自噬在血液腫瘤中的研究進展

自噬在血液腫瘤中的研究進展

張霞,李杰*

(青島大學附屬煙臺毓璜頂醫(yī)院，山東 煙臺264000)

自噬是細胞內(nèi)利用溶酶體內(nèi)水解酶作用對胞質(zhì)內(nèi)容物進行降解，以實現(xiàn)細胞本身代謝所需的能量和某些細胞器更新的過程。自噬不僅可以使細胞在缺乏營養(yǎng)及其他惡性條件下維持生存，而且和很多疾病相關(guān)，例如神經(jīng)退行性變，心臟疾病和腫瘤。通過對自噬作用的研究，可進一步揭示腫瘤發(fā)生、發(fā)展的潛在機制，為預(yù)防和治療提供了新的靶點。

1自噬的生物學過程

根據(jù)胞質(zhì)內(nèi)容物進入溶酶體的方式不同，自噬分為三類：巨自噬，微自噬以及伴侶蛋白介導(dǎo)的自噬。巨自噬即通常意義上的自噬，是自噬最主要形式，其過程可分為3 個階段， ①啟動階段:在自噬小體形成的第一步，胞質(zhì)內(nèi)需要被降解的細胞器和蛋白被一個扁平狀的雙分子層膜結(jié)構(gòu)包裹，即自噬泡，構(gòu)成自噬泡的游離的雙分子層膜結(jié)構(gòu)可以來源于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非核糖體區(qū)域、高爾基體或者胞漿中重新生成。 ②延長階段:自噬泡逐漸延伸、彎曲，并包裹需要被降解的細胞器和蛋白，最終閉合形成自噬小體。自噬啟動和延長階段由自噬相關(guān)基因(ATG)調(diào)節(jié)，目前至少發(fā)現(xiàn)31 種自噬相關(guān)基因。③成熟階段:自噬小體形成后最終與溶酶體融合形成自噬溶酶體，自噬小體包裹需要被降解的胞質(zhì)成分進入溶酶體內(nèi)并被水解酶等降解，一些重要的成分得以循環(huán)再利用[1]。另外還有微自噬，即溶酶體的膜直接包裹長壽命蛋白等，并在溶酶體內(nèi)降解； 分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)，是指細胞質(zhì)內(nèi)的蛋白在分子伴侶的介導(dǎo)下進入到溶酶體腔中，然后被溶酶體酶消化。自噬的主要生理功能是將胞質(zhì)中的某些大分子物質(zhì)和一些細胞內(nèi)源性底物(在雙層膜包裹的囊泡中大量降解，為細胞的再生和修復(fù)提供必須原料，實現(xiàn)細胞的再循環(huán)和再利用。

2自噬發(fā)生的分子機制

自噬的開始是獨立雙層膜的形成，在營養(yǎng)、能量或者生長因子缺乏的情況下促發(fā)的。自噬至少有兩種機制：一種是抑制mTORC1(由mTOR，Raptor,mLST8,PRAS40和DEPTOR組成的蛋白復(fù)合體)，mTORC1是自噬的主要調(diào)節(jié)分子，處在自噬調(diào)節(jié)的核心地位。 在營養(yǎng)豐富的情況下，mTORC1使ULK1 和ULK2(Atg1人的同源基因5個中的兩個)磷酸化失活，抑制了自噬的開始。然而，當細胞營養(yǎng)和生長因子缺乏的時候，mTORC1失活，并且從ULK1/2蛋白

上解離，后者去磷酸化并且被激活，啟動了自噬的發(fā)生[2]。另一個機制是AMPK直接磷酸化并激活ULK1蛋白，AMPK是進化保守的細胞內(nèi)AMP/ATP比例感應(yīng)器。ULK1/2通過調(diào)節(jié)Beclin1(Atg6)復(fù)合體的活化來促進自噬小體的形成，Beclin1復(fù)合體包括Beclin1，PI3K,Vps34,Vps15和Ambra1，它們聚集在一起變構(gòu)激活Vp34，后者的脂質(zhì)激酶活性是自噬所必需的。

兩大泛素化共價系統(tǒng)對自噬的形成至關(guān)重要。第一個系統(tǒng)是修飾在自噬中發(fā)揮核心作用的蛋白Atg8(LC3)，其C端被半胱氨酸蛋白酶Atg4剪切，然后在Atg7和Atg3的作用下形成LC3-Ⅰ,后連接到磷脂酰乙醇胺上，使LC3從游離的狀態(tài)(LC3-Ⅰ)變成穩(wěn)固的連接到自噬小體膜上的形態(tài)(LC3-Ⅱ)，進而參與自噬的發(fā)生過程。因此，LC3-Ⅱ不僅是自噬體形成的關(guān)鍵分子，還可以用于檢測自噬的水平。第二個共價結(jié)合系統(tǒng)是Atg12通過其C端共價結(jié)合到Atg5上，形成Atg12-Atg5復(fù)合物，然后在Atg7和Atg10的作用下，這個復(fù)合物連接到Atg16L1上形成Atg12-Atg5-Atg16L1復(fù)合物，這個復(fù)合物可能是LC3-Ⅰ最終共價結(jié)合過程所必需的。完全發(fā)育成熟的自噬小體依次和內(nèi)體，溶酶體融合形成自噬溶酶體，其中的蛋白被降解，分解后的產(chǎn)物被釋放到胞漿中。

3自噬誘導(dǎo)劑和抑制劑

在很多條件下和藥物作用下，自噬都可以被激活。公認的方法是通過饑餓或者熱量限制的方法，它可以激活很多器官的自噬。mTORC1抑制劑，比如雷帕霉素，能有效的激活自噬并且促進細胞恢復(fù)。在很多造血系統(tǒng)腫瘤中，比如AML，T-ALL中，mTORC1抑制劑都可以激活自噬。此外，還有很多目前用來治療血液腫瘤的藥物可以激活自噬。

藥理學自噬抑制劑有MA-3和渥曼青霉素，它們都是通過抑制Vps34的催化活性。然而，這種抑制劑只能用于試驗，并不能用于臨床。氯喹和羥氯喹是目前臨床上用來抑制自噬的藥物，其作用機制是通過抑制溶酶體的酸化作用，有趣的是，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素如阿奇霉素和克拉霉素也可以阻礙溶酶體的酸化作用干擾自噬，曾有報道指出在多發(fā)性骨髓瘤細胞中，克拉霉素可以使自噬停止在自噬小體和溶酶體融合之后[3]。在K562細胞中也發(fā)現(xiàn)了抗生素導(dǎo)致的自噬抑制[4]。免疫抑制劑FTY720也可以抑制自噬導(dǎo)致自噬溶酶體的聚集和LC3-Ⅱ的增加[5]。

4自噬在血細胞生成和免疫應(yīng)答中的作用

自噬在血細胞生成和免疫過程中發(fā)揮著必不可少的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠中Atg7的表達缺失破壞了正常造血干細胞的作用從而導(dǎo)致嚴重的髓系增生，并且數(shù)周內(nèi)死亡[6]。另外，Atg7缺失還可以導(dǎo)致紅系細胞的線粒體去除缺陷，嚴重的貧血，以及肥大細胞脫顆粒障礙。在網(wǎng)織紅細胞成熟過程中，ULK1在自噬清除線粒體和核糖體的過程中發(fā)揮重要作用[7]。FIP200，一種與ULK相互作用的蛋白，研究發(fā)現(xiàn)造血干細胞中FIP200表達缺失可以導(dǎo)致圍產(chǎn)期致死和嚴重的貧血[8]。

自噬同樣在免疫應(yīng)答和清除病原體的過程中發(fā)揮作用，包括胞內(nèi)微生物的清除；免疫激活及后續(xù)的細胞因子的分泌；調(diào)節(jié)Toll樣受體和Nod樣受體的相互作用；抗原遞呈；T細胞發(fā)育和平衡等。研究表明，Atg5缺失的CD8+淋巴細胞死亡增多，而且Atg5缺失的CD4+和CD8+淋巴細胞TCR刺激之后，其細胞的增殖功能受損[9]，這表明自噬不僅維持著T淋巴細胞的存活和增殖，而且在免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮作用。

5自噬和血液腫瘤

自噬在腫瘤中的作用具有雙面性。一方面，自噬對腫瘤有促進作用，比如通過自體溶解的方式使癌細胞存活表現(xiàn)為耐藥性。自噬可以幫助癌細胞從抗腫瘤治療的損傷中恢復(fù)，是自噬抑制劑治療腫瘤的強有力的理論依據(jù)。例如，使用DNA損傷藥物可以激活自噬從而抵抗藥物的作用使細胞避免凋亡[10]。酪氨酸激酶抑制劑，比如伊馬替尼，尼洛替尼，達沙替尼，目前治療慢粒的金標準藥物，可以激活CML細胞的自噬[11]。反過來，自噬可以促進CML細胞的存活和潛在致病能力。在CML細胞中，用藥物抑制劑或沉默表達自噬必需基因來抑制自噬可以增強伊馬替尼誘導(dǎo)的細胞死亡。此外,伊馬替尼，尼洛替尼或達沙替尼與氯喹介導(dǎo)的自噬抑制聯(lián)合使用，無論在表型還是功能上幾乎可以完全清除CML細胞[12,13]。因此，自噬抑制聯(lián)合酪氨酸激酶抑制劑可能會成為改善CML病人預(yù)后和治愈率的一種新手段。自噬抑制劑的另外一個作用就是使靶向治療抗原在腫瘤細胞表面的表達增加。例如，自噬抑制劑FTY720抑制溶酶體對治療靶點CD74的降解，因此增強了馬妥珠單抗(一種CD74的單克隆抗體)對套細胞淋巴瘤的治療效果[14]。這種作用在其他腫瘤，比如能否增強利妥昔單抗對非霍奇金淋巴瘤和CML的治療效果，還有待于進一步研究。

盡管抑制自噬帶來了治療造血系統(tǒng)腫瘤的希望，另一方面，自噬有效的腫瘤抑制作用機制，促進抗腫瘤免疫，并且保護正常組織抵抗腫瘤治療的細胞毒性。這些都是有證可循的，至少表明在特定的條件下采取明確的措施激活自噬是腫瘤治療的有利措施。初步研究表明，在使用蛋白酶抑制劑時，例如廣泛用來治療多發(fā)性骨髓瘤的硼替佐米，其主要的副作用是神經(jīng)毒性，雷帕霉素誘導(dǎo)的自噬可以給予神經(jīng)保護[15]。另外，饑餓誘導(dǎo)的自噬對化療引起的細胞毒性顯示了顯著的保護作用，這種作用不僅在動物模型中存在，初步的臨床試驗也證實了這一點。重要的是，正常的細胞可以適應(yīng)饑餓從而恢復(fù)自我保護狀態(tài)，腫瘤細胞由于其促進增殖的信號通路異?；罨?，饑餓誘導(dǎo)的自噬并不能促進其恢復(fù)，相反的，饑餓狀態(tài)的腫瘤細胞更易于氧化應(yīng)激從而對化療放療更加敏感[16]。

6展望

自噬是廣泛存在于真核細胞中的生命現(xiàn)象,它與細胞的正常生長發(fā)育進程以及多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切聯(lián)系。在造血系統(tǒng)腫瘤中，自噬有腫瘤抑制的作用，可以促進抗腫瘤免疫的能力，可以減輕化療的副作用。然而,自噬的發(fā)生對腫瘤也有保護作用。隨著大量關(guān)于自噬的臨床試驗的進行，相信不久的將來，會有自噬調(diào)節(jié)的手段應(yīng)用于臨床治療中。

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收稿日期：(2013-08-26)

文章編號：1007-4287(2015)03-0511-03

通訊作者*

基金項目:國家自然科學基金青年項目(81202069)；煙臺市科技發(fā)展計劃(2012071)