MAPKs 通路在炎性肠病⁃结直肠癌中的作用及中药干预研究进展

朱德伟余群 周利红 沈云辉∗

（1.上海中医药大学中药学院， 上海201203； 2.上海中医药大学附属曙光医院肿瘤科， 上海201203）

结直肠癌是消化道恶性疾病之一，近年来在发展中国家的发病率呈上升趋势。炎症性肠病是结直肠癌的常见诱因，早在20 世纪60 年代，“炎⁃癌转化”假说被德国著名病理学家Virchow 提出，后经大量流行病学调查发现，约有20%的癌症由慢性感染或慢性非可控炎症状态引起［1］。慢性非可控炎症引发癌症包括慢性食管炎与食管癌、慢性溃疡性结肠炎与肠癌以及带有幽门螺杆菌感染的慢性胃炎与胃癌等［2］。组织长期的炎症细胞浸润会导致微环境中细胞因子、趋化因子、活性氧氮介质等蓄积，发生氧化应激甚至造成p53 和p16 基因突变等。随着病程的延长，8 年以上的溃疡性结肠炎（UC）患者结直肠癌的发病率明显高于普通人群［3］。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路通过三级激酶级联方式传递信号，能被多种物理应激、化学刺激、生长因子、促炎因子和细菌复合物等活化，与炎症和癌症的发生发展有密切的关系。中医药作为一个巨大的宝库，对于众多疾病的防治都有值得挖掘的方面。本文对近年来中药在溃疡性结肠炎、炎癌转化过程、结直肠癌中MAPK 的研究进行总结，为中药抗炎抗肿瘤研究提供新思路。

1 MAPKs 通路

细胞外信号调控蛋白激酶（ERK）在20 世纪90 年代末首次从猪脂肪母细胞中提取发现，自此MAPK 家族成员陆续被发现并研究，包括MAPKKKs、MAPKKs、MAPKs 这3 大类，其通过将细胞外信号逐级放大并传送至细胞核内，参与炎症反应、基因表达、细胞分裂、分化、存活、死亡等生理过程，见图1。经典的MAPK 信号通路激活方式为MAPKKKs（Raf、TAK 等）受到生长因子（如ITF、EGF）、细胞因子、氧化应激、GTP 结合蛋白（如Rac、Ras）等调控激活后，磷酸化MKK 的丝氨酸／苏氨酸位点激活MKK，后者将MAPK 的苏氨酸／酪氨酸双重磷酸化以激活MAPK［4］。MAPK 主要有ERK1／2（p42／p44）、c⁃Jun 氨基末端激酶（JNK）／应激激活蛋白激酶（SAPK）、p38MAPK、大丝裂素活化蛋白激酶（BMK1）／ERK5 这4种亚单位。其中，ERK1／2 调控细胞的生长、分化等，过度激活可导致肿瘤的发生，在卵巢癌、结肠癌、乳腺癌中高表达，由MEK1／2 磷酸化酪氨酸（Tyr）和苏氨酸（Thr）位点激活。JNK 过度活化参与关节炎、哮喘等疾病，并促进肿瘤的应激增殖、凋亡、转移等。p38MAPK 家族中发现了p38α、p38β、p38γ（SAPK3、ERK6）、p38δ（SAPK4）等多种亚单位，在不同组织参与不同反应，介导机体几乎所有的生理病理过程，包括炎症反应、细胞生长与凋亡等。ERK5 对于生长因子、应激等引起的细胞周期加快、内皮细胞增殖、血管增殖等过程起着重要作用，其高度活化时可协同细胞恶性转化，与肝癌、乳腺癌、前列腺癌的发生发展密切相关。机体是一个复杂的整体，信号通路之间可以通过炎症因子等信号分子互相联系。STATs、NF⁃κB 等通路也属于MAPK 下游的调控信号通路，如p38MAPK 可以增强组蛋白H3 磷酸化以及影响IKK 或p65 活性介导NF⁃κB信号通路［5⁃6］。

图1 MAPK 通路简介

2 肠炎中的MAPK 信号通路

MAPK 通路激活c⁃Jun 和c⁃Fos后，入核形成转录因子AP⁃1，调控肿瘤坏死因子⁃α（TNF⁃α）、IL⁃1、IL⁃6 等炎性因子的表达等，见图2。p38 MAPK 信号通路可以介导TNF⁃α、IL⁃1、IL⁃6、IL⁃8 等炎症因子的释放、细胞的调亡以及中性粒细胞活化，还诱导细胞内一氧化氮（NO）的表达，提高胞内诱导型一氧化氮合酶（iNOS）活性，与溃疡性结肠炎的发生密切相关［7］。被ITF 和EGF 激活后，ERK1／2表达升高，可促进肠上皮细胞分化、增殖来修复肠黏膜，抑制肠上皮细胞凋亡［8］。JNK 通路可以活化AP⁃1、c⁃Jun等转录因子促进多种炎症因子水平，研究发现，多种动物炎症模型经JNK 抑制剂SP600125 干预后，炎症介质的产生受到抑制［9］。当机体处于非可控性炎症状态时，炎症介质释放引起原癌基因活化和抑癌基因失活，进而引发肿瘤，从多种信号通路的基因表达研究溃疡性结肠炎癌变发生的驱动因素是目前的关注热点。

图2 肠炎中MAPK 信号通路的作用

2.1 中药有效成分影响MAPK 通路防治溃疡性结肠炎 中药是我国医药发展的强大支撑，从中分离化合物以及探究其对疾病的影响，是发现新的治疗药物和现代中药研究的有效方式。冀凯等［10］发现，穿心莲内酯化合物CX⁃10 能够降低结肠组织中髓过氧化物酶（MPO）活性及TNF⁃α、IL⁃6 表达，升高IκBα 表达，同时降低NF⁃κB p65、p⁃IκBα 的表达，还能降低磷酸化ERK、磷酸化p38MAPK、磷酸化JNK 蛋白表达。丹皮酚、香菇β⁃葡聚糖、芒果苷（α⁃MG）、异甘草素能降低实验性结肠炎组织中磷酸化ERK1／2、JNK、p38MAPK 水平，缓解组织炎症［11⁃14］。蛇床子素、黄芪甲苷、姜黄素、雷公藤多苷能抑制p38MAPK 表达及上下游信号通路，减少相关促炎细胞因子（如TNF⁃α）的释放以及中性粒细胞浸润，从而发挥抗炎作用［15⁃18］。活性氧（ROS）自由基伴随溃疡性结肠炎的发生发展，而中性粒细胞及嗜酸细胞中NADPH 氧化酶（NOXs）能促进ROS 的生成。研究发现，黄连根部提取物香草乙酮通过抑制NOXs的活性来减少ROS 的生成，进而阻断下游p38MAPK 的磷酸化，从而抑制NO、前列腺素E2（PGE2）及相关细胞因子的生成［19］。微小RNA（miR）⁃143 是抑癌基因，能调节肠道隐窝中干细胞功能进而调控肠上皮再生，在溃疡性结肠炎相关的结直肠癌中miR⁃143 表达降低。ERK5 很可能是miR⁃143 的下游靶标之一，姜黄素能升高miR⁃143 表达并降低ERK5 表达，其可能通过调控miR⁃143／ERK5 信号通路治疗葡聚糖硫酸钠盐（DSS）诱导的结肠炎［20］。多种中药单体都可以抑制MAPK 通路的激活、减少炎症因子的表达来减轻肠道炎症，见表1。

表1 中药有效成分调控MAPK 通路防治溃疡性结肠炎

2.2 中药复方影响MAPK 通路防治溃疡性结肠炎 中医经典名方是两千年来中华民族的医药经验积累，通过多味中药的加减配伍应用于各种疾病。现代经方对更多疾病的应用研究进行扩展，经方含有多种药材，其对机体的调节是复杂的，在MAPK 通路中往往对ERK1／2、JNK、p38MAPK等多种亚单位进行调控，见图3、表2。参苓白术散作为补脾胃、益肺气的经典名方被广泛应用及研究。毕殿勇等［22］采用空腹灌服精炼猪油、饥饱失常饲养结合水中站立等方法，成功复制脾虚湿困型溃疡性结肠炎大鼠模型，研究发现，参苓白术散能降低结肠组织p38MAPK 的基因和蛋白表达，并通过阻断p38MAPK 信号通路，降低IL⁃1β、升高IL⁃4 的基因及蛋白表达。脾胃湿热证的发生伴随着水通道蛋白（AQP）3、AQP4 的异常表达，李姿慧等［23⁃24］实验发现，在脾虚湿困型溃疡性结肠炎大鼠模型中，参苓白术散可以降低大鼠结肠组织ERK、p38MAPK 表达，其可能通过抑制ERK、p38MAPK 信号通路的激活以调控AQP3、AQP4的表达，有效改善结肠水液代谢功能。刘玉晖等［25］发现，参苓白术散可以通过对ERK／p38MAPK 信号通路的影响起到抗炎症性肠病的作用，进一步发现，灌胃给予大鼠参苓白术散能抑制LPS 诱导肠隐窝上皮细胞IEC⁃6 中相关蛋白升高，减少细胞骨架、通透性的改变，从而抗肠上皮细胞损伤。亦有多种复方的抗炎作用经过验证与MAPK 信号通路相关。兰茵凤扬化浊解毒方促使ERK 通路激活，升高ERK mRNA 与蛋白磷酸化水平，促进细胞增殖，加速肠黏膜修复［26］。宋艳琦等［27］发现，化浊清解愈溃 煎能抑制p38MAPK 通路活化，从而通过减少TNF⁃α 的释放以及升高抗炎因子IL⁃4 的表达来抗炎症。姜小艳等［28］发现，理肠汤能作用于p38MAPK 通路，降低IL⁃1 等促炎因子释放。姚玲等［29］观察肠愈灌肠方对60 例溃疡性结肠炎患者的疗效发现，其能通过调控p38MAPK 信号通路，减少TNF⁃α 等促炎因子的释放以及增加IL⁃10 水平来改善患者病情。Bax基因能诱导细胞凋亡，Bcl⁃2 能抑制细胞凋亡，Bcl⁃2 蛋白能与Bax 结合形成稳定的异二聚体抑制细胞凋亡。四神丸通过抑制p38MAPK 信号通路中p38MAPK、p53、caspase⁃3、c⁃Jun、c⁃Fos、Bax、TNF⁃αmRNA 表达，提高Bcl⁃2 mRNA 和Bcl⁃2／Bax比值［30］。白芍七物颗粒剂可降低溃疡性结肠炎大鼠模型中NOXs、ROS、p38MAPK、IL⁃1β 表达，其可能通过抑制NOXs⁃ROS⁃p38MAPK 信号通路相关基因及蛋白的表达来改善溃疡性结肠炎［31］。

表2 中药复方影响MAPK 通路防治溃疡性结肠炎

图3 中药复方通过MAPK 通路防治溃疡性结肠炎路径图

2.3 中药影响MAPK 通路防治炎⁃癌转化 目前对炎⁃癌转化中MAPK 通路研究较少，研究多集中在Wnt／β⁃catenin、STATs 信号通路。娄朝胜等［32］通过化学诱导剂氧化偶氮甲烷／葡聚糖硫酸钠（AOM／DSS）联合诱导法，模拟正常黏膜到炎症到腺瘤以及到腺癌生成的全过程，模型小鼠Toll样受体4（TLR4）／MAPKS 信号通路激活，靶基因PCNA、COX⁃2、Bcl⁃xl 表达升高，肠黏膜TLR4、p⁃JNK1／2、p⁃p38、p⁃ERK1／2、p⁃NF⁃κBp65、PCNA、COX⁃2、Bcl⁃xL 表升高，促进其下游的NF⁃κB 通路的活化，灌肠给予小鼠益脾养胃汤药液后，小鼠血清和结肠组织IFN⁃γ、IL⁃12 水平降低，IL⁃4 水平升高，TLR4、p⁃JNK1／2、p⁃p38、p⁃ERK1／2 mRNA 和蛋白表达降低，p⁃NF⁃κBp65、PCNA、COX⁃2、Bcl⁃xL 蛋白表达降低，提示益脾养胃汤可以降低TLR4／MAPKS 信号通路的表达，抑制下游NF⁃κB 的激活，同时降低靶基因PCNA、COX⁃2 和Bcl⁃xL 和炎症细胞因子水平，修复肠黏膜，缓解炎症来防治溃疡性结肠炎癌变。Li等［21］发现，香草醛可以降低模型小鼠结肠组织ERK、JNK、p38MAPK 的磷酸化水平，从而抑制炎症的恶性转化。

3 MAPK 在炎性肠病相关肿瘤中的作用

3.1 结直肠癌中的MAPK 通路 MAPK 通路调控肿瘤血管新生、细胞凋亡、侵袭和转移等。与癌旁组织相比，结直肠癌组织中ERK1／2 mRNA，ERK1／2、p⁃ERK 1／2 蛋白表达升高，且与肿瘤分化程度、淋巴结转移和TNM 分期密切相关［33］。p38MAPK 与JNK 信号通路根据肿瘤细胞种类及刺激类型等因素具有不同作用及表达。p38MAPK 往往因其在细胞分化、生长抑制和凋亡诱导中的作用而被定义为肿瘤抑制因子，p38MAPK 磷酸化水平升高可以诱导caspase⁃3 活化，促进其凋亡；但也有研究指出p38MAPK 可以直接磷酸化并抑制caspase⁃8、caspase⁃3 活性，有利于肿瘤细胞的增殖［34］。JNK 介导c⁃Jun 和ERK 磷酸化可以促进肿瘤细胞增殖、抗凋亡；但同样有研究发现，JNK 还可以调控凋亡相关蛋白Bcl⁃2、Bax 等促进细胞凋 亡［35⁃36］。Ras⁃Raf⁃MEK⁃ERK 信号传导通路介导细胞的增殖、分化、凋亡，与体内肿瘤细胞的增殖 及转移密切相关，JNK、ERK1／2、p38MAPK 等磷酸化后可影响细胞周期、cleaved⁃caspase⁃3、基质金属蛋白酶等表达。

3.2 中药介导MAPK 影响结直肠癌 HCT⁃116 细胞、LoVo细胞、HT⁃29 细胞、SW480 细胞等是常用的结直肠癌细胞。王志国等［37］通过异甘草素处理HCT⁃116 细胞，发现异甘草素可升高cleaved⁃caspase⁃3 表达，抑制结直肠癌细胞的增殖、侵袭和迁移，诱导细胞发生凋亡，其机制可能与抑制JNK、ERK1／2、p38MAPK 的磷酸化有关。通过光果甘草根和根状茎的主要疏水活性成分光甘草定处理HCT⁃116 细胞，发现光甘草定能下调JNK 通路，上调p38 通路，且可能部分通过JNK 通路降低肌球蛋白轻链（MLC）的磷酸化水平从而抑制HCT⁃116 细胞的迁移，而同样处理人结直肠癌RKO 细胞，细胞中JNK 磷酸化水平先上升后下降，p38 通路升高［38］。PDZ 结合激酶（TOPK／PBK）是MEK 蛋白家族的成员，姜黄素被证实可抑制其活性，降低下游ERK1／2及H3 的磷酸化水平，促HCT⁃116 细胞凋亡［39］。氯化两面针碱可降低ERK 的磷酸化水平，降低Bcl⁃2 表达和升高Bax表达，且与ERK 抑制剂U0126 协同促进HCT⁃116 细胞的凋亡［40］。Huang 等［41］发现，黄连碱能够降低HCT⁃116 细胞中ERK mRNA 及蛋白表达，将HCT⁃116 细胞注入裸鼠体内并在局部迅速生长为肿瘤后，发现黄连碱可通过MAPK 途径降低肿瘤组织中癌基因K⁃ras、TNF⁃β的转录，同时升高抑癌基因p53 的表达。灵芝多糖诱导HCT⁃116 细胞凋亡的作用可被JNK 通路抑制剂SP600125 降低，LoVo 细胞的凋亡可被ERK 抑制剂、p38MAPK 抑制剂和JNK 抑制剂抑制，表明MAPK 通路参与灵芝多糖诱导HCT⁃116 细胞、LoVo 细胞凋亡［42⁃43］。Wang 等［44］通过不同浓度18β⁃甘草次酸处理大肠癌细胞LoVo、SW480、SW620后，发现肿瘤细胞p⁃JNK、p⁃p38MAPK 水平降低，且呈剂量和时间依赖性。研究发现，石蒜碱通过逆转上皮间充质转化EMT 过程及调控ERK／MAPK 信号通路，降低磷酸化ERK1／2 水平而抑制LoVo 细胞的生长［45］，还发现其能降低HT⁃29 细胞Bcl⁃2、p⁃ERK、AKT、NF⁃κB 蛋白表达，升 高 Bax、caspase⁃3、p38MAPK、JNK 表达来抑制细胞增殖，并诱导其凋亡［46］。表皮生长因子受体（EGFR）与大肠癌的发生、转移乃至预后等都有密切联系，抑制其激活可以促进结肠癌细胞凋亡，MAPK 信号通路是EGFR 的主要下游蛋白激酶。熊果酸是抗肿瘤中药滕梨根主要有效成分之一，其能介导HT⁃29 细胞 EGFR／MAPK 信号通路，降 低 EGFR、ERK1／2、p38MAPK、JNK 的磷酸化［47］。Li 等［48］发现，牛蒡子苷元可通过增加ROS 水平，激活p38MAPK 通路和线粒体膜电位的变化，且剂量依赖性地增加HT⁃29 细胞凋亡率。苦豆碱能降低HT⁃29 细胞中磷酸化的Raf 蛋白和磷酸化ERK1／2的蛋白表达，其可能通过Ras／Raf／ERK1／2 通路抑制细胞增殖，并降低体内移植HT⁃29 的肿瘤组织内磷酸化ERK1／2蛋白表达来抑制肿瘤生长［49］。桔梗皂苷D 能降低G1期的细胞周期相关蛋白cyclinD1、原癌基因c⁃myc、周期蛋白依赖性激酶6（CDK6）的表达将SW620 细胞周期阻滞在G1期，升高caspase⁃3 表达和剪切其底物PARP 诱发细胞调亡，并且与去磷酸化ERK1／2，激活JNK、p38MAPK 信号通路有关［50⁃51］。苦参碱处理K⁃ras基因突变型人结肠癌SW480细胞发现，其可能降低MAPK 通路下游MEK1／2 的表达，抑制细胞生长、增殖，促进凋亡［52］。雷公藤甲素可能通过抑制SW480 细胞中ERK 以及下游基因GABPα mRNA 表达，抑制细胞增殖［53］。中药有效成分介导MAPK 影响结直肠癌情况见表3。

表3 中药有效成分通过MAPK 防治结肠癌

4 问题与展望

4.1 MAPK 通路在肿瘤中的作用有待深入研究 在信号通路对机体疾病的调控过程中，各通路上下游信号因子之间相互影响、相互作用，构成复杂的信号网络。MAPK 通过促进相关基因的表达介导机体的炎症反应、细胞增殖、分化、凋亡等，也能调控下游的NF⁃κB等，是研究溃疡性结肠炎、炎⁃癌转变过程、结直肠癌的经典信号通路，对于疾病的治疗具有重要作用，但在各种生理以及病理过程中细胞内其他信号通路与其交互整合过程依然不够清楚，如在中药单体对结直肠癌的研究中，同样的肿瘤细胞系得到的实验结论不一致，可能是因为对通路的检测指标较为局限，对信号通路上下游因子的变化没有进行深入的系统的分析研究。因此在对信号通路作用机制的研究，特别是中医药对疾病影响下的机体调控网络作用的探讨，需要更进一步更全面的研究。

4.2 复方在肿瘤中的研究较少 中医认为人体是一整体，中药以及复方是多组分多靶点的，对疾病的调控通过复杂的网络调控机制来发挥作用，包括介导多种信号通路如MAPK 通路、NF⁃κB 通路、STATs 通路等，但中医药特别是经方对于疾病的作用机制尚未完全阐明。而在中医药通过介导MAPK 通路对肿瘤的调控研究中，对中药单体研究较多，以中药复方作为研究对象的则相对较少。因此，需要加强中药复方在MAPK 信号转导通路中的研究，如借助网络药理研究的方法和手段理清中药复方多靶点、多渠道影响信号通路的网络图。中药复方的多样作用对应了信号通路调控的复杂性，而这正是其发挥作用的特色和优势，阐明作用机制有助于进一步开发中药新产品，扩大临床应用。

4.3 炎⁃癌转化领域研究较少 溃疡性结肠炎患者癌变随病程的延长而升高，所以炎⁃癌转化的病理机制与治疗药物的研发也是科研热点之一。目前中医药也有炎⁃癌转化的研究，如芍药汤、黄芩汤对AOM／DSS 造模小鼠的干预研究等，但信号转导通路中MAPK 通路研究较少，多为Wnt／β⁃catenin、STATs 信号通路，针对这种情况，需要扩大中医药在炎⁃癌转化领域的研究，临床和基础研究相结合，阐明临床有效方剂的多重分子机制。

综上所述，中医药对炎症、炎⁃癌转化及癌症等具有良好的临床预防和治疗作用，但中药筛选不够全面，对其分子机制信号通路的研究也较为单一，未从整体进行系统研究。中药影响MAPK 通路的机理还需深入研究，为抗炎抗肿瘤新药的研发提供基础研究支撑。