中醫藥調控PI3K/AKT信號通路干預潰瘍性結腸炎研究進展

王浩,程麗敏

黑龍江中醫藥大學,黑龍江 哈爾濱 150040

潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis,UC)是發生于直腸遠端黏膜層,并向結腸黏膜延伸并累及其他區域的炎癥性腸病[1],臨床以腹部絞痛、大便頻率增加、黏液濃血便為特征[2]。本病的發病機制與上皮屏障功能缺陷、共生菌群失調、抗原識別障礙、免疫反應失調、白細胞募集和遺傳因素等有關[3]。目前,UC的治療主要采用非生物療法,臨床常用藥物為水楊酸制劑、鈣調磷酸酶抑制劑、皮質類固醇及免疫抑制劑等[4],但仍存在不良反應多,療程長,價格昂貴等不足,且有研究表明以上藥物會導致腹痛腹瀉、惡心嘔吐等一系列不良反應[5]。

根據臨床癥狀,中醫學將UC歸為“腸風”“臟毒”“腸澼”“痢疾”等范疇,其病機總屬臟腑虧虛、氣血陰陽失調,治法多以清腸化濕、調氣和血、健脾溫腎、寒熱平調、解毒消癰、托瘡生肌、扶正固本為主[6-8]。中醫藥可以通過調節腸道菌群、免疫功能、炎癥反應、氧化應激,改善腸黏膜屏障治療UC,具有療效顯著、復發率低等優勢[9-10]。

近年來,國內外大量研究以磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)信號通路為切入點,進行關于中醫藥調控PI3K/AKT信號通路治療UC的動物實驗及臨床研究[11]。PI3K/AKT信號通路作為參與免疫反應和細胞凋亡過程中的重要信號轉導通路,在應激狀態下被活化,磷酸化的AKT可通過增強核因子κB(inhibitor of κB,IκB)的磷酸化和減少IκB的合成來激活核轉錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB),從而促進抗腫瘤壞死因子-a (tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)等促炎細胞因子的表達和分泌,導致細胞因子分泌失衡,參與UC的發生發展[12-13]。因此,靶向調節PI3K/AKT通路或可成為中醫藥治療UC新方向。本文基于PI3K/AKT通路,系統整理了中醫藥干預該通路治療UC的文獻,以期為臨床中醫藥治療該病提供新靶點和新思路。

1 PI3K/AKT信號通路研究概述

PI3K/AKT信號通路作為機體調節免疫反應和細胞凋亡的重要途徑,該通路涉及許多免疫反應和細胞凋亡相關的疾病,在炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)、癌癥等疾病中發揮著重要作用[14]。

PI3K是脂質激酶家族的成員之一,通常是指I類PI3K,是由催化亞基 (p110) 和銜接子/調節亞基 (p85) 組成的異二聚體。根據其不同的調節亞基和上游激活劑可將其分為IA和IB兩類,IA類PI3K由受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)和趨化因子受體G蛋白耦聯受體(G protein coupled receptors,GPCRs)激活,共包含3種亞型(PI3Kα、PI3Kβ和PI110Kδ),IB類PI3K由PI110Kγ組成,主要由GPCR激活。活化的PI3K能夠磷酸化肌醇磷脂中的肌醇環3-OH基團以產生第二信使磷脂酰肌醇-3,4,5(PI-3,4,5)及PIP3,AKT與以上磷脂相互作用后易位到細胞內膜,隨即被細胞內膜中的磷酸肌醇依賴性激酶1(recombinant phosphoinositide dependent protein kinase 1,PDK1)、PDK2磷酸化和激活[15-17]。

AKT是PI3K的直接下游效應器,其具有三種高度保守的亞型,包括AKT1(PKBα),AKT2(PKBβ)和AKT3(PKBγ)[18]。在PDK1、PDK2和絲氨酸/蘇氨酸激酶的作用下,AKT活化環中的Thr 308和AKT C末端調控結構域中的Ser 473磷酸化,促進AKT完全活化[19]。完全活化的AKT被釋放到細胞質或細胞核中,進一步調控其下游靶點半胱氨酸蛋白酶-9(cysteinyl aspartate-specific proteinase-9,Caspase-9),NF-κB的磷酸化激活或抑制其下游靶蛋白,從而調節免疫反應和細胞的增殖、分化、凋亡及遷移[20]。

2 PI3K/AKT信號通路在UC中的作用機制及相關調控因子

UC的發病機制復雜,與多種細胞調節機制相關,研究發現細胞凋亡在UC發病過程中起到重要作用,而PI3K/AKT通路正是調節細胞凋亡的主要效應通路[21-22]。Huang等[12]研究UC患者結腸黏膜組織的病理狀態,發現患處黏膜組織存在大量 p-AKT陽性細胞,且p-AKT陽性細胞主要存在于細胞質中。Jiang等[23]采用二甲基肼(dimethyl hydrazine,DMH)/硫酸葡聚糖鈉(dextran sulfate sodium salt,DSS)法建立UC大鼠模型,發現UC大鼠MiR-233 mRNA和mTOR表達水平,p-AKT、P110、P85蛋白表達,細胞凋亡率,IL-1β、IL-6等含量均顯著升高,提示UC病理過程中的細胞凋亡和免疫反應與PI3K/AKT/mTOR信號通路密切相關。

有研究發現,UC患者腸黏膜活檢組織中PI3K/AKT通路的表達顯著增強,從而促進細胞凋亡進程,當細胞凋亡超出巨噬細胞的可控范圍時,未被吞噬的凋亡細胞就會發生繼發性壞死,導致細胞內容物外溢到周圍組織中,激活巨噬細胞產生大量炎癥細胞因子,如TNF-α、干擾素-α(interferon-α,IFN-α)、IL-6和IL-1β[21,24-25],使得UC患者結腸炎癥反應持續且不緩解。Zhang等[26]利用苦基磺酸水溶液(2,4,6-trinitrobenzenesulf onic acid,TNBS)/乙醇混合物灌腸劑建立UC大鼠模型,發現PI3K/AKT通路也可以通過磷酸化IκB來激活NF-κB,從而促進促炎細胞因子的表達和分泌,如TNF-α和IL-1β,導致細胞因子分泌失衡,表明UC大鼠中的PI3K/AKT通路激活與持續不緩解的結腸炎有關。

綜上,UC中PI3K/AKT通路的過度激活可能是其發病的關鍵因素之一。隨著UC病情的變化,PI3K/AKT的生物活性及含量也會出現改變,PI3K/AKT通路在UC的預后評估上也有一定價值。因此,抑制PI3K/AKT通路信號傳導以增強機體抗細胞凋亡和調節免疫功能的能力,保護腸黏膜屏障功能的完整性和穩定性,有望成為UC治療中更具價值的靶標[27]。

3 中醫藥對UC中PI3K/AKT信號通路的調控

UC屬中醫學“腸風”“臟毒”“腸澼”“痢疾”等范疇,其病機為臟腑虧虛、氣血陰陽失調,病位在大腸,與脾、腎、肝、肺關系密切。本病病機總屬本虛標實,本虛以脾腎虧虛為主;標實以濕熱毒邪蘊結,氣血凝滯為主。《素問玄機原病式》載：“諸泄痢皆屬于濕,濕熱甚于胃腸之內……以致氣液不得宣通而成。”脾腎虧虛、濕熱毒邪下注大腸,致腸府氣血瘀滯,濕熱瘀毒搏結,合而為病,故中醫治療本病常以清熱燥濕、活血化瘀、健脾溫腎法為主[28]。中醫藥治療UC具有多靶點、多通路等優勢,通過文獻分析,可以將中醫藥調控治療UC的方法分為清熱解毒燥濕、活血化瘀止血、健脾溫腎祛濕和攻補兼施法等4種。

3.1 中藥復方

3.1.1 清熱解毒燥濕芍藥湯是《素問病機氣宜保命集》中的經典名方,具有清熱燥濕、調氣和血之功效,研究表明該方對UC療效肯定[29]。孫晨安[30]進一步研究發現,與模型組相比,芍藥湯組UC大鼠TLR2、PIK3CA、AKT等蛋白的表達顯著降低,表明芍藥湯可以抑制TLR2/PI3K/AKT信號通路傳導,修復UC大鼠腸黏膜組織損傷,有效抑制免疫反應達到治療效果。白頭翁湯是“熱毒下痢”名方[31],《傷寒論·辨厥陰病脈證并治》曰：“熱利下重者,白頭翁湯主之。” Wang等[32]使用白頭翁湯干預UC小鼠,證實白頭翁湯可顯著降低PI3KmRNA、AKTmRNA等蛋白及PI3K-AKT-mTORC1信號通路的磷酸化水平,抑制白細胞介素-13(interleukin,IL-13)和髓過氧化物酶(myelopeoxidase,MPO)的表達,有效緩解UC小鼠結腸炎癥。黃芩湯出自《傷寒論》,被譽為治痢之祖方,具有清熱止痢之效[33]。Li等[34]研究發現,UC小鼠經黃芩湯治療后RasGTP表達顯著降低,作用機制是通過抑制PI3K-AKT-HIF-1α和NF-κB通路的激活,促進結腸組織修復來改善DSS誘導的結腸炎。三黃湯具有清熱燥濕、瀉火解毒之功[35]。Han等[36]研究發現,三黃湯干預UC小鼠可顯著降低TLR4、IL-1β、p-NF-κB、p-PI3K和 p-AKT等蛋白的異常表達,表明三黃湯可能通過抑制PI3K-AKT通路緩解白色念珠菌感染的UC。葛根芩連湯具有解表清里、升陽止利之功,主治表邪不解而協熱下利之證[37]。Liu等[38]研究發現,UC小鼠經過葛根芩連湯灌胃后,其體內表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor,EGFR)、PI3K和p-AKT蛋白表達顯著降低,TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎細胞因子的表達受到明顯抑制,表明葛根芩連湯可能通過抑制EGFR、PI3K/AKT信號通路的激活來降低炎癥反應,發揮治療UC的作用。香連丸主治赤白相兼、里急后重之濕熱痢疾之證。Wang等[39]研究發現,香連丸可逆轉UC小鼠中PI3K的表達以及AKT和mTOR的磷酸化,降低TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17和INF-γ等炎癥因子的濃度,表明香連丸治療UC的潛在機制可能是阻斷PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活來促進自噬反應。

上述研究表明,芍藥湯、白頭翁湯、黃芩湯、三黃湯、葛根芩連湯、香連丸等清熱解毒燥濕類中藥復方可抑制PI3K/AKT信號通路,從而降低NF-κB通路及多種炎癥因子的表達,緩解UC的結腸炎癥反應。

3.1.2 活血化瘀止血潰結安康湯具有清熱解毒、化瘀通絡之效。張曉明等[40]利用三硝基苯磺酸建立UC大鼠模型,發現潰結安康湯可抑制UC大鼠結腸組織中p-PI3K、p-AKT、NF-κB、MPO蛋白和炎癥因子(如IL-6、TNF-α)的表達,證實潰結安康湯通過抑制PI3K/AKT/NF-κB信號通路,減少腸道中的MPO以及炎性因子IL-1及TNF-α的分泌,進而減輕UC大鼠腸道炎癥。參黛清腸湯具有祛瘀解毒、化濁升清之效。杜明民等[41]研究表明參黛清腸湯可抑制PI3K表達及AKT、mTOR磷酸化激活,進而抑制PI3K/AKT-mTOR信號轉導,發揮抗UC的作用。榆瑞灌腸湯具有清熱涼血、澀腸止利之效。熊珮宇[42]利用榆瑞灌腸湯干預UC大鼠,發現其可能是通過抑制PI3K/AKT信號通路的激活,進而降低相關炎癥因子的產生,減輕UC大鼠結腸炎癥反應。槐花散具有清腸涼血、疏風行氣之效,已被證實對UC具有較好療效[43]。Chen等[44]研究發現,槐花散在DSS誘導的UC小鼠和體外RAW264.7細胞培養模型中,主要是通過抑制EGFR/PI3K/AKT/缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1)/血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)信號通路,進而有效抑制IL-6、TNF-α、IL-1β等炎癥細胞因子的釋放,發揮其治療作用。

上述研究表明,潰結安康湯、參黛清腸湯、榆瑞灌腸湯、槐花散等活血化瘀止血類中藥復方可通過抑制PI3K/AKT信號通路的激活,進而降低相關炎癥因子的產生,減輕UC結腸炎癥反應。

3.1.3 健脾溫腎祛濕薏苡附子敗醬散出自《金匱要略》,具有健脾溫陽、清熱解毒祛濕之效,是臨床治療UC的常用方劑[45]。陳麗萍等[46]將薏苡附子敗醬散應用于UC大鼠,發現薏苡附子敗醬散是通過抑制EGFR/PI3K/AKT通路及半胱氨酸蛋白酶-3(cysteinyl aspartate-specific proteinase-3,Caspase-3)的表達,進一步調控細胞增殖及凋亡達到治療UC的目的。四神丸具有健脾溫腎、澀腸止瀉之效。王燕等[47]研究發現,UC大鼠經四神丸干預后,PI3K p85、p-PI3K p85、AKT、p-AKT Ser473、mTOR、p-mTOR Ser2448等蛋白含量顯著降低,表明四神丸可能通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活,進而調控炎癥反應及細胞凋亡,調節機體免疫、自噬,從而改善腸道黏膜損傷。健脾清熱活血方已被證實對UC有良好療效[48]。張濤等[49]研究證實,健脾清熱活血方可通過下調P85、P-AKT、細胞周期蛋白依賴性激酶1(cyclin-dependent kinase 1,CDK1)的表達,降低炎癥反應,修復腸道黏膜,發揮對UC的治療效果。清腸溫中湯具有溫中健脾、清熱燥濕、涼血化瘀之效。Mao等[50]研究發現,清腸溫中湯可降低PI3K/AKT信號通路的活性,上調MSP/RON信號通路的表達,抑制腸道炎癥,改善腸黏膜屏障功能,最終達到修復腸黏膜治療UC的目的。

上述研究表明,薏苡附子敗醬散、四神丸、健脾清熱活血方、清腸溫中湯等健脾溫腎祛濕類中藥復方,可降低PI3K/AKT信號通路的活性,調控炎癥因子與細胞凋亡,調節機體免疫、自噬反應,發揮其修復腸黏膜的作用,從而達到治療UC的目的。

3.1.4 攻補兼施左金丸出自《丹溪心法》,金晶等[51]研究表明,左金丸可通過抑制炎癥因子、修復腸黏膜屏障而有效治療UC。吳麗紅等[52]進一步研究發現,觀察組PI3KmRNA、AKTmRNA和mTORmRNA的表達顯著降低,表明左金丸可能通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路活化,調控細胞增殖、分化及凋亡,改善UC患者的腸黏膜損傷。人參敗毒散為“逆流挽舟”法代表方,具有益氣解表、散寒除濕之效,主治脾虛濕滯、正虛邪戀型UC。Zhang等[26]研究發現,人參敗毒散可以抑制PI3K/AKT/NF-κB通路,減少細胞凋亡,并下調TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的表達,表明人參敗毒散通過調節PI3K/AKT/NF-κB信號通路,對UC發揮抗炎和抗凋亡的治療作用。烏梅丸主治中臟虛寒,久瀉久痢之證,對UC有較好療效。Xu等[53]研究表明,烏梅丸可通過調控VEGF-PI3K/AKT-內皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)信號通路,抑制結腸組織中VEGFRA、VEGFR3、酪氨酸激酶和eNOS等蛋白的表達,調節炎癥細胞因子濃度來控制UC炎癥的發展。

上述研究表明,左金丸、人參敗毒散和烏梅丸等中藥復方可通過抑制PI3K/AKT通路的激活,調控腸道免疫應激與細胞凋亡反應,緩解UC腸黏膜損傷而發揮其在UC中的治療效果。

3.2 中藥單體及成分

3.2.1 清熱解毒燥濕苦參具有清熱燥濕之效,單味苦參及其提取物(如氧化苦參堿)在UC中的療效已被證實。Jiang等[54]研究表明,苦參可能通過PI3K-AKT信號傳導及其下游途徑作用于多種促炎細胞因子,從而對UC的炎癥反應起到拮抗作用。氧化苦參堿是苦參提取物中的主要生物堿之一,具有免疫調節、抗炎和抗癌等活性。Chen等[55]進一步研究氧化苦參堿在UC中的作用機制,發現氧化苦參堿可以通過PI3K/AKT途徑下調輔助性T細胞(T help cell 17,Th17)和輔助性T3細胞(T help cell 13,Th13)的分化,調節免疫反應及細胞凋亡,改善腸黏膜屏障,緩解UC結腸炎癥反應。黃芩苷是從黃芩根中提取分離出來的一種黃酮類化合物,具有抗炎、抗癌等生物活性。朱磊等[56]研究發現,UC大鼠經黃芩苷處理后,PI3K和AKT蛋白的磷酸化水平降低,環氧化酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)、黏附連接蛋白(β-catenin)、半胱氨酸蛋白酶-9(Caspase-9)、FasL的蛋白表達受到抑制,證明了黃芩苷能夠抑制PI3K/AKT信號通路的活性,減輕炎性反應,減少腸上皮細胞凋亡,發揮治療UC的作用。大黃素對氧化應激和炎癥具有顯著作用[57]。Dong等[58]研究證實,給予大黃素可以顯著抑制DSS誘導的UC小鼠PI3K/AKT/mTOR信號通路的激活,調節下游NF-κB信號通路,發揮治療UC的作用。土茯苓提取物白藜蘆醇可調節自噬反應發揮抗炎等功能[59]。Zhu等[60]研究表明,白藜蘆醇可抑制PI3K/AKT途徑的激活,并降低VEGFA基因表達以緩解UC小鼠結腸炎癥反應。小檗堿是黃連的主要成分,具有抗炎、抗氧化免疫調節等功能。王佳俊等[61]研究發現,小檗堿可通過調節PI3K/AKT/NF-κB信號通路,改善氧化應激,恢復機體正常的免疫反應,保護腸黏膜屏障,從而治療UC。靛玉紅是青黛的主要成分,具有抗炎、抗細胞凋亡等多種生物活性。李楠[62]將靛玉紅應用于UC大鼠,發現靛玉紅組大鼠PI3KmRNA、AKTmRNA及p-AKT蛋白表達受抑制,表明靛玉紅可能通過抑制PI3K/AKT信號通路活化,抗腸道細胞凋亡,抑制炎癥進程,從而有效改善UC大鼠腸道炎癥癥狀。

上述研究表明,氧化苦參堿、黃芩苷、大黃素、白藜蘆醇、小檗堿及靛玉紅等清熱解毒燥濕類中藥單體成分拮抗UC的作用機制,主要是通過抑制PI3K/AKT信號通路的傳導,減輕炎性免疫反應,減少腸上皮細胞凋亡,進而修復受損腸黏膜組織,維持腸道屏障功能而起效。

3.2.2 活血化瘀止血雙去甲氧基姜黃素是姜黃的有效成分之一,具有抗炎、抗氧化應激、抗腫瘤等多種生物活性。吳慧歡等[63]利用雙去甲氧基姜黃素干預DSS誘導的UC小鼠模型,發現雙去甲氧基姜黃素干預組小鼠結腸組織中,p-P13K和p-AKT的表達水平顯著降低,多種促炎因子(如TNF-α、IL-6β、IL-1)含量減少,表明雙去甲氧基姜黃素可通過抑制PI3K/AKT信號通路來治療結腸炎癥反應。

3.2.3 健脾溫腎祛濕黃芪多糖是黃芪的主要成分之一,在UC治療中的療效已被證實。趙海梅等[64]研究發現TNBS誘導的UC大鼠經黃芪多糖治療后,p-AKT、PI3K蛋白表達降低,表明黃芪多糖可抑制PI3K表達,抑制p-AKT活化,提示黃芪多糖通過抑制PI3K/AKT信號通路活性減輕炎性損傷來治療UC。白術內酯-1是白術的主要生物堿成分,具有抗炎和抗癌等多種生物活性[65]。Qu等[66]研究表明,白術內酯-1通過鞘氨醇激酶-1(sphzngosine kinase-1,SPHK1)/PI3K/AKT信號通路抑制結腸炎癥反應,恢復腸黏膜屏障完整性,起到拮抗UC的作用。

上述研究表明,黃芪多糖、白術內酯-1等健脾溫腎祛濕類中藥單體成分可抑制PI3K/AKT信號通路的活性,進而抑制多種炎癥因子的釋放,緩解腸黏膜組織損傷,發揮抗UC的作用。

綜上所述,中醫藥可通過調控PI3K/AKT信號通路的活性來治療UC結腸炎癥損傷,其功效主要以清熱解毒燥濕、活血化瘀止血、健脾溫腎祛濕和攻補兼施等為主,這也恰好與UC濕熱、瘀血、脾腎虧虛等發病機制相契合,具體見表1、表2。

表1 中藥復方調控PI3K/AKT信號通路治療UC的作用機制

表2 中藥單體及成分調控PI3K/AKT信號通路治療UC的作用機制

4 小結

近年來,PI3K/AKT信號通路是參與免疫反應和細胞凋亡過程中的重要信號轉導通路,該通路的異常激活是UC發病的重要機制之一。中醫藥在UC的治療中占據著重要的地位,中醫藥調控PI3K/AKT信號通路逐漸成為科研領域新的研究熱點。本文就目前治療UC的相關中醫藥研究進行歸納,發現通過干預PI3K/AKT信號通路中的相關因子而發揮治療作用的中醫藥療法主要有清熱解毒燥濕、活血化瘀止血、健脾溫腎祛濕和攻補兼施等4種類型,與UC的基本病機相符。分析用藥規律發現,以黃芩、黃連等清熱解毒燥濕類中藥使用頻次較高,中藥復方通常兼顧標本,諸藥配伍互相作用。

目前,中醫藥干預PI3K/AKT信號通路治療UC主要通過以下幾個方面：(1)通過抑制上游信號因子EGFR,進而抑制PI3K/AKT通路,減少TNF-α、IL-1β和IL-6在內的促炎細胞因子的表達,降低結腸炎癥反應,減輕炎癥所引起的結腸組織損傷;(2)直接作用于PI3K-AKT通路,進而抑制NF-κB的表達,減少細胞凋亡和促炎因子的表達,緩解腸黏膜組織損傷,修復腸黏膜屏障功能的完整性;(3)通過PI3K/AKT途徑下調Th17和Th3細胞的分化,調節免疫反應及細胞凋亡,改善腸黏膜屏障,緩解UC結腸炎癥反應。中醫藥成分復雜,其有效成分作用靶點多,干預范圍廣,治療途徑多樣,其具體分子生物學作用機制尚未完全明確,因此今后需更進一步的研究,為臨床治療UC等易反復的消化性疾病和相關藥物的開發提供新策略。