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中医药调控PI3K/AKT信号通路干预溃疡性结肠炎研究进展

2024-03-22王浩程丽敏

河南中医 2024年3期
关键词:结肠中医药黏膜

王浩,程丽敏

黑龙江中医药大学,黑龙江 哈尔滨 150040

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是发生于直肠远端黏膜层,并向结肠黏膜延伸并累及其他区域的炎症性肠病[1],临床以腹部绞痛、大便频率增加、黏液浓血便为特征[2]。本病的发病机制与上皮屏障功能缺陷、共生菌群失调、抗原识别障碍、免疫反应失调、白细胞募集和遗传因素等有关[3]。目前,UC的治疗主要采用非生物疗法,临床常用药物为水杨酸制剂、钙调磷酸酶抑制剂、皮质类固醇及免疫抑制剂等[4],但仍存在不良反应多,疗程长,价格昂贵等不足,且有研究表明以上药物会导致腹痛腹泻、恶心呕吐等一系列不良反应[5]。

根据临床症状,中医学将UC归为“肠风”“脏毒”“肠澼”“痢疾”等范畴,其病机总属脏腑亏虚、气血阴阳失调,治法多以清肠化湿、调气和血、健脾温肾、寒热平调、解毒消痈、托疮生肌、扶正固本为主[6-8]。中医药可以通过调节肠道菌群、免疫功能、炎症反应、氧化应激,改善肠黏膜屏障治疗UC,具有疗效显著、复发率低等优势[9-10]。

近年来,国内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)信号通路为切入点,进行关于中医药调控PI3K/AKT信号通路治疗UC的动物实验及临床研究[11]。PI3K/AKT信号通路作为参与免疫反应和细胞凋亡过程中的重要信号转导通路,在应激状态下被活化,磷酸化的AKT可通过增强核因子κB(inhibitor of κB,IκB)的磷酸化和减少IκB的合成来激活核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB),从而促进抗肿瘤坏死因子-a (tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)等促炎细胞因子的表达和分泌,导致细胞因子分泌失衡,参与UC的发生发展[12-13]。因此,靶向调节PI3K/AKT通路或可成为中医药治疗UC新方向。本文基于PI3K/AKT通路,系统整理了中医药干预该通路治疗UC的文献,以期为临床中医药治疗该病提供新靶点和新思路。

1 PI3K/AKT信号通路研究概述

PI3K/AKT信号通路作为机体调节免疫反应和细胞凋亡的重要途径,该通路涉及许多免疫反应和细胞凋亡相关的疾病,在炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)、癌症等疾病中发挥着重要作用[14]。

PI3K是脂质激酶家族的成员之一,通常是指I类PI3K,是由催化亚基 (p110) 和衔接子/调节亚基 (p85) 组成的异二聚体。根据其不同的调节亚基和上游激活剂可将其分为IA和IB两类,IA类PI3K由受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)和趋化因子受体G蛋白耦联受体(G protein coupled receptors,GPCRs)激活,共包含3种亚型(PI3Kα、PI3Kβ和PI110Kδ),IB类PI3K由PI110Kγ组成,主要由GPCR激活。活化的PI3K能够磷酸化肌醇磷脂中的肌醇环3-OH基团以产生第二信使磷脂酰肌醇-3,4,5(PI-3,4,5)及PIP3,AKT与以上磷脂相互作用后易位到细胞内膜,随即被细胞内膜中的磷酸肌醇依赖性激酶1(recombinant phosphoinositide dependent protein kinase 1,PDK1)、PDK2磷酸化和激活[15-17]。

AKT是PI3K的直接下游效应器,其具有三种高度保守的亚型,包括AKT1(PKBα),AKT2(PKBβ)和AKT3(PKBγ)[18]。在PDK1、PDK2和丝氨酸/苏氨酸激酶的作用下,AKT活化环中的Thr 308和AKT C末端调控结构域中的Ser 473磷酸化,促进AKT完全活化[19]。完全活化的AKT被释放到细胞质或细胞核中,进一步调控其下游靶点半胱氨酸蛋白酶-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,从而调节免疫反应和细胞的增殖、分化、凋亡及迁移[20]。

2 PI3K/AKT信号通路在UC中的作用机制及相关调控因子

UC的发病机制复杂,与多种细胞调节机制相关,研究发现细胞凋亡在UC发病过程中起到重要作用,而PI3K/AKT通路正是调节细胞凋亡的主要效应通路[21-22]。Huang等[12]研究UC患者结肠黏膜组织的病理状态,发现患处黏膜组织存在大量 p-AKT阳性细胞,且p-AKT阳性细胞主要存在于细胞质中。Jiang等[23]采用二甲基肼(dimethyl hydrazine,DMH)/硫酸葡聚糖钠(dextran sulfate sodium salt,DSS)法建立UC大鼠模型,发现UC大鼠MiR-233 mRNA和mTOR表达水平,p-AKT、P110、P85蛋白表达,细胞凋亡率,IL-1β、IL-6等含量均显著升高,提示UC病理过程中的细胞凋亡和免疫反应与PI3K/AKT/mTOR信号通路密切相关。

有研究发现,UC患者肠黏膜活检组织中PI3K/AKT通路的表达显著增强,从而促进细胞凋亡进程,当细胞凋亡超出巨噬细胞的可控范围时,未被吞噬的凋亡细胞就会发生继发性坏死,导致细胞内容物外溢到周围组织中,激活巨噬细胞产生大量炎症细胞因子,如TNF-α、干扰素-α(interferon-α,IFN-α)、IL-6和IL-1β[21,24-25],使得UC患者结肠炎症反应持续且不缓解。Zhang等[26]利用苦基磺酸水溶液(2,4,6-trinitrobenzenesulf onic acid,TNBS)/乙醇混合物灌肠剂建立UC大鼠模型,发现PI3K/AKT通路也可以通过磷酸化IκB来激活NF-κB,从而促进促炎细胞因子的表达和分泌,如TNF-α和IL-1β,导致细胞因子分泌失衡,表明UC大鼠中的PI3K/AKT通路激活与持续不缓解的结肠炎有关。

综上,UC中PI3K/AKT通路的过度激活可能是其发病的关键因素之一。随着UC病情的变化,PI3K/AKT的生物活性及含量也会出现改变,PI3K/AKT通路在UC的预后评估上也有一定价值。因此,抑制PI3K/AKT通路信号传导以增强机体抗细胞凋亡和调节免疫功能的能力,保护肠黏膜屏障功能的完整性和稳定性,有望成为UC治疗中更具价值的靶标[27]。

3 中医药对UC中PI3K/AKT信号通路的调控

UC属中医学“肠风”“脏毒”“肠澼”“痢疾”等范畴,其病机为脏腑亏虚、气血阴阳失调,病位在大肠,与脾、肾、肝、肺关系密切。本病病机总属本虚标实,本虚以脾肾亏虚为主;标实以湿热毒邪蕴结,气血凝滞为主。《素问玄机原病式》载:“诸泄痢皆属于湿,湿热甚于胃肠之内……以致气液不得宣通而成。”脾肾亏虚、湿热毒邪下注大肠,致肠府气血瘀滞,湿热瘀毒搏结,合而为病,故中医治疗本病常以清热燥湿、活血化瘀、健脾温肾法为主[28]。中医药治疗UC具有多靶点、多通路等优势,通过文献分析,可以将中医药调控治疗UC的方法分为清热解毒燥湿、活血化瘀止血、健脾温肾祛湿和攻补兼施法等4种。

3.1 中药复方

3.1.1 清热解毒燥湿芍药汤是《素问病机气宜保命集》中的经典名方,具有清热燥湿、调气和血之功效,研究表明该方对UC疗效肯定[29]。孙晨安[30]进一步研究发现,与模型组相比,芍药汤组UC大鼠TLR2、PIK3CA、AKT等蛋白的表达显著降低,表明芍药汤可以抑制TLR2/PI3K/AKT信号通路传导,修复UC大鼠肠黏膜组织损伤,有效抑制免疫反应达到治疗效果。白头翁汤是“热毒下痢”名方[31],《伤寒论·辨厥阴病脉证并治》曰:“热利下重者,白头翁汤主之。” Wang等[32]使用白头翁汤干预UC小鼠,证实白头翁汤可显著降低PI3KmRNA、AKTmRNA等蛋白及PI3K-AKT-mTORC1信号通路的磷酸化水平,抑制白细胞介素-13(interleukin,IL-13)和髓过氧化物酶(myelopeoxidase,MPO)的表达,有效缓解UC小鼠结肠炎症。黄芩汤出自《伤寒论》,被誉为治痢之祖方,具有清热止痢之效[33]。Li等[34]研究发现,UC小鼠经黄芩汤治疗后RasGTP表达显著降低,作用机制是通过抑制PI3K-AKT-HIF-1α和NF-κB通路的激活,促进结肠组织修复来改善DSS诱导的结肠炎。三黄汤具有清热燥湿、泻火解毒之功[35]。Han等[36]研究发现,三黄汤干预UC小鼠可显著降低TLR4、IL-1β、p-NF-κB、p-PI3K和 p-AKT等蛋白的异常表达,表明三黄汤可能通过抑制PI3K-AKT通路缓解白色念珠菌感染的UC。葛根芩连汤具有解表清里、升阳止利之功,主治表邪不解而协热下利之证[37]。Liu等[38]研究发现,UC小鼠经过葛根芩连汤灌胃后,其体内表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor,EGFR)、PI3K和p-AKT蛋白表达显著降低,TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎细胞因子的表达受到明显抑制,表明葛根芩连汤可能通过抑制EGFR、PI3K/AKT信号通路的激活来降低炎症反应,发挥治疗UC的作用。香连丸主治赤白相兼、里急后重之湿热痢疾之证。Wang等[39]研究发现,香连丸可逆转UC小鼠中PI3K的表达以及AKT和mTOR的磷酸化,降低TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17和INF-γ等炎症因子的浓度,表明香连丸治疗UC的潜在机制可能是阻断PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活来促进自噬反应。

上述研究表明,芍药汤、白头翁汤、黄芩汤、三黄汤、葛根芩连汤、香连丸等清热解毒燥湿类中药复方可抑制PI3K/AKT信号通路,从而降低NF-κB通路及多种炎症因子的表达,缓解UC的结肠炎症反应。

3.1.2 活血化瘀止血溃结安康汤具有清热解毒、化瘀通络之效。张晓明等[40]利用三硝基苯磺酸建立UC大鼠模型,发现溃结安康汤可抑制UC大鼠结肠组织中p-PI3K、p-AKT、NF-κB、MPO蛋白和炎症因子(如IL-6、TNF-α)的表达,证实溃结安康汤通过抑制PI3K/AKT/NF-κB信号通路,减少肠道中的MPO以及炎性因子IL-1及TNF-α的分泌,进而减轻UC大鼠肠道炎症。参黛清肠汤具有祛瘀解毒、化浊升清之效。杜明民等[41]研究表明参黛清肠汤可抑制PI3K表达及AKT、mTOR磷酸化激活,进而抑制PI3K/AKT-mTOR信号转导,发挥抗UC的作用。榆瑞灌肠汤具有清热凉血、涩肠止利之效。熊珮宇[42]利用榆瑞灌肠汤干预UC大鼠,发现其可能是通过抑制PI3K/AKT信号通路的激活,进而降低相关炎症因子的产生,减轻UC大鼠结肠炎症反应。槐花散具有清肠凉血、疏风行气之效,已被证实对UC具有较好疗效[43]。Chen等[44]研究发现,槐花散在DSS诱导的UC小鼠和体外RAW264.7细胞培养模型中,主要是通过抑制EGFR/PI3K/AKT/缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1)/血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)信号通路,进而有效抑制IL-6、TNF-α、IL-1β等炎症细胞因子的释放,发挥其治疗作用。

上述研究表明,溃结安康汤、参黛清肠汤、榆瑞灌肠汤、槐花散等活血化瘀止血类中药复方可通过抑制PI3K/AKT信号通路的激活,进而降低相关炎症因子的产生,减轻UC结肠炎症反应。

3.1.3 健脾温肾祛湿薏苡附子败酱散出自《金匮要略》,具有健脾温阳、清热解毒祛湿之效,是临床治疗UC的常用方剂[45]。陈丽萍等[46]将薏苡附子败酱散应用于UC大鼠,发现薏苡附子败酱散是通过抑制EGFR/PI3K/AKT通路及半胱氨酸蛋白酶-3(cysteinyl aspartate-specific proteinase-3,Caspase-3)的表达,进一步调控细胞增殖及凋亡达到治疗UC的目的。四神丸具有健脾温肾、涩肠止泻之效。王燕等[47]研究发现,UC大鼠经四神丸干预后,PI3K p85、p-PI3K p85、AKT、p-AKT Ser473、mTOR、p-mTOR Ser2448等蛋白含量显著降低,表明四神丸可能通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活,进而调控炎症反应及细胞凋亡,调节机体免疫、自噬,从而改善肠道黏膜损伤。健脾清热活血方已被证实对UC有良好疗效[48]。张涛等[49]研究证实,健脾清热活血方可通过下调P85、P-AKT、细胞周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinase 1,CDK1)的表达,降低炎症反应,修复肠道黏膜,发挥对UC的治疗效果。清肠温中汤具有温中健脾、清热燥湿、凉血化瘀之效。Mao等[50]研究发现,清肠温中汤可降低PI3K/AKT信号通路的活性,上调MSP/RON信号通路的表达,抑制肠道炎症,改善肠黏膜屏障功能,最终达到修复肠黏膜治疗UC的目的。

上述研究表明,薏苡附子败酱散、四神丸、健脾清热活血方、清肠温中汤等健脾温肾祛湿类中药复方,可降低PI3K/AKT信号通路的活性,调控炎症因子与细胞凋亡,调节机体免疫、自噬反应,发挥其修复肠黏膜的作用,从而达到治疗UC的目的。

3.1.4 攻补兼施左金丸出自《丹溪心法》,金晶等[51]研究表明,左金丸可通过抑制炎症因子、修复肠黏膜屏障而有效治疗UC。吴丽红等[52]进一步研究发现,观察组PI3KmRNA、AKTmRNA和mTORmRNA的表达显著降低,表明左金丸可能通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路活化,调控细胞增殖、分化及凋亡,改善UC患者的肠黏膜损伤。人参败毒散为“逆流挽舟”法代表方,具有益气解表、散寒除湿之效,主治脾虚湿滞、正虚邪恋型UC。Zhang等[26]研究发现,人参败毒散可以抑制PI3K/AKT/NF-κB通路,减少细胞凋亡,并下调TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的表达,表明人参败毒散通过调节PI3K/AKT/NF-κB信号通路,对UC发挥抗炎和抗凋亡的治疗作用。乌梅丸主治中脏虚寒,久泻久痢之证,对UC有较好疗效。Xu等[53]研究表明,乌梅丸可通过调控VEGF-PI3K/AKT-内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)信号通路,抑制结肠组织中VEGFRA、VEGFR3、酪氨酸激酶和eNOS等蛋白的表达,调节炎症细胞因子浓度来控制UC炎症的发展。

上述研究表明,左金丸、人参败毒散和乌梅丸等中药复方可通过抑制PI3K/AKT通路的激活,调控肠道免疫应激与细胞凋亡反应,缓解UC肠黏膜损伤而发挥其在UC中的治疗效果。

3.2 中药单体及成分

3.2.1 清热解毒燥湿苦参具有清热燥湿之效,单味苦参及其提取物(如氧化苦参碱)在UC中的疗效已被证实。Jiang等[54]研究表明,苦参可能通过PI3K-AKT信号传导及其下游途径作用于多种促炎细胞因子,从而对UC的炎症反应起到拮抗作用。氧化苦参碱是苦参提取物中的主要生物碱之一,具有免疫调节、抗炎和抗癌等活性。Chen等[55]进一步研究氧化苦参碱在UC中的作用机制,发现氧化苦参碱可以通过PI3K/AKT途径下调辅助性T细胞(T help cell 17,Th17)和辅助性T3细胞(T help cell 13,Th13)的分化,调节免疫反应及细胞凋亡,改善肠黏膜屏障,缓解UC结肠炎症反应。黄芩苷是从黄芩根中提取分离出来的一种黄酮类化合物,具有抗炎、抗癌等生物活性。朱磊等[56]研究发现,UC大鼠经黄芩苷处理后,PI3K和AKT蛋白的磷酸化水平降低,环氧化酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)、黏附连接蛋白(β-catenin)、半胱氨酸蛋白酶-9(Caspase-9)、FasL的蛋白表达受到抑制,证明了黄芩苷能够抑制PI3K/AKT信号通路的活性,减轻炎性反应,减少肠上皮细胞凋亡,发挥治疗UC的作用。大黄素对氧化应激和炎症具有显著作用[57]。Dong等[58]研究证实,给予大黄素可以显著抑制DSS诱导的UC小鼠PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活,调节下游NF-κB信号通路,发挥治疗UC的作用。土茯苓提取物白藜芦醇可调节自噬反应发挥抗炎等功能[59]。Zhu等[60]研究表明,白藜芦醇可抑制PI3K/AKT途径的激活,并降低VEGFA基因表达以缓解UC小鼠结肠炎症反应。小檗碱是黄连的主要成分,具有抗炎、抗氧化免疫调节等功能。王佳俊等[61]研究发现,小檗碱可通过调节PI3K/AKT/NF-κB信号通路,改善氧化应激,恢复机体正常的免疫反应,保护肠黏膜屏障,从而治疗UC。靛玉红是青黛的主要成分,具有抗炎、抗细胞凋亡等多种生物活性。李楠[62]将靛玉红应用于UC大鼠,发现靛玉红组大鼠PI3KmRNA、AKTmRNA及p-AKT蛋白表达受抑制,表明靛玉红可能通过抑制PI3K/AKT信号通路活化,抗肠道细胞凋亡,抑制炎症进程,从而有效改善UC大鼠肠道炎症症状。

上述研究表明,氧化苦参碱、黄芩苷、大黄素、白藜芦醇、小檗碱及靛玉红等清热解毒燥湿类中药单体成分拮抗UC的作用机制,主要是通过抑制PI3K/AKT信号通路的传导,减轻炎性免疫反应,减少肠上皮细胞凋亡,进而修复受损肠黏膜组织,维持肠道屏障功能而起效。

3.2.2 活血化瘀止血双去甲氧基姜黄素是姜黄的有效成分之一,具有抗炎、抗氧化应激、抗肿瘤等多种生物活性。吴慧欢等[63]利用双去甲氧基姜黄素干预DSS诱导的UC小鼠模型,发现双去甲氧基姜黄素干预组小鼠结肠组织中,p-P13K和p-AKT的表达水平显著降低,多种促炎因子(如TNF-α、IL-6β、IL-1)含量减少,表明双去甲氧基姜黄素可通过抑制PI3K/AKT信号通路来治疗结肠炎症反应。

3.2.3 健脾温肾祛湿黄芪多糖是黄芪的主要成分之一,在UC治疗中的疗效已被证实。赵海梅等[64]研究发现TNBS诱导的UC大鼠经黄芪多糖治疗后,p-AKT、PI3K蛋白表达降低,表明黄芪多糖可抑制PI3K表达,抑制p-AKT活化,提示黄芪多糖通过抑制PI3K/AKT信号通路活性减轻炎性损伤来治疗UC。白术内酯-1是白术的主要生物碱成分,具有抗炎和抗癌等多种生物活性[65]。Qu等[66]研究表明,白术内酯-1通过鞘氨醇激酶-1(sphzngosine kinase-1,SPHK1)/PI3K/AKT信号通路抑制结肠炎症反应,恢复肠黏膜屏障完整性,起到拮抗UC的作用。

上述研究表明,黄芪多糖、白术内酯-1等健脾温肾祛湿类中药单体成分可抑制PI3K/AKT信号通路的活性,进而抑制多种炎症因子的释放,缓解肠黏膜组织损伤,发挥抗UC的作用。

综上所述,中医药可通过调控PI3K/AKT信号通路的活性来治疗UC结肠炎症损伤,其功效主要以清热解毒燥湿、活血化瘀止血、健脾温肾祛湿和攻补兼施等为主,这也恰好与UC湿热、瘀血、脾肾亏虚等发病机制相契合,具体见表1、表2。

表1 中药复方调控PI3K/AKT信号通路治疗UC的作用机制

表2 中药单体及成分调控PI3K/AKT信号通路治疗UC的作用机制

4 小结

近年来,PI3K/AKT信号通路是参与免疫反应和细胞凋亡过程中的重要信号转导通路,该通路的异常激活是UC发病的重要机制之一。中医药在UC的治疗中占据着重要的地位,中医药调控PI3K/AKT信号通路逐渐成为科研领域新的研究热点。本文就目前治疗UC的相关中医药研究进行归纳,发现通过干预PI3K/AKT信号通路中的相关因子而发挥治疗作用的中医药疗法主要有清热解毒燥湿、活血化瘀止血、健脾温肾祛湿和攻补兼施等4种类型,与UC的基本病机相符。分析用药规律发现,以黄芩、黄连等清热解毒燥湿类中药使用频次较高,中药复方通常兼顾标本,诸药配伍互相作用。

目前,中医药干预PI3K/AKT信号通路治疗UC主要通过以下几个方面:(1)通过抑制上游信号因子EGFR,进而抑制PI3K/AKT通路,减少TNF-α、IL-1β和IL-6在内的促炎细胞因子的表达,降低结肠炎症反应,减轻炎症所引起的结肠组织损伤;(2)直接作用于PI3K-AKT通路,进而抑制NF-κB的表达,减少细胞凋亡和促炎因子的表达,缓解肠黏膜组织损伤,修复肠黏膜屏障功能的完整性;(3)通过PI3K/AKT途径下调Th17和Th3细胞的分化,调节免疫反应及细胞凋亡,改善肠黏膜屏障,缓解UC结肠炎症反应。中医药成分复杂,其有效成分作用靶点多,干预范围广,治疗途径多样,其具体分子生物学作用机制尚未完全明确,因此今后需更进一步的研究,为临床治疗UC等易反复的消化性疾病和相关药物的开发提供新策略。

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