基于Hedgehog信号通路的黄芩苷抗炎性结直肠癌的机制研究- 大数跨境

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基于Hedgehog信号通路的黄芩苷抗炎性结直肠癌的机制研究

天然产物研究与开发

2023-05-30

导读：本文研究了黄芩苷调控Hedgehog信号通路抗炎性结直肠癌的机制。

林浩代伟宏刘昌江陈宗军严容燕王先薇*

海南医学院第二附属医院

前言

结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是全世界发病较为普遍的恶性肿瘤之一，其发病数约占全年度确诊恶性肿瘤总数的10%。长期反复的慢性炎症浸润是结直肠癌的常见诱因，其能够通过对肠道组织的反复性刺激最终发展为结肠炎相关结直肠癌(colitis-associated colorectal cancer,CAC)。因此，探寻科学有效的治疗策略控制炎症浸润是预防和治疗结直肠癌的重要手段。目前，尽管化疗、放疗和手术治疗使患者的生存周期得到了明显的提高，但化疗和放疗的副作用受到了患者的广泛诟病。此外，患者在通常情况下可能会出现结直肠癌的复发或远处转移。因此，寻求高效低毒的抗炎性结直肠癌药物已迫在眉睫。

本科室在长期临床药物监测治疗中发现，中药黄芩以组方的形式在临床治疗炎症性结直肠癌以及缓解炎癌转变进程中较为常见，能够显著改善患者肠道炎症症状。通过文献调研发现，以黄芩为君药的黄芩汤能够通过调节Th17/Treg细胞数量以及抑制促炎细胞因子的释放来减轻葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)诱导的小鼠结肠炎症。黄芩苷为来源于我国传统药用植物黄芩Scutellaria baicalensis Georgi中的一种黄酮类化合物。现代药理学研究表明，黄芩苷具有抗炎、抗氧化、抗肝纤维化、心肌保护以及抗恶性肿瘤等多种药理活性，以黄芩苷为主要效应成分的黄芩苷胶囊目前在临床上已经用于急、慢性肝炎、迁延性肝炎的辅助治疗。近年来，这种天然活性成分在抗结直肠癌方面的优势也逐渐得到认可，尤其是作为临床结直肠癌治疗的辅助药物。此外，研究表明，Hedgehog信号通路在结直肠癌的炎癌转变进程中扮演着重要角色，其异常激活能够促进结直肠癌细胞的增殖、迁移、侵袭等多个进程。当Hedgehog信号通路激活时，音猬因子(sonic hedgehog,SHH)的表达升高继而使G蛋白偶联受体(smoothened,SMO)的活性抑制得以解除，继而缓解了丝氨酸/苏氨酸激酶Fused(serine/threonine protein kinase,SUFU)的活化进程，随后含有锌指结构域的转录因子(glioma,Gli1)蛋白被转运进入细胞核内形成成熟的加工复合物，导致Hedgehog信号通路下游靶基因表达水平的升高，引起细胞过度增殖，进而引发肿瘤异常增生、转移以及侵袭等多种病理过程的发生。

因此，本研究在前期预实验的基础上，基于人结直肠癌SW620细胞模型和AOM/DSS诱导的炎性结直肠癌模型，以Hedgehog信号转导通路为切入点，从体内外两个层面系统研究了黄芩苷的抗结直肠癌效应，深入探索Hedgehog信号通路介导的黄芩苷抗炎性结直肠癌机制，旨在纵向深挖黄芩苷抗结直肠癌的创新性靶点的同时为临床单一/协同用药提供丰富的研究基础。

代表性结果

讨论与结论

近年来，来源于天然植物的活性化合物正逐渐进入癌症治疗的中心阶段，为利用天然产物有效预防和治疗包括炎性结直肠癌在内的多种恶性肿瘤提供了一条富有潜力的途径。黄芩苷是一种植物源黄酮类化合物，具有抗炎、抗微生物感染、抗恶性肿瘤等多种功能, 以黄芩苷为主要药效成分的黄芩苷胶囊目前在临床上已用于急、慢性肝炎、迁延性肝炎的辅助治疗。在本研究中，我们发现黄芩苷能够通过抑制Hedgehog信号通路的激活，进而抑制结直肠癌SW620细胞增殖，同时诱导细胞凋亡的发生以及抑制炎症因子的浸润，这表明黄芩苷可能是一种富有潜力的抗炎性结直肠癌的辅助治疗药物。但是，本研究中关于黄芩苷对NCM460细胞的增殖抑制作用提示应警惕并规避黄芩苷高浓度和长时间对NCM460细胞所引发的抑制作用。

Hedgehog信号通路是近年来发现的参与结直肠癌发生和发展的重要信号通路。在该条信号通路中，当重要调节因子SMO被激活时，SUFU与Gli1发生分离，使Gli1得以释放，随即开始转录下游靶基因，进而引起涉及癌细胞分裂和修复受损DNA的原癌基因c-Myc的表达水平升高。Gli1作为Hedgehog信号通路末端直接调节下游靶基因的关键转录激活因子和最后控制点，其功能状态的异常将直接导致下游多种目的因子表达水平的改变，从而影响结直肠癌细胞增殖、凋亡及侵袭等细胞恶性表型。在本研究中，我们发现黄芩苷能够级联式调控Hedgehog信号通路关相关mRNA和蛋白表达，最终使末端控制因子Gli1的表达降低，对于黄芩苷控制或延缓结直肠癌恶性表型具有重要意义。然而，该控制点对于下游癌症相关因子生物学的调控效应仍有待进一步挖掘。

作为结直肠癌的既定风险因素，长期反复性的慢性炎症可以通过炎性因子、ROS以及氮物质等间接诱导遗传不稳定性和表观遗传修饰，从而导致癌症发生。具体来说，当机体遭遇内/外源性伤害或者其他相关炎症刺激因素时，会激活机体免疫系统相关炎性细胞，继而分泌大量细胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α与细胞外基质构成新的炎症浸润微环境，最终引起癌变。在本研究中，我们发现高剂量黄芩苷在体内外能够降低炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α的分泌，推测其可能通过抑制炎症微环境的改变预防结直肠癌的发生。据文献报道，在结直肠内，抑制Hedgehog信号的效应并不直接作用于结直肠上皮细胞本身，而是作用于基质细胞以诱导免疫调节细胞因子IL-10的表达，进而抑制炎症性肠损伤。因此，本文中所研究的炎症因子与Hedgehog信号通路之间的内在联系仍需进一步深入探索。

通常情况下，在恶性肿瘤的治疗过程中对于单一疾病分子靶点的调控较难引起足够的抗癌效应，因此，临床上对于结直肠癌的治疗多采用联合协同的方式，以达到增强化疗药物疗效或减少毒副作用的目的。经典Hedgehog级联信号通路被证明与结直肠癌疾病转归以及耐药性有着密切的关系。基于此，本研究立足临床需求，基于上述经典通路阐释了中药单体有效成分黄芩苷抗结直肠癌的分子机制，将为临床联合用药提供一定的基础，同时这也是本课题组未来研究的方向。

本文在前期预实验的研究基础上，借助现代药理学手段进一步阐释了黄芩苷体内外抗炎性结直肠癌作用机制。然而，鉴于恶性肿瘤形成的复杂性以及不同品系肿瘤细胞之间的差异性等多种因素，关于黄芩苷抗炎性结直肠癌体内外效应的相关性仍需在多个细胞模型或动物模型上进一步综合探讨。与此同时，本研究虽然从抑制Hedgehog信号通路和降低炎症因子表达方面证实了黄芩苷抗炎性结直肠癌的效应，但二者研究内容相对孤立且体内外效应具有一定差异性，仍需进一步阐明二者之间的“串话”机制，本课题组将在此研究基础上借助结直肠癌相关疾病动物模型对该科学问题进行深入研究。本文为进一步深入阐释Hedgehog信号通路在结直肠癌治疗中的价值提供了丰富的科学依据，同时也为黄芩苷在结直肠癌治疗方面的应用提供了扎实的理论支撑。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2023年第5期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。

引用格式：林浩,代伟宏,刘昌江,等.基于Hedgehog信号通路的黄芩苷抗炎性结直肠癌的机制研究[J].天然产物研究与开发,2023,35:741-749. Lin H,Dai WH,Liu CJ,et al.Mechanism of baicalin against colitis-associated colorectal cancer based on Hedgehog signal pathway[J].Nat Prod Res Dev,2023,35:741-749.