陳亞 江圓 楊浩 湯琦琦， 袁濤 梁蓓蓓

作者單位：201203 上海 1上海中醫(yī)藥大學(xué)；201318 上海 2上海健康醫(yī)學(xué)院分子影像重點實驗室，上海健康醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院；200093 上海 3上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院

癌癥是由多種原因共同作用的結(jié)果，如致癌基因激活或抑癌基因失活、外部因素引起的突變以及表觀遺傳修飾［1-2］。腫瘤細胞主要通過新陳代謝促進生長、存活、增殖和長期維持。實際上，整個腫瘤代謝網(wǎng)絡(luò)在癌基因和抑癌基因的控制下重新編輯，葡萄糖代謝為腫瘤細胞增殖提供充足的能量和營養(yǎng)物質(zhì)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用。腫瘤具有獨特的糖代謝特征，亦稱為“Warburg效應(yīng)”［3］。對“Warburg效應(yīng)”的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞中的糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑增加，而三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TAC）減弱［4］。其中“Warburg效應(yīng)”中提到的有氧糖酵解途徑與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。目前靶向氧糖酵解關(guān)鍵酶，如己糖激酶 2（hexokinase 2，HK2）、乳酸脫氫酶（lactic dehydrogenase，LDH）、丙酮酸激酶 2（pyruvate kinase 2，PKM2）、磷酸果糖激酶 3（phosphofructokinase 3，PFKFB3）以及其他小分子抑制劑也取得一定進展，如靶向異檸檬酸脫氫酶2（isocitrate dehydrogenase 2，IDH2）抑制劑恩西地平［5］、靶向葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）抑制劑利托那韋［6］以及靶向LDHA的小分子抑制劑等［7］。本文綜述能調(diào)控腫瘤有氧糖酵解途徑中關(guān)鍵酶的抗腫瘤中藥應(yīng)用及研究進展。

1 調(diào)控己糖激酶的抗腫瘤中藥成分

己糖激酶（HK）是糖酵解途徑的第一個關(guān)鍵酶，可將ATP的磷酸基團轉(zhuǎn)移給葡萄糖，使之磷酸化成葡萄糖-6-磷酸。在正常細胞中游離的HKs分子大量存在，而在腫瘤細胞中HKs分子可與線粒體結(jié)合形成HKs顆粒，其中N端可連接到線粒體外膜上而與線粒體形成通透性復(fù)合物。電壓依賴性陰離子通道的隧道配合物蛋白（voltage-dependent anion channel，VDAC）也可與HKs結(jié)合，形成HKs-VDAC。而HKs-VDAC可增強ATP結(jié)合線粒體的能力，從而為腫瘤細胞提供能量［8］。目前已發(fā)現(xiàn)了5種己糖激酶同工酶（HK1～5），且分布于不同組織和器官中［9］。其中HK1和HK2具有高底物親和力，而HK4對葡萄糖有低親和力，是重要的葡萄糖傳感器。研究顯示HKs（主要是HK2亞型）在多種類型癌癥中過表達［10］。在動物模型中發(fā)現(xiàn)HK2缺失可抑制癌細胞增殖，也可使糖酵解顯著減少，影響多種中樞代謝途徑和破壞線粒體外膜穩(wěn)定，最終導(dǎo)致細胞死亡［11-12］。以上研究提示HK2可能是參與腫瘤進展的關(guān)鍵因素。

黃連素是一種從中藥黃連、黃柏、三顆針等植物中提取的生物堿。吳成國等［13］研究發(fā)現(xiàn)黃連素在低濃度時可增強人肺癌A549細胞增殖活性，高濃度時則抑制其增殖活性且下調(diào)HK2表達并影響細胞內(nèi)上皮細胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）相關(guān)蛋白表達，同時細胞外酸化率（extracellular acidification rate，ECAR）和細胞耗氧率（cell oxygen consumption rate，OCR）明顯降低，糖酵解水平受抑制，使用重組HK2也能顯著阻斷黃連素對EMT的抑制作用，認(rèn)為HK2可能是抑制肺癌A549細胞EMT發(fā)生的關(guān)鍵因素。

人參皂苷是中藥人參的藥理活性成分。迄今為止，已鑒定出100多種人參皂苷化合物，其中立體異構(gòu)體20（S）-rg3是具有抗腫瘤作用的生物活性提取物之一。在卵巢癌細胞中發(fā)現(xiàn)20（S）-Rg3可通過靶向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（Signal transduction and transcriptional activator 3，STAT3）/HK2 通路抑制“Warburg效應(yīng)”［14］。

白藜蘆醇是從葡萄、漿果、花生和其他來源中提取的膳食多酚，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的多個階段都具有抗癌活性。DAI等［15］研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可通過抑制HK2表達激活線粒體相關(guān)凋亡信號而抑制肝癌細胞的糖酵解并誘導(dǎo)細胞凋亡，也可增強索拉非尼的抗肝癌作用。

紫檀芪是一種多酚類化合物，體外實驗證實紫檀芪可抑制卵巢癌細胞生長，且其作用機制可能是通過STAT3/HK2途徑抑制糖酵解，從而達到抑制作用［16］。砷劑，俗稱砒霜，是中藥雄黃的成分之一有研究報道其可通過下調(diào)HK2表達調(diào)控糖酵解途徑，達到抑制胃癌生長的目的［17］。姜黃素也可通過下調(diào)HK2表達并促進HK2從線粒體VDAC上脫落，從而抑制結(jié)直腸癌生長［18］。類似的，茉莉酮酸甲酯也可抑制HK2表達并抑制HK2和VDAC結(jié)合［19］。表沒食子兒茶素可通過調(diào)控AKT/HK2途徑抑制糖酵解，同時可阻斷HK2與VDAC的結(jié)合，誘導(dǎo)人舌鱗狀細胞癌凋亡［20］。

2 調(diào)控磷酸果糖激酶的抗腫瘤中藥成分

磷酸果糖激酶（PFK）是糖酵解途徑的另一個關(guān)鍵酶，其在ATP和Mg作用下可催化6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?，6-雙磷酸果糖［21-22］。目前已發(fā)現(xiàn)了5種不同的PFK 同工酶（PFKFB1～4和 TTGAR），其在組織表達譜、激酶/磷酸酶活性以及對蛋白激酶、激素和生長因子信號的響應(yīng)等方面存在差異。其中PFKFB3的激酶/磷酸活性比最高，可導(dǎo)致1，6-雙磷酸果糖含量升高，糖酵解速率隨之增高。PFKFB3已被發(fā)現(xiàn)在多種腫瘤細胞中被激活，并呈高表達趨勢［23］。靶向PFKFB3的抑制劑PFK15已被證實有較強的抗腫瘤活性［24］。PFKFB3也被報道是轉(zhuǎn)化生長因子（transforminggrowthfactor-1，TGF-1）的關(guān)鍵效應(yīng)蛋白，而TGF1是腫瘤細胞EMT的誘導(dǎo)劑［25］，進一步說明PFKFB3在腫瘤細胞侵襲過程中具有重要作用。吳茱萸堿是中藥吳茱萸的有效成分，已有研究證明吳茱萸堿具有抗腫瘤活性。江燕妮等［26］研究發(fā)現(xiàn)吳茱萸堿可通過糖酵解途徑誘導(dǎo)肝癌細胞凋亡，聯(lián)合紫杉醇也對誘導(dǎo)肝癌細胞有協(xié)同增效作用。

3 調(diào)控丙酮酸激酶的抗腫瘤中藥成分

糖酵解途徑最后一步反應(yīng)是由丙酮酸激酶（PKM）催化的不可逆反應(yīng)。PKM在K和Mg的作用下可磷酸化成烯醇式丙酮酸，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)橥?。在哺乳動物中，已?jīng)區(qū)分了4種丙酮酸激酶亞型。其中PKL和PKR分別在肝細胞和紅細胞中表達［27］；PKM1是橫紋肌中PKM的主要同工酶，在大多數(shù)組織中廣泛表達并負(fù)責(zé)氧化磷酸化；PKM2有2種存在形式，四聚體PKM2的活性強度與正常細胞中ATP的產(chǎn)生和糖酵解中間體的分解代謝有關(guān)；二聚體PKM2的低催化活性可導(dǎo)致糖酵解中間體的生成增加。已有報道多種分子參與PKM2的變構(gòu)調(diào)控［28-29］。磷酸化的PKM2二聚體刺激高速率的核苷酸和氨基酸生物合成，同時間接維持“Warburg效應(yīng)”，為腫瘤細胞提供生長優(yōu)勢［29］。在乳腺癌小鼠異種移植模型中，PKM2的缺失逆轉(zhuǎn)了“Warburg效應(yīng)”并抑制腫瘤生長［30］。PKM2已被認(rèn)為在腫瘤代謝中起至關(guān)重要的作用，是腫瘤治療的潛在靶點［31］。

紫草素是一種天然產(chǎn)物，具有多種活性，有研究發(fā)現(xiàn)紫草素能抑制肝癌細胞增殖和糖酵解途徑，誘導(dǎo)細胞凋亡，過表達或敲除PKM2可減輕或增強這一作用，此外紫草素在體內(nèi)外也表現(xiàn)出增強索拉非尼的抗癌作用［32］。

齊墩果酸廣泛分布于多種植物中且具有抗腫瘤活性，但作用靶點尚不明確。LIU等［33］研究發(fā)現(xiàn)齊墩果酸可誘導(dǎo)PKM2向PKM1轉(zhuǎn)換，并減弱“Warburg效應(yīng)”，提示齊墩果酸對有氧糖酵解的抑制可能由PKM2/PKM1介導(dǎo)，在齊墩果酸處理的癌細胞中還發(fā)現(xiàn)mTOR信號被滅活，而齊墩果酸對PKM2/PKM1的誘導(dǎo)作用需要雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamyoin，mTOR）信號調(diào)節(jié)。該研究提示齊墩果酸是一種抑制腫瘤有氧糖酵解的腫瘤化合物，而PKM2可能是靶向糖酵解通路的新型抗腫瘤藥物。

6-姜烯酚是中藥干姜的有效成分之一，研究顯示6-姜烯酚可能通過靶向抑制PKM2表達而影響黑色素瘤細胞增殖、遷移與侵襲［34］。白藜蘆醇通過mTOR途徑下調(diào)PKM2表達也能抑制口腔鱗狀細胞癌增殖［35］，與順鉑聯(lián)合應(yīng)用可達到協(xié)同增效作用［36］。蛇葡萄素靶向PKM2而抑制糖酵解途徑影響乳腺癌增殖，這一作用也與蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/mTOR 信號通路相關(guān)［37］。天南星水提取物［38］以蟾毒靈［39］也被發(fā)現(xiàn)通過這一途徑在體外發(fā)揮抑制胃癌和黑色素瘤細胞生長作用。大黃素對通過調(diào)控細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular signal regulated kinase 1/2，ERK1/2）-PKM2/P53 通路抑制胃癌生長［40］。健脾養(yǎng)正方誘導(dǎo)結(jié)直腸癌HCT116細胞凋亡，并減少糖酵解途徑代謝產(chǎn)物的生成同樣是通過調(diào)控PKM2表達抑制糖酵解途徑而誘導(dǎo)細胞凋亡，抑制EMT 實現(xiàn)［41］。

4 調(diào)控乳酸脫氫酶的抗腫瘤中藥成分

LDH是一種聯(lián)合輔酶NAD+對乳酸鹽和丙酮酸鹽的互變進行催化的四聚體酶，在有氧糖酵解途徑中也發(fā)揮重要作用。LDH由兩個主要亞基LDHA和LDHB組成［42］。LDHA在大多數(shù)組織中表達，其表達升高與多發(fā)性實體瘤及惡性腫瘤預(yù)后不良有關(guān)［43-44］。LDHA通過促進丙酮酸還原為乳酸而生成NADH，而LDHB有利于逆反應(yīng)；LDHA也是參與“Warburg效應(yīng)”的關(guān)鍵酶。在腫瘤細胞和小鼠中都發(fā)現(xiàn)LDHA缺失可抑制腫瘤生長，LDH也支持腫瘤氧化代謝率提高，如TAC活性。此外，糖酵解過程中LDH的過度活性也能導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境局部酸化，而這是腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的有利條件。高水平的乳酸作為能量來源和腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵元素也已在多種癌癥中被觀察到［45］。由此可見，LDH可能是潛在預(yù)后生物標(biāo)志物以及新型的癌癥治療靶點。

雞血藤是我國常用于治療血液疾病的中草藥，研究發(fā)現(xiàn)在雌激素依賴性的乳腺癌MCF-7細胞和MDA-MB-231細胞中，雞血藤在體內(nèi)外均表現(xiàn)出誘導(dǎo)凋亡、抑制細胞周期、活性氧（reactive oxygen species，ROS）積累和抗LDHA活性；通過生物活性成分分離發(fā)現(xiàn)沒食子兒茶素為雞血藤抑制LDHA的關(guān)鍵化合物，可誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，抑制LDHA活性［7］。由此可見臨床前研究提示雞血藤可作為抑制腫瘤細胞LDHA活性的潛在藥物，沒食子兒茶素具有作為開發(fā)LDHA抑制劑的先導(dǎo)化合物的可能性。

雷公藤紅素是從中藥雷公藤中提取的主要活性成分之一，體外研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素可通過下調(diào)LDHA表達抑制糖酵解途徑，從而發(fā)揮抑制人肺癌細胞A549生長的作用［46］。光甘草定是一種中藥黃酮類化合物，在乳腺癌研究中發(fā)現(xiàn)光甘草定可調(diào)控腫瘤細胞能量代謝，通過下調(diào)LDH活性，降低乳酸生產(chǎn)，從而達到抑制腫瘤的目的［47］。小柴胡湯中藥血清也被發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)肝癌細胞分化，并下調(diào)肝癌細胞的LDH表達，從而抑制糖酵解途徑［48］。

參麥液是中藥復(fù)方，與化療藥物連用可具有協(xié)同增效作用，體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)參麥液呈濃度依賴性地抑制荷鼠腫瘤生長，并降低LDH5/LDH1的比值，認(rèn)為參麥液可能通過抑制腫瘤糖酵解途徑中的LDH抑制肝癌細胞增殖［49］。甜菜堿也可在體內(nèi)抑制小鼠腫瘤生長，而作用后小鼠血清LDH含量減少，糖代謝減弱可能是抑制腫瘤的潛在機制［50］。

5 小結(jié)

目前研究證實部分中藥能通過調(diào)控腫瘤有氧糖酵解關(guān)鍵酶而抑制有氧糖酵解途徑，從而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，為中藥抗腫瘤作用的機制研究提供了新的思路和策略。有關(guān)中藥調(diào)控腫瘤糖代謝通路的研究以中藥單體研究居多，中藥單體也在臨床抗腫瘤方面顯示了一定優(yōu)勢，但作為靶向糖酵解關(guān)鍵酶的小分子抑制劑研究仍面臨巨大挑戰(zhàn)，例如大部分糖代謝關(guān)鍵酶存在多種亞型，而靶向藥物可能導(dǎo)致其他亞型代償性激活，此外部分中藥單體雖然能明顯下調(diào)糖酵解關(guān)鍵酶表達，但具體作用機制及靶點仍未明確，仍需進一步深入研究，才能讓中藥在臨床上發(fā)揮更大的價值，讓更多患者獲益。