天中提取的天然活性成分,已有研究结果证实其对乳腺癌、结肠癌和膀胱癌等具有抑制作用[33]。Rong等[34]通过对人胃癌AGS细胞的研究,发现红景天苷可降低PI3K和Akt的磷酸化,以浓度依赖性方式降低p-mTOR蛋白水平,并且用胰岛素样生长因子1预处理降低了自噬蛋白的表达,表明红景天苷通过PI3K/Akt/mTOR途径诱导自噬。霍浩然等[35]用不同剂量的川芎嗪、PI3K特异性抑制剂分别干预人胃癌SGC-7901细胞,结果显示,与空白对照组相比,经过川芎嗪、PI3K抑制剂的干预,p-PI3K、p-Akt、p-mTOR蛋白表达明显下调,Cleaved Caspase-9、Cleaved Caspase-3蛋白表达上调,可明显提高胃癌细胞增殖抑制率,诱导细胞凋亡和自噬,且与PI3K/Akt/mTOR通路活化影响下游凋亡、自噬蛋白相关。来源于黄连的小檗碱也可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路增强胃癌细胞凋亡,提高其对DDP的化学敏感性。针对耐DDP的胃癌细胞进行研究,发现小檗碱可下调胃癌BGC-823和SGC-7901细胞的耐药蛋白水平,促进细胞凋亡,且抑制PI3K/AKT/mTOR信号传导[36]。此外,源于山茱萸的β-咔啉生物碱可降低胃癌组织中SGC-7901细胞和SGC-7901细胞mRNA水平,降低黏着斑激酶、PI3K、Akt和mTOR的表达,从而抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路,促进细胞坏死及凋亡[37]。

4 中药有效成分对STAT3信号通路的调控作用

4.1 STAT3信号通路与胃癌

STAT家族包括7个DNA结合蛋白,广泛存在于不同组织和细胞中,其中,STAT3参与多种生物学过程,在细胞增殖、分化、生存、发育和炎症等生理过程中发挥重要作用[38]。在该通路中,STAT3被Janus激酶(JAK)磷酸化为p-STAT3,转入细胞核内与特定DNA序列结合,诱导Bcl-2、存活蛋白、肿瘤生长因子β等多种与细胞生长、增殖及凋亡相关基因的转录和表达,参与肿瘤细胞增殖、耐药或抑制肿瘤细胞凋亡[39]。研究结果显示,在胃癌细胞中STAT3蛋白高表达是反映胃癌预后的指标,与胃癌的分化程度、淋巴浸润等密切相关[40]。因此,寻求有效的STAT3抑制剂对于胃癌的治疗具有意义。

4.2 中药有效成分通过STAT3信号通路调控胃癌

高良姜素是从高良姜根茎中分离出的类黄酮物质,可对肝癌、乳腺癌、肺癌及食道癌等发挥抗肿瘤活性。有研究发现,高良姜可通过抑制胃癌MGC 803细胞活力,阻止STAT3的磷酸化,降低p-STAT3、Bcl-2和Caspase-3等蛋白表达,从而抑制JAK2/STAT3信号通路,促进胃癌细胞凋亡和减少细胞增殖[6]。银杏酸也可抑制p-STAT3的表达,抑制STAT3信号通路,进一步促进细胞凋亡[41]。源于中药菊花的有效成分芹菜素可以抑制胃癌细胞的增殖并且诱导胃癌细胞凋亡,其在诱导细胞凋亡中的作用是通过减少Bcl-2,增强Bcl-2相关X蛋白(Bax)、Caspase-9/Caspase-3、聚ADP-核糖聚合酶的切割完成的[42]。此外,有研究结果证实,豆蔻明、萜类化合物葫芦素B也可通过抑制胃癌细胞中磷酸化STAT3水平,从而抑制STAT3相关通路的表达以抗肿瘤[43-44]。

5 中药有效成分对胃癌其他信号通路的调控作用

此外,中药有效成分对胃癌的MAPK、Notch等其他信号通路也具有调控作用。李紫瑞等[45]借助网络药理学分析了川楝素治疗胃癌的作用靶点,并通过分子实验验证得出,随着给药浓度的增加,凋亡标志蛋白Caspase-3被活化,川楝素可上调MAPK信号通路的核心蛋白p38及其磷酸化形式p-p38,以激活MAPK通路,诱导胃癌细胞凋亡。Notch信号通路在胃癌中可诱导细胞程序性死亡,其与程序性死亡受体配体1(PD-L1)的表达呈正相关,并且充当PD-L1的上游去泛素化酶,通过下调PD-L1相关的免疫抑制来抑制肿瘤生长[46]。刘豪杰等[47]对胃癌SGC-7901细胞进行分组,通过蛋白质印迹法检测不同剂量的芦荟大黄素组中Notch-1信号通路蛋白及凋亡蛋白Bax、Bcl-2的表达,结果显示,随着芦荟大黄素剂量升高,Notch-1、Bcl-2表达及Bcl-2/Bax比值降低,细胞增殖抑制率升高,提示芦荟大黄素可能通过抑制Notch-1信号通路起到诱导细胞凋亡的作用。

不同信号通路的中药有效成分对胃癌的调控作用见表1。

表1 不同信号通路的中药有效成分对胃癌的调控作用Tab 1 Regulation of active components of traditional Chinese medicine in different signaling pathways on gastric cancer

6 小结及展望

综上所述,中药有效成分可以通过Wnt/β-catenin、NF-κB、PI3K/Akt/mTOR、STAT3和Notch等信号通路治疗胃癌,并抑制胃癌细胞增殖、迁移和侵袭,从而诱导胃癌细胞凋亡,抑制瘤体微血管生成。现有的研究为开展中医药治疗胃癌的临床研究、新药研发等提供了有力支撑,但现有研究涉及的中药单体及有效成分众多,深入性、系统性及作用机制尚有待加强。通过相同的作用机制对现有的中药有效成分进行分类,在中医理论的指导下进行配伍分析,形成新方,以发挥多途径、多靶点协同抑制肿瘤细胞增殖、迁移,诱导肿瘤细胞凋亡的作用,更好地指导临床实践。