自噬及腫瘤的關(guān)系研究

劉釗維

湖南郴州市第一中學(xué)

自噬及腫瘤的關(guān)系研究

劉釗維

湖南郴州市第一中學(xué)

細(xì)胞自噬是普遍存在于真核細(xì)胞中的細(xì)胞自我降解過程，通過形成自噬體清除受損細(xì)胞質(zhì)，變性或衰老的蛋白質(zhì)，從而在維持細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)和對各種刺激的適應(yīng)性。自噬在腫瘤以及相關(guān)疾病的病理過程中有著重要的作用。因此，本文總結(jié)介紹了自噬的基本概念及其與腫瘤的關(guān)系，并且對以自噬為靶點(diǎn)為腫瘤的治療展示了新的思路和方法。

自噬；腫瘤；自噬體；信號通路

1.自噬的基本概念

自噬通常被認(rèn)為是真核細(xì)胞中，參與了物質(zhì)和降解及在循環(huán)系統(tǒng)，并對細(xì)胞的代謝提供有效的補(bǔ)充。自噬能夠維持細(xì)胞的正常的存活，但是自噬被過分激活后則引發(fā)會細(xì)胞“自殺”性死亡，即Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，因此，自噬對細(xì)胞及腫瘤來說都是有利有弊[1]。

自噬的分類是根據(jù)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)進(jìn)入溶酶體途徑的不同，將自噬分為巨自（macroautophagy），微自噬（microautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chapterone-mediatedautophagyCMA）[2]。自噬過程形態(tài)學(xué)上的主要特征為細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大量的雙層膜性的自吞噬泡，吞噬泡內(nèi)含有受損胞質(zhì)及細(xì)胞器，最終被溶酶體所降解。人們通常所說的自噬，也是研究最多自噬，是指巨自噬[3]。

自噬的功能非常復(fù)雜，主要表現(xiàn)在這幾個方面，1.首先是為細(xì)胞對環(huán)境變化的適應(yīng)性反應(yīng)。當(dāng)細(xì)胞處于代謝應(yīng)激狀態(tài)下時，自噬將可以利用的降解產(chǎn)物重新加入細(xì)胞的物質(zhì)循環(huán)中。同時，自噬機(jī)制作為真核細(xì)胞的管家機(jī)制，具有處理細(xì)胞垃圾的作用。因此，可除去功能異常的細(xì)胞器及細(xì)胞質(zhì)，避免有害蛋白質(zhì)的累積。一定程度上阻止了腫瘤疾病，感染性疾病及退行性病變的發(fā)生及發(fā)展。2.自噬過程通過降解損傷的線粒體和過氧化酶，減少活性氧的產(chǎn)生以及DNA損傷，從而保護(hù)了細(xì)胞的穩(wěn)定性，維持正常細(xì)胞的生理功能，抑制腫瘤細(xì)胞的形成[4]。

2.自噬的過程及調(diào)控

根據(jù)自噬體的形成可將自噬過程分為3個階段，誘導(dǎo)、起始，延長，成熟階段[5]。1.首先是在細(xì)胞出現(xiàn)代謝應(yīng)激后，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及高爾基體脫落后形成了早期自噬體膜，并將被降解物包繞在內(nèi)。2.自噬體膜不斷延伸后，包裹了所降解的細(xì)胞質(zhì)成分，并形成自噬體。3.細(xì)胞內(nèi)的微管系統(tǒng)將形成的自噬體運(yùn)送至溶酶體，形成了自噬溶酶體結(jié)構(gòu)，溶酶體內(nèi)各種蛋白酶將自噬體內(nèi)成分降解后，自噬體膜隨后脫落重新進(jìn)入了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)再循環(huán)利用環(huán)節(jié)。自噬過程的正常進(jìn)行對細(xì)胞的物質(zhì)穩(wěn)定起到了關(guān)鍵性的作用。

自噬體調(diào)控的分子機(jī)制也正如火如荼進(jìn)行，科學(xué)家在酵母菌中對自噬的相關(guān)基因及對應(yīng)蛋白進(jìn)行了一系列的研究，對這些蛋白有一定的了解。首先，研究最早的是自噬相關(guān)基因及所對應(yīng)的蛋白即Atg，研究表明，已有數(shù)十種Atg蛋白參與在自噬體的形成過程中。其中，包括Atg12-Atg5蛋白系統(tǒng)和Atg8蛋白系統(tǒng)等[4]。它們自噬體的形成中起著協(xié)同作用。其次，磷脂酰肌醇三磷酸(PI3)激酶在自噬體形成的調(diào)控中有重要作用。研究表明PI3抑制劑的存在能夠抑制自噬體的形成，從而抑制了細(xì)胞自噬的形成。

細(xì)胞自噬對腫瘤發(fā)展的信號調(diào)控：自噬作為程序性死亡的一種類型，與腫瘤發(fā)生發(fā)展有著密切關(guān)系。目前研究顯示，調(diào)控自噬的有mTOR通路及P13K∕Akt通路。（1）mTOR蛋白激酶是調(diào)控自噬的關(guān)鍵性蛋白，負(fù)性調(diào)控細(xì)胞自噬的發(fā)生。mTOR蛋白激酶是雷帕霉素的作用靶點(diǎn)，雷帕霉素在細(xì)胞中可抑制mTOR的活性。從而，雷帕霉素能夠誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。（2）P13K∕Akt通路具有促進(jìn)細(xì)胞生長的作用，而在自噬過程中，具有同樣具有負(fù)性調(diào)節(jié)自噬的作用[6]。其他通路包括Beclin1作為正性調(diào)控自噬的分子，則可能具有抑癌作用。因此，自噬既可以負(fù)調(diào)控細(xì)胞增長，減弱自噬可以促進(jìn)腫瘤發(fā)生；增強(qiáng)自噬活性也可促進(jìn)腫瘤發(fā)生，使腫瘤細(xì)胞能夠在缺氧環(huán)境，營養(yǎng)缺乏的環(huán)境下保持存活，并使腫瘤細(xì)胞逃離化療藥物誘導(dǎo)的凋亡[7]。

按照自噬與腫瘤基因關(guān)系，將腫瘤基因分為三類。（1）癌基因和抑癌基因：癌基因和抑癌基因在自噬途徑作用方式突變可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。I型PI-3激酶和Akt癌基因、Ras和Myc癌基因都是這種類型。（2）參與自噬調(diào)節(jié)的基因：DAPK就是其中的典型，通過促進(jìn)細(xì)胞死亡發(fā)揮抑制腫瘤的功能。人類腫瘤細(xì)胞經(jīng)常缺少DAPK表達(dá)。(3)自噬執(zhí)行基因：表現(xiàn)為腫瘤抑制功能,它們?nèi)笔б滓鹉[瘤發(fā)生，Beclin1就是典型，Beclin1蛋白負(fù)責(zé)調(diào)控自噬的起始，是自噬的“看門人”，研究發(fā)現(xiàn)，在多數(shù)腫瘤中，都存在Beclin1異常[8]。通過正確認(rèn)識這些基因在自噬中的作用，可調(diào)控使其向抑制腫瘤生長的方向發(fā)展。

3.自噬的檢測方法

目前，自噬的檢測方法主要為對自噬體的直接和間接的檢測[9]，包括對自噬體的形態(tài)的觀察和對自噬體表面蛋白標(biāo)記的檢測。

電鏡作為自噬檢測的金標(biāo)準(zhǔn)，能最直接的顯示自噬體的結(jié)構(gòu)。早期自噬體為雙層膜結(jié)構(gòu)包含著未消化的胞質(zhì)或細(xì)胞器等，電鏡下容易識別。自噬體融合成自噬溶酶體后，成為單層結(jié)構(gòu)，電鏡下也能夠辨別。然而，對于晚期自噬溶酶體，電鏡下則不容易辨別。因此，電鏡的觀察僅反映了自噬結(jié)構(gòu)的存在，卻很難反映自噬活性的強(qiáng)弱情況。

此外，利用自噬相關(guān)蛋白在自噬體形成各階段所起的不同作用，顯示出了自噬體的發(fā)生發(fā)展過程。其中，最重要的蛋白為微管相關(guān)蛋白1輕鏈3即LC3(microtubule-associatedprotein1lightchain3)。分為兩種蛋白LC3-I，LC3-II。LC3-I蛋白主要在胞漿，自噬體形成后，LC3-II形成并定位于自噬體內(nèi)膜和外膜。由于LC-II能穩(wěn)定的存在于自噬體膜上，因此可作為自噬體的標(biāo)記并反映出了自噬體的數(shù)量多少。同時，細(xì)胞免疫熒光方法檢測LC3的表達(dá)可反映自噬的增加和減少[10]。近年來，人們對自噬的研究轉(zhuǎn)向了對自噬潮的分析。

4.自噬與腫瘤的關(guān)系

自噬與腫瘤的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系目前尚無定論，腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬后會出現(xiàn)兩種不同的結(jié)果：一種是啟動細(xì)胞主動性的Ⅱ型程序性死亡，抑制腫瘤細(xì)胞增殖；另一種是保護(hù)性自噬，即在營養(yǎng)缺乏的情況下自噬特異性基因的激活能促進(jìn)正常細(xì)胞的存活[11]。

自噬的缺乏會導(dǎo)致細(xì)胞死亡、慢性炎癥和基因組不穩(wěn)定。據(jù)報(bào)道鼠的肝癌發(fā)生與發(fā)展過程中伴隨著自噬現(xiàn)象進(jìn)行性減少，癌前病變期肝細(xì)胞自噬活動降低到正常時50%，在肝癌細(xì)胞中自噬更是降到正常20%。同時Kondo等報(bào)道在腫瘤晚期，實(shí)體瘤內(nèi)部細(xì)胞營養(yǎng)缺乏情況下自噬很可能被激活，維持腫瘤細(xì)胞生存。在小鼠胰腺癌中，檢測到了腫瘤細(xì)胞的自噬活性降低的現(xiàn)象，而在正常胰腺細(xì)胞中，自噬活性則顯示出增強(qiáng)的現(xiàn)象。進(jìn)一步研究表明，在超過半數(shù)的乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌中都存在自噬相關(guān)基因Beclin1的缺失。Beclin1基因缺陷的小鼠增加了患肺癌、肝細(xì)胞肝癌和乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)[12]。

5.展望

自噬作為腫瘤細(xì)胞對化療和輻射的一種新型適應(yīng)性反應(yīng)逐漸受到了大家的關(guān)注。自噬是一種普遍而又重要的生命現(xiàn)象，廣泛參與多種生理和病理過程，特別是與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。各種抗腫瘤治療后腫瘤細(xì)胞可發(fā)生自噬，而自噬的增加可促進(jìn)自噬性細(xì)胞死亡，抑制自噬則可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，因此通過對自噬通路的有效利用，可有效解決化療及放療的耐藥問題，更好的達(dá)到抗腫瘤治療的目的[13]。盡管如此，人們對自噬機(jī)制及其調(diào)控的了解還有待深入，自噬在腫瘤治療中的應(yīng)用也需得到提高和發(fā)展，重視自噬在腫瘤的發(fā)生，發(fā)展和治療中的重要作用，為攻克腫瘤提供了新的靶點(diǎn)。

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