雷公藤红素分子靶点研究进展

张珍珠，刘红煜，常顺，杨秀峰

雷公藤红素分子靶点研究进展

张珍珠1，2，刘红煜1，常顺1，杨秀峰3

（1. 黑龙江农业工程职业学院 生物制药分院，黑龙江 哈尔滨 150025；2. 齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3. 黑龙江农业职业技术学院 食品药品学院，黑龙江 佳木斯 154000）

针对雷公藤红素近年来关于细胞靶点的作用机制进行了总结，探讨了到目前为止其分子靶点开发的成果及未来的研究趋势．各项研究表明，雷公藤红素通过对多种蛋白分子靶点和信号通路的影响参与细胞内各种生理生化途径，进而调控细胞的增殖和凋亡，雷公藤红素仍是可被深入开发和研究的生物活性化合物．

雷公藤红素；分子靶点；细胞治疗

雷公藤红素是一种从传统中药雷公藤（Hook. f.）中提取的三萜类奎宁甲基化物，作为一种具有天然生物活性的化合物，研究发现，雷公藤红素在多种疾病中均有显著的治疗活性．随着研究的深入，雷公藤红素参与代谢反应、癌症、炎症和自身免疫性疾病的分子作用机制逐渐被人们认识，它通过对蛋白质及靶点或信号通路的影响进而发挥抗炎症、影响代谢通路、诱导细胞自噬或凋亡以及抗肿瘤的功能．

1　雷公藤红素对热休克蛋白家族的作用机制

1.1　与Hsp90的作用机制

热休克蛋白90（Heat shock protein 90，Hsp90）是一种ATP依赖的分子伴侣，1986年首次在哺乳动物中发现，是最为广泛的靶标之一[1-2]．大多数小分子Hsp90抑制剂靶向N端ATP结合位点，从而破坏Hsp90-CDC37的相互作用．雷公藤红素已被鉴定为一种Hsp90抑制剂，可通过促进热休克因子1（HSF1）的核移位来抑制Hsp90的表达调节热休克反应[3-4]，Hsp90功能的抑制会破坏复合物，并导致客户蛋白以蛋白酶体依赖性方式降解．有研究表明，雷公藤红素在不改变Hsp90蛋白表达量的条件下，通过抑制Hsp90生物学功能降解下游客户蛋白．在不同的作用模式下，雷公藤红素不阻断Hsp90 ATP结合，却能抑制ATP酶活性而中断Hsp90-CDC37复合物的形成．通过结合Hsp90 C-末端结构域，雷公藤红素还可以保护其不被胰蛋白酶消化或引起寡聚．p23，Hsp90的共同伴侣对雷公藤红素治疗高度敏感，因此雷公藤红素可引起p23失活，继而抑制伴随的Hsp90活性[5-6]．

1.2　与Hsp70的作用机制

热休克蛋白70（Heat shock protein 70，Hsp70）是ATP依赖的分子伴侣家族的另一成员，但雷公藤红素与Hsp70的相关研究较少，这可能是由于Hsp70与Hsp90结构上的差异，Hsp70没有特定的结合端口，但仍旧直接与客户蛋白结合互作以发挥其伴侣功能[7]．Liu[8]等研究证明，雷公藤红素可直接靶向作用于Hsp70而影响下游蛋白的互作，并在神经保护方面发挥作用．而Matokanovic[9]等证明，沉默Hsp70后会增强雷公藤红素在白血病和胶质母细胞瘤中的抗肿瘤功能．

2　雷公藤红素对抗凋亡通路的影响

2.1　NF-κB途径

NF-B（核因子活化B细胞-轻链增强子）是一种蛋白质复合物，由一个N末端DNA结合位点和核定位序列（NLS）形成Rel同源二聚体结构域（RHD），RHD引导该复合物进入细胞核并结合特异的B位点，激活或抑制靶基因的转录来行使特定的生物学功能[10]．NF-B蛋白通常被一系列抑制剂隔离在细胞质中，包括IB和其他相关的含有锚蛋白重复序列的蛋白质．NF-B通路是调节免疫、炎症、增殖和抗凋亡所必需的细胞信号转导通路[11]，雷公藤红素可多途径抑制NF-B通路．一方面，雷公藤红素可抑制NF-B上游IKK活性或下游蛋白酶体降解途径来稳定IB[12]．另外，雷公藤红素抑制NF-B的核易位，导致Bcl-2，Bcl-xL，c-FLIP，survivin蛋白的下调[13]，从而促进TNF-诱导的细胞凋亡．同时，白细胞介素-6（IL-6）启动子有一个潜在的NF-B结合位点，雷公藤红素可通过NF-B依赖的方式来降低IL-6的表达，抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭[14]．最新的研究表明，雷公藤红素在炎症反应方面可以通过阻断NF-B信号通路抑制NLRP3炎性体的激活，进而抑制类风湿性关节炎的发生[15]．何招辉[16]等的研究表明，雷公藤红素能通过抑制NF-B炎症来减轻脓毒症诱导的大鼠急性肺损伤；李涛[17]等的研究表明，雷公藤红素通过NF-B信号通路抑制A549细胞的增殖和迁徙．

2.2　Bcl-2家族途径

Bcl-2家族包括2个亚家族，促凋亡的Bax，Bak，Bid及抗凋亡的Bcl-2，Bcl-xL，Bclw等．部分促凋亡的Bcl-2家族蛋白可诱导Cyt C的释放，导致细胞凋亡，而雷公藤红素通过下调Bcl-2的表达介导细胞凋亡[18]808．雷公藤红素也可激活p53诱导的内在线粒体凋亡通路，抑制抗凋亡Bcl-2和Bcl-xl的表达，诱导促凋亡Bax、细胞色素C、PARP、半胱天冬酶的表达，最终诱导细胞凋亡[19]．

2.3　对PI3K/AKT/mTOR通路的影响

PI3K/AKT/mTOR是最为经典的信号通路之一，与人体胰岛素代谢、氨基酸响应、自噬和肿瘤发生有密切关系．当细胞外配体（如激素、生长因子、细胞因子）与细胞表面受体（如质膜中的受体酪氨酸激酶RTK）结合后会激活PI3K（磷脂酰肌醇激酶），随后PI3K将磷酸肌醇依赖性激酶1（PDK1）和AKT募集到质膜上，通过诱导AKT磷酸化调控mTOR的活性．雷公藤红素对PI3K通路的影响主要集中于癌症的治疗方面，雷公藤红素可通过下调磷酸化PI3K，AKT，mTOR来阻断PI3K/AKT/mTOR通路，从而抑制胶质母细胞瘤的生长[20]．雷公藤红素也抑制mTOR磷酸化，并诱导mTOR泛素化导致其蛋白酶体降解，从而阻断PI3K/AKT/mTOR通路[21]．雷公藤红素可以通过直接影响细胞内PI3K/AKT/mTOR信号通路中PI3K，AKT，mTOR蛋白的表达，从而抑制了该通路下游相关靶点蛋白的激活，也阻断了该通路上游蛋白信号的传导，从而发挥其抗肿瘤活性[22]．与胆管癌相关的体内外实验也证明雷公藤红素通过上调PTEN阻断PI3K/AKT信号通路，最终有效抑制肿瘤发展[23]．

3　雷公藤红素的其他分子靶点

3.1　雷公藤红素对蛋白水解途径的抑制

在哺乳动物细胞中，通过蛋白质调节作用，可精准控制蛋白质三维折叠结构和数千种不同蛋白质的丰度，以确保蛋白质组处于平衡状态[24]．蛋白酶体是一种蛋白酶复合物，广泛分布于细胞质和细胞核中，其参与了胞内蛋白质降解的主要途径——泛素-蛋白酶体系统（ubitin-proteasome system，UPS），同时癌细胞也依赖于蛋白酶体系统来保证自身的稳定并降解许多肿瘤抑制因子[25]．雷公藤红素作为一种有效的蛋白酶体抑制剂，对蛋白水解途径调节的研究主要集中于对肿瘤细胞的抑制部分．雷公藤红素可直接抑制经纯化的兔20S蛋白酶体的糜蛋白样活性，或直接抑制PC-3或LNCaP细胞中的蛋白酶体表达，从而导致泛素化蛋白和天然蛋白酶体底物、IB-、Bax、p27的持续积累，降低AR蛋白的表达，最终抑制前列腺癌的生长[26]．同时，雷公藤红素可抑制纯化的人20S蛋白酶体的活性，抑制人骨髓瘤细胞半胱氨酸蛋白酶样（1）、胰蛋白酶样（2）、糜蛋白酶样（5）蛋白酶体活性并诱导细胞凋亡[27]．

3.2　雷公藤红素对HIF-1的抑制

缺氧是促进肿瘤发育的重要微环境因素，多种转录因子被诱导对氧水平的降低作出反应，缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）是最重要的因子之一，在控制氧输送和代谢适应缺氧条件中发挥着关键作用．HIF-1是细胞对低氧反应的中心媒介，是由HIF-1亚基和HIF-1亚基组成的异质二聚体蛋白，对癌症生物学的许多方面都至关重要．雷公藤红素可作为HIF-1激活的抑制剂，能显著减少缺氧诱导的HIF-1蛋白的积累，同时不影响HIF-1和拓扑异构酶I（topo-I）的表达．此外，雷公藤红素抑制HIF-1蛋白的合成，而不影响HIF-1mRNA的表达水平和HIF-1蛋白的降解[28]．雷公藤红素作用过程中，核HIF-1蛋白水平的抑制伴随着HIF-1靶基因（包括VEGF）转录活性的降低．雷公藤红素对HIF-1蛋白的抑制作用部分是由于其抑制了HSP90的活性[29]．

3.3　雷公藤红素对UPR的影响

内质网应激和未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）在细胞命运调控中发挥重要作用，已成为抗癌药物开发的新信号靶点，许多人类癌症的高分泌性质和对新的细胞表面和溶酶体蛋白的持续需求导致了慢性内质网应激和UPR信号[30]．“UPR假说”即内质网应激源（即小分子或天然产物）可以系统地进行传递，从而引导癌细胞凋亡，而邻近的非恶性细胞（UPR激活水平低或没有激活基础）会有效地适应UPR，恢复稳态[31-32]．对UPR的研究目前还不够深刻，其中26S蛋白酶体是一种已知的诱导内质网应激和激活凋亡UPR的信号复合物，雷公藤红素被广泛报道可抑制26S蛋白酶体的功能[33-34]，通过诱导内质网应激和激活UPR来诱导肝癌细胞凋亡．

3.4　雷公藤红素与非编码RNA的关系

非编码RNA由于具有不同的促进或抑制基因的功能，近年来成为研究的热点，其microRNA在调控细胞进程中发挥重要作用．雷公藤红素对非编码RNA的调控更多在于其对其他信号通路的影响所附加的连锁反应，而不是直接与非编码RNA互作．雷公藤红素经PI3K/AKT/GSK-3通路负向调控miR-21的表达，抑制结肠癌细胞活力并诱导细胞凋亡[18]808．雷公藤红素通过抑制miR-345-5p上调Gas6的表达来拮抗高糖诱导的心肌细胞凋亡和炎症[35]．miR-33a-5p过表达能抑制肺腺癌细胞增殖，通过靶向调控mTOR信号通路提高肺腺癌细胞对雷公藤红素的敏感性，辅助增强雷公藤红素的抗癌作用[36]．通过影响LncRNAs从而调节下游通路的表达也是近年来最新的研究思路，雷公藤红素可下调LncRNA AK005401的表达，提高抗氧化能力，抑制凋亡，改善线粒体功能，有效缓解缺血/再灌注引起的记忆功能障碍[37]．

4　结语

近10年来，从药用植物中提取生物活性化合物用于治疗各种疾病的思路逐步被肯定．雷公藤红素作为雷公藤的一种提取物，有着强大的药理作用和毒理学特征，对多种疾病具有显著的治疗特性．综上所述，雷公藤红素通过与Hsp70和Hsp90直接结合，在不降解的情况下抑制其活性，进而影响其客户蛋白的稳定性，间接影响下游信号通路．同时，雷公藤红素对NF-B，Bcl-2，PI3K/AKT/mTOR通路也存在抑制作用，通过对通路上游蛋白的活性抑制或是诱导通路蛋白降解改变信号传递，从而调动细胞凋亡．雷公藤红素也影响HIF-1的蛋白合成，同时可以通过抑制26S蛋白酶体的活性诱导细胞发生USP应激并导致细胞凋亡．

雷公藤红素也被报道与非编码RNA存在联系，但目前没有研究表明雷公藤红素直接与非编码RNA互作并影响下游基因表达，因此其与非编码RNA的关系很可能是通过影响中间的其他基因或转录因子间接诱导非编码RNA的变化．目前这些方面的研究进展不够透彻，仍需要挖掘完善雷公藤红素在HIF-1、UPR和非编码RNA方面的具体作用机制．

雷公藤红素的通常作用方式是与信号通路的重要因子相结合，抑制其活性，阻止信号通路的下一步传递，导致通路的阻断并引发一系列级联反应．所以还应对雷公藤红素的化学结构进一步分析，探究其是否还有其他的结合结构域，预测其与其他蛋白质可能的结合位点，而且还必须对雷公藤红素的药代动力学特征进行进一步研究，建立更为安全的用药机制，开展更多更深层次的临床试验以评估雷公藤红素对人类疾病治疗的功效，为药物使用开发新途径．

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Research progress of molecular targets of celastrol

ZHANG Zhenzhu1，2，LIU Hongyu1，CHANG Shun1，YANG Xiufeng3

（1. School of Pharmaceuticals，Heilongjiang Agricultural Engineering Vocational College，Harbin 150025，China；2. School of Life Science，Agriculture and Forestry，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China；3. School of Food and Drug，Heilongjiang Agriculture Vocational and Technical College，Jiamusi 154000，China）

The mechanism of celastrol on cell targets are summarized in recent years，and discusses the achievements of molecular target development and future research trends．Studies have shown that celastrol affects various physiological and biochemical pathways in cells，thereby affecting cell proliferation and apoptosis by affecting multiple protein molecular targets and signaling pathways．Based on the current research results，celastrol is still a bioactive compound to be further developed and studied．

celastrol；molecular targets；cell therapy

1007-9831（2022）08-0086-05

Q949.9

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.08.017

2022-04-08

黑龙江省高等学校基本科研业务费科研项目（YSTSXK201890）；黑龙江省教育厅基本业务专项（135109255）；黑龙江省高等教育教学改革研究项目（SJGY20190729）；2021年度黑龙江省高等职业教育教学改革研究一般项目（SJGZY2021178）

张珍珠（1979-），女，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，从事生物制药研究．E-mail：zcavell@163.com