基于Wnt/β-catenin信號通路概述中藥防治潰瘍性結腸炎及其相關癌變

鄒孟龍，黃曉燕，*，寧 芯，陳雅璐

(1.廣西中醫藥大學，廣西 南寧 530000；2.廣西中醫藥大學第一附屬醫院，廣西 南寧 530023)

潰瘍性結腸炎(Ulcerative colitis，UC)發病機制復雜，具有難以治愈、容易復發、癌變傾向等特點[1]。基于UC背景下出現的相關癌變稱為潰瘍性結腸炎相關癌變(Ulcerative colitis associated carcinogenesis，UCAC)，其發展一般為“炎癥-不典型增生-癌”模式[2]。Wnt信號傳導異常活化，β-catenin大量核內聚集，這是UC發展成UCAC的關鍵因素之一[3]。氨基水楊酸制劑、糖皮質激素等藥物治療UC雖有成效，但仍面臨提高UC腸黏膜修復質量、減緩由“炎癥-不典型增生-癌”演變過程的棘手問題。現對Wnt信號通路、UC及UCAC之間相關性進行綜述，并小結中藥的防治效果，旨在為UC、UCAC臨床藥物研究提供參考。

1 Wnt/β-catenin信號通路的生物學作用

Wnt信號通路由細胞膜外、細胞膜上、細胞質及細胞核4部分的信號分子組成，細胞膜外包括Wnt蛋白。細胞膜上包括特異性7次跨膜受體卷曲蛋白(Frizzled，Fzd)、低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(Low-density lipoprotein receptor-related protein5/6，LRP5/6)；細胞質包括蓬亂蛋白(Dishevelled，Dsh)、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)、軸蛋白(Axin)、結直腸腺瘤性息肉蛋白 (Adenomatous polyposis coli，APC)、酪蛋白激酶1(Casein kinase1，CK1)及β-連環蛋白 (β-catenin)；細胞核包括轉錄T細胞因子/轉錄淋巴增強劑結合因子(TCF/LEF)及下游靶基因(如周期蛋白cyclinD1、原癌基因c-myc等)[4-5]。β-catenin是Wnt信號通路中最關鍵的信號蛋白，相對分子量為92～95 kD，其氨基末端含多個CK1和GSK-3β的磷酸化位點，羥基末端可在細胞核內激活相應的下游靶基因，中間區域形成超螺旋結構，含有鈣黏蛋白(Cadherin)、APC蛋白及轉錄因子TCF/LEF結合位點，這些結構特點決定了β-catenin在Wnt信號通路中起樞紐作用，故該通路又稱為Wnt/β-catenin信號通路[6]。

正常情況下(細胞膜外無Wnt蛋白)，細胞質的β-catenin與細胞膜上的E-鈣黏蛋白(E-cadherin)結合維持細胞間的黏附功能，有效阻止細菌及內毒素等有害物質侵入細胞[7]。對于少部分游離在細胞質的β-catenin則被破壞復合物(由APC、Axin、GSK-3β及CK1組成)磷酸化。在該過程中，CK1先使β-catenin氨基端絲氨酸45(Ser45)位點磷酸化，在此基礎上，GSK-3β使β-catenin氨基端的蘇氨酸41(Thr41)、絲氨酸37(Ser37)及絲氨酸33(Ser33)位點磷酸化，被磷酸化的Ser37、Ser33位點被U3泛素連接酶β-轉導素重復蛋白(β-TRCP)識別并泛素化，最終通過泛素蛋白酶體途徑將β-catenin降解[8-9]。因此，在機體正常情況下，細胞質中β-catenin的含量較少，下游靶基因不會激活。而當以上穩態被打破時(細胞膜外存在Wnt蛋白)，Wnt蛋白同時刺激Fzd和LRP5/6，形成Wnt-Fzd-LRP5/6復合物，Dsh蛋白被復合物激活，被激活的Dsh蛋白抑制GSK-3β的活性，導致β-catenin氨基端的Ser37、Ser33位點未得到暴露，β-TRCP不能識別，β-catenin從降解中逃逸，并積累在胞質溶膠中，當積累到一定量時便遷移入細胞核，并與核內轉錄因子TCF/LEF形成復合體，激活下游相關靶基因的轉錄，從而控制細胞的生物學活性[10-11]。

2 Wnt/β-catenin信號通路與UC的關系

UC病變部位主要限于大腸黏膜和黏膜下層。腸黏膜組織持續性炎癥浸潤，免疫系統紊亂，導致腸上皮細胞壞死。腸上皮細胞更新與凋亡之間的平衡被破壞，則腸黏膜受損，導致UC的進一步發展[12]。Wnt/β-Catenin信號通路沿著腸隱窩-絨毛軸梯度傳導，在腸隱窩底部活性最高，促進腸上皮細胞的更新，維護腸黏膜屏障功能[13]。在UC中，Wnt/β-Catenin信號傳導在腸上皮強烈激活，促進上皮細胞更新，修復受損區域[14]。既然機體可通過增殖上皮細胞的方式實現“自救”，但為何UC依然以慢性炎癥持續性存在？筆者檢索并分析近5年國內外的相關研究文獻，初步認為其機制可能是鋅指轉錄因子Snail抑制E-cadherin表達，導致腸黏膜機械屏障功能障礙。

Snail羧基末端含有4個高度保守的C2H2鋅指結構，能特異性與含有E-box(GGTGTG)的DNA啟動子結合[15-16]。Snail的表達受復雜信號網絡調節，Wnt/β-Catenin信號通路是關鍵之一。在氨基末端結構域中，snail和β-catenin的序列高度相似。因此，Snail的降解途徑與β-Catenin一樣，通過CK1對其磷酸化，在此基礎上，GSK-3β進行磷酸化，最后β-TRCP識別并泛素化，蛋白酶體將其降解[17]。在UC中，Wnt/β-Catenin信號通路強烈激活，GSK-3β活性被抑制，Snail從磷酸化中逃逸遷移入細胞核，與E-cadherin啟動子區E-Box作用元件結合，從而抑制E-cadherin表達[18-19]。王江陵等[20]通過RNA干擾技術下調Snail基因表達后，發現E-cadherin表達明顯升高。因此，Snail從降解中逃逸，導致E-cadherin表達被抑制，腸上皮細胞極性消失，細胞間失去緊密連接，腸黏膜的機械屏障功能下降，不能有效阻止有害物質侵襲。筆者認為雖然Wnt/β-catenin信號通路介導腸上皮細胞增殖，但腸上皮細胞處于“多而不黏”的狀態，這種機制不僅不利于UC的自愈，而且為UCAC的形成提供了機會。

3 Wnt/β-catenin信號通路與UCAC的關系

UCAC雖僅占大腸癌的1%～2%，但在UC患者中死亡卻是高達15%[21-22]。UCAC的形成，主要歸咎于基因突變和腫瘤微環境的形成[23]。在UC中，Wnt/β-catenin信號通路異常激活介導腸上皮細胞增殖，腸道干細胞處于高分化、高增殖狀態，這增加了DNA復制階段突變的可能性，而且血管新生為腫瘤微環境的形成提供了保障[24]。筆者基于Wnt/β-catenin信號通路簡述其形成的可能機制。

3.1 抑癌基因APC的突變

人類APC基因突變通常出現在開放閱讀框的中心區域，稱為“突變簇區域”。APC基因編碼的APC蛋白，由2 843個氨基酸組成，分子量為300 kD[25]。APC蛋白是β-catenin破壞復合物的組成之一，其在Wnt/β-catenin信號通路中作為載體將GSK-3與β-catenin聯系起來，對β-catenin負向調控[26]。APC基因的突變或者缺失導致蛋白產物被截斷，產生截短而無活性的APC蛋白[27]。在截斷的APC蛋白中，β-catenin結合位點丟失，使之不能作為載體聯系GSK-3與β-catenin。游離形式的β-catenin從細胞質遷移到細胞核，激活c-Myc、Cyclin等下游原癌基因的表達。

3.2 β-catenin激活VEGF基因的轉錄

腫瘤微環境是指腫瘤細胞、內皮細胞、成纖維細胞等共同構成腫瘤發生、發展的穩態環境。腫瘤血管是腫瘤組織營養和氧氣的主要來源，而且還為其代謝提供了途徑，這對微環境的形成至關重要[28]。血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前發現最有效的促血管生成因子，因而其表達與腫瘤生長、浸潤及遷移密切相關[29]。有趣的是，VEGF是Wnt/β-catenin信號通路的下游靶基因，機體能通過該途徑促進血管內皮細胞的增殖、血管重塑，從而促進受損組織的修復與愈合[30]。高敏娜等[31]研究也表明通過調控Wnt/β-catenin信號傳導、下調下游靶基因VEGF的表達能抑制腫瘤細胞增殖。

4 中藥干預Wnt/β-catenin信號通路

在UC中，Wnt/β-catenin信號通路強烈激活，Snail表達上調，E-cadherin下調，導致黏膜損傷。在UCAC中，該通路調控基因突變，信號傳導異常激活，細胞增殖失控。無論UC還是UCAC，嚴格控制Wnt/β-catenin信號通路的傳導至關重要。因此，尋找調控該信號傳導的中藥是近幾年藥物研究的熱點。目前研究初步證實的有效中藥可分為單味藥和中藥復方兩部分。

4.1 單味藥

4.1.1 地龍提取液 地龍為常用中藥，臨床具有抗腫瘤效果，能促進癌細胞凋亡。地龍提取液是從活體地龍尾部提取的液體。劉松江等[32]研究則表明，地龍提取液對血管新生有顯著性抑制作用。

4.1.2 黃芪甲苷 黃芪甲苷是中藥黃芪的重要活性成分。黃芪益氣固表，具有抗炎、抗衰老、清除氧自由基等藥理學活性。俞曼殊等[33]研究表明黃芪甲苷能促進β-catenin降解、上調E-cadherin的表達，有效阻止EMT的進展。李強等[34]研究也得出相同的結論，且黃芪甲苷的濃度越大，β-catenin表達量的下降程度及E-cadherin表達量升高程度均越明顯。

4.2 中藥復方

4.2.1 愈潰寧方 愈潰寧方是經驗方，由青黛、貫眾、馬齒莧、紫草、滑石、白及、防風和薏苡仁組成，全方以清熱利濕為綱。王姍姍等[34]用愈潰寧方灌腸治療UC取得明顯的臨床療效，且不良反應較輕。該團隊的研究表明其機制可能是愈潰寧方灌腸可活化GSK-3β、加快β-catenin磷酸化，從而抑制Wnt/β-catenin信號異常激活。

4.2.2 健脾清熱活血方 絲氨酸/蘇氨酸激酶AKT被認為是一種癌癥基因，磷酸化的AKT可對GSK-3β的Ser9殘基磷進行磷酸化，使GSK-3β失活，從而調控β-catenin的表達，與EMT進展密切相關[35]。表皮生長因子是多功能生長因子，對細胞組織具有強烈的促分裂作用，其與受體結合后激活AKT，進而通過GSK-3β調控Wnt/β-catenin信號傳導，參與腸上皮細胞增殖[36]。張濤等[37]研究表明健脾清熱活血方(由救必應、白術、白芍、水蛭、三七和炙甘草組成)具有防治UCAC功效，其機制可能是健脾清熱活血方下調表皮生長因子受體，促進β-catenin降解，修復腸黏膜。

4.2.3 香連片 DKK-1是一種分泌蛋白，能與細胞膜上的LRP5或LRP6結合，抑制Wnt-Fz-LRP5/6復合物的形成，從而調控Wnt信號通路的傳導[38]。香連片由黃連(吳茱萸制)和木香組成。李素云等[39]研究表明香連片治療UCAC作用機制與上調DKK-1的表達、阻止Wnt/β-catenin信號傳導密切相關。

5 結語

總所周知，UC病變局限于黏膜和黏膜下層，因此黏膜的修復是治療的關鍵。氨基水楊酸、糖皮質激素等藥物雖有短期臨床療效，但面臨黏膜修復仍然束手無策。Wnt/β-catenin信號通路與UC、UCAC之間存在著密切關系，但令人遺憾的是，目前研究多停留在UCAC。UCAC的發展一般為“炎癥-不典型增生-癌”模式。因此，筆者認為今后應深入研究Wnt/β-catenin信號通路與UC的關系，挖掘中藥對其干預的作用靶點，不僅可以為臨床研發黏膜修復藥物提供理論基礎，而且有利于發展祖國醫學的天然優勢。