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【金秋计划】中药活性成分抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路抗肿瘤作用的研究进展

城头变幻大王骑

2024/09/12

中药/天然药检测

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，于1991年被Heitman等研究啤酒酵母细胞突变体抵抗雷帕霉素毒性作用中发现并提出[1]。雷帕霉素是一种由大量蛋白质组成的大环内酯类药物，属于磷酸肌醇3-激酶相关蛋白激酶（PIKK）家族。mTOR与癌症有密切关系[2-3]，mTOR信号转导通常参与调节细胞的存活、生长、代谢、蛋白质合成和自噬、稳态[4]。mTOR有两种不同的多蛋白复合物mTORC1、mTORC2。mTORC1对雷帕霉素敏感，激活参与mRNA翻译的p70S6激酶（p70S6K）和真核起始因子4E结合蛋白（4E-BP1）。mTORC2被认为对雷帕霉素有耐药性，通常对营养和能量信号不敏感[5]。mTORC1受磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）通路、Ras/Raf/MEK/ERK通路和其他细胞内因子等多种信号通路调节[4, 6]。目前对mTORC2的研究较少，有研究表明mTORC2通过磷酸化AGC激酶，包括Akt、蛋白激酶C（PKC）和血清/糖皮质激素调节激酶1（SGK-1）来发挥作用[7]。mTOR上游信号传导通路主要由PI3K/Akt等介导。mTOR下游信号通路为p70S6K、4E-BP1等，通过促进其翻译和蛋白质合成的磷酸化来介导[8]。目前许多mTOR抑制剂被开发用于癌症的治疗[9]。一些中药活性成分可以通过mTOR信号通路促进细胞凋亡和自噬性死亡、抑制细胞增殖，发挥抗肿瘤作用[10-11]。目前关于中药活性成分抑制mTOR信号通路的研究较多，根据结构不同可分为蒽醌类、生物碱类、萜类、多糖类、黄酮类、多酚类成分。本文总结了中药活性成分抑制mTOR通路抗肿瘤作用的研究进展，明确其作用机制，为临床应用提供参考。

1 蒽醌类成分
蒽醌类化合物是一类具有良好抗癌作用的三环类天然有机化合物，其中2个酮基位于中心环，这种三环双酮核心结构具有特定靶向作用。如通过不同的上游途径靶向自噬，包括Akt/mTOR轴等从而达到抑癌结果[12]。Zhang等[13]研究发现大黄酸诱导口腔癌细胞中的活性氧（ROS）积聚以抑制Akt/ mTOR信号传导通路，通过Akt/mTOR信号通路诱导口腔癌细胞凋亡和ROS在体内外发挥抗癌作用。另有研究发现大黄酸联合mTOR抑制剂依维莫司作用胃癌细胞MGC-803，可抑制p-磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）、p-Akt和p-mTOR的表达发挥协同抗肿瘤作用[14]。此外，大黄酚与mTOR抑制剂雷帕霉素组合时，通过表皮生长因子受体（EGFR）/mTOR介导的信号转导途径显著阻断细胞增殖[15]。研究发现紫九牛总蒽醌通过下调p-Akt、p-mTOR蛋白的表达而抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路活化抑制胃癌细胞SGC7901细胞的增殖、诱导凋亡、抑制迁移和侵袭的能力[16]。
2 生物碱类成分
生物碱含有环状结构，其中至少1个碱性氮原子被并入其中，广泛分布于豆科、防己科、毛茛科等植物中[17]。生物碱及其衍生物种类众多，具有相似环结构，经不同代谢途径合成的生物碱可能具有不同的药理活性。郝艳梅等[18]观察到苦参碱培养的人非小细胞肺癌A549细胞造成细胞萎缩、碎裂显著增加，可以观察到自噬液泡，在加入PI3K特异性抑制剂后发现可以减少p-Akt和p-mTOR的表达，诱导A549细胞自噬和凋亡增加，说明苦参碱通过抑制PI3K/Akt/mTOR通路实现。Zhang等[19]发现小檗碱可以通过PI3K/Akt通路逆转小鼠黑色素瘤B16细胞的上皮间质转化，起到参与治疗黑色素瘤的作用。另有研究发现，小檗碱通过PI3K/Akt/ mTOR途径调节人甲状腺未分化癌细胞的自噬和凋亡[20]。Li等[21]发现小檗碱抑制Notch 1通路导致PTEN表达增加，进而下调PI3K/Akt/mTOR通路，导致直肠癌细胞SW480细胞周期停滞和自噬发生，产生抑制肿瘤细胞增殖的作用。另外的研究中发现小檗碱可通过诱导结直肠癌细胞Ht-29、Sw-480和Hct-116凋亡和坏死来抑制细胞的增殖、迁移和侵袭，通过上调PTEN、下调PI3K、Akt和p-Akt的表达和抑制其下游靶点mTOR、p-mTOR来调节PI3K/Akt通路的活性[22]。苦参碱和小檗碱已经发挥出了抑制肺癌、甲状腺癌等的抑制作用，更多的生物碱类成分在mTOR信号通路的作用亟待被发现。
3 萜类成分
萜类化合物由异戊二烯或异戊烷单元以各种方式连接在一起，并具有不同类型的闭环、不饱和度和官能团，可分为单萜、倍半萜、二萜、三萜等，多样的结构为抗肿瘤药物的开发提供了较多的选择性[23]。Jang等[24]研究发现从泽泻分离的三萜类成分表现出抗肿瘤活性，如泽泻醇A、泽泻醇B、泽泻醇B 23-乙酸酯等。在1项研究中，乳腺癌MDA-MB-231细胞p-Akt、p-mTOR和p70 S6K的表达水平在泽泻醇A处理后显著下调，表明泽泻醇A可以抑制PI3K/Akt/mTOR信号传导[25]。同样在乳腺癌细胞MCF-7、雌激素受体阳性乳腺癌MCF-7细胞中，穿心莲内酯通过下调雌激素受体α（ERα）、PI3K和mTOR的表达水平抑制细胞增殖[26]。除以上萜类成分外，其他如白桦脂醇对转移性结直肠癌细胞的抗增殖作用[27]、柴胡皂苷A联合化疗药物促进前列腺癌细胞的死亡和缓解耐药[28]、银杏内酯抑制肝细胞癌[29]、土贝母皂苷甲诱导乳腺癌细胞自噬激活Akt活性化合物[30]、土贝母总皂苷抑制三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231细胞的增殖[31]均与各种mTOR相关信号通路的调控机制有关。以上研究表明中药活性成分单独应用或联合应用时可以作为治疗癌症的潜在Akt/mTOR抑制剂。
4 多糖类成分
中药多糖具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化等活性，可有效抑制肿瘤细胞增殖分化[32]。多糖的抗肿瘤活性与其一级结构、高级结构有关，其中每种因素对多糖的抗肿瘤活性都有不同程度的影响。Yao等[33]从枸杞多糖进一步提取和分离具有短肽骨架和复杂的分支聚糖部分的肽聚糖（LbGP），研究发现其能抑制癌细胞生长，还可以通过蛋白激酶A-cAMP反应元件结合蛋白（PKA-CREB）通路促进PER2的表达，而PER2抑制PI3K/Akt/mTOR通路负性调节固醇调节元件结合蛋白-1c（SREBP1c）的表达抑制胶质母细胞瘤中的脂质合成，从而抑制胶质母细胞瘤细胞增殖。研究者发现黄芪多糖抑制结直肠癌细胞HCT-116细胞和小鼠肿瘤组织中PI3K/Akt/ mTOR信号通路相关蛋白p-PI3K/PI3K、p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR的表达诱导自噬，从而减少肿瘤细胞的生长[34]。通过对宫颈癌U14荷瘤小鼠的实验研究提示半枝莲多糖可能通过抑制mTOR/p70S6K信号通路使凋亡基因Bcl-2表达减少，促进细胞凋亡，发挥抑瘤作用[35]。另有研究发现山慈菇多糖抑制肝癌腹水荷瘤小鼠肿瘤生长[36]，黄芪多糖导致肿瘤细胞细胞程序性死亡-配体1（PD-L1）表达降低以增强化疗效果[37]，这些也是通过mTOR信号通路调控自噬、免疫等达到的治疗目的。可见枸杞多糖、黄芪多糖、山慈菇多糖等中药多糖均可通过调控mTOR通路对肝癌、结直肠癌等肿瘤细胞有着体内、体外的抑制作用。
5 黄酮类成分
黄酮类化合物的基本母体是由2个具有酚羟基的苯环通过3个碳原子相互连接而成的C6-C3-C6单元[38]。抗肿瘤活性程度与各类黄酮母核结构差异、C-2,3位是否存在双键等的化学结构有密切关系[39]。异槲皮苷是存在于杨梅等植物中的黄酮类化合物，Shui等[40]发现使用异槲皮苷处理的人肝癌细胞HepG 2、Huh 7通过激活AMPK/mTOR/p70S6K途径触发自噬诱导细胞死亡，而异槲皮苷触发失调的自噬促进caspase依赖的凋亡性细胞死亡。小豆蔻素是从草豆蔻中分离得到的查耳酮，Jin等[41]研究发现小豆蔻素可以抑制三阴性乳腺癌细胞株MDA-MB-231的生长，是通过抑制mTOR/p70S6K通路从而在mRNA和蛋白水平抑制低氧诱导因子-1α（HIF-1α）的表达，进而增强线粒体氧化磷酸化，诱导ROS的积累达到抑癌作用的。更多研究如荔枝核总黄酮通过抑制Akt/mTOR等信号通路诱导前列腺癌细胞（PCa）凋亡，抑制PCa细胞的体内生长和体外增殖、转移[42]。异甘草素在体内和体外通过诱导自噬有效地抑制肝癌细胞的增殖，并诱导凋亡，可能通过PI3K/Akt/mTOR通路[43]。桑根醇L在前列腺癌细胞中抑制PI3K/Akt/mTOR信号传导诱导其凋亡[44]。羟基红花黄色素A通过抑制肝癌细胞PI3K/Akt/mTOR通路触发自噬反应抑制肿瘤细胞生长[45]。研究中发现异鼠李素可降低MAPK14的表达，抑制胃癌细胞HGC-27细胞的增殖和迁移，促进其细胞凋亡，进一步研究显示异鼠李素通过调节MAPK/mTOR信号通路抑制胃癌细胞增殖[46]。另有研究提示黄酮类化合物对肺癌、乳腺癌、结直肠癌等的抗癌作用中有着积极的表现[47]。以上结果说明黄酮类化合物可对抗恶性肿瘤的发生、发展，对应用于临床、解决实际问题有一定的潜力。
6 多酚类成分
多酚类是一类由1个或多个直接连接到芳族烃基的有机化合物。外界因素的诱导使多酚在原有的结构上经羟基化、甲氧基化、脱糖基化、单体聚合等结构修饰，从而发挥各种药效作用。经结构修饰后的多酚类成分往往具有更高生物活性、更好临床疗效[48-49]。在1项实验中发现芦荟素的使用抑制了肝细胞癌HepG2、Bel-7402细胞的增殖和侵袭，进一步研究发现其通过激活PI3K/Akt/mTOR途径诱导肝细胞癌的凋亡和自噬[50]。在另一项研究中发现芦荟素可抑制胃癌细胞HGC-27、BGC-823 GC细胞增殖和迁移，可能是通过抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2（NOX2）的激活来抑制ROS的产生，从而抑制Akt/mTOR等信号通路的磷酸化[51]。Zhang等[52]发现毛兰素可能通过抑制PI3K/ Akt/mTOR通路实现诱导肺癌细胞凋亡、G2/M期阻滞，抑制其迁移和侵袭，在体内实验中减少肿瘤组织的血管比率、增加凋亡肿瘤细胞的数量、上调白细胞介素（IL）-2和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平等对肿瘤细胞的积极抑制作用。此外，红景天苷通过PI3K/Akt/mTOR通路抑制胃癌生长，并诱导细胞凋亡和保护性自噬[53]。姜黄素通过抑制Akt/mTOR通路抑制肾癌细胞ACHN细胞活力，诱导凋亡和自噬[54]，通过修饰关键基因和蛋白的表达下调PI3K/ Akt/mTOR信号通路抑制头颈肿瘤细胞的增殖[55]，以及对雄激素依赖性和非依赖性前列腺癌的抑制作用[56]。白藜芦醇调节NGFR/AMPK/mTOR信号通路诱导肺癌细胞A549细胞自噬和凋亡[57]。仙鹤草素显著破坏线粒体功能，降低mTOR/HIF-1α通路蛋白表达，影响细胞内能量代谢，诱导胰腺癌细胞凋亡[58]。其他酚类如石斛酚[59]、6-姜烯酚[60]均可调节mTOR信号通路抑制癌细胞的增长。学者对于酚类化合物的研究较多，这为其尽早应用于临床提供了实验依据。
7 结语
mTOR是重要的信号传导通路，在癌细胞中被过度激活，使肿瘤细胞增殖，抑制该通路可以起到一定抗肿瘤作用。蒽醌类、生物碱类、萜类等中药活性成分可以通过抑制mTOR通路诱导肿瘤细胞凋亡、促进自噬、阻断细胞周期，逆转上皮间质转化等一系列抑癌作用对肺癌、胃癌、结直肠癌等肿瘤细胞起到治疗作用。中药活性成分抑制mTOR信号通路的国内外研究展现了其在改善患者生存质量，降低耐药、减少患者复发率等方面良好的前景。中药活性成分具有不良反应较小、抗肿瘤作用明显的优点，但也有不足之处，如中药靶向性差、生物利用度不足、消除速度快等。目前靶向mTOR信号通路作为先导化合物研发出高效、安全的中药抗肿瘤新药的研究还很欠缺，对此应该进行更深入的研究。不过随着相关领域的基础理论、实验和技术手段的不断更新，相信不久会将精准靶向mTOR信号通路的中药活性成分选出，并明确其作用机制，将基础实验结果推向临床应用。

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