自噬的分子機(jī)制及其與中醫(yī)的聯(lián)系

李雋雨

·綜述·

自噬的分子機(jī)制及其與中醫(yī)的聯(lián)系

李雋雨

自噬；腫瘤；中醫(yī)藥

自噬（autophagy）源于希臘語，是“自我消化”的意思。它是機(jī)體在低氧、饑餓、高溫、細(xì)胞組織重構(gòu)及細(xì)胞死亡等不同階段中，真核細(xì)胞生物通過自我消化來獲取生存所必需的營養(yǎng)和能量一種方式。自噬主要分為巨自噬、微自噬及分子伴侶介導(dǎo)的自噬等三種類型。被廣為研究的多為巨自噬。近年來，自噬在腫瘤、糖尿病、心臟病、腎病等多個(gè)領(lǐng)域的研究越來越多，有望成為臨床治療的靶點(diǎn)，而被廣泛運(yùn)用到臨床中。

1 自噬的分子機(jī)制

自噬是細(xì)胞胞漿內(nèi)膜重排后包裹衰老的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器而成為自噬體，與溶酶體結(jié)合，形成自噬溶酶體，選擇性地將其內(nèi)受損、衰老、多余的蛋白質(zhì)、細(xì)胞器等降解和再利用，隨后由溶酶體將自噬體及其內(nèi)容物降解的過程[1]。

參與自噬的基因被稱作自噬相關(guān)基因（autophagy-ralated genes，Atg）[2]，至2015年已經(jīng)有40多個(gè)自噬相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)[3]。由Atg1、Atg13、Atg17等組成的Atg1（酵母菌中蛋白）/ULK1（哺乳動物中同源蛋白）復(fù)合物是誘導(dǎo)自噬產(chǎn)生的重要正調(diào)控因子。它在正常情況下與雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1）結(jié)合，抑制自噬的發(fā)生；當(dāng)機(jī)體缺氧、營養(yǎng)不足時(shí)，二者分離，從而使自噬被激活[4]。有研究發(fā)現(xiàn)自噬的雙層膜結(jié)構(gòu)的來源可能與Atg9囊泡有關(guān)，其機(jī)制仍有待研究由Vps15、Atg6（酵母菌中蛋白）/Beclin1（哺乳動物中的同源蛋白）、Atg18等組成的磷脂酰肌醇三磷酸（PI3）激酶復(fù)合物能使PI3磷酸化，形成的磷脂酰肌醇-3-磷酸（PI3P）招募蛋白并且互相結(jié)合[5]。兩個(gè)類泛素化蛋白結(jié)合系統(tǒng)是自噬體形成的必需條件，分別是由Atg5、Atg7、Atg10及Atg12等組成的Atg12-Atg5蛋白結(jié)合系統(tǒng)[6]和由Atg3、Atg4、Atg7及Atg8（酵母菌中蛋白）/LC3（哺乳動物中的同源蛋白）等組成的Atg8/LC3脂化系統(tǒng)[7]。Atg7、Atg10在前者泛素化過程中充當(dāng)泛素化激酶E1和E2的作用；后者中扮演這兩個(gè)角色的則分別是是Atg7、Atg3，它們的活性對自噬有很大的影響力。目前Beclin 1及LC3常被用來評價(jià)自噬的活性。

2 自噬對腫瘤的雙重作用

自噬本身具有雙重性。在機(jī)體營養(yǎng)缺乏時(shí)，它通過“自我消化”起到保護(hù)細(xì)胞的作用；而當(dāng)自噬被過度激活時(shí)，它就會因?yàn)椤斑^度消化”而導(dǎo)致細(xì)胞自噬性壞死或者通過自噬誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。同理，自噬這種雙重性也體現(xiàn)在它對腫瘤的作用上。

腫瘤病變早期通過自噬清除衰老的細(xì)胞器、錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，抑制突變癌細(xì)胞的增殖，維持基因的穩(wěn)定性，起抑制腫瘤的作用。Wirawan等[8]也發(fā)現(xiàn)beclin 1的缺失出現(xiàn)在卵巢癌、乳腺癌等多種腫瘤當(dāng)中。研究發(fā)現(xiàn)，他莫昔芬的作用能夠促使乳腺癌細(xì)胞MCF-7發(fā)生自噬，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞自噬性死亡而抑制腫瘤[9]?？赡苁怯捎谧允苫虻娜笔蛊浔磉_(dá)活性下降，P62蛋白、衰老細(xì)胞、氧活性簇（ROS）堆積而致腫瘤發(fā)生。

腫瘤迅速生長時(shí)會消耗大量的氧氣、營養(yǎng)成分等，造成一個(gè)“饑餓”的狀態(tài)，此時(shí)自噬發(fā)生則會對腫瘤起保護(hù)作用。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)膀胱癌中的MEG3（maternally expressed 3）被下調(diào)后會激活細(xì)胞自噬，從而保護(hù)腫瘤細(xì)胞，促進(jìn)其增殖[10]。有學(xué)者在胰腺癌的研究1中發(fā)現(xiàn)AGER的生產(chǎn)率通過自噬途徑顯著增高，從而保護(hù)腫瘤細(xì)胞，限制凋亡[11]。

盡管P53被廣泛認(rèn)為是一種抑癌基因，但其在腫瘤中發(fā)揮的作用也具有雙重性?？椎戮闧12]研究中觀察到能夠抑制自噬、促進(jìn)凋亡的是外源性的wtP53，它能使人卵巢癌細(xì)胞耐藥株SKVCR的耐藥性得以逆轉(zhuǎn)，從而抑制腫瘤的生長，而同為外源性的P53-175H則與前者不同，它促進(jìn)自噬、凋亡、壞死，起抑制腫瘤的作用。

3 自噬與中醫(yī)的聯(lián)系

3.1 自噬的中醫(yī)病因病機(jī)自噬是在饑餓、缺氧等狀態(tài)下發(fā)生的。黃貴華等[13]認(rèn)為，這在中醫(yī)表現(xiàn)為水谷精微缺乏、正氣不足，自噬被激活，通過降解衰老的細(xì)胞器及過度折疊的蛋白質(zhì)，所獲得的能量能夠用以維持基本的生命活動，促進(jìn)陰陽調(diào)和，若自噬等自我保護(hù)機(jī)制不激活或產(chǎn)生能量不足以維持基本生命活動，機(jī)體則會失去“精氣轉(zhuǎn)化”功能，最終導(dǎo)致“陰陽離決”。靖林林等[14]同意黃貴華的觀點(diǎn)，認(rèn)為氣化在微觀上表現(xiàn)為自噬的過程，在脾腎之氣充足的生理?xiàng)l件下，自噬通過“自我消化”來維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)抑制腫瘤的發(fā)生；而當(dāng)“脾虛”、“腎虛”時(shí)，腫瘤能夠反過來利用自噬增加間質(zhì)細(xì)胞如CAFs等來促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，甚至抵抗放化療的抗癌作用。

3.2 自噬與中醫(yī)針灸療法的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，針灸療法對自噬有一定影響。李曉娟[15]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)艾灸的處理能導(dǎo)致pAkt的活性顯著下調(diào)，而使eIF2α磷酸化進(jìn)一步上調(diào)。劉龍琳[16]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)針刺“靳三針”相應(yīng)頭部穴位的全腦缺血缺氧小鼠的Beclin-1和LC3蛋白的表達(dá)較對照組顯著上調(diào)。牛明明等[17]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，“百會透曲鬢”針刺法能夠促進(jìn)腦出血小鼠的自噬而達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的作用。

3.3 中藥有效成分在自噬中的應(yīng)用近年來，自噬成為治療腫瘤的一個(gè)靶點(diǎn)，許多研究發(fā)現(xiàn)中藥的有效成分能夠誘導(dǎo)自噬，這對腫瘤的治療提供了一個(gè)全新的思路[18]。β-欖香烯作為香茅草的有效成分，具有誘導(dǎo)人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系NSCLCA-549自噬、凋亡的作用，這一過程中主要包括PI3K/Akt/m-TOR/ p70S6K1信號通路的參與[19]。苦參堿是中藥苦參的提取物，謝步善[20]通過用不同濃度的苦參堿與大鼠肝卵原細(xì)胞作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞的自噬和凋亡可被低濃度的苦參堿所誘導(dǎo)產(chǎn)生，此過程中β-catenin蛋白與自噬相互調(diào)節(jié)，自噬抑制劑三甲基腺嘌呤（3-MA）的運(yùn)用會導(dǎo)致凋亡顯著增加；將人肝癌細(xì)胞系HepG2和SMMC-7721與不同濃度的苦參堿作用，結(jié)果顯示苦參堿同樣能夠誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞的自噬，前者m-TOR依賴性，而后者非m-TOR依賴性，而苦參堿誘導(dǎo)的自噬可抑制肝癌細(xì)胞的凋亡。研究表明，火麻仁的提取物大麻酰B抑制m-TOR通路以促進(jìn)自噬的產(chǎn)生[21]。張軍強(qiáng)[22]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)苦參堿作用與人胃癌細(xì)胞SGC-7901后其死亡數(shù)顯著增加，在此過程中凋亡與自噬同時(shí)存在，但該誘導(dǎo)過程中參與的信號通路可能不包含PI3K/Akt/mTOR/p70S6K通路，當(dāng)苦參堿誘導(dǎo)的自噬受到抑制時(shí)，胃癌細(xì)胞凋亡數(shù)顯著增加。蓮心堿是中藥蓮心的提取物，周靜等[23]研究發(fā)現(xiàn)，不同于對照組鮮有自噬體和自噬溶酶體的產(chǎn)生，蓮心堿作用后的人乳腺癌細(xì)胞出現(xiàn)了大量的自噬體，但幾乎難見明顯的自噬溶酶體，提示蓮心堿抑制自噬體與溶酶體的結(jié)合，最終阻斷了人乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231的自噬降解作用。槲皮素是桑葉、柴胡、旋復(fù)花等中藥的提取物，研究發(fā)現(xiàn)它不僅在胃癌細(xì)胞AGS和MKN28細(xì)胞的凋亡中起作用，它還能夠誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，后者作用主要是通過抑制Akt/m-TOR通路的同時(shí)激活缺氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）信號通路[24]來實(shí)現(xiàn)。麥冬皂苷為中藥麥冬的提取物，許秋菊等[25]認(rèn)為，麥冬皂苷在抗宮頸癌細(xì)胞HeLa的過程中是抑制了Akt/m-TOR通路，它在誘導(dǎo)激活自噬的同時(shí)并不促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，3-MA抑制該自噬后促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的凋亡。穿心蓮內(nèi)酯是穿心蓮的提取物，胡帥爾等[26]通過顯微鏡可觀察到其處理過的小鼠成纖維細(xì)胞MEF的GFP-LC3熒光斑點(diǎn)數(shù)增多，通過Western Blot檢測三種腫瘤細(xì)胞（結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116、宮頸癌細(xì)胞HeLa、乳腺癌細(xì)胞MCF-7）的LC3H蛋白上調(diào)，LC3II蛋白在穿心蓮內(nèi)酯及溶酶體抑制劑氯喹的聯(lián)合作用下并沒有進(jìn)一步增加，說明LC3II蛋白增加是抑制晚期自噬的成熟，而非誘導(dǎo)早期自噬體的形成。還有某些中藥有效成分具有抑制自噬的作用，主要包括了β-細(xì)辛醚、丹參酸B、人參皂苷Rg1等[27-29]，它們分別是中藥石菖蒲、丹參及人參的有效成分。

4 結(jié)語

從20世紀(jì)50年代自噬被發(fā)現(xiàn)至今，近10年來以腫瘤科、神經(jīng)科、心血管科為代表的學(xué)科對自噬的研究最為火熱。同時(shí)中醫(yī)藥及中醫(yī)針灸等特色療法與自噬相關(guān)的研究也日益增多，中醫(yī)在治療腫瘤當(dāng)中的作用也日益增大，中西藥結(jié)合療法也越來越廣泛的應(yīng)用于臨床腫瘤的治療當(dāng)中。作為最早被發(fā)現(xiàn)與自噬有關(guān)的學(xué)科，腫瘤與自噬的相關(guān)研究越來越成熟，但如自噬對腫瘤雙重作用的具體機(jī)制及其中參與的信號通路等問題仍未得到解決。進(jìn)一步開展對自噬與腫瘤復(fù)雜關(guān)系的研究可能會給腫瘤的臨床治療提供一個(gè)新的靶點(diǎn)，給現(xiàn)代醫(yī)學(xué)開啟一片更廣闊的天空。

［1］Yang Z1，Klionsky DJ.Eaten alive：a history of macroau－tophagy［J］.Nat Cell Biol，2010，12（9）：814-822.

［2］Lapierre LR，Kumsta C，Sandri M，et al.Transcriptional and epigenetic regulation of autophagy in aging［J］.Autophagy，2015，11（6）：867-880.

［3］Mochida K，Oikawa Y，Kimura Y，et al.Receptor-mediated selective autophagy degrades the endoplasmic reticulum and the nucleus［J］.Nature，2015，522（7556）：359-362.

［4］Rabinowitz JD，White E.Autophagy and metabolism［J］. Science，2010，330（6009）：1344-1348.

［5］Maiuri MC，Zalckvar E，Kimchi A，et al.Self-eating and self-killing：crosstalk between autophagy and apoptosis［J］. Nat Rev Mol Cell Biol，2007，8（9）：741-752.

［6］Sakoh-Nakatogawa M，Matoba K，Asai E，et al.Atg12-Atg5 conjugate enhances E2 activity of Atg3 by rearranging its catalytic site［J］.Nature Structural&Molecular Biology，2013，20（4）：433-439.

［7］Lee YK，Lee JA.Role of the Mammalian ATG8/LC3 Family in Autophagy：Differential and Compensatory Roles in the Spatiotemporal Regulation of Autophagy［J］.Bmb Repo-rts，2016，49（8）：424-430.

［8］Wirawan E，Lippens S，Vanden BT，et al.Beclin1：arole in membrane dynamics and beyond［J］.Autophagy，2012，8（1）：6-17.

［9］Kyeong Sook Choi.Autophagy and cancer［J］.experimental and molecular medicine，2012，44（2）：109-120.

［10］Ying L，Huang Y，Chen H，et al.Downregulated MEG3 activates autophagy and increases cell proliferation in bladder cancer［J］.Molecular Biosystems，2013，9（3）：407-411.

［11］kang R，tang D，schapiro NE，et al.The receptor for advanced glycation end products（RAGE）sustains atophagy and limits apoptosis，promoting pancreatic tumor cel survival［J］.Cel Death Different，2010，17（1）：666-676.

［12］孔德娟.p53調(diào)控腫瘤細(xì)胞自噬以及化療耐藥的實(shí)驗(yàn)研究［D］.吉林大學(xué)，2014.

［13］黃貴華，紀(jì)云西，吳大力，等.細(xì)胞自噬與中醫(yī)氣虛痰瘀關(guān)系探討［J］.中醫(yī)雜志，2011，52（20）：1717-1719.

［14］靖林林，龔先玲，孫學(xué)剛.自噬的中醫(yī)屬性及其在人體衰老和腫瘤發(fā)病中的意義［J］.中醫(yī)雜志，2014，55（22）：1891-1893.

［15］李曉娟.溫和灸對小鼠細(xì)菌感染炎癥的影響及其自噬機(jī)制研究［D］.湖北中醫(yī)藥大學(xué)，2014.

［16］劉龍琳.針刺對全腦缺氧缺血大鼠海馬區(qū)自噬相關(guān)蛋白的影響研究［D］.廣州中醫(yī)藥大學(xué)，2014.

［17］牛明明，鄒偉，于學(xué)平.百會透曲鬢針刺法對腦出血大鼠自噬相關(guān)蛋白LC3A/B的影響研究［J］.中醫(yī)臨床研究，2016，8（12）：15-18.

［18］Liu J，Hu X J，Jin B，et al.β-Elemene induces apoptosis as well as protective autophagy in human non-smallcell lung cancer A549 cells［J］.J Pharm Pharmacol，2012，64（1）：146-153.

［19］Chen N，Karantza V.Autophagy as a therapeutic target in cancer［J］.Cancer Biol Ther，2011，11（2）：157-168.

［20］謝步善.苦參堿誘導(dǎo)的自噬在原發(fā)性肝癌中的作用［D］.北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院.清華大學(xué)醫(yī)學(xué)部，2012.

［21］Chen T，Hao J，He J，et al.Cannabisin B induces autophagic cell death by inhibiting the AKT/m TOR pathway and S phase cell cycle arrest in HepG2 cells［J］.Food Chem，2013，138（2）：1034-1041.

［22］張軍強(qiáng).苦參堿誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞自噬和凋亡的機(jī)制研究［D］.蘭州大學(xué)，2013.

［23］周靜，李國兵，鄭怡，等.蓮心堿對乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231自噬功能的影響［J］.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（7）：629-633.

［24］Wang K，Liu R，Li J，et al.Quercetin induces protective autophagy in gastric cancer cells：involvement of Aktm TOR-and hypoxiainduced factor 1α-mediated signaling［J］.Autophagy，2011，7（9）：966-978.

［25］許秋菊，侯莉莉，胡國強(qiáng)，等.麥冬皂苷B誘導(dǎo)人宮頸癌HeLa細(xì)胞自噬的機(jī)制［J］.藥學(xué)學(xué)報(bào)，2013，48（6）：855-859.

［26］胡帥爾，楊杏芬，黃俊明，等.穿心蓮內(nèi)酯對自噬及順鉑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的影響［C］.中國毒理學(xué)會第三屆中青年學(xué)者科技論壇暨2011年全國前列腺藥理毒理學(xué)研討會論文集，2011：1.

［27］張升.石菖蒲成分β-細(xì)辛醚對帕金森病模型大鼠作用的自噬機(jī)制研究［D］.廣州中醫(yī)藥大學(xué)，2014.

［28］何婷婷.丹酚酸B對局灶性腦缺血小鼠抑制自噬及凋亡機(jī)制的研究［D］.河北醫(yī)科大學(xué)，2015.

［29］王麗，毛楠，譚睿陟，等.人參皂苷Rg1通過AMPK/mTOR信號通路抑制醛固酮誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞自噬［C］.中國中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會腎臟疾病專業(yè)委員會2015年學(xué)術(shù)年會資料匯編，2015：2.

（收稿：2016-09-29修回：2016-11-03）

浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院腫瘤科（杭州310053）