自噬在乳腺癌發(fā)生、發(fā)展中的機(jī)制和研究進(jìn)展

葉 青，李文輝，趙璽龍

自噬在乳腺癌發(fā)生、發(fā)展中的機(jī)制和研究進(jìn)展

葉 青，李文輝，趙璽龍

自噬；乳腺癌；發(fā)生；機(jī)制；研究進(jìn)展

自噬廣泛存在于真核生物細(xì)胞，在進(jìn)化上高度保守，其主要功能為通過溶酶體降解系統(tǒng)，對(duì)細(xì)胞內(nèi)受損、變性或衰老的蛋白質(zhì)及細(xì)胞器進(jìn)行降解和再循環(huán)利用，自噬與人體的生理過程和多種疾病密切相關(guān)。自噬不僅可以促進(jìn)細(xì)胞的存活，也可引起細(xì)胞死亡，包括腫瘤在內(nèi)的多種疾病都與自噬密切相關(guān)。腫瘤細(xì)胞通過自噬以適應(yīng)各種存活壓力，如癌基因、缺氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、腫瘤微環(huán)境、藥物作用等，另一方面自噬過度激活也會(huì)引起細(xì)胞發(fā)生程序性死亡。

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，是女性癌癥死亡的第2大原因，中國原屬乳腺癌低發(fā)區(qū)，目前我國乳腺癌的發(fā)病率有增高趨勢(shì)[1]。近年來在有關(guān)乳腺癌的研究發(fā)現(xiàn)，自噬與包括乳腺癌在內(nèi)的多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，并且自噬在腫瘤治療、耐藥中發(fā)揮著重要作用，有望成為重要的腫瘤輔助治療手段。但其作用目前尚未明確，探討分析自噬在乳腺癌發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制和調(diào)控途徑，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文回顧文獻(xiàn)中自噬在乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展中的機(jī)制及研究進(jìn)展。

1 基本概念

自噬或巨自噬(autophagy)是一個(gè)涉及到細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)通過溶酶體機(jī)制而被分解的過程。自噬的研究起始于對(duì)酵母的研究，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物細(xì)胞存在高度相似的現(xiàn)象。自噬發(fā)生時(shí)，細(xì)胞內(nèi)首先形成自噬體膜形成中心，并逐漸融合擴(kuò)展形成一個(gè)囊狀的結(jié)構(gòu)，并最終形成自噬體(autophagosome)，自噬體的形成是自噬的關(guān)鍵，其直徑一般為 300～900 nm，是一個(gè)雙層膜結(jié)構(gòu)的囊泡樣結(jié)構(gòu)，自噬體分離包裹細(xì)胞內(nèi)的一部分細(xì)胞質(zhì)，并最終與溶酶體融合形成自噬溶酶體(autolysosome)。細(xì)胞通過自噬-溶酶體降解機(jī)制，對(duì)老化蛋白質(zhì)和受損細(xì)胞器進(jìn)行分解，被降解的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器隔離在自噬體內(nèi)，進(jìn)入溶酶體的物質(zhì)被分解成為細(xì)胞生存所需的組成成分，進(jìn)行再循環(huán)利用(例如受損的核酸、蛋白質(zhì)可被分解為核苷酸、氨基酸)[2]。自噬的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即能通過發(fā)生自噬，維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，有利于細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境變化，增強(qiáng)細(xì)胞的存活能力。但另一方面，自噬的過度激活可導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡，這種不同于凋亡的細(xì)胞死亡，被稱為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡[3]。

自噬執(zhí)行涉及一系列在進(jìn)化上高度保守的基因產(chǎn)物，自噬啟動(dòng)的信號(hào)通路主要有：(1)Class I PI3K通路(PI-phosphatidylinositol，磷脂酰肌醇)；(2)雷帕霉素靶蛋白通路(mammalian target of rapamycin，mTOR)；(3)Class Ⅲ PI3K通路。在這些自噬信號(hào)的調(diào)控下，自噬相關(guān)基因(Atg)介導(dǎo)調(diào)控了自噬各個(gè)階段。迄今為止，在酵母中共發(fā)現(xiàn)了31個(gè)自噬相關(guān)基因，它們廣泛地參與了自噬的各個(gè)不同階段[2-5]：如Atg6(Beclin 1)與Vps34、Vps15結(jié)合形成復(fù)合物，傳遞自噬調(diào)控信號(hào)；Atg5-Atg12和Atg8-PE兩個(gè)泛素樣蛋白結(jié)合系統(tǒng)介導(dǎo)，在Atg7和Atg10的作用下，形成 Atg5-Atg12共價(jià)復(fù)合物，并與Atg16結(jié)合，從而形成Atg5-Atg12-Atg16復(fù)合物，定位于前自噬體膜的外表面，促進(jìn)自噬體膜的延伸和擴(kuò)展，逐漸形成囊狀結(jié)構(gòu)，最終形成自噬體。

2 自噬和乳腺癌的發(fā)生

在體內(nèi)及體外研究發(fā)現(xiàn)，乳腺上皮細(xì)胞自噬缺失能激活DNA損傷，促進(jìn)基因擴(kuò)增，干擾凋亡，促進(jìn)腫瘤形成。Beclin 1最早由Levine等發(fā)現(xiàn)，是與酵母菌Atg6/Vps3同源的哺乳動(dòng)物細(xì)胞自噬相關(guān)基因[6]。Beclin 1蛋白具有BH3、CCD以及ECD 3個(gè)區(qū)，其中ECD(進(jìn)化保守區(qū))是自噬的功能區(qū)域，ECD通過與Vps34 結(jié)合，發(fā)揮自噬調(diào)控作用。Beclin 1易突變導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，其位于17q21，距離BRCA1約150 kb，在乳腺癌、前列腺癌該位點(diǎn)區(qū)域常檢測(cè)出單等位基因缺失。Beclin 1在結(jié)構(gòu)上等同于酵母Atg6[7]，通過與Bcl-2相互作用抑制自噬體膜形成[7-8]。研究表明，乳腺癌細(xì)胞常出現(xiàn)Beclin 1基因缺失，Beclin 1基因的缺失或下調(diào)與乳腺惡性上皮性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，認(rèn)為Beclin 1基因可能是一個(gè)潛在的乳腺癌抑制基因，在乳腺細(xì)胞的形成及增殖中起負(fù)性調(diào)節(jié)作用[9]。此效應(yīng)同樣在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也得到佐證：小鼠敲除Beclin 1等位基因后會(huì)發(fā)生乳腺增生，并會(huì)自發(fā)形成腫瘤[10]。Beclin 1等位基因敲除小鼠會(huì)產(chǎn)生自發(fā)性腫瘤，但基因完整敲除會(huì)導(dǎo)致小鼠胚胎期死亡[10]。有研究認(rèn)為，細(xì)胞不能完全喪失Beclin 1，需保留低水平的Beclin 1蛋白，以確保自噬的存活機(jī)制，而癌細(xì)胞往往能克服Beclin 1缺失壓力而存活[11]。研究表明，在正常人乳腺上皮細(xì)胞及組織中Beclin 1蛋白表達(dá)水平較高，而在人乳腺癌細(xì)胞系及人乳腺癌組織中內(nèi)源性Beclin 1 蛋白表達(dá)較低，提示Beclin 1表達(dá)下調(diào)在乳腺癌發(fā)生中起著重要作用。在MCF7(人乳腺癌細(xì)胞系)的實(shí)驗(yàn)表明，Beclin 1通過促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞自噬，從而影響腫瘤細(xì)胞增殖[12]。將Beclin 1上調(diào)后，可以誘導(dǎo)MCF7細(xì)胞死亡[13]。

3 自噬和乳腺癌進(jìn)展

腫瘤進(jìn)展的特點(diǎn)表現(xiàn)為腫瘤細(xì)胞快速大量增生，大量增生的腫瘤細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)和生長(zhǎng)因子缺乏和氧氣供應(yīng)減少，尤其是在腫瘤組織的中央?yún)^(qū)域。血管生成是腫瘤維持增長(zhǎng)和存活的重要途徑，但血管生成并不能完全讓腫瘤細(xì)胞應(yīng)對(duì)迫切的能量及代謝需求，自噬可能是腫瘤細(xì)胞能迅速誘導(dǎo)以應(yīng)對(duì)“饑餓”的唯一途徑[14]。因此,通過調(diào)控自噬有望能“餓死”腫瘤細(xì)胞。自噬有保護(hù)細(xì)胞生存的正向作用，激活自噬會(huì)促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞在營養(yǎng)缺乏和生長(zhǎng)因子缺乏的條件下存活，研究報(bào)道乳腺癌細(xì)胞自噬激活會(huì)導(dǎo)致乳腺癌的復(fù)發(fā)，并會(huì)影響患者長(zhǎng)期生存[15]。組織缺氧狀態(tài)下也會(huì)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬[16]，其中缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)作用重要，腫瘤細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)因子可通過改變新陳代謝、pH值、血管生成、紅細(xì)胞生成、細(xì)胞遷移、入侵和炎癥，以助于腫瘤細(xì)胞適應(yīng)低氧環(huán)境[17]。過氧化物酶體增殖物活化受體γ(PPARγ)活化HIF-1α介導(dǎo)PPARγ引起自噬激活，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞存活[18]。HIF-1α不是唯一缺氧誘導(dǎo)自噬機(jī)制，缺氧狀態(tài)下也可以通過激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)或抑制mTOR通路來誘導(dǎo)自噬[19]。在腫瘤進(jìn)展期，快速增長(zhǎng)的腫瘤細(xì)胞由于過量的蛋白質(zhì)合成還可以誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER)。當(dāng)ER過度時(shí)，UPR(unfolded protein response)觸發(fā)ER相關(guān)蛋白質(zhì)降解(ERAD)進(jìn)行蛋白質(zhì)的降解，可見在饑餓和缺氧條件下，自噬可以作為另一種途徑參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)降解。在人乳腺癌細(xì)胞株MCF7和MDA-MB-231體外實(shí)驗(yàn)顯示，通過自噬調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，可介導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡[20]。

4 自噬和乳腺癌腫瘤微環(huán)境

近年來腫瘤微環(huán)境在腫瘤生長(zhǎng)中的作用越來越受到關(guān)注和重視。在腫瘤組織中，除了癌癥細(xì)胞，還包括了非惡性的上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管、免疫細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)。這些不同因素相互作用，共同調(diào)控腫瘤的演進(jìn)[21]。其中腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAFs)是腫瘤間質(zhì)的重要構(gòu)建細(xì)胞，已成為乳腺癌研究的重要內(nèi)容[22]。自噬是一個(gè)至關(guān)重要的細(xì)胞生存機(jī)制，腫瘤細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞自噬的調(diào)控機(jī)制，特別是兩者的相互作用對(duì)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)歸的影響尤為重要。新近研究報(bào)道了腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞自噬的作用、異形腫瘤相關(guān)間質(zhì)細(xì)胞基質(zhì)和腫瘤細(xì)胞之間的信號(hào)通路[23-24]。研究者運(yùn)用成纖維細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞氧化應(yīng)激促進(jìn)了腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞發(fā)生自噬[25]，并且腫瘤相關(guān)間質(zhì)細(xì)胞自噬產(chǎn)生了循環(huán)利用的營養(yǎng)成分，用于支持腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。同時(shí)腫瘤間質(zhì)細(xì)胞自噬會(huì)降解線粒體，從而激活無氧糖酵解，并產(chǎn)生了多余的乳酸、丙酮酸和酮體[26]，這些分子通過檸檬酸循環(huán)為癌細(xì)胞合成代謝過程提供能量[27-28]。這種腫瘤相關(guān)間質(zhì)細(xì)胞通過無氧糖酵解為腫瘤細(xì)胞氧化供能的現(xiàn)象,被作者稱為“反瓦伯格效應(yīng)(reverse Warburg effect)”[29]。同時(shí)腫瘤間質(zhì)的自噬調(diào)控與微囊蛋白蛋白(Cav-1)相關(guān)，Cav-1蛋白存在于大多數(shù)細(xì)胞類型的小窩膜，Cav-1缺失與乳腺癌復(fù)發(fā)、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和三苯氧胺耐藥性相關(guān)，Cav-1損失誘導(dǎo)缺氧效應(yīng)，并上調(diào)HIF-1α、BNIP3、Beclin 1，從而激活自噬[23,30]。

綜上所述，自噬在乳腺癌發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，自噬既可促進(jìn)存活，又可殺傷細(xì)胞，被描述成一把雙刃劍[31]。在研究自噬中應(yīng)注意了解乳腺癌細(xì)胞的基礎(chǔ)自噬水平，自噬是一種基本細(xì)胞生命現(xiàn)象，“增強(qiáng)”或“降低”均是針對(duì)細(xì)胞的基礎(chǔ)自噬水平相對(duì)而言。同時(shí)應(yīng)當(dāng)知道，乳腺癌細(xì)胞本身也存在自噬水平的差異性，這種差異性的調(diào)控機(jī)制和臨床意義，都是指導(dǎo)今后臨床治療的重要研究?jī)?nèi)容。同時(shí)，由于自噬與腫瘤存在“生、殺”雙重關(guān)系，調(diào)控腫瘤自噬須分階段個(gè)性化實(shí)施。隨著對(duì)自噬機(jī)制的深入研究，監(jiān)測(cè)和調(diào)控自噬有望成為乳腺癌患者評(píng)估和治療的重要手段。

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650032 昆明，昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院(云南省腫瘤醫(yī)院)放療科(葉 青，李文輝)；成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院病理科(趙璽龍)

李文輝,E-mial：wenhuili64@aliyun.com

R 736

A

1004-0188(2014)06-0679-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.06.045

2014-02-21)