雷公藤内酯醇在前列腺癌治疗中的应用前景

王可 杨是修 王进军

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是一种发生在前列腺的上皮性恶性肿瘤，男性确诊PCa的平均年龄为67岁，2015年中国新增PCa病例7.2万例，粗发病率为10.23/10万[1]，近年来其发病率呈逐年增高趋势，严重威胁着男性身心健康。雷公藤是一种传统中药材，雷公藤内酯醇作为其提取物，在近现代医学中被证明具有抗癌的作用，在PCa的治疗中有诸多获益机制[2]，故本文综述如下。

一、雄激素受体及其信号通路与PCa代谢重编程

代谢重编程促进恶性肿瘤的发展，最新研究将其定义为代谢网络在基因调控下产生代谢异质性并改变营养组织的流向与流量的生物化学过程[3]，与有氧糖酵解[4]、三羧酸循环异常、基因表达与调控、线粒体功能障碍[5]、上皮-间质转化[6]、免疫功能障碍以及组织炎症等癌细胞发展的关键特征密切相关。多项研究揭示，代谢重编程需要依赖于致癌信号[主要是雄激素受体(androgen receptor, AR)信号通路]完成细胞间交流与反馈，其在PCa的发展过程中扮演着重要角色[7-9]。

AR是依赖配体、控制特定基因表达的转录因子，由N端转录激活区、DNA结合区、铰链区以及配体结合区4个部分构成[10]，广泛存在于睾丸的支持细胞、间质细胞、管周细胞、血管平滑肌细胞中，具有调节雄激素主要成分的功能[11]。AR能够与胞质中的热休克蛋白形成复合物，在辅助激活剂的作用下可进入细胞核中并特异性识别雄激素反应元件，从而获得调节下游基因表达的功能特性[12]。

PCa是一种前列腺上皮细胞恶性增生的疾病，癌细胞独特的代谢特性成为其病变与恶化的基础，即瓦博格效应。癌细胞在肿瘤微环境内利用有氧糖酵解途径来替代丙酮酸进入线粒体后进行三羧酸循环的氧化磷酸化以产生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)[13]。因为规避了三羧酸循环，癌细胞获得了更高的能量摄取与生物利用度，从而加速增殖、分化以及迁移。新型动态核极化磁共振波谱技术在PCa细胞中检测出高糖酵解率，表明有氧糖酵解是PCa细胞进行代谢重编程的主要特征之一[14]。研究表明，AR参与多种糖酵解途径[15]，包括GLUT1、HK1、HK2、PFK2/PFKFB及丙酮酸氧化等，是PCa发生的重要驱动因素。

值得注意的是，癌细胞侵袭体内时，三羧酸循环虽然会受到影响，但不会被彻底抑制。柠檬酸氧化是PCa的另一重要代谢特征，柠檬酸在正常线粒体中是参与三羧酸循环的重要物质，而在PCa细胞内存在功能障碍的线粒体中却被ATP柠檬酸裂解酶裂解成乙酰辅酶A以合成脂肪酸[15]。Bader等[16]研究表明，AR作为驱动代谢重编程的诱导因素能够增强前列腺上皮细胞的氧化磷酸化过程，AR信号显著抑制了前列腺上皮细胞中线粒体的锌离子浓度，从而活化α-aconitase以促进柠檬酸异构化，首先完成三羧酸循环的激活，接着AR信号的传导通过增加柠檬酸合成酶、乙酰辅酶A等物质的含量促进柠檬酸产生与氧化，在支链脂肪酸β等的作用下为PCa细胞提供更多的ATP，并完成肿瘤恶化的进程[17]。除柠檬酸氧化之外，AR信号通路也是促进脂肪酸合成[16]与氧化的重要原因，细胞周期蛋白依赖性激酶9的抑制[18]与Sun2基因的表达沉默[19]等均能够促进脂肪酸氧化，从而进一步为PCa细胞提供ATP。

信号通路的异常激活是代谢重编程的重要响应因子，也是引起细胞炎症因子失衡、下游基因表达异常以及癌症相关级联反应发生的重要原因，AR信号通路是诱发PCa最重要的信号通路[20]。Lingadahalli等[21]研究表明，AR信号通路的二次或异常激活能够诱发转移去势抵抗性PCa的发生，抑制或关闭AR信号通路有助于降低PCa细胞的侵袭与增殖能力，从而达到治疗PCa的管理目标。Jang等[22]研究发现，抗毒素白藜芦醇通过抑制AR信号通路的激活与下调趋化因子CXCR4表达的途径能够诱导PCa细胞凋亡，同时观察到p-PI3K/p-AKT蛋白以及与EMT相关的下游基因表达量降低，表明下调AR表达能够抑制相关炎症信号通路的激活，并促进癌细胞的凋亡，在PCa的进程中非常重要。此外，AR信号通路还具有调控长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)转录的作用[21]，lncRNA如前列腺癌抗原3(prostate cancer antigen 3, PCA3)过度表达后通过染色质环化与AR远侧端结合，在反式调节的作用下阻碍损伤的DNA修复，能够促进PCa细胞增殖与转移[23]；易小敏等[24]发现沉默lncRNA PCA3表达后，PCa细胞中的AR及AR-V7(AR的变体之一)表达显著降低，PCa细胞的增殖和迁移能力得到较好的抑制；杨栋等[25]研究表明，AR的表达与 plncRNA-1呈正相关，下调plncRNA-1后AR的表达大幅度降低，这些都提示AR信号通路的异常激活能够促进lncRNA的异常表达，在PCa的发展中起到重要作用。

二、雷公藤内酯醇在PCa中的获益机制及其局限性

雷公藤是一种传统中药材，其化学成分包括雷公藤甲素(triptolide, TPL)、雷公藤内酯酮、雷公藤红素及雷公藤酯甲等[26]，其中TPL又称雷公藤内酯醇，是一种环氧二萜类化合物，在PCa中具有一定的获益机制[2]。

1.TPL抑制AR表达及其信号传导：AR参与有氧糖酵解、三羧酸循环、PCa细胞的增殖与迁移等多个PCa恶化的进程，TPL若能抑制AR的负性作用，则是治疗PCa的最大获益机制。目前可以确定的是，TPL参与调控PCa细胞AR的表达过程并与AR致癌信号通路的抑制密切相关[27-29]，抑制AR表达、弱化AR致癌信号通路作用成为临床治疗的主要目标。

PI3K/AKT/NF-κB是众所周知的致癌信号通路之一，刘彼得等[27]使用TPL处理人LNCaP细胞48 h后发现，在PI3K/AKT/NF-κB通路蛋白中与AR启动子活性相关的表达呈TPL剂量依赖性下调,且参与TRL调控AR转录活性的作用位点分布在-965/+265 bp内，表明TPL能够参与PI3K/AKT/NF-κB信号通路的调控以避免AR及其相关物质过表达，致使其信号传导异常。Li等[28]的研究不仅认同了刘彼得等的观点，他们还发现TPL与AR表达蛋白的稳定性密切相关，TPL促进PCa细胞内钙离子的浓度升高有助于激活钙蛋白酶，是降低AR表达蛋白稳定性的重要原因，表明TPL能够促进PCa细胞中AR蛋白的分解，控制AR过表达，弱化其致癌信号传导。此外，Han等[29]将酵母转录激活蛋白基因Gal4与AR嵌合后共同转染LNCaP细胞，并对该细胞使用低剂量的TPL，结果显示TPL能够通过抑制PKA与STAT3信号传导、降低IL-6的生成量、抑制AR反式调节的途径来弱化AR信号通路的作用，防止AR信号传导引发一系列级联反应，提示TPL在抑制炎症细胞因子失衡、调控信号通路、弱化致癌可能途径中存在重要作用。尽管TPL可作为AR表达及其信号传导的一种有力抑制剂，但目前国内外相关研究太少，尚需进一步研究证实TPL的可靠性与安全性。

2.TPL抑制PCa细胞增殖并促进细胞凋亡：质变是量变的必然结果，PCa细胞的增殖是导致PCa的关键前提，抑制癌细胞快速的新陈代谢有助于从根本上掌控病情进展，帮助患者病情转归。

AR拮抗剂被证明可用于治疗去势抵抗性PCa，然而PCa细胞产生耐药性限制了AR拮抗剂的发展，新型药物的开发成为研究热点。Zhao等[30]研究表明，TPL 能够通过抑制mTOR信号通路、促进丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶与丝氨酸Ser93/96位点上的自噬效应蛋白(Beclin-1)磷酸化以及激活AMPK信号通路来阻止PCa细胞快速增殖，从而诱导PC-3、LNCaP以及C4-2细胞(均为PCa细胞)发生自噬作用，增强细胞的代谢重编程作用，促进PCa细胞凋亡。Han等[29]使用低剂量TPL作用于PCa细胞后观察到，TPL能够抑制XOP/CDK7信号通路介导的丝氨酸Ser515结合位点上AR及其相关变体AR-V7的磷酸化，这表明低剂量TPL显著减少了PCa细胞的能量获取来源，癌细胞的增殖受到影响，且他们还观察到AR目标基因启动子的活性受到显著抑制，AR表达大幅度减少，说明TPL能够抑制AR表达，控制PCa细胞增殖。Tamgue等[31]检测雷公藤内酯醇处理的PCa细胞系组蛋白去甲基化酶及相关标记的表达情况后发现，TPL可提高 H3K9me3水平，上调HP1α的表达，促进e2f1靶基因启动子上异染色质的形成和沉积，这种靶基因与抑制基因转录、降低细胞活性和衰老样表型的诱导有关。其抗肿瘤机制可能是通过提高抑制性组蛋白 H3甲基化水平和形成抑制性染色质状态来实现的，具有作为表观遗传抗PCa药物的潜力。此外，TPL还可通过下调SUMO特异性蛋白酶1[32]、肿瘤特异性启动子Caveolin-1[33]的表达来抑制PCa细胞的增殖，为TPL的抗PCa 作用机制提供了实验依据。一项动物模型研究显示，使用TPL干预治疗PTEN阴性小鼠微侵袭PCa模型后，小鼠体内炎症细胞浸润与PCa细胞的数量大幅度减少，EMT表型较弱，表明经TPL注射治疗的PCa小鼠其细胞微环境发生转变，信号通路的致癌作用显著降低，提示TPL还可通过弱化炎症反应的方式来降低癌细胞增殖及侵袭能力[34]。

Yuan等[33]的研究还证明了TPL的有效率与时间呈正相关，提示尽早发现PCa并使用TPL治疗可能具有潜在的抗癌作用。宋振国等[35]采用5～160 nmol/L(浓度从5 nmol/L按照2倍的比例向上叠加)不同浓度的TPL培养液作用于PC-3细胞，不同时间段内观察后发现PC-3细胞中出现凋亡的明显特征，包括细胞膜皱缩、染色质浓缩、核膜与核仁消失、核固缩等，证明TPL以时间与浓度依赖性的模式来促进PCa细胞的凋亡，与Yuan等的研究结果一致。

3.TPL的药物毒性及其改进方案：除作为单一成分被外用于治疗银屑病外，现阶段TPL并未直接在临床中使用，而是作为雷公藤片和雷公藤多苷片等制剂的关键成分，发挥抗炎、免疫调节、抗肿瘤细胞增殖和促凋亡等多种药理活性作用[36]。尽管TPL治疗PCa可能具有相当大的应用价值，但其药物毒性限制了其在临床上的应用。雷公藤的毒副作用主要体现在对生殖、内分泌系统和消化系统损害上，部分试验中也存在对血液系统和皮肤黏膜等的损害，是影响TPL药用的原因之一。

由于TPL的严重毒性和水不溶性限制了其临床应用，开发针对TPL的新型可溶于水、低细胞毒性的衍生物成为研究的突破口。Han等[29]发现在体外实验中，TPL对正常细胞的细胞毒性小于对癌细胞的细胞毒性，与此同时，一种新型TPL衍生物 LLDT-8的细胞毒性比TPL低122倍，但仍具有有效的抗癌活性，可以纳入进一步的临床验证。Xu等[37]发现在TPL的结构基础之上经过结构修饰与改造后构成的LLDT-288表现出显著较低的药物毒性，且LLDT-288与TPL的基本功能无明显差异，表明经过结构修饰或改造的TPL衍生物能够一定程度打破TPL药物毒性的限制，成就其应用价值。PG490-88，一种新的水溶性TPL衍生物，被证明是安全、有效的抗肿瘤药物[38]。PG490-88已被批准进入美国PCa的Ⅰ期临床试验，提示该药可能是一种很有前景的抗PCa细胞活性候选药物，但其治疗PCa的安全性和毒副作用尚需进一步阐明。He等[39]研究发现与葡萄糖耦合的TPL衍生物可以选择性地靶向过表达葡萄糖转运蛋白的肿瘤细胞，具有更好的水溶性和持续抗肿瘤活性，为改进TPL的水溶性，促进其临床应用提供了新的思路。Datan等[40]在He等的研究基础上进行改良，设计了第二代葡萄糖雷公藤内酯醇耦合物，其在PCA-3肿瘤模型中显著提高了对肿瘤细胞的选择性，血清稳定性更高，对正常细胞的细胞毒性更低，低氧条件下能更有效地对抗肿瘤细胞，且具有持续的抗肿瘤活性，有望成为下一代的靶向抗PCa候选药物。

三、小结

TPL的抗肿瘤作用已经初步表现出了极高的临床前景，虽然其细胞毒性阻碍了临床应用，但是在一系列水溶性、低毒性的TPL衍生物被相继开发后，经过结构修饰后的TPL衍生物表现出低毒性、高效用的特征，具有作为PCa一线治疗或化疗辅助用药的潜力。现阶段的TPL研究主要是基于细胞实验及动物实验，集中在对TPL的抗癌机制及其减毒增效的探索，距离临床应用还欠缺足够的理论及可信数据支持，TPL对多药耐药PCa细胞的影响及其治疗多药耐药型PCa的潜力也尚需进一步探索。但从另一方面来说，这也为科研人员提供了新的研究方向。针对TPL对多药耐药PCa细胞的影响展开研究，是对TPL走向药用的理论完善，也有助于后期的精准治疗。此外，与TPL同为雷公藤提取物的雷公藤红素[41]、雷公藤内酯酮[42]、雷公藤多苷[43]等也被验证具有抗肿瘤活性、增强肿瘤细胞对药物敏感性的作用，均为抗PCa的药物研发补充了思路。