异甘草素抗肿瘤作用机制中相关信号通路的研究进展

田奇锋综述 姚俊审校

(广东医科大学，广东 湛江 524023)

异甘草素抗肿瘤作用机制中相关信号通路的研究进展

田奇锋综述 姚俊审校

(广东医科大学，广东 湛江 524023)

异甘草素是从甘草根的水解产物中分解出的一种黄酮类成分，具有多种潜在的药用价值，相关研究发现异甘草素在肝癌、胃癌、黑色素瘤、前列腺癌、口腔鳞状上皮癌、宫颈癌等癌症中具有明显的生长抑制作用，这与异甘草素抗肿瘤相关的信号通路的相互作用有密切关系，而了解这些信号通路可进一步探查异甘草素抗肿瘤细胞的作用机制，为其早日运用于临床发挥其抗肿瘤作用奠定一定的理论基础。

异甘草素；细胞凋亡；信号通路

甘草为豆科植物甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch)、胀果甘草(Glycyrhiza inflata Bat)或光果甘草(Glycyrrhiza glabra L.)的干燥根及根茎。首载于汉代《神农本草经》，已经有悠久的药用历史，主要功效是和中缓急、润肺、解毒、调和诸药等。现已证明甘草除了具有抗惊厥、镇痛、镇咳等作用外还具有消炎、抗变态反应、抗溃疡、防治病毒性肝炎、抗癌、增强免疫功能、抗艾滋病等作用。近年来，甘草及其提取物在抗肿瘤方面研究中成为热点，其中异甘草素的抗肿瘤机制研究更为深入。

异甘草素(2，2，4-三羟基查耳酮，Isoliquiritigenin，ISL)是从甘草根的水解产物中分解出的一种黄酮类成分，属于羟基查耳酮类化合物，为黄色针状晶体，难溶于水，可溶于乙醚、氯仿等极性较小的溶剂，具有较强的抗病毒、抗炎、抗血管生成、催眠等较多生物活性，其中异甘草素的抗肿瘤作用是近年来研究的热点。研究表明，异甘草素(ISL)比甘草中其他三种黄酮类化合物(甘草素、异甘草苷、甘草苷)具有更好的体外抗肿瘤活性[1]。本文将对异甘草素(ISL)对肿瘤细胞信号通路的作用进行综述。

1 ISL抑制肿瘤细胞葡萄糖酵解途径及其机制

众所周知，能量代谢异常是恶性肿瘤的特征之一，Warburg[2]发现，与正常细胞相比，肿瘤细胞即使在供氧充足的条件下仍能通过糖酵解途径获得ATP，同时生成大量乳酸，这样有利于肿瘤细胞高效快速的获取能量，而ISL可以通过抑制糖酵解途径，减少ATP的生成，改变肿瘤细胞生长的酸性环境，从而诱导肿瘤细胞的凋亡。

研究发现，ISL可诱导小鼠黑色素瘤细胞的凋亡[3]，其机制可能是：①ISL降低缺氧诱导因子(HIF-α)的稳定性，从而减少与糖酵解相关的酶的表达，如：已糖激酶2(HK2)、丙酮酸激酶M2(PKM2)、乳酸脱氢酶A (LDHA)等，进而减少黑色素瘤细胞ATP的生成量，抑制该细胞的生长；②ISL可降低线粒体膜电位去极化，提高细胞内活性氧(reactive oxygen species，ROS)的水平，最终诱导小鼠黑色素瘤细胞的凋亡。杨新惠等[4]发现，ISL可明显抑制膀胱癌T24细胞糖酵解途径，其机制可能是随着ISL浓度的增加，与糖酵解相关的关键酶的活性降低，如：已糖激酶(HK)、丙酮酸激酶(PK)、乳酸脱氢酶(LDH)，从而减少ATP的生成，乳酸生成亦减少，改变肿瘤细胞生长的酸性环境，进而诱导膀胱癌T24细胞的凋亡。Yan等[5]在ISL作用于人黑色素瘤A375相关研究中发现，不同浓度的ISL可诱导A375细胞的凋亡，其机制可能是缺氧条件下A375细胞内活性氧(ROS)生成增加，而ROS可间接作用于丙酮酸脱氢酶(PDK)[6]，抑制PDK的活性，进而抑制糖酵解途径，影响A375细胞的能量代谢，最终诱导人黑色素瘤A375细胞的凋亡。

2 ISL抑制肿瘤细胞PI3K/Akt信号的通路及其机制

磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)是与细胞内信号转导有关的脂类第二信使，可以被许多细胞因子受体活化，如：酪氨酸激酶受体、非酪氨酸激酶受体、胰岛素受体等，活化后的PI3K可催化磷脂酰肌醇PI磷酸化，生成PIP2和PIP3，后两者是细胞内重要的第二信使，能激活下游蛋白激酶，如：蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt，Akt-PKB)、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)。

丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)有三种亚型，分别是：Akt1(PKBα)、Akt2(PKBβ)和Akt3(PKBγ)，三者有80%以上的同源性，而且结构相似。Akt与蛋白激酶A、蛋白激酶C在结构上相似，故又被命名为蛋白激酶B(PKB)，Akt下游有很多底物，如：NF-κB、Caspase-9、COX-2、细胞色素P450等，因此PI3K/Akt通路有多条作用途径，早年有报道ISL可以通过下调PI3K/Akt信号通路而引起一些生物学活性[7]，其在肿瘤发生发展、转移及放化疗耐药中扮演重要角色。

Wu等[8]发现，用1.25～5μg/mL的ISL处理肝癌HepG2和LO2细胞后可发现其PI3K/Akt磷酸化水平降低，并且具有浓度依赖性，而PI3K/Akt磷酸化的水平降低可影响人干扰素γ(IFN-γ)诱导驱化因子和细胞因子的表达，影响肝癌细胞内信号的转导，这也是ISL诱导肝癌细胞凋亡的一个重要机制之一。相关研究中发现，PI3K/Akt在乳腺癌细胞中过表达，而PI3K/ Akt在乳腺癌转移过程中起到了非常重要的作用，用不同浓度的ISL作用乳腺癌细胞后，发现ISL可抑制环氧化酶2(COX-2)和细胞色素P450(CYP4A)在信号通路中的传导，通过PCR法、Western blot检测，ISL可下调COX-2、CYP4A相关mRNA和蛋白的表达，最终通过下调PI3K/Akt通路抑制乳腺癌细胞的远处转移和迁徙[9]。

3 ISL抑制ErbB通路及其相关机制

ErbB受体家族现已发现有四种成员，分别是：ErbB1(EGFR，HER1)、ErbB2(HER-2/neu)、ErbB3和ErbB4[10-11]。活化的ErbB受体配体被分成两类：一类是与表皮生长因子受体(EGFR)结合，包括EGF和转录生长因子α，一类是与ErbB3和ErbB4结合，即heregulins(HRG)[12]。ErbB3与 HRG结合可生成ErbB3/ErbB2异二聚体，可导致外源性的Ras调节蛋白酶通路活化，引起细胞增殖，也可导致PI3K/Akt通路活化，使细胞正常代谢。已有研究表明，ErbB受体的活化促进多种肿瘤进展，如：肿瘤细胞的增殖、血管生成、转移、抗凋亡[13-14]。因此ErbB受体可以作为一个肿瘤治疗预后的指标，目前ErbB受体已成为抗肿瘤作用的一个靶向观察点[15]。

相关研究表明，ErbB2和ErbB3在前列腺癌中过表达，而ErbB4在前列腺癌中只有20%表达，ISL作用前列腺癌DU145细胞24 h后，使用Western Blot检测相关蛋白的表达水平，发现ISL显著抑制HRG-β诱导的ErbB3酪氨酸磷酸化，同时也能抑制p85对ErbB的调节作用，进而影响肿瘤细胞的增殖，促进前列腺癌细胞的凋亡[16]。亦有研究表明，ErbB和PI3K/Akt通路相互联系，PI3K和Akt/PKB是PI3K通路下游的一个重要的作用靶点，可促进细胞生长因子的存活，阻碍细胞正常凋亡[17]，而ErbB3具有6个PI3K结合位点，使ErbB2/ErbB3异二聚体对PI3K/Akt通路具有更大的活性[18-19]。正常的Akt/PKB信号通路已在多种肿瘤中得到探讨，目前发现ISL可抑制HRG-β诱导的PI3K通路的活化，减少Akt磷酸化水平，这也是ISL抑制前列腺癌U145细胞增值的潜在机制之一[16]。

4 ISL抑MAPK/ERK信号通路，Ras-to-MAPK (Ras/MAPK)及其相关机制

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)主要位于细胞浆，可以被很多生长因子激活，活化后既能磷酸化胞浆内的靶蛋白，也能进入细胞核作用于对应的转录因子，调节靶基因的表达。有研究表明，ISL可以通过下调MAPK通路而引起相应的生物学活性[20]。

细胞外信号调节激酶(extracellular signalregulated kinase，ERK)包括五个亚群，其中ERK1/2与细胞增值最为密切，其上游激酶为MAPK(MEKI/2)，MEK1与细胞分化有关，MEK2与细胞增殖有关，而ERK1/ MAPK是最经典的通路，也是研究较多的一条通路。ERK1/2的活化是将细胞丝裂原信号从细胞膜表面受体转导至细胞核的关键，参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化。MAPK/ERK家族包括三个重要的酶，即ERK1/2、JNK(c-jun-terminus kinase)和p38MAPK，研究表明这三种酶的相互作用决定了细胞的生物活性[21]。Jung等[17]发现，ISL作用的前列腺癌U145细胞后，可以降低ERK1/2磷酸化的水平，进而抑制U145细胞的增殖。Wu等[7]发现，不同浓度的ISL可以抑制干扰素γ介导的肝癌细胞的增殖并诱导凋亡，其机制之一可能为ISL抑制驱化因子CXCL9-11，进而抑制MAPK信号传导通路。Kang等[22]发现，十四烷酸乙酸二萜醇酯(PMA)能在30 min孵化时间内快速诱导JNK和p38 MAPK的磷酸化，而25μM ISL几乎可全部抑制JNK和p38 MAPK的活化，进而显著抑制MAPK/ ERK信号通路，抑制血管生成，从而间接阻断肿瘤细胞血供来源，影响肿瘤细胞发展。

5 ISL抑制DNA损伤修复信号通路及其机制

损伤的DNA是通过传感蛋白检测，损伤信号传至信号调节器和中间介质，最终影响靶蛋白的磷酸化。DNA损伤信号是激活细胞生长周期的主要位点，诱导DNA修复[23]。ATM(Ataxia telangiectasia mutated)是DNA损伤应答通路上游的一个重要调节位点，可被断裂的双链DNA(DSB)活化，产生离子放射物和拓扑异构酶Ⅱ毒性[24]。活化的ATM通过有效酶类调节DNA损伤信号，如：Chk2、Histone H2AX、53BP1、BRCA1、和MDC1，也可以激活ATM磷酸化，这些分子局部作用和细胞核共同参与可导致DNA损伤[25]。当细胞DNA损伤不可逆时，细胞DNA损伤修复过程将减弱重要的修复位点和修复过程，最终导致细胞凋亡。Park I等[26]发现，用50 mol/L ISL作用HeLa细胞6 h后检测γ-H2AX(DNA损伤标记信号)，发现γ-H2AX增加，并具有时间依耐性，说明ISL可以诱导HeLa细胞DNA损伤，而DNA的损伤可激活G2/M期上的一个位点，将细胞周期静止在G2期，其机制可能是ISL使ATM和Chk2过度磷酸化，拓补异构酶Ⅱ毒性增加，最终可抑制HeLa细胞增殖。

6 小结

众所周知，肿瘤的发生与发展在一定程度上已经严重影响到现代人类的生活质量，成为人类死亡的主要原因之一，因此寻找有效低毒的抗肿瘤药物是刻不容缓的，而近年来，中国的中草药在抗肿瘤方面的研究已逐渐深入，从表观学到分子机制都逐渐完善，了解药物的抗肿瘤作用相关信号通路对我们进一步明确药物的抗肿瘤机制至关重要。异甘草素是从甘草根中提取出的黄酮类化合物，具有明显的抗肿瘤作用，了解异甘草素的抗肿瘤相关信号通路为其早日运用于临床奠定了一定基础，并为探究新的抗肿瘤信号通路铺路，异甘草素的抗肿瘤作用具有更深远的意义。

[1]崔誉荣,李德芳,躹宝,等.四种甘草黄酮类化合物体外抗肿瘤作用研究[J].食品科技,2010,7:88-92.

[2]Warburg O.On the origin of cancer cells[J].Science,1956,123 (3191):309-314.

[3]Wang Y,Ma J,Yan X,et al.Isoliquiritigenin inhibits proliferation and induces apoptosis via alleviating hypoxia and reducing glycolysis in mouse melanoma B16F10 cells[J].Recent Pat Anticancer Drug Discov,2016,11(2):215-227.

[4]杨新惠,马晓懿,卢宁,等.异甘草素对人膀胱癌T24细胞ATP生成和乳酸代谢影响[J].石河子大学学报,2015,33(3):315-319.

[5]Yan Xinyan,Si Lingling,Gao Caixia,etal.Effectof isoliquiritigenin on endothelial[J].Chinese Pharmacological Bulletin,2015,31(10): 1426-1432.

[6]Wu CA,Chao Y,Shiah SG,et al.Nutrient deprivation induces the Warburg effect through ROS/AMPK-dependent activation of pyruvate dehydrogenase kinase[J].Bioochim Biophys Acta(BBA)Mol Cell Res,2013,1833(5):1147-1156.

[7]Li Y,Zhao H,Wang Y,Zheng H,et al.Isoliquiritigenin induces growth inhibition and apoptosis through downregulating arachidouic acid metabolic network and the deactivation of PI3K/Akt in human breastcancer[J].ToxicolAppl Pharmacol,2013,272(1):37-48.

[8]Wu S,Xue J,Yang Y,Zhu H,etal.Isoliquiritigenin inhibits interferon-γinducible genes expression in hepatocytes through down-regulating activation of JAK1/STAT1,IRF3/MyD88,ERK/MAPK,JNK/ MAPK and PI3K/Akt signaling pathways[J].Cell Physiol Biochem, 2015,37(2):501-514.

[9]Zheng H,Li Y,Wang Y,etal.Downregulation of COX-2 and CYP4A signaling by isoliquiritigenin inhibits human breast cancer metastasis through preventing anoikis resistance,migration and invasion[J]. ToxicolAppl Pharmacol,2014,280(1):10-20.

[10]Olayloye MA,Neve RM,Lane HA,et al.The ErbB signaling network:receptor heterodimerization in development and cancer[J], EMBO J,2000,19(13):3159-3167.

[11]Yarden Y,Sliwkowski MX.Untangling the ErbB signaling network [J].NatRev MolCellBiol,2001,2(2):127-137.

[12]Falls DL.Neuregulins:functions,forms,and signaling strategies[J]. Exp Cell Res,2003,284(1):14-30.

[13]Holbro T,Civenni G and Hynes NE.The ErbB receptors and their role in cancer progression[J].Exp Cell Res,2003,284(1):99-110.

[14]Yarden Y.The EGFR family and its ligands in human cancer.signaling mechanisms and therapeutic opportunities[J].Eur J Cancer, 2001,37(Suppl4):S3-8.

[15]Mendelsohn J and Baselga J.Status of epidermalgrowth factor receptor antagonists in the biology and teatment of cancer[J].J Clin Oncol,2003,21(1):2787-2799.

[16]Jung JI,Chung E,Seon MR,etal.Isoliquiritigenin inhibits ErbB3 signaling in prostate cancer cells[J].Bio Factors,2006,28(3-4): 159-168.

[17]Datta SR,BrunetA,Greenberg ME.Cellular survival:a play in three Akts[J].Genes Dev,1999,13(22):2905-2927.

[18]Holbro T,Beerli RR,Maurer F,etal.The ErbB2/ErbB3 heterodimer functions as an oncogenic unit:ErbB2 requires ErbB3 to drive breast tumor cell proliferation[J].Proc Natl Acad Sci USA,2003,100 (15):8933-8938.

[19]Pinkas-Kramarski R,Soussan L,Waterman H,et al.Diversification of Neu differentiation factor and epidermal growth factor signaling by combinatorial receptor interactions[J].EMBO J,1996,15(10): 2452-2467.

[20]Kang SW,Choi JS,Choi YJ,et al.Licorice isoliquiritigenin dampens angiogenic activity via inhibition of MAPK-responsive signaling pathways leading to induction of matrix metalloproteinases[J].J Nutr Biochem,2010,21(1):55-65.

[21]Makin G,Dive C.Apoptosis and cancer chemotherapy[J].Trends Cell Biol,2001,11(11):S22-26.

[22]Kang SW,Choi JS,Choi JY,et al.Licorice isoliquiritigenin dampens angiogenic activity via inhibition of MAPK-responsive signaling pathways leading to induction of matrix metalloproteinases[J].J Nutr Biochem,2010,21(1):55-65.

[23]Niida H,Nakanishi M.DNA damage checkpoint in mammals[J]. Mutagenesis,2006,21(1):3-9.

[24]Shiloh Y.The ATM-mediated DNA-damage response:taking shape [J].Trends Biochem Sci,2006,31(7):402-410.

[25]Roos WP,Kaina B.DNA damage-induced celldeath by apoptosis[J]. Trends Mol Med,2006,12(9):440-450.

[26]Park I,Park KK,Park JH,et al.Isoliquritigenin induces G2 and M phase arrest by inducing DNA damage and by inhibiting the metaphase/anaphase transition[J].Cancer Lett,2009,277(2):174-181.

R979.1

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1003—6350（2017）09—1469—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.09.032

2016-07-17)

田奇锋。E-mail：825867120@qq.com