靶向潰瘍性結腸炎相關通路的藥物研究進展*

曹 婧，季光曄 綜述，潘 揚 審校

(南京中醫藥大學藥學院，江蘇 南京 210023)

潰瘍性結腸炎(UC)是結腸黏膜的一種特發性、慢性、炎癥性疾病，始于直腸，通常以連續的方式向近端延伸至部分或整個結腸。UC可引起許多散發癥狀，包括腹痛、腹瀉和黏液膿血便等，病程不可預測，易復發且治療過程緩慢。近年來，UC的發病率穩步上升，UC患者通常在成年早期開始出現癥狀，這不僅危害患者的身心健康，導致患者生活質量下降，同時也使社會負擔加重。

UC病因尚不明，普遍認為與遺傳學、環境、腸道微生物群等多種因素有關。目前臨床常用的氨基水楊酸類和糖皮質激素類藥物能夠直接緩解炎癥癥狀，但不適用于持續長期的治療。針對UC的相關信號通路研發靶向藥物，是UC藥物研發關注的熱點。因此，本文結合國內外相關文獻，闡述了與UC相關的幾種信號通路在發病機制中的作用，包括Janus激酶/信號轉導及轉錄激活蛋白(JAK/ STAT)、轉化生長因子-β(TGF-β)/Smad、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)、Wnt/β-連環蛋白(β-catenin)-T細胞特異性轉錄因子(TCF)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、Notch、核轉錄因子-κB(NF-κB)等通路，同時列舉了靶向這些信號通路的治療藥物及藥效機制。

1 JAK/ STAT信號通路

JAKs在UC的發病機制中起著重要的作用，其介導多種細胞因子的信號轉導，這些細胞因子與炎癥激活等多種功能有關。JAKs通過刺激T細胞的活性及黏液和抗體的產生，在維持慢性炎癥中起著關鍵作用。JAK的反應底物是信號轉導及STAT。UC腸道黏膜的嚴重程度與T細胞的富集有關[1]，在UC中能夠觀察到過度的T細胞活化和結腸黏膜浸潤，而JAK/STAT途徑對T細胞分化的調節具有至關重要的影響，該信號轉導途徑能夠減緩T細胞誘導的腸屏障損傷[2]。JAK1、JAK2和酪氨酸激酶2(TYK2)能夠激活STAT3[3]，STAT3的活化能夠促進致病性Th17的增殖分化，在結腸炎癥的發生過程中發揮著重要作用[4]，參與UC的發病機制。有研究表明，UC患者的STAT3和磷酸化STAT3水平顯著增加[5]。

JAK/STAT信號通路是一種進化保守的信號通路，其可以將大量的細胞外細胞因子刺激的信號轉導到細胞核，從而通過靶基因表達適當地調節細胞反應。JAK/STAT信號通路在細胞的生長增殖分化等過程中起著重要的作用。細胞因子與其相應的跨膜受體結合，誘導其亞單位的受體二聚化，并與JAK酪氨酸激酶結合。JAK蛋白的聚集導致其相關自身磷酸化，激活的JAK隨后導致細胞內細胞因子受體酪氨酸殘基的磷酸化[6]。細胞因子受體末端的這些磷酸化酪氨酸作為細胞質STAT蛋白質SH2結構域的結合位點，并導致JAK介導的STAT C端酪氨酸磷酸化。一旦激活，STAT蛋白就會與受體分離，并以同源或異源二聚體的形式迅速從細胞質轉移到細胞核中，識別并結合目標基因的特定基因調控DNA序列，并誘導或抑制基因轉錄。

JAK抑制劑如托法替尼(tofacitinib)，在UC臨床治療中顯示出良好的療效和安全性[7-8]，其能夠阻斷JAK-1和JAK-3途徑，并且在高濃度下阻斷TYK2和JAK-2途徑[9]，從而緩解UC癥狀，達到治療效果。聯合JAK抑制劑可以通過阻斷多種炎癥途徑來提高治療UC的療效，但可能會增加不良反應的風險。選擇性JAK抑制劑可以使用較低的劑量來減少不良反應[10]。由此可見，JAK/STAT信號通路抑制劑是治療UC常見的手段之一。

2 TGF-β/Smad信號通路

TGF-β是腸道中調節黏膜細胞群的關鍵調節肽，有作為黏膜炎癥負調節因子的作用，且有研究表明，這種細胞因子的過度產生可導致結腸炎的發生或加重[11]。TGF-β在腸上皮細胞、成纖維細胞和T細胞中普遍表達，并且受到嚴格調節。Smads家族蛋白能夠將TGF-β信號從細胞表面受體傳導到細胞核。TGF-β/Smad信號通路能夠協調肌成纖維細胞的激活，而此通路的過度表達會導致腸道纖維化[12]。TGF-β表達與UC的炎癥程度密切相關。在正常的腸黏膜中，TGF-β主要在細胞質中弱表達。TGF-β在活動期的表達顯著高于緩解期，活動期UC患者的TGF-β表達增加。TGF-β能夠與Ⅱ型受體(TGFβRⅡ)和Ⅰ型受體(TGFβRⅠ)結合。配體結合后，TGFβRⅡ磷酸化并激活TGFβRⅠ，進而磷酸化并激活Smad[13]，導致Smad分子發生核易位且放大了TGF-β信號的基因轉錄。因此，TGF-β和TGFβRⅡ的組合使疾病進一步發展[14]。

TGF-β信號被成熟多肽激活，然后轉化為二硫鍵連接的二聚體，并且充當細胞表面受體的配體，配體誘導的TGFβRⅠ和TGFβRⅡ寡聚促進了富含甘氨酸和絲氨酸殘基(GS結構域)的結構域中TGFβRⅠ的TGFβRⅡ磷酸化，從而激活其激酶[15]。此外，TGF-β與細胞表面受體復合物的結合能夠激活Smad介導的信號通路。TGF-β或TGF-β相關基因激活素整合到各自的受體復合物激活Smad2和Smad3，而骨形態發生蛋白(BMP)誘導Smad1和Smad5的激活。在被TGF-β1激活后，Smad2和Smad3被磷酸化，并通過Smad信號轉導形成復合物，該復合物由受體介導，受體在網格蛋白包被的凹坑中內化，并進一步激活TGF-β/Smad靶基因的轉錄[16]。

TGFβRⅠ激酶抑制劑如伐托色替(vactosertib,即TEW-7197)，能夠通過減少UC組織中的炎癥和纖維化來有效降低結腸炎疾病活動指數(DAI)。該抑制劑減少了黏膜下水腫和炎性細胞浸潤，下調了促炎基因和促纖維化基因表達，進而有效地治療UC[17]。此外，還有研究表明，TGF-β/Smads信號轉導途徑中，改善或治愈UC的藥物能夠降低TGF-β的表達，增加TGF-βRⅡ、Smad4和Smad7的表達，并且減少了抗炎信號蛋白磷酸化，阻斷了炎癥信號蛋白表達，最終減輕了炎癥反應[14]。因此，對TGF-β/Smad信號通路的研究對UC的診斷治療有著重要意義。

3 NF-κB信號通路

NF-κB途徑通過協助炎癥細胞因子在炎癥反應中發揮作用[18]。NF-κB在UC患者中被顯著激活，提高各種促炎基因表達的能力，如γ干擾素(IFN-γ)、白細胞介素1β(IL-1β)和IL-8[19]。NF-κB強烈影響腸道黏膜炎癥的過程。Toll樣受體(TLR)是跨膜蛋白家族受體，TLR4是脂多糖(LPS)的受體，是TLR系列中的關鍵元素。在UC患者中，TLR4表達被上調，并通過髓樣分化因子MyD88依賴性信號通路激活NF-κB，從而導致腸黏膜上皮嚴重異常[20-21]。TLR4的激活導致NF-κB p65從細胞質易位到細胞核，然后NF-κB p65與DNA結合并參與各種細胞因子的轉錄，如IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α(TNF-α)。這些炎癥細胞因子的積累被認為是結腸炎發病的關鍵原因。

一般來說，NF-κB蛋白家族由5個不同的成員組成，即p65(RelA)、c-Rel、RelB、p50和p52。這些蛋白質的特征是N端都具有結構保守的300個氨基酸結構域(RHD)，該區域包含特定的結構域，允許二聚、核定位和DNA結合。在未受刺激的細胞中，大多數NF-κB二聚體通過與稱為IκBα、IκBβ或IκBε的小抑制分子結合而失活，并保留在細胞質中。細胞內存在2種通路能夠激活NF-κB，包括經典通路和非經典通路。NF-κB的經典通路可以由不同的刺激物激活，包括細菌細胞壁成分(如LPS)、促炎性細胞因子(如TNF-α或IL-1)、病毒和DNA損傷劑。經典NF-κB途徑的一些誘導劑(如TNF受體家族成員CD40)還能夠激活非經典NF-κB途徑[22]。這些觸發物質能夠誘導細胞內信號級聯反應，NF-κB信號激活后能夠進一步激活IκB激酶(IKK)復合物，進而磷酸化IκB，隨后啟動IκB的降解，使IκB 失去其對 NF-κB 的抑制作用，NF-κB二聚體被釋放并轉移入核，啟動下游信號通路。

有研究表明，NF-κB抑制劑雷公藤甲素(triptolide)通過對NF-κB通路的抑制作用降低葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導UC模型小鼠中的炎癥反應[23]；而通過使用氧化小檗堿(OBB)也可以抑制IκBα的磷酸化及NF-κB p65從細胞質到細胞核的易位，從而抑制TLR4/NF-κB信號通路，緩解UC的癥狀[24]。NF-κB信號通路在UC的發病機制中起著重要作用。此外，直接針對促炎性細胞因子TNF-α的靶向藥，如英夫利昔(infliximab)、阿達木單抗(adalimumab)、戈利木單抗(gollimumab)，在UC治療中也有明顯的臨床療效[8]。因此，進一步深入研究NF-κB信號通路能夠為新藥研發治療UC提供理論依據。

4 PI3K/Akt信號通路

PI3K/Akt信號轉導途徑同樣參與促炎性細胞因子(如TNF-α)的調節和釋放，與NF-κB通路相互聯系，在UC的發展和進展中起重要作用[25]，該通路在UC中被異常激活，導致促炎性細胞因子的表達和分泌增強[26]。Akt是PI3K的直接下游靶標。在激活PI3K/Akt信號轉導途徑后，磷酸化的Akt(p-Akt)可以通過增強NF-κB的抑制蛋白(主要是IκBα)的磷酸化并減少IκB的合成來激活NF-κB。NF-κB的活化促進促炎性細胞因子的表達和分泌，如TNF-α和IL-1β，這導致細胞因子分泌失衡[27]。從而發生一系列炎癥反應和黏膜損傷，導致UC的發展。所以，阻斷PI3K/Akt 信號轉導途徑能夠抑制NF-κB的激活，減少細胞因子的釋放，緩解炎癥反應并實現UC患者的治療效果。

PI3K由8名成員組成，被分為3類。Ⅰ類PI3K已被廣泛研究，即PI3Kα、PI3Kβ、PI3Kγ和PI3Kδ。該Ⅰ類PI3K是由110×103催化亞基(p110α、p110β、p110γ和p110δ)和p85調節亞基組成的異二聚體[28]。根據調節亞基的差異，可以進一步被分為ⅠA類和ⅠB類酶[29]。在功能上，ⅠA類p85調節亞基包含2個Src同源結構域nSH2和cSH2，其介導與p110的結合。一旦磷酸化受體及其受體的下游被激活，抑制性nSH2/cSH2相互作用就會消失，導致PI3K激活，ⅠA p110β類也可以通過Gβγ異二聚體被GPCR激活。ⅠB類僅由GPCR下游的Gβγ亞單位激活。Akt是PIK3下游靶點，PIK3可以與連接蛋白或一些生長因子相互作用，從而被激活，激活的PIK3可以與Akt結合，使其構象改變，最終磷酸化其下游信號分子。

有研究表明，PI3K/Akt抑制劑白藜蘆醇(RSV)通過下調PI3K/Akt途徑的表達，來抑制PI3K/Akt途徑的激活，進而降低血管內皮生長因子A(VEGFA)表達，從而減輕腸道炎癥。此外，PI3K/Akt途徑的抑制，會同時降低NF-κB的磷酸化水平，進而減少促炎性細胞因子的分泌與表達，最終改善UC的各種癥狀[30]。此外，有研究發現，miRNA能夠通過上調PI3K/Akt信號通路引發UC中的細胞凋亡和炎癥[31]。由此可知，選擇性探索和挖掘PI3K/Akt信號通路抑制劑可作為UC治療的途徑之一。

5 Wnt/β-catenin-TCF信號通路

Wnt/β-catenin-TCF信號通路在UC的發展進程中被激活[32]。黏膜的再生依賴于前體細胞增殖和分化為上皮細胞譜系之間的協調調節，這一過程主要由Wnt信號通路調節。Wnt信號通路在UC患者受損黏膜的上皮細胞中較為活躍，與未受損黏膜相比，受損黏膜中β-catenin的總蛋白和核蛋白水平均顯著增加。該信號通路包括一組能夠充當細胞間信號分子的配體，沿著正常腸上皮中的隱窩調節細胞命運，并對上皮損傷做出反應。在與受體結合后，典型Wnt配體誘導糖原合成酶激酶-3β(GSk-3β)失活，并且β-catenin累積且發生核位移[33]。β-catenin核定位是經典Wnt信號轉導的標志，作為Wnt/β-catenin信號通路的核心成分，β-catenin在Wnt信號轉導中起著至關重要的作用，通過轉移到細胞核中與TCF4共同激活下游基因[包括c-myc和細胞周期蛋白D1(cyclin D1)]的轉錄[34]，從而加重UC。在沒有Wnt激活的情況下，β-catenin家族穩定在膜上以實現細胞黏附[35]。

Wnt蛋白是一種分泌的、脂質修飾的生長因子，該信號通路在腸上皮增殖和分化中起著重要作用。該蛋白充當細胞間信號[36]。Wnt信號轉導主要由分泌生長因子的蛋白質家族控制，這些生長因子控制著各種干細胞和祖細胞的增殖和分化，其在早期胚胎發育、形態發生和細胞分裂及成體組織穩態，以及胚胎和成體干細胞維持中起著至關重要的作用。β-catenin是經典Wnt信號通路中的關鍵下游效應子，可作為TCF的轉錄激活劑，轉錄因子可誘導主要參與增殖靶基因的表達[37]。

Wnt抑制劑如Wnt抑制因子-1(WIF-1)是一種分泌的蛋白質，與Wnt蛋白結合并抑制其活性，阻斷Wnt信號通路的表達，從而達到治療UC的效果[38]。Wnt/β-catenin途徑也可以被多酚提取物抑制，其通過顯著降低β-catenin、c-myc、cyclin D1和GSK-3β的表達來削弱了Wnt/β-catenin信號通路的異常激活，從而有助于緩解UC[39]?？梢?，Wnt/β-catenin-TCF通路抑制劑同樣為UC臨床治療藥物的研發提供了思路。

6 MAPKs信號通路

MAPKs參與調節炎癥反應和腸上皮屏障功能[40]，其成員是調節炎癥的關鍵激酶。MAPKs信號通路在UC的炎癥過程中起重要作用，誘導促炎性細胞因子的釋放[41]。在實驗性結腸炎或UC患者中經常觀察到MAPKs的增加[42]，細胞外調節激酶(ERK)、c-Jun N端激酶(JNK)和p38被激活，炎性細胞因子和活性氧(ROS)可刺激不同的MAPK。目前發現存在多種平行信號通路，如p38-MAPK通路、ERK1/2通路和JNK通路。p38MAPK通過調節促炎性細胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和IL-β10)的產生來影響炎癥反應過程及炎癥和抗炎細胞因子的平衡。MAPKs信號通路可將外部刺激轉化到細胞質基質和細胞核。MAPK調節其下游轉錄因子，隨后增強UC細胞因子的表達。阻斷MAPK途徑可以抑制促炎性細胞因子的產生，然后減少正常結腸上皮的凋亡，促進受損炎癥細胞的凋亡。因此，MAPK途徑也被認為是抗炎的潛在靶標[43]。

MAPKs是一組異質酶，負責磷酸化許多蛋白質中的絲氨酸和蘇氨酸，參與調節關鍵細胞過程，如基因誘導，細胞存活和凋亡、增殖、分化[44]，細胞應激和炎癥反應。普遍認為，目前有7個MAPK家族：ERK1/2、ERK3/4、ERK5、ERK7/8、p38激酶、Nemo樣激酶(NLK)和JNK組。MAPK家族是炎癥和凋亡過程中的上游“里程碑”。

經研究發現，通過使用小分子干預抑制p38 MAPK 信號通路，可以減少TNF-α等釋放，從而緩解小鼠腸黏膜炎癥損傷，達到治療UC的目的[45]。此外，抑制MAPK信號通路的綠原酸，可減少 ERK1/2、p-ERK、p38、p-p38、JNK 和 p-JNK 蛋白表達，從而減少DSS誘導的結腸黏膜損傷，抑制結腸炎癥、氧化應激和凋亡[46]。因此，對MAPK及其相關信號通路的抑制研究，也可以為UC的診斷、治療及藥物的研發提供有力的依據。

7 Notch信號通路

Notch信號轉導通過調節分泌和吸收細胞譜系的平衡和促進上皮細胞增殖，在維持上皮完整性方面起著關鍵作用，在結腸炎小鼠模型的發炎黏膜中，激活Notch信號通路能夠刺激細胞增殖和組織的再生[47]。隱窩基部柱狀細胞(CBC)負責腸組織的再生，結腸CBC的再生可以自我更新或產生快速增殖的轉運擴增細胞，分化為2種主要的分化細胞類型：吸收性結腸細胞和分泌黏液的杯狀細胞。Notch信號轉導控制著CBC的命運，并嚴重影響腸道上皮中的吸收與分泌細胞命運。羥乙基淀粉(HES)是Notch對細胞命運決定作用的關鍵介質，Notch信號轉導的激活增加了HES1的表達，同時增加了CBC的增殖，抑制了擴展增殖區分泌杯狀細胞的分化，而Notch信號轉導的破壞降低了HES1的表達，激活了Math1基因的轉錄，且導致CBC增殖和分泌細胞增生的喪失，因此，當Notch信號轉導被破壞時，腸道的穩態和再生會被廢除[48]。激活Notch信號通路有益于UC結腸黏膜受損修復，其適度地活化能夠平衡吸收細胞系和分泌細胞系，但Notch-1的持續過表達可導致腸上皮分泌細胞系減少，不利于治療UC。

Notch信號通路主要由3部分組成，分別為Notch配體(DSL)蛋白、Notch受體和CSL(CBF-1)DNA結合蛋白。當Notch配體和受體結合后，TNF-α轉換酶(TACE)發揮作用后，在細胞膜外，Notch受體被酶切消化，釋放出與Notch配體相連的細胞外部分。然后，在γ分泌酶的作用下，細胞內結構域被酶切消化形成可溶性Notch細胞內結構域(NICD)[49]，NICD轉移到細胞核中，與Ig-κJ區(RBP-J)的轉錄抑制子重組信號結合蛋白結合，形成調節靶基因表達的轉錄調節復合物，并且影響HES的激活。最終，影響細胞分化、增殖、凋亡和其他生物過程。

經研究發現，能夠有效治療UC的藥物可以通過抑制Notch信號來防止muc-2/杯狀細胞的丟失，從而增強黏液屏障，達到治療UC的效果[50]。通過將適量的維生素C與維生素D結合，可以調節Notch-1，進而調節緊密連接蛋白claudin-2的表達，緩解腸黏膜屏障的破壞，促進細胞黏膜屏障損傷的修復，達到治療UC的效果[51]。因此，Notch信號通路在UC的發病機制中扮演著重要的角色，是治療UC的有效手段之一。

8 小 結

UC病因未明，病程長且缺乏特異性治療措施，病情易反復且有可能發生結直腸癌變。本文總結了UC相關的7種信號通路，JAK/STAT途徑通過影響T細胞的活性來調節UC，JAK激活STAT，進而促進致病性Th17的產生，所以JAK抑制劑可以有效治療UC。TGF-β/Smad影響肌成纖維細胞，其過度激活會引起腸道纖維化，從而導致UC，阻斷TGF-β/Smad能夠下調促炎基因和促纖維化基因的表達，起到治療UC的作用。NF-κB信號通路能夠被TLR4激活導致腸黏膜異常，下調該通路，UC的癥狀能夠得到有效緩解。PI3K/Akt信號通路能夠與NF-κB信號通路相互作用，阻斷PI3K/Akt信號通路可以抑制NF-κB的激活，緩解炎癥反應。Wnt/β-catenin-TCF信號通路也在UC的發展進程中被激活，Wnt抑制劑是診斷治療UC的有效手段。MAPKs信號通路在UC進程中能夠誘導促炎性細胞因子的釋放，通過減少MAPKs信號通路的表達可使腸黏膜炎癥損傷狀況得到緩解。Notch的持續過表達可導致腸上皮分泌細胞系減少，抑制Notch信號可以增強黏液屏障，有利于治療UC。希望本文對UC相關信號通路的探討能夠為UC新藥的研發提供靈感與依據。