中医药调控PI3K/Akt信号通路治疗慢传输型便秘的研究进展*

王 红，吴 容，张智彬，唐学贵

（1.川北医学院研究生院，四川 南充 637001；2.成都中医药大学，四川 成都 610075；3.川北医学院附属医院，四川 南充 637001）

慢传输型便秘（slowtransit constipation，STC）是多种因素造成结肠传输动力减弱所致的慢性疾病，以原发性排便次数减少、排便费力、大便干硬为主要表现，是目前临床便秘诊治的重点。我国成年人慢性便秘患病率为4.0%~10.0%[1]，有学者[2]预测，随着社会老龄化和人们生活方式改变，该数据将会持续上升。STC不仅会引起腹痛、会阴胀痛等，还可增加心血管系统疾病发病率，有致残致死风险[3]，同时因疗效不满意，病情反复，患者长期处于焦虑、抑郁的状态，有害精神健康[4]。STC患者长期承受巨大的生理和心理双重负担，生命质量明显下降[5]。

目前STC发病机制尚未完全明确，有效治疗方法不多。现代医学治疗STC以泻剂、促动力药或手术为主，短期内疗效尚可，但易反复，且疗效不稳定。相较之下，中医药在临床应用中疗效显著，具有不良反应少、复发率低等优势，但作用机制尚不明确。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信号通路与胃肠疾病的发生发展密切相关，该信号通路在肠道细胞组织抗氧化应激[6]、炎症反应[7]、黏膜屏障损伤[8]、肿瘤细胞增殖凋亡[9]中发挥重要作用，与STC之间的关系也受到学者们密切关注。笔者综述近5年来中医药通过PI3K/Akt信号通路治疗STC的研究进展，以期为今后中医药治疗STC提供信息参考。

1 STC发病机制

STC属中医“大便难”范畴。《素问·灵兰秘典论篇》记载：“大肠者，传导之官，变化出焉。”大肠受盛化物，其主要作用是接受经小肠传输的食物残渣，将剩余残渣转化为粪便，最后传输至直肠肛门，排出体外。故粪便的顺利排出有赖于大肠传导功能的正常发挥。各种原因引起大肠传导功能失常，如气滞、气虚、肠燥等，则会导致粪便秘结不下。因此，便秘的根本病因在于大肠传导功能障碍[3]。

现代医学认为STC发生的根本原因在于结肠传输动力障碍。由肠神经系统（enteric nervous system，ENS）-Cajal间质细胞（interstitial cells of Cajal，ICC）-肠道平滑肌（smooth muscle cells，SMC）共同构成的网络结构通过调节、传递神经递质和神经信号调节肠道运动，是肠道动力的基本单位[10]。因此，结肠传输动力障碍主要有以下4种因素导致：（1）肠神经系统失调；（2）肠神经递质异常；（3）Cajal间质细胞异常；（4）肠道平滑肌功能异常。另外肠道菌群、水通道蛋白也参与其中。

2 PI3K/Akt信号通路生物学作用

PI3K/Akt信号通路广泛地参与细胞生长、增殖、分化[11]。PI3K家族是一类脂质激酶，属于原癌基因，是肌醇与磷脂酰肌醇的重要激酶，由催化亚基p110和调节亚基p85构成，其本身既具有磷脂酰肌醇激酶活性，又有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性，现有3种分型[12]。PI3K可通过Ras蛋白激活，也可与受体酪氨酸激酶或G蛋白偶联受体相互作用而活化[13]。PI3K活化后将二磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,PIP2）转化为三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate, PIP3）作为第二信使参与Akt磷酸化。Akt是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，共有Akt1、Akt2、Akt3三个亚型，都由氨基末端PH结构域、中心激酶结构域和含有疏水基序的羟基末端调节结构域组成[14]。PH结构域与PIP3相互作用，使Akt转位到细胞膜并发生构象改变，在磷酸肌醇依赖性激酶-1（phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）的作用下，Akt的Thr308和Ser473点位磷酸化，Akt完全活化，进一步激活下游因子，产生级联反应，对周围细胞产生调节控制作用[14]。激活后的Akt通过作用于核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）、核因子-κB（nuclear factorκB，NF-κB）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）等，促进抗氧化酶及血红素加氧酶（HO-1）表达，发挥抗炎、抗细胞凋亡等生物学作用。

更重要的是，有研究[15]发现在由洛哌丁胺诱导的便秘模型中，PI3K/Akt信号通路通过调控炎症反应，免疫应答主导便秘发生发展。GONG W J等[16]通过观察研究STC细胞组织和谷氨酸（5 mmol/L，12、24、36、72 h分别给药1次）诱导的ICC自噬模型发现，甲基转移样酶3（METTL3）通过m6A甲基化修饰促进miR-30b-5p成熟，作用于靶向基因PIK3R2，通过PI3K/Akt/mTOR信号通路调控细胞自噬和凋亡。提示PI3K/Akt信号通路可以通过抑制ICC自噬，促使ENS-ICC-SMC网状结构发挥正常生理功能，改善结肠传输动力。LI Y J等[17]发现在糖尿病状态下，蛋白酶激活受体2通过PI3K/Akt信号通路介导血小板衍生生长因子受体-α阳性（PDGFRα+）细胞增殖，功能亢进，导致结肠传输动力减弱，引发STC，表明PI3K/Akt信号通路参与高血糖环境中STC发生发展。

总之，各种病理因素导致PI3K/Akt信号通路异常表达，致使结肠细胞组织损害，可能是STC发生的机制之一。PI3K/Akt信号通路也成为治疗STC的重要靶向途径。

3 中医药调控PI3K/Akt信号通路在STC中的作用机制

中医药治疗STC从整体出发，辨证论治，通过健脾行气、温肾益精、滋阴养液、活血化瘀、顺气导滞、生津润肠等治法，取得了令人满意的疗效。研究发现，中医药调控PI3K/Akt信号通路治疗STC的途径主要有以下5种：（1）抗氧化应激；（2）调节肠道神经递质；（3）调节细胞自噬；（4）调节肠道水通道蛋白含量；（5）修复受损肠神经元。（见图1）

图1 中医药调控PI3K/Akt 信号通路在STC 中的作用机制

3.1 抗氧化应激 PI3K/Akt信号通路活化后产生级联反应，促使Nrf2核转位，诱导HO-1表达，增强细胞抗氧化防御能力[18]。济川煎、枳术丸、黄芪、紫檀芪均可通过活化PI3K/Akt信号通路，发挥抗氧化应激作用，修复受损肠道组织，改善结肠传输动力。

Nrf2/HO-1信号通路是机体最重要的内源性保护途径之一。Nrf2是一种转录因子，由6个Neh结构域组成，其中N端的Neh2结构域能与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白（Keap1）结合。在生理状态下Keap1与Nrf2结合形成复合物，Nrf2被隔离在细胞质中；在应激状态下，Keap1与Nrf2分离，Nrf2转位到细胞核与抗氧化反应元件结合，诱导Nrf2调控的下游基因表达[19]。血红素加氧酶（HO-1）是一种受Nrf2调控的诱导应激反应蛋白，HO-1通过降解血红素，产生Fe2+、一氧化碳和胆绿素3种活性物质，参与细胞组织抗氧化过程。

济川煎出自《景岳全书》，具有温肾益精、润肠通便的功效，对于脾肾亏虚型便秘疗效显著。WANG X M等[20]以复方苯氧乙酸混悬液诱导的STC小鼠为研究对象，发现济川煎从提高结肠乙酰胆碱浓度，抑制肠道炎症和加速肠道蠕动3个方面治疗STC。此外，济川煎能显著增加结肠牛磺酸和亚牛磺酸含量，在相关研究中，两者与肠道动力呈正相关，推测通过调节结肠牛磺酸含量可以改善STC症状。该课题组进一步发现，济川煎发中以槲皮素、汉黄芩素为主的活性成分刺激调节PI3K/Akt信号通路及下游Nrf2/HO-1信号通路，逆转STC结肠中的肠神经胶质细胞损伤，上调胶质细胞源性神经营养因子表达，改善结肠传输动力。枳术丸出自《内外伤辨惑沦》，以其“补重于消，寓消于补”的精妙配伍和显著的疗效而被广泛应用。武鹏飞等[21]通过网络药理学分析发现枳术丸以多途径治疗STC，以木犀草素、柚皮素、川陈皮素为主的活性成分作用于AKT1、MAPK3、MAPK1、TP53等STC治疗核心靶点，通过调控PI3K/Akt信号通路、IL-17信号通路等发挥作用，其主要生物过程集中在对氧化应激反应、对活性氧反应、对辐射的反应等。这提示枳术丸治疗STC具有多成分、多靶点、多途径的特点。

黄芪味甘，性温，入肺、脾二经，以黄芪汤为代表的中药汤剂对于改善老年型、肺脾气虚型便秘疗效显著。因黄芪益气善补，又能扶正祛邪，能通体虚所致气机壅滞，恢复大肠传导功能。施敏等[22]通过网络药理学分析发现山柰酚、叶酸、槲皮素、3,9-二-0-甲基尼森香豌豆紫檀酚是黄芪治疗STC的主要活性成分，这些活性成分作用于关键核心靶点AKT1、JUN、IL6、VEGF、CASP3，通过对脂多糖的回应，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶复合物、IL-17、乙型肝炎等信号通路发挥抑制炎症反应、抗肠黏膜损伤、调节肠道菌群和神经递质的作用，达到治疗STC的目的。杨金玉等[23]分析发现槲皮素是黄芪中与STC关联靶点最多、连接度最高的活性成分。研究证实槲皮素改善肠道动力与以下4种机制有关：（1）通过PI3K/Akt信号通路发挥神经保护作用[24]；（2）激活Nrf2/HO-1信号通路发挥抗氧化应激的作用[25]；（3）改善厚壁菌门种群与变形菌门种群之间的比率，调整肠道微生态[26]；（4）诱导调节M型乙酰胆碱受体促胃肠蠕动，刺激黏蛋白分泌[27]。槲皮素与黄芪补中益气，扶正祛邪，疏通气机等功效息息相关，提示槲皮素可能是中医药治疗STC的关键活性成分之一，但缺乏可靠的实验证实，在未来可对其进行深入研究。

龙血竭是百合剑叶龙血树属植物，属中医活血化瘀药范畴，味甘、性平，具有抑制血栓形成、抗炎镇痛等作用。紫檀芪（pterostilbene，PTE）是白藜芦醇的天然衍生物，因最初在紫檀中发现而命名，是中药龙血竭主要抗氧化活性成分之一[28]。YAO Z W等[29]通过洛哌丁胺混悬液诱导制成STC小鼠模型发现PTE能够上调胃动素（motilin，MLT）、胃泌素（gastrin，Gas）表达水平，逆转洛哌丁胺导致的谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性降低，同时减少氧化应激标志物丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量，减少ICC凋亡。进一步研究发现，PTE通过上调PI3K/Akt信号通路表达，激活下游Nrf2/HO-1信号通路，产生多种抗氧化酶，对抗细胞凋亡，恢复肠道蠕动。此外，高剂量PTE能够显著改善肠道菌群，增加乳酸菌、嗜胆汁菌等细菌含量，通过产生肠道硫化氢、丁酸等递质发挥改善STC症状的作用。

3.2 调节肠道神经递质 PI3K/Akt信号通路通过调节肠道中一氧化氮（nitric oxide，NO）含量改善结肠传输动力。益气健脾通便方、化瘀通便汤、养荣润肠舒合剂、六磨汤联合电针疗法通过调节肠道中NO、血管活性肠肽（vasoactive intestinal polypeptide，VIP）等神经递质含量，解除肠道平滑肌抑制状态，促进肠蠕动。

NO是一种生物活性极强的气体神经递质，广泛参与胃肠道平滑肌运动。NO与可溶性鸟苷酸环化酶相结合并激活该酶，提高胞内cGMP浓度，促使cGMP依赖性蛋白激酶活化或直接作用于cGMP依赖性离子通道，降低胞内Ca2+浓度，松弛肠道平滑肌[30]。与传统神经递质不同，NO是由L-精氨酸通过一氧化氮合酶（NOS）按需合成。NOS是NO的限速酶，能够催化释放内源性NO，Akt可以直接磷酸化内皮型NOS（eNOS）[31]。PI3K/Akt信号通路表达异常导致过量eNOS，NO生成和释放超过生理需要量，使肠道平滑肌处于被抑制的状态，影响肠内容物在肠道内的传输[32]，可能是STC病理机制之一。VIP是储存于大颗粒囊泡中的一种神经递质，通过与其受体结合激活AC，使胞内ATP产生cAMP，激活cAMP依赖性蛋白激酶，后者既能直接抑制SMC收缩，又能降低肌球蛋白活性使SMC松弛。研究[33]表明，NO和VIP能够相互刺激释放。

气机升降正常是肠道能否发挥正常功能的关键，中药通过理气、益气等方法可以发挥治疗STC的作用。王建民等[34]运用以补通滞，肺肠同治的理念，选用白术、黄芪、党参等8味药拟成益气健脾通便方用于治疗STC，取得了显著疗效。

研究[35]发现该方能显著下调STC大鼠结肠组织中p-Akt、NO、eNOS表达水平，缩短大鼠首粒黑便排出时间，提高粪便含水量，提示益气健脾通便方通过抑制PI3K/Akt/eNOS信号通路，促使大肠传导功能得以正常发挥。此外，相较于枸橼酸莫沙必利对照组，益气健脾通便方能够更显著的改善STC患者Wexner便秘评分、PAC-QOL评分[36]。路越[37]使用白术、当归、桃仁、清半夏等13味中药作为化瘀通便汤，旨在活血化瘀，行气润肠。实验发现该方通过抑制PI3K/Akt/eNOS信号通路，下调STC小鼠结肠组织中NO和VIP表达，纠正大肠传输动力紊乱，治疗STC。田振国以“以补治秘”为治法，选用黄精、桃仁、枳壳、肉苁蓉、柏子仁等中药制成养荣润肠舒合剂，以调和阴阳，扶助正气[38]。王雪等[39]通过研究分析发现养荣润肠舒合剂中槲皮素、柚皮素、β-谷甾醇、山柰酚、黄芩素等成分通过神经活性配体-受体相互作用，PI3K/Akt、MAPK等信号通路降低STC大鼠结肠组织中5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、VIP表达水平，达到解除或减弱SMC抑制状态，促进肠道蠕动，但该实验仅对目标靶点进行分析检测，未对其作用机制进行深入分析，还需进一步实验明确。研究[40]发现电针（支沟、足三里、上巨虚）联合六磨汤通过PI3K/Akt信号通路抑制eNOS，同时下调AQP3、AQP8、AQP9在结肠组织中表达，促进肠道蠕动，增加粪便含水量，达到治疗STC的目的。支沟位于手少阳三焦经，调节三焦气机，疏通水道，是治疗便秘的经验穴；足三里是胃下合穴，上巨虚是大肠下合穴，两者同调则水谷精微得以正常输布，腑气通降，大肠传导功能得以正常发挥。实验过程中，电针联合六磨汤表现出显著协同作用，为中医药治疗STC提供了更多选择和参考

3.3 调节细胞自噬 PI3K/Akt/mTOR信号通路是经典细胞自噬路径，对细胞增殖、生长和分化起核心作用[16]。研究[41]表明自噬失调与胃肠道动力障碍密切相关。化瘀通便方、枳实-白术药对、电针疗法通过PI3K/Akt/mTOR信号通路纠正肠道细胞自噬紊乱，维持肠道自噬平衡，改善肠道功能。

自噬是一种广泛存在于真核细胞中的机制，通过吞噬自身的细胞质或细胞器，形成自噬小体与溶酶体结合，产生自噬溶酶体，清除衰老细胞、受损细胞器和错误折叠的蛋白，以维持细胞环境稳态[42]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是位于PI3K/Akt信号通路下游细胞自噬路径的重要信号分子，形成的mTOR复合物1（mTORC1）对雷帕霉素尤为敏感。mTORC1通过抑制蛋白质分解代谢[43]、抑制转录因子EB的核易位调控细胞自噬[44]。过度自噬产生大量自噬体，超过溶酶体承载数量，引发细胞过度凋亡；自噬不足则会影响衰老细胞清除和蛋白质降解。

临床上STC以起病缓，病程长为主要特征，“初病治气，久病治血”，久病入络，正气亏损，血行不畅，则瘀血阻滞，脉络不通。针对这一病理特征，于永铎以活血化瘀、解毒通络为治则，选用当归、生地黄、半夏等药物拟成化瘀通便汤治疗STC，疗效显著[45]。孙宇等[46]研究发现化瘀通便汤通过PI3K/Akt信号通路发挥治疗STC的作用。满如等[47]研究证实化瘀通便汤剂量依赖性下调自噬相关蛋白LC3、Beclin 1和Atg5，增强p62表达水平，推测化瘀通便汤可以通过PI3K/Akt信号通路修正STC发病过程中ICC过度自噬，修复结肠组织，恢复肠道功能，但并未对其中关键信号分子进行深入研究。YAN S等[48]用枳实-白术含药血清孵育谷氨酸诱导的体外ICC自噬模型，发现血清中柚皮芦丁、柚皮苷、橙皮苷和新橙皮苷4种活性成分促使PI3K/Akt/mTOR信号通路失活，抵抗谷氨酸诱导的ICC自噬，提高ICC细胞活性。但该研究以体外培养的ICC自噬模型为载体，缺乏体内实验证据，PI3K/Akt/mTOR信号通路对ICC细胞自噬的调节作用还需进一步研究确认。WANG L等[49]发现电针针刺天枢、上巨虚能够上调结肠肌丛中LC3、Beclin 1蛋白表达水平，改善STC小鼠症状，其机制是通过PI3K/Akt/mTOR信号通路纠正肠神经胶质细胞中自噬失衡，达到清除受损细胞器和错误蛋白，修复肠神经元，改善结肠传输动力。

3.4 调节肠道水通道蛋白 PI3K/Akt信号通路通过调节结肠组织中AQPs含量，参与结肠中水液代谢，调节粪便含水量[50]。水通道蛋白（aquaporin, AQP）是一种膜内蛋白质，主要负责渗透梯度驱动的跨膜水运动，参与肠道中水的分布吸收。研究[51]发现，AQP3大量分布在结肠上皮细胞基底膜外侧和隐窝顶部，具有参与水转运和维持肠上皮细胞完整性的作用；在近端结肠柱状上皮中有AQP8大量分布，介导跨上皮细胞水运动；两者与结肠水分重吸收关联密切。

大肠主津，大肠传导功能有赖于津液代谢，津亏则大肠失去濡润，粪便在肠道内干涩难行。朱秉宜以“清”“润”为治则研制朱氏润肠方，并取得了良好疗效[52]。孟君等[53]研究发现朱氏润肠方通过抑制PI3K/Akt信号通路降低结肠AQP3、AQP8表达。AQP3、AQP8在STC治疗中对肠道水分调节起负反馈作用[54]，朱氏润肠方通过下调两者在结肠组织中表达，抑制肠道对水分的过度吸收，提高粪便含水量，减少排便阻力，达到润肠通便的治疗效果。

3.5 修复受损肠神经元 GDNF/PI3K/Akt信号通路在改善胃肠道功能方面发挥着重要作用，能够逆转高血糖导致肠神经元凋亡，诱导受损肠神经元再生，改善胃肠动力[55]；下调功能性便秘结肠组织中mTOR表达，修复结肠细胞组织，恢复肠道蠕动[56]。胶质细胞衍生的神经营养因子（glial cell line-derived neurotrophin factor,GDNF）是主要神经营养因子之一，有助于受损细胞的修复存活和轴突再生，在肠道中由肠神经胶质细胞分泌。GDNF经过Ret活化与其受体GDNFα1形成复合物，Ret分子与该复合物二聚化后通过酪氨酸残基自磷酸化形激活MAPK/ERK、PI3K/AKT、PLCγ等信号通路[57]。孙路强等[58]用复方地芬诺酯混悬液诱导GDNFα1基因敲除小鼠为功能性便秘模型，发现电针刺激（天枢、大肠俞）对小鼠胃肠动力并无改善作用，GDNF表达受到抑制，表明基因敲除后，GDNF与GDNFα1复合物减少，Ret同源二聚化和自磷酸化功能受到减弱，最终影响下游PI3K/Akt信号通路。但该课题组在实验过程中发现针刺后PI3K、Akt蛋白表达水平仍然有一定程度的下调，可能与PI3K信号通路的负反馈有关。但仍然提示可以通过刺激上调肠道内GDNF含量，激活下游PI3K/Akt信号通路诱导肠神经元修复再生，修复ENS-ICC-SMC网络结构，改善胃肠动力以治疗STC，但还需进行更多实验验证。

4 总结与展望

PI3K/Akt信号通路是细胞信号转导经典途径之一，参与细胞生长、凋亡，炎症反应等，其表达异常与STC发生发展存在密切关联。整理文献过程中发现中医药基于PI3K/Akt信号通路治疗STC，通过温肾、益气、润肠、化瘀、行气等治法促使大肠传导功能恢复正常，其机制与抗氧化应激、促进肠道平滑肌蠕动、平衡细胞自噬、调节肠道水分吸收、修复受损肠神经元等有关，从而发挥修复ENS-ICC-SMC网络结构，恢复结肠电节律，促进肠蠕动的作用。并在安全性、长期有效性方面展现出了显著优势。但仍存在一些问题需要在今后的研究中解决。

首先，PI3K/Akt信号通路是一系列靶蛋白的信息转导中心，与多条信号通路存在级联或交叉反应，笔者综述中多数研究主要集中于PI3K/Akt信号通路与某个关联靶蛋白之间的关系，仅明确了两者之间的相关性，未能对其具体作用机制，与其他信号通路之间是否存在互相干扰进行深入研究阐释。其次，现阶段中医药基于PI3K/Akt信号通路治疗STC的研究更多地针对ICC、SMC的改善修复，ENS-ICC-SMC作为肠道动力的基本单位，三者缺一不可，通过对各靶蛋白与该网络结构的关系进行深入研究，为治疗STC提供更多思路。此外，中医治疗以“辨证论治”为基本治疗原则，在基础研究中难以复制完全符合人类疾病的动物模型，导致实验结果与临床疗效之间可能存在差异，在接下来的研究中还需联系STC具体临床表现制定客观标准，为更加充分发挥中药治疗优势奠定基础。

中药所含成分复杂，药物产地、炮制方式、给药方式的不同都有可能导致药物活性成分改变，在临床运用中疗效参差不齐。加之中医药治疗STC存在多靶点、多途径、多层次的特点，明确不同活性成分与相关靶点、途径之间的关系，并进一步研究其体内代谢过程，对于提高临床用药的安全性和有效性具有较高的指导价值。本次综述中部分研究以名专家经验方为中心展开，可能存在一定地区限制，导致难以推广，可在今后对其中的关键活性成分进行提取研究，将现代医学技术与之结合，更广地运用于STC患者。

综上，中医药基于PI3K/Akt信号通路治疗STC具有治法多样，安全有效的特点，但STC发病机制复杂，还需进一步发挥祖国医学优势，深层次研究中医药治疗STC的作用机制，为基础研究成果向临床试验转化提供可靠依据。