細(xì)胞自噬與腫瘤

韋艷綜述，吳冰審校

（蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院干部病房，甘肅蘭州 730050)

細(xì)胞自噬與腫瘤

韋艷綜述，吳冰審校

（蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院干部病房，甘肅蘭州 730050)

自噬在腫瘤形成和發(fā)展中的作用目前仍有爭議。自噬可在腫瘤起始階段抑制腫瘤，也可在腫瘤發(fā)展階段保護(hù)腫瘤。自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡可以作為腫瘤抑制物，喪失自噬可以引起染色體不穩(wěn)定和炎癥性壞死。反之，自噬能促進(jìn)腫瘤在應(yīng)激條件下的生存及轉(zhuǎn)移，對自噬分子調(diào)控機(jī)制的闡明對于腫瘤的治療意義重大。

自噬；腫瘤；抑制；保護(hù)

應(yīng)激刺激包括代謝性應(yīng)激，激活細(xì)胞的適應(yīng)性機(jī)制或觸發(fā)細(xì)胞死亡，以消除損害或危險的細(xì)胞[1]。應(yīng)激刺激自噬消化自身的細(xì)胞器，清掃細(xì)胞內(nèi)的垃圾，并為饑餓狀態(tài)下的細(xì)胞提供能量。自噬作用是普遍存在于大部分真核細(xì)胞中的一種現(xiàn)象，是溶酶體對自身結(jié)構(gòu)的吞噬降解，它是細(xì)胞內(nèi)的再循環(huán)系統(tǒng)。自噬缺陷的老鼠表現(xiàn)的能量耗竭：血漿和組織中的氨基酸濃度降低，在新生饑餓期(Neonatal starvation period)無法生存。自噬也是一種清除病原體的途徑，一方面通過溶酶體清除胞質(zhì)內(nèi)微生物，發(fā)揮天然抗感染免疫作用；另一方面可通過調(diào)節(jié)抗原加工、呈遞，在獲得性免疫反應(yīng)中發(fā)揮效應(yīng)[2]。惡性腫瘤是最早被發(fā)現(xiàn)與自噬有關(guān)的疾病之一，自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段有著不同的影響。以下分別進(jìn)行闡述。

1 自噬在腫瘤形成和發(fā)生中的作用

自噬在腫瘤的起始和發(fā)生中發(fā)揮著重要的作用[3]。腫瘤比正常細(xì)胞的基礎(chǔ)自噬功能低，表明腫瘤形成于自噬減低之間的必然聯(lián)系。有趣的是，許多致癌基因和腫瘤抑制基因都能影響自噬途徑，自噬過程的異常導(dǎo)致惡變[4]。如許多腫瘤抑制蛋白能夠激活自噬，如p53、磷酸酶及張力蛋白同源的基因(Phosphatase and tensin homolog，PTEN)、死亡相關(guān)蛋白激酶(Death-associated protein kinase，DAPK)、結(jié)節(jié)性硬化癥TSC1和TSC2基因在多種腫瘤中發(fā)生突變。

PTEN是一種脂類/蛋白雙重磷酸酶，使PIP3去磷酸為PIP2，阻止PI3K/Akt/mTOR途徑對自噬的抑制。在腫瘤細(xì)胞中PTEN發(fā)生突變，Akt激活而抑制自噬，蛋白翻譯增加，細(xì)胞生長、增生，促進(jìn)腫瘤發(fā)生。陳菊英等[5]應(yīng)用存在于紫草植物中的紫草素處理乳腺癌MCF-7細(xì)胞，PI3K和Akt的表達(dá)和活性降低，p62減少，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ值增加，細(xì)胞自噬增強(qiáng)，抑制MCF-7細(xì)胞活力，其機(jī)制可能與PI3K/Akt途徑受到抑制有關(guān)。

p53在自噬中也發(fā)揮著重要的作用。在細(xì)胞核，p53可通過激活mTOR上游一些調(diào)節(jié)因子而上調(diào)細(xì)胞自噬，這些因子主要包括PTEN、AMPK、TSC2、sestrin1和sestrin2等；而在細(xì)胞質(zhì)中，p53對細(xì)胞自噬具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用，可抑制細(xì)胞自噬的發(fā)生。雖調(diào)節(jié)機(jī)制復(fù)制，但p53突變可使p53介導(dǎo)自噬發(fā)生改變導(dǎo)致腫瘤發(fā)展。此外，在細(xì)胞核內(nèi)，損傷調(diào)節(jié)自噬調(diào)制物(Damage-regulated autophagy modulator,DRAM)對于p53介導(dǎo)的自噬和凋亡中也具有重要作用。p53可直接激活DRAM的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，而后者編碼一種溶酶體蛋白。當(dāng)細(xì)胞受到刺激發(fā)生DNA損傷時，將發(fā)生p53誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬。DRAM在多種腫瘤中缺失，進(jìn)一步證明了自噬在腫瘤中的作用。

DAPK是一種CaM調(diào)節(jié)的絲/蘇氨酸蛋白激酶，具有抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移的功能[6]，在多種腫瘤中表達(dá)降低或缺失，可以抑制小鼠Lewis肺癌轉(zhuǎn)移灶的發(fā)生。DAPK和DAPK相關(guān)蛋白激酶-1 (DAPK-related protein kinase-1，DRP-1)可在MCF-7和HeLa細(xì)胞中激活自噬，抑制DAPK導(dǎo)致自噬水平降低。代謝應(yīng)激導(dǎo)致ATP：ADP比例降低，誘導(dǎo)腫瘤抑制因子LKB-I(STK-I)，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在LKB-I/AMPK/mTOR信號通路中上調(diào)。LKB1可以磷酸化AMPKa亞單位活化環(huán)上172位點的蘇氨酸，從而激活A(yù)MPK。AMPK可激活TSC2，抑制mTOR而誘導(dǎo)自噬。反之，Akt、mTOR、Bcl-2及FLICE樣抑制蛋白(FLICE-like Inhibitory protein，F(xiàn)LIP)等癌基因都可以抑制自噬，提示升高自噬可以抑制腫瘤[7]。在大多數(shù)腫瘤，PI3K-Akt軸的上游或下游發(fā)生突變，激活下游mTOR刺激細(xì)胞增長抑制自噬。激活A(yù)kt后，單等位基因敲除beclin1或雙等位基因敲除atg5促進(jìn)小鼠基因組發(fā)生變化。Bcl-2的BH3受體區(qū)和抗凋亡蛋白的多個區(qū)域可以與beclin1的BH3螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合，阻止其與VP34相互作用。Bcl-2在大多數(shù)腫瘤中高表達(dá)，MCF-7細(xì)胞中敲除或沉默Bcl-2基因可以誘導(dǎo)自噬。

此外，自噬基因在腫瘤抑制信號途徑中發(fā)揮作用。如Atg7對于造血干細(xì)胞至關(guān)重要[8]，Atg7缺失的小鼠LSK細(xì)胞造血功能缺陷，在受到致死性照射時，髓系祖細(xì)胞和淋巴系祖細(xì)胞生成障礙。抑制Atg5和Atg16L1導(dǎo)致小腸潘氏細(xì)胞損傷，一種結(jié)腸癌的危險因素。敲除Atg5和Atg7的小鼠發(fā)生肝癌，線粒體腫脹，p62積累及氧化應(yīng)激反應(yīng)[9]。而且，Atg4C缺失的小鼠發(fā)生腫瘤的機(jī)會升高。

2 自噬在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中的作用

腫瘤轉(zhuǎn)移是一個復(fù)雜的過程，惡性腫瘤細(xì)胞從原發(fā)部位經(jīng)淋巴道、血管或體腔等途徑到達(dá)其他部位繼續(xù)生長，稱腫瘤轉(zhuǎn)移。在原發(fā)瘤，缺氧及代謝應(yīng)激導(dǎo)致局部壞死，炎癥因子浸潤。保護(hù)性自噬可以抑制炎癥反應(yīng)—腫瘤轉(zhuǎn)移的起始步驟。有趣的是，自噬減少壞死及巨噬細(xì)胞浸潤從而抑制原發(fā)瘤生長，抑制自噬引起細(xì)胞死亡、組織損傷及慢性炎癥。自噬的另外一個重要功能是清除腫瘤進(jìn)展中的細(xì)胞碎片，如非折疊的蛋白、損傷的細(xì)胞器等。但自噬缺陷，細(xì)胞毒性物質(zhì)不能降解，ROS生成、DNA損害，染色體不穩(wěn)定而啟動腫瘤轉(zhuǎn)移[10]。而且，自噬通過增加死亡腫瘤細(xì)胞中免疫刺激分子的釋放，包括高遷移率族蛋白-1 (High mobility group box chromosomal protein 1，HMGB1)，激活促炎免疫反應(yīng)[11]。

除了自噬的抗腫瘤轉(zhuǎn)移效應(yīng)，自噬還具有相反的作用，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。死亡配體誘導(dǎo)的凋亡，尤其是TRAIL在調(diào)節(jié)T細(xì)胞、NK細(xì)胞抑制腫瘤轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮重要作用[12]。近期報道在TRAIL抵抗的腫瘤細(xì)胞中自噬上調(diào)，提高腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移中的生存能力。

轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞的另一種重要的屬性是抵抗失巢凋亡(Anoikis)，一種特殊的細(xì)胞程序死亡，是由于細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)或相鄰細(xì)胞脫離接觸而誘發(fā)的[13]。生長因子途徑的異常激活，如Ras/MAPK途徑和PI3K/ Akt途徑是腫瘤細(xì)胞通常利用的途徑以逃避脫落凋亡。近期研究表明自噬在失巢凋亡中的保護(hù)性作用[14]，腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)脫離或抑制β1整聯(lián)蛋白受體誘導(dǎo)自噬，敲除Atg抑制自噬增加失巢凋亡。腫瘤細(xì)胞抵抗失巢凋亡有利于轉(zhuǎn)移細(xì)胞生存。雖然確切的自噬保護(hù)性機(jī)制仍不清楚，研究提示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶PERK通過促進(jìn)自噬和抗氧化活性，在癌細(xì)胞播散和轉(zhuǎn)移的后期促進(jìn)脫離基質(zhì)的細(xì)胞的生存。

細(xì)胞代謝改變是癌細(xì)胞的重要標(biāo)志，以適應(yīng)腫瘤在進(jìn)展中特殊生長需求。癌細(xì)胞在缺氧條件通過無氧酵解分解葡萄糖，在人腸癌和胃癌中糖酵解中間產(chǎn)物和乳酸升高[15]，而且癌細(xì)胞中谷氨酰胺利用增加。應(yīng)激條件誘導(dǎo)自噬使蛋白降解及再循環(huán)，為快速增生的腫瘤細(xì)胞提供能量。同時細(xì)胞內(nèi)存儲的脂肪為線粒體提供乙酰輔酶A通過噬脂(Lipophagy)滿足腫瘤細(xì)胞的代謝需求[16]。

自噬的另一個重要功能是保存和維持細(xì)胞器的功能，尤其是腫瘤進(jìn)展階段的線粒體功能。損壞的線粒體是ROS的主要來源，線粒體自噬清除去極化的線粒體并維持細(xì)胞穩(wěn)定。Guo等[17]通過LC3的表達(dá)、LC3-Ⅱ與LC3-Ⅰ蛋白的比值檢測細(xì)胞自噬：小鼠腎(iBMK)細(xì)胞表達(dá)H-Ras或K-Ras癌基因上調(diào)基礎(chǔ)自噬水平，有利于保持線粒體功能，支持腫瘤在饑餓環(huán)境中生存。在Ras表達(dá)的細(xì)胞，缺陷的自噬體形成導(dǎo)致異常的線粒體累積并降低氧耗。自噬缺陷還導(dǎo)致三羧酸循環(huán)代謝產(chǎn)物及能量耗竭，表明自噬在維持腫瘤生長及能量消耗之間發(fā)揮了重要的平衡作用。

由于腫瘤細(xì)胞的凋亡缺陷及長期的代謝應(yīng)激條件，因此需要自噬維持其在營養(yǎng)缺乏及低氧條件下的生存，尤其是腫瘤的中央缺乏血供的區(qū)域。自噬是腫瘤細(xì)胞長期存活從而復(fù)發(fā)的關(guān)鍵因素。誘導(dǎo)自噬可使腫瘤細(xì)胞在低營養(yǎng)及低氧條件下通過激活缺氧誘導(dǎo)因子-1(Hypoxia-inducible factor，HIF-1)和AMP依賴的蛋白激酶(5-AMP-activated protein kinase，AMPK)而生存。例如：星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)基因1通過AMPK/mTOR依賴的途徑與保護(hù)性自噬相關(guān)，通過敲除Atg抑制自噬可以產(chǎn)生治療效果[18]。

3 結(jié)語

對于抵抗凋亡的癌細(xì)胞誘導(dǎo)自噬性死亡(Ⅱ型程序性死亡)可以作為一種補(bǔ)充的方法促進(jìn)癌細(xì)胞死亡。另一方面，自噬可以抵抗治療引起的腫瘤死亡，當(dāng)腫瘤產(chǎn)生保護(hù)性自噬，抑制自噬可以使腫瘤對治療敏感。自噬在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的機(jī)制復(fù)雜，對自噬與腫瘤相關(guān)機(jī)制的進(jìn)一步闡明將有助于在腫瘤的不同發(fā)展階段激活或抑制自噬進(jìn)行腫瘤的治療，目前已應(yīng)用白藜蘆醇、苦參堿、厚樸酚、姜黃素等中成藥通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬治療腫瘤，應(yīng)用前景廣闊[19-20]。

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Autophage and tumor.

WEI Yan,WU Bing.Cadre Ward,General Hospital of Lanzhou Millitary Command,Lanzhou 730050,Gansu,CHINA

The role of autophage in tumor formation and progression remains controversial.Autophagy can suppress tumor during formation and protect tumor during progression.Autophagy-related cell death may act as a tumor inhibitor.Loss of autophagy causes genomic instability and necrosis.However,autophagy can also promote the survive and metastasis of tumor under environmental stress.To elucidate the molecular mechanism of autophagy is crucial for tumor therapy.

Autophage;Tumor;Suppress;Protect

R329.2+8

A

1003—6350（2014）16—2413—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.16.0940

2014-02-16)

吳冰。E-mail：110931817@qq.com