靶向癌蛋白調控Warburg 效應的中醫藥研究進展

吳 迪，柴仲秋，周 冰

（天津市濱海新區中醫醫院肛腸科，天津 300451）

癌細胞的生長是由異常信號和代謝重編程所驅動，在癌細胞中癌基因與其代謝改變密切相關。代謝重編程通常由多種致癌信號（如HIF、Myc、Src、ROS、Ras 和mTOR 等）介導，并通過改變一些關鍵代謝酶的表達和/或活性，來控制癌細胞的代謝[1]。因此，對癌蛋白和癌細胞特異性代謝的相互關系有一個完整的理解，有利于開發新的治療策略。中醫藥在治療惡病質相關疾病具有豐富的理論和臨床成果。目前中藥改善腫瘤惡病質，甚至靶向有氧糖酵解的研究較多，但其具體靶點、機制仍需系統闡明。因此，本文對常見癌基因產物與有氧糖酵解的分子信號通路關系及目前中醫藥對有氧糖酵解干預的研究進行綜述，以期為中醫藥對腫瘤惡病質治療找到新的靶點和突破口。

1 Warburg 效應

由于癌細胞的不適當增殖及癌基因的作用，即使氧供充足，癌細胞仍會以糖酵解的代謝方式增加能量供應，即“Warburg 效應”，為癌細胞競爭共享能源提供許多好處[2]。糖酵解在細胞質中通過9 個反應步驟將葡萄糖轉化為能量。首先，葡萄糖經葡萄糖轉運蛋白（glucose transporter，GLUTs）和鈉-葡萄糖連接轉運蛋白1（Sodium-glucose co-transporter 1，SGLT1）高速轉運到腫瘤細胞中，然后被己糖激酶（hexokinase，HK）磷酸化為葡萄糖-6-磷酸酯，這是一個提供直接反饋抑制以保存能量的限速步驟。HK 與線粒體膜結合，對葡萄糖具有高度親和力，有助于在低葡萄糖水平下啟動糖酵解。然后葡萄糖-6-磷酸異構酶將葡萄糖-6-磷酸轉化為果糖-6-磷酸，在磷酸果糖激酶-1（phosphate fructose kinase 1，PFK1）和PFK2 的作用下進一步磷酸化形成果糖-1,6-二磷酸和果糖-2,6-二磷酸，并消耗一個ATP 分子。其次，醛縮酶將果糖-1,6-二磷酸轉化為甘油醛-3-磷酸和二羥丙酮磷酸。甘油醛-3-磷酸酯由甘油醛-3-磷酸脫氫酶轉化為甘油酸-1,3-二磷酸酯，再由磷酸甘油酸激酶轉化為3-磷酸甘油酸酯，生成2 個ATP 分子。磷酸甘油酸變位酶將3-磷酸甘油酸異構化為2-磷酸甘油酸，然后形成磷酸烯醇丙酮酸。最后通過丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）催化糖酵解的限速步驟，將PEP 轉化為丙酮酸，生成1 個ATP 分子。糖酵解產生的丙酮酸可以被丙酮酸脫氫酶轉化為乙酰輔酶A，進入TCA 循環氧化磷酸化，但在缺氧時，丙酮酸通過乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）轉化為乳酸，LDH 在腫瘤細胞中過表達，從而維持高糖酵解通量[3]。糖酵解是腫瘤組織的適應性代謝改變，因此癌癥也被認為是一種代謝病。糖酵解除了為腫瘤組織高速率產生ATP 外，還為腫瘤細胞增殖提供合成磷脂和核酸所必需的代謝中間產物和前體，同時還能保護癌細胞免受化療藥物損害[2，4]。

2 HIFα 的功能及其表達的調控

2.1 HIFα 在Warburg 效應中的作用 HIFα-ARNT轉錄復合物是在缺氧期間細胞向糖酵解轉化的主要調節劑之一。HIFα-ARNT 能誘導SLC2A1 和SLC2A3、HK1 和HK2、LDHA、單羧酸轉運蛋白4（monocarboxylate transporter 4，MCT4）和丙酮酸脫氫酶激酶1 （pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDHK1）等糖酵解基因的表達。HIF1 的兩個主要轉錄靶點是PDHK1 和LDH。PDHK1 磷酸化PDH 的E1α 亞基，從而抑制丙酮酸轉化為乙酰輔酶A；另一方面，LDH 則催化丙酮酸轉化為乳酸，乳酸最終被MCT4 轉運出細胞[5]。

2.2 HIFα 表達的調控 在常氧狀態下，HIFα 的脯氨酸殘基被PHD 羥化，形成HIFα（OH2）[6]。氧化的HIFα 與馮·希佩爾·林道（von Hippel-Lindau，VHL）泛素化連接酶復合物相互作用，泛素化并引導HIFα 進行蛋白酶體降解。缺氧時，線粒體呼吸鏈的復合體Ⅰ和Ⅲ中的ROS 被線粒體過氧化物歧化酶轉化為過氧化氫，而過氧化氫在細胞質中氧化PHD的SH-基團使該酶失活，從而導致HIFα 積累[7]。此外，糖酵解的終產物乳酸也能穩定并增加HIFα 的活性[8]。

3 中藥靶向癌基因調控Warburg 效應的研究現狀

3.1 靶向HIF HIF 是癌癥代謝的重要節點，也是目前中藥化合物靶向癌癥代謝的研究熱點。HIF 對Warburg 效應的調控與PI3K/AKT 通路密切相關。研究表明丹酚酸B[9]、雙氫青蒿素[10]、丹參酮ⅡA[11]、人參皂苷Rg3[12]均通過PI3K/AKT/HIF-1α 信號通路調節異常的糖代謝發揮抗癌活性。部分中藥化合物被證實對癌癥代謝的調節是多靶點、多途徑的，如豆蔻甲素[13]不僅能下調HIF-1α 介導的細胞代謝，同時對葡萄糖攝取以及乳酸的產生和外排也有顯著影響。細辛腦[14]降低了糖酵解中多個關鍵基因（PDK1、PDK4、HIF1、c-Myc 等）的表達，達到化療增敏與抑制腫瘤糖酵解作用。說明惡病質代謝離不開細胞原有的能量代謝通路，同時中藥多分子靶點的優勢也許能在癌癥代謝方面發揮優勢。

3.2 靶向炎癥 炎癥伴隨著活性氧物種（reactive oxygen species，ROS）的產生和各種促炎細胞因子（如TNF-α、IL-6 等）的激活[15]。ROS 不僅是癌癥的潛在誘變劑，而且也是刺激有氧糖酵解的因子。在細胞質中的ROS 與PHD 的巰基相互作用而抑制其活性，最終引起HIFα 的積累，導致細胞在缺氧或有氧情況下均轉化為糖酵解[16]。此外，炎癥會引起IKK 激酶家族的活化，并釋放轉錄因子NF-κB，最終誘導包括HIFα 的各種靶基因表達[17]。中藥穿心蓮、虎杖等在臨床抗炎治療中運用較多，研究發現，穿心蓮內酯[18]能顯著降低IL-1β 和IL-6 的水平，下調iNOS 和COX-2 的表達，其抗炎作用與抑制NF-κB 途徑和糖酵解酶HK2 有關。虎杖苷[19]通過抑制ROS/PI3K/AKT/HIF-1α/HK2 信號軸來抑制糖酵解表型，增強其抗癌效果。白樺酸[20]通過調節Cav-1/NF-κB/c-Myc 途徑抑制乳腺癌細胞的有氧糖酵解。NF-κB 即是促癌因子，同時又在炎癥與癌癥代謝中具有重要作用，歷來是抗癌藥物研究的重要靶點，對于臨床常用抗炎中藥的進一步挖掘，也許能夠發現靶向NF-κB 或其他炎癥靶點的有效化合物。

3.3 靶向Ras 家族 Ras 基因突變是人類癌癥中最常見的突變，該家族的3 個主要代表是N-Ras，KRas 和H-Ras。致癌的K-Ras 通過下調線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ抑制線粒體呼吸，以及上調NOX1 生成，促進ROS 產生，使HIF 積累[7]。Ras 癌基因還能特異性地催化糖酵解通量4 個關鍵步驟（葡萄糖輸入、HK、磷酸果糖激酶和乳酸輸出）的同工酶轉錄，提高糖酵解通量[21]。Ras 在癌癥代謝中即調控ROS產生及HIF 積累，同時也影響著葡萄糖輸入、乳酸輸出等糖酵解關鍵步驟。研究表明白頭翁皂苷[22]在體外可顯著性降低腫瘤細胞Ras 蛋白表達,進而調節腫瘤細胞糖酵解發揮抗腫瘤作用。刺五加[23]有效成分能抑制Ras 相關蛋白RAP-1A、糖酵解，維持缺血缺氧小鼠的正常神經活動，但其是否能在腫瘤細胞中起作用，還有待進一步研究。癌癥糖酵解在癌癥中具有普遍性，說明調控癌癥代謝的基因在癌癥中是普遍表達的，對Ras 這種類似泛癌基因的研究，也許比癌癥特異性突變更具有意義。

3.4 靶向mTOR mTOR 在癌癥中經常被激活，被認為是細胞能量代謝的樞紐。機體正常的生命活動離不開能量，而腫瘤的組織的高代謝更是需要能量。mTOR 信號主要通過HIF-1α 和Myc 信號來重新編程糖代謝[24]。此外，mTOR 也通過直接上調HK2、HIF 表達，促進糖酵解，或通過AKT 磷酸化HK2，促進其與線粒體的結合[25]。目前，已經發現很多中藥化合物對mTOR 具有調控作用，除丹參酮ⅡA[11]、人參皂苷Rg3[12]外，研究發現槲皮素[26]、人參皂苷Rh4[27]通過AKT-mTOR 途徑，降低糖酵解相關蛋白表達，抑制糖酵解。而通過mTOR 抑制糖酵解是豆蔻甲素誘導細胞自噬的關鍵步驟[28]。

3.5 靶向Myc 家族 Myc 家族（L-Myc，N-Myc，c-Myc）也屬于螺旋-環-螺旋類蛋白質。研究表明活化的Myc/MAX 復合物能夠刺激多種糖酵解相關基因的表達。例如Myc 對LDHA 的激活導致乳酸的積累和HIFα 的穩定[8]。由于Myc 和HIFα 屬于同一類蛋白質，因此它們可以競爭與MAX 的結合。在缺氧的正常細胞中，HIFα 優先結合MAX 并抑制其轉錄活性[29]。然而，在Myc 過表達的腫瘤細胞中，則會出現Myc 和HIFα 敏感基因的同時轉錄，最終刺激缺氧糖酵解的轉換[30]。除細辛腦[14]、白樺酸[20]靶向Myc 抑制糖酵解外，有研究表明黃腐酚[31]通過下調c-Myc 和隨后的HK2 抑制，導致糖酵解抑制。丹參酮ⅡA 除靶向HIF、mTOR[11]，還可以通過減少AKT/c-Myc 信號介導的有氧糖酵解，從而抑制口腔鱗狀細胞癌[32]。

3.6 靶向p53 轉錄因子p53 是TP53 抑癌基因的主要產物。盡管野生型p53（wtp53）抑制GLUT1 和GLUT4 的表達，但突變型p53（mutp53）增強了它們的表達，這被稱為獲得性功能；此外，wtp53 基因缺失會激活NF-κB，從而增加GLUT3 的表達并增強糖酵解[33]。在研究黃芪甲苷Ⅳ對胃癌癌前病變的逆轉機制中發現，黃芪甲苷Ⅳ[34]可以通過調節p53、TIGAR 等相關糖酵解蛋白的表達而減輕異常糖酵解。此外，有研究發現雷公藤內酯醇通過活化p53抑制IKKβ/NF-κB 通路，從而調控心肌細胞葡萄糖攝取[33]。

4 總結與展望

惡病質是一種復雜的全身性疾病，涉及不同組織器官的多種代謝途徑，以全身炎癥為特征，進行性的體重下降、脂肪組織和骨骼肌的消耗，傳統的營養支持無法完全逆轉。考慮到惡病質分泌系統的復雜多因素性質，以及癌癥患者之間的個體差異，針對任何單一循環因子始終不足以治療所有患者的惡病質，而中醫注重整體觀念與辨證論治，現代研究也表明中藥具有調節炎癥、抗腫瘤、調節代謝等多途徑、多靶點的作用，說明中醫藥在改善患者惡病質狀況方面具有巨大優勢。若能通過中藥干預這些癌蛋白，探索中藥抗癌作用的同時進一步改善腫瘤惡病質，不僅能深化、豐富中醫藥在抗腫瘤方面的作用，也能為癌癥惡病質治療提供新的思路。