白藜蘆醇對自噬信號通路的調(diào)控作用研究進(jìn)展

劉夢思，劉立亞，孫秀玉，黃秀蘭

(中央民族大學(xué)中國少數(shù)民族傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究院，北京100081)

白藜蘆醇對自噬信號通路的調(diào)控作用研究進(jìn)展

劉夢思，劉立亞，孫秀玉，黃秀蘭

(中央民族大學(xué)中國少數(shù)民族傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究院，北京100081)

自噬是真核細(xì)胞內(nèi)降解異常蛋白質(zhì)以及受損細(xì)胞器的一種生理過程，受多條信號通路調(diào)控，并參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。近年研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇的藥理作用與調(diào)控細(xì)胞自噬有關(guān)。白藜蘆醇通過影響Akt-mTORC1、AMPK-Sirt1、Sirt1/Sirt3-FoxO以及STAT3信號通路發(fā)揮對細(xì)胞自噬的調(diào)控作用，通過調(diào)節(jié)AMPK-Sirt1-自噬通路發(fā)揮防治心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用，通過調(diào)節(jié)Akt-mTORC1-自噬通路以及STAT3-自噬通路發(fā)揮抗腫瘤作用，此外，白藜蘆醇調(diào)控的Sirt1/Sirt3-FoxO-自噬通路能調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝、緩解氧化應(yīng)激損傷。

白藜蘆醇；自噬；Akt-mTORC1通路；AMPK-Sirt1通路；Sirt1/Sirt3-FoxO通路；STAT3通路

白藜蘆醇化學(xué)名稱為3，4′，5-三羥基-1，2-二苯乙烯，是一種具有順式和反式兩種結(jié)構(gòu)的天然非黃酮類多酚化合物，廣泛分布于葡萄、花生、虎杖以及桑葚等藥用植物中。研究表明，白藜蘆醇具有抗氧化、抗炎、抗衰老和抗腫瘤等多種生物學(xué)活性，其發(fā)揮藥理作用的靶點(diǎn)眾多，機(jī)制復(fù)雜[1]。新近研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇的諸多藥理作用均與調(diào)控細(xì)胞自噬有關(guān)。自噬是真核細(xì)胞內(nèi)的雙層膜通過包裹異常蛋白質(zhì)或受損細(xì)胞器形成自噬體，再與溶酶體融合形成自噬溶酶體，并降解其所包裹的內(nèi)容物，以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞物質(zhì)代謝需要和細(xì)胞器更新的生命過程[2]。因此，調(diào)控細(xì)胞自噬程度將成為控制疾病發(fā)展的關(guān)鍵，而細(xì)胞自噬水平受多條信號通路調(diào)控，包括蛋白激酶B(Akt)-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物(mTORC1)通路、AMPK-Sirt1通路、Sirt1/Sirt3-FoxO通路、STAT3通路，任何一條信號途徑的激活或抑制均可導(dǎo)致自噬水平的波動。其中Akt-mTORC1通路被認(rèn)為是觸發(fā)自噬的關(guān)鍵通路，而AMPK-Sirt1通路、Sirt1/Sirt3-FoxO通路、STAT3通路在自噬調(diào)節(jié)中的作用也越來越受到關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇對上述信號通路均有調(diào)控作用，現(xiàn)將其研究進(jìn)展綜述如下。

1 白藜蘆醇與Akt-mTORC1-自噬信號通路

mTORC1是自噬信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的關(guān)鍵蛋白，mTORC1被激活后，通過鈍化失調(diào)51樣激酶1(ULK1)抑制自噬，而mTORC1可被Akt間接活化：Akt通過抑制結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物2(TSC2)的活性，阻斷TSC2對mTORC1上游激活信號分子RAS蛋白腦組織同源類似物(Rheb)的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇不僅能直接抑制mTOR的活性，啟動腫瘤細(xì)胞MCF-7自噬[3]，還可通過減少缺氧/復(fù)氧H9c2心肌細(xì)胞內(nèi)Akt的表達(dá)，進(jìn)而抑制mTORC1活性，激活細(xì)胞自噬[4]。Selvaraj等[5]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇能關(guān)閉鈣池調(diào)控的鈣離子通道，觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，使得Akt-mTORC1-自噬信號通路被抑制，進(jìn)一步誘發(fā)前列腺腫瘤細(xì)胞的自噬性死亡，提示白藜蘆醇調(diào)控的細(xì)胞自噬可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可調(diào)控Akt-mTORC1-自噬通路的另一途徑，在血清剝奪的情況下，給予白藜蘆醇可抑制Akt對mTORC1成員PRAS40的磷酸化，而PRAS40磷酸化受阻將妨礙PRAS40從mTORC1上解離，進(jìn)而抑制14-3-3蛋白的活性，使得MCF-7細(xì)胞自噬活性降低[6]。此外，白藜蘆醇對mTORC1的底物核糖體蛋白S6激酶(p70S6K)也有影響，白藜蘆醇可作為p70S6K的直接抑制劑，失活的p70S6K進(jìn)一步導(dǎo)致人腎胚細(xì)胞HEK293自噬減弱[7]，這可能與p70S6K對mTORC1的反向抑制作用以及直接誘發(fā)細(xì)胞自噬有關(guān)[8,9]。由上可知，白藜蘆醇可通過影響Akt-mTORC1信號通路調(diào)控相關(guān)腫瘤細(xì)胞自噬。

2 白藜蘆醇與AMPK-Sirt1-自噬信號通路

5′單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)是一種能量感受器，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)重要的物質(zhì)代謝，幫助細(xì)胞度過危險(xiǎn)期。沉默信息調(diào)節(jié)因子(Sir2)基因家族具有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴性，Sirt1為Sir2家族中的關(guān)鍵成員。研究發(fā)現(xiàn)，AMPK通過激活甘油醛3-磷酸脫氫酶(GAPDH)，促使GAPDH轉(zhuǎn)移到核內(nèi)，與Sirt1直接作用，使Sirt1與其抑制蛋白DBC1分離并活化，繼而誘發(fā)細(xì)胞自噬[10]。在氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)氧化應(yīng)激模型中發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇通過上調(diào)AMPK、Sirt1表達(dá)，激活HUVECs自噬，逆轉(zhuǎn)ox-LDL所致的氧化損傷，而Sirt1抑制劑EX527不影響白藜蘆醇對AMPK的激活作用，表明AMPK可能是Sirt1的上游信號[11]。Kanamori等[12]采用左冠狀動脈結(jié)扎建立C57BL6J小鼠心肌梗死模型，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可激活A(yù)MPK，增加Sirt1的表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)心肌細(xì)胞自噬活性，增強(qiáng)梗死心肌的心臟功能、緩解心室重構(gòu)現(xiàn)象。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇能激活A(yù)MPK-Sirt1信號通路上游的腺苷-3′,5′-環(huán)化一磷酸(cAMP)與蛋白激酶A(PRKA)，并最終形成一條cAMP-PRKA-AMPK-Sirt1信號軸，誘發(fā)細(xì)胞自噬，繼而抵抗腫瘤壞死因子(TNF-α)誘導(dǎo)的HUVECs氧化應(yīng)激[13]。因此，白藜蘆醇通過調(diào)控AMPK-Sirt1-自噬通路可能對防治心血管疾病有積極的意義。

除心血管疾病外，白藜蘆醇對神經(jīng)系統(tǒng)疾病也表現(xiàn)出了顯著的藥理作用。白藜蘆醇可調(diào)控AMPK-Sirt1-自噬通路，抑制魚藤酮導(dǎo)致的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤株SH-SY5Y細(xì)胞凋亡，增加大鼠腎上腺嗜鉻細(xì)胞瘤株P(guān)C12細(xì)胞內(nèi)α突觸核蛋白的降解，發(fā)揮對帕金森疾病模型細(xì)胞的保護(hù)作用[14]。體外研究也提供了相似的證據(jù)，白藜蘆醇通過激活A(yù)MPK-Sirt1-自噬通路，減少基質(zhì)金屬蛋白酶3(MMP-3)的表達(dá)，抑制TNF-α引起的人髓核細(xì)胞(NP cells)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，提示白藜蘆醇具有潛在的治療椎間盤變性的作用[15]。采取艾倫法構(gòu)建SD大鼠脊髓損傷模型發(fā)現(xiàn)，腹腔注射白藜蘆醇同樣能增加AMPK、Sirt1表達(dá)和脊髓神經(jīng)元自噬，降低細(xì)胞凋亡[16]。

此外，已有研究將白藜蘆醇用于Sirt1的直接激活劑[17]，而Sirt1不僅能去乙酰化自噬相關(guān)蛋白Atg5、Atg7和Atg8，參與調(diào)節(jié)自噬活性[18]，還可激活A(yù)MPK的上游蛋白肝激酶B1(LKB1)，增強(qiáng)AMPK活性[19]。由此可見，白藜蘆醇可能同時(shí)激活A(yù)MPK與Sirt1，它們相互影響并促進(jìn)細(xì)胞自噬。

3 白藜蘆醇與Sirt1/Sirt3-FoxO-自噬信號通路

Sirt1和Sirt3作為沉默信息調(diào)節(jié)因子家族的兩個(gè)重要成員，通過去乙酰化叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子(FoxO1)使其轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)，進(jìn)而參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖代謝與細(xì)胞自噬，緩解線粒體氧化損傷，且白藜蘆醇可作為Sirt1、Sirt3的激活劑，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬、能量代謝以及緩解氧化應(yīng)激和保持線粒體穩(wěn)態(tài)，預(yù)防多種疾病發(fā)生[17,20]。Wang等[21]用凝膠遷移實(shí)驗(yàn)分析FoxO1的基因結(jié)合率，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可促進(jìn)FoxO1與Rab7啟動子區(qū)結(jié)合，且這種促進(jìn)作用有賴于白藜蘆醇對Sirt1的激活，而Rab7是觸發(fā)自噬體與溶酶體融合的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。在鏈脲霉素誘導(dǎo)糖尿病腎病大鼠模型實(shí)驗(yàn)研究中，給予白藜蘆醇后，Sirt1、FoxO3和Bnip3的表達(dá)均增加，細(xì)胞自噬活性增強(qiáng)[22]。另有研究報(bào)道，Sirt3也參與了白藜蘆醇對自噬的調(diào)節(jié)。白藜蘆醇可激活Sirt3，誘導(dǎo)HUVECs細(xì)胞自噬，并促進(jìn)FoxO3與MnSOD/SOD2啟動子區(qū)域結(jié)合，增加MnSOD/SOD2的表達(dá)與活性，進(jìn)而緩解ox-LDL誘導(dǎo)的氧化損傷；當(dāng)Sirt3被敲除后，自噬標(biāo)志性蛋白微管相關(guān)蛋白1輕鏈3表達(dá)降低，細(xì)胞凋亡率隨之增加[20]。

4 白藜蘆醇與STAT3-自噬信號通路

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子3(STAT3)可通過介導(dǎo)炎性介質(zhì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。正常細(xì)胞內(nèi)STAT3呈低水平表達(dá)，一旦STAT3異?；罨瑢⒋龠M(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖與分化；而STAT3可通過抑制細(xì)胞自噬，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)移。Zhong等[23]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇通過下調(diào)人卵巢腫瘤細(xì)胞(OC)中的STAT3表達(dá)，增強(qiáng)自噬水平，導(dǎo)致OC細(xì)胞凋亡率升高。進(jìn)一步研究表明，白藜蘆醇對OC細(xì)胞中STAT3的負(fù)調(diào)控與激活腫瘤抑制因子ARH-Ⅰ密切相關(guān)，ARH-Ⅰ過表達(dá)可阻礙STAT3促腫瘤細(xì)胞遷移的作用，解除白細(xì)胞介素6(IL-6)對STAT3的激活[24]，白藜蘆醇使ARH-Ⅰ在細(xì)胞質(zhì)中蓄積，繼而激活OC細(xì)胞自噬，緩解IL-6誘導(dǎo)的OC細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲[25]。此外，白藜蘆醇可通過抑制STAT3蛋白表達(dá)，增加膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的自噬水平[26]。因此，白藜蘆醇的抗腫瘤作用可能與抑制STAT3有關(guān)。

5 小結(jié)與展望

細(xì)胞內(nèi)的自噬信號通路錯(cuò)綜復(fù)雜，各通路之間相互影響，構(gòu)成了調(diào)節(jié)自噬的交互調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。白藜蘆醇主要通過Akt-mTORC1、AMPK-Sirt1、Sirt1/Sirt3-FoxO和STAT3信號通路調(diào)控自噬，而各通路之間還存在交互作用。白藜蘆醇可激活A(yù)MPK、抑制mTORC1活性，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞A549自噬[27]，而AMPK通過活化TSC2抑制mTORC1活性，形成了AMPK-mTORC1途徑，這也是調(diào)控細(xì)胞自噬的重要通路之一。Sugiyama等[28]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可激活Sirt1，而Sirt1的活化能抑制Akt活性，進(jìn)而減少mTOR的表達(dá)，促進(jìn)卵母細(xì)胞和顆粒細(xì)胞自噬。白藜蘆醇亦可通過調(diào)控Sirt3-AMPK自噬通路，對RAW264.7巨噬細(xì)胞具有保護(hù)作用，且當(dāng)自噬被抑制后，Sirt3與AMPK的表達(dá)均降低，提示AMPK、Sirt3與自噬可相互調(diào)節(jié)[29]。目前認(rèn)為，白藜蘆醇是一個(gè)有效的自噬調(diào)節(jié)劑，通過調(diào)控自噬相關(guān)信號通路對不同細(xì)胞發(fā)揮誘導(dǎo)自噬或抑制自噬的作用。對自噬信號通路的深入研究，有望為白藜蘆醇防治疾病提供理論依據(jù)。

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10.3969/j.issn.1002-266X.2017.42.036

R285.5

A

1002-266X(2017)42-0108-03

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81173656，81470182)。

黃秀蘭(E-mail: hxlcun@126.com)

2017-06-16)