自噬在腫瘤細胞中的功能與應(yīng)用前景

郭曉明綜述 陳 琦審校

自噬在腫瘤細胞中的功能與應(yīng)用前景

郭曉明綜述 陳 琦審校

自噬；自噬功能；自噬應(yīng)用前景

1962年Ashford和Porten在人的干細胞中發(fā)現(xiàn)了細胞自噬，隨著人類對于自噬研究的不斷深入，自噬的機制以及在腫瘤細胞中的作用也逐漸被認(rèn)知，臨床上通過調(diào)控自噬以及將自噬和傳統(tǒng)療法結(jié)合應(yīng)用來治療腫瘤已收到一定的成效，這有可能會給眾多腫瘤患者帶來生命的希望。

1 自噬及其分子機制

1.1 自噬

自噬這個詞，源自于希臘的自食，是指細胞循環(huán)利用自己成分的分解代謝過程[1]，自噬在細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用，通常在不利的微環(huán)境應(yīng)激時被激活。目前，自噬作用主要包括三大類：巨(大)自噬，微(小)自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)[1-2]。大自噬是指胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)被雙模型結(jié)構(gòu)(非溶酶體來源的)所包裹，而后在溶酶體分解代謝。相比之下，分子伴侶介導(dǎo)的自噬涉及特定底物熱休克同源蛋白70(HSC70)的識別機制。小自噬涉及溶酶體的內(nèi)陷和小部分細胞質(zhì)的攝入。大自噬和小自噬對于胞質(zhì)蛋白質(zhì)沒有選擇性，然而分子伴侶自噬只是針對于可溶性的蛋白質(zhì)分子。因為有證據(jù)表明其它形式的自噬在腫瘤生物學(xué)中發(fā)揮到的作用是相對有限的[1]，所以本文主要介紹巨自噬(以下簡稱自噬)。

1.2 自噬的過程及分子機制

自噬是細胞的蛋白質(zhì)、細胞器和細胞質(zhì)成分降解和回收以維持細胞代謝的動態(tài)代謝過程。在自噬開始，雙膜吞噬細胞質(zhì)成分，形成的囊泡稱為“自噬小體”。接著，自噬小體融合形成自噬溶酶體，最后自噬溶酶體將吞噬的細胞質(zhì)成分降解和回收，以用來合成蛋白質(zhì)和ATP。

自噬的分子機制首先是一個含有絲氨酸/蘇氨酸激酶ULK1(酵母中Atg1的哺乳動物同源基因)分子復(fù)合物的激活[3](mTORC1可抑制該復(fù)合物的活性)，此復(fù)合物集成了多種對氨基酸、ATP、生長因子、ROS水平效能敏感的信號通路。自噬小體的膨脹，變形和閉合是由另一個含有磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)和Beclin-1(酵母中Atg6的哺乳動物同源基因)的復(fù)雜分子所調(diào)控，它誘導(dǎo)磷脂酰肌醇磷酸(PI3P)、隨后的PI3P結(jié)合蛋白wipi1/2[4]和 ATG12-ATG5-ATG16L和LC3-PE.兩類泛素共軛系統(tǒng)的產(chǎn)生。最后自噬小體與溶酶體融合需要小Rab蛋白和跨膜蛋白LAMP2[5]。存在于溶酶體管腔中的酸性水解酶和組織蛋白酶降解自噬體的組分。對自噬過程及其分子機制認(rèn)識的深入，為我們揭示自噬在組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)、代謝、免疫反應(yīng)和各種疾病[2，6-7]發(fā)展中的重要性奠定了基礎(chǔ)。

2 自噬的功能

2.1 自噬與壞死、炎癥

一般情況下，凋亡是細胞在損傷或應(yīng)激下發(fā)生消除的首選方式。如果凋亡失敗，在沒有炎癥時，自噬在短期內(nèi)可以維持細胞的生存能力，長期的自噬可能導(dǎo)致細胞死亡。在代謝性應(yīng)激條件下，對在有凋亡反應(yīng)缺陷的腫瘤中的自噬作用加以抑制，是一種將正常的難治性細胞死亡轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N交替壞死的細胞死亡途徑的有效手段。這表明，凋亡和自噬作用限制壞死。壞死與炎癥相關(guān)聯(lián)，自噬通過阻止壞死和隨后的炎癥，可能作為一個腫瘤抑制因素。在腫瘤中，通過類比傷口愈合，壞死炎癥反應(yīng)可刺激血管生成和腫瘤細胞增殖[8-10]。最近的證據(jù)也表明，免疫功能正常的機體，腫瘤相關(guān)炎癥促進腫瘤進展。自噬的抗炎作用也可能參與了清除凋亡細胞殘體的過程[11]。

2.2 自噬與免疫

現(xiàn)在已證實，機體的免疫系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)腫瘤的進展，免疫細胞和細胞因子或趨化因子在腫瘤中的表達與許多不同癌癥患者的臨床結(jié)果相關(guān)[12]。有研究表明自噬在先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)方面具有重要作用，包括病原體清除、Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生、抗原呈遞和淋巴細胞的發(fā)育以及細胞因子的信號和炎癥的下調(diào)[13-14]。研究表明腫瘤細胞中的自噬過程，對于化療藥物介導(dǎo)的腫瘤細胞死亡而引發(fā)的抗腫瘤免疫反應(yīng)是至關(guān)重要的[15]。

2.3 自噬與腫瘤

在腫瘤細胞中，自噬同時擁有抑制腫瘤和促進腫瘤生長的雙重作用。一方面，自噬可抑制腫瘤，自噬的缺失或者受到抑制，會使得各種腫瘤的發(fā)生率大大增加，還可以通過限制腫瘤壞死及其隨后的炎癥，對免疫系統(tǒng)加以調(diào)控等途徑，抑制腫瘤的生長。另一方面，自噬在應(yīng)激的環(huán)境下允許腫瘤細胞生存，促進腫瘤發(fā)展。當(dāng)細胞惡性轉(zhuǎn)變后，自噬可以保持惡性轉(zhuǎn)變的細胞進行深度的代謝重組。自噬可以維持腫瘤干細胞的生存和自我更新，這對于腫瘤發(fā)展也是很重要的。

許多研究表明，自噬抑制腫瘤的發(fā)生。自噬的缺失或受到抑制可能會導(dǎo)致多種腫瘤的發(fā)生。Beclin-1是自噬中的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，缺失Beclin-1雜合基因的小鼠有發(fā)生多種類型腫瘤的傾向，包括淋巴瘤和肝癌；現(xiàn)已證明細胞內(nèi)的多種蛋白質(zhì)與Beclin-1相互作用并且參與自噬的調(diào)節(jié)。例如beclin-1結(jié)合蛋白UVRAG和Bif-1等在自噬誘導(dǎo)中都發(fā)揮著重要作用；敲除這些蛋白質(zhì)的小鼠有易患多種自發(fā)性癌癥的傾向。再有賦予細胞Beclin-1單等位基因的缺失(現(xiàn)已證實Beclin-1是一種單倍不足的腫瘤抑制基因[16])或自噬的關(guān)鍵基因Atg5的缺乏，在代謝應(yīng)激環(huán)境中，易導(dǎo)致細胞出現(xiàn)生存損傷。

自噬也可促進腫瘤的進展，如腫瘤細胞的傳播和轉(zhuǎn)移，保護它們以避免失巢凋亡。失巢凋亡作為一種細胞死亡形式，當(dāng)癌細胞脫離細胞外基質(zhì)具備侵襲和轉(zhuǎn)移時出現(xiàn)，在組織自身平衡、機體發(fā)育、疾病的發(fā)生和腫瘤轉(zhuǎn)移中起重要作用。如在上皮細胞中，這種脫離誘導(dǎo)的促存活細胞自噬，保護它們從失巢凋亡的細胞死亡機制中逃脫[17]。

在應(yīng)激條件下，自噬在腫瘤細胞發(fā)生休眠的過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。休眠可能有助于腫瘤的復(fù)發(fā)和進展，是影響患者發(fā)病率和死亡率的關(guān)鍵。在營養(yǎng)剝奪的條件下，自噬能維持細胞生存數(shù)周，為了節(jié)約能源，自噬會抑制細胞分裂和運動，將腫瘤細胞轉(zhuǎn)化為一種明顯的休眠狀態(tài)。當(dāng)環(huán)境改善時，癌細胞可以在24 h內(nèi)恢復(fù)增殖，促進腫瘤細胞生長。臨床研究表明，過度活化的自噬與黑色素瘤和肝細胞癌的早期轉(zhuǎn)移和患者預(yù)后不良相[18-19]。

自噬在腫瘤干細胞的保持和發(fā)展中具有重要作用。腫瘤干細胞是腫瘤內(nèi)負(fù)責(zé)腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的細胞群。自噬似乎在腫瘤干細胞的生存、分化和自我更新中發(fā)揮關(guān)鍵作用[20-21]。例如，自噬對于乳腺癌干細胞的發(fā)生和維持是至關(guān)重要的[22]。

3 自噬的應(yīng)用前景

自噬在癌癥發(fā)生和進展過程中的作用，對于腫瘤的臨床治療具有重要的意義。隨著對自噬機制及其作用研究的深入，腫瘤治療的療效可能會有明顯的提高。

3.1 調(diào)控自噬藥物的臨床效應(yīng)

一些研究表明，誘導(dǎo)自噬的藥物可能有利于防止腫瘤細胞的生長和發(fā)展，而自噬抑制劑藥物可能提高抗癌療法在已發(fā)生和轉(zhuǎn)移的癌癥患者中的療效?？拱┧幬?阿霉素、替莫唑胺、依托泊苷)、組蛋白去乙?；敢种苿?、抗雌激素治療等都可以誘導(dǎo)自噬[23]，自噬抑制劑如氯喹、羥氯喹以及它們的衍生物等，這些藥物在腫瘤的臨床治療或者臨床前的模型中，顯示出了比較明顯的效果。這也使得臨床上把調(diào)節(jié)細胞自噬作為抗腫瘤治療的一種新奇的治療手段。

3.2 自噬與化療的療效及耐藥性

誘導(dǎo)腫瘤細胞死亡和抑制細胞生存是腫瘤治療的主要原則。然而腫瘤對化療藥物的耐藥，限制了抗癌藥物的作用，是癌癥治療成功的一個主要障礙，所以化療藥物的耐藥性是一個急需解決的問題。在癌癥的治療中，自噬對于腫瘤的雙重作用，使其成為了腫瘤治療的一個潛在靶點，這有助于改善化療藥物的抗癌功效以及耐藥性。雖然關(guān)于自噬的作用是促存活還是抗癌的爭論仍然存在，但體外和體內(nèi)的研究數(shù)據(jù)似乎更支持自噬促進癌細胞對于化療藥物產(chǎn)生耐藥的論斷，所以抑制自噬，可能加強耐藥腫瘤細胞對抗癌藥物的再敏化[24-25]。這為我們制定提高化療效果的治療策略，改善癌癥患者的臨床治療效果，帶來了希望。

3.3 自噬對于放療療效的影響

臨床腫瘤的治療很大程度上依賴于放射療法的使用，研究發(fā)現(xiàn)自噬關(guān)鍵蛋白(如Atg5和Beclin-1)的損耗，增加了人類和小鼠腫瘤細胞株對于輻射的敏感性，在體外、體內(nèi)實驗中，抑制自噬可以增加輻射誘導(dǎo)的細胞死亡和降低細胞克隆性生存。將自噬抑制的細胞株移植到免疫缺陷的小鼠后，自噬抑制增強了放射治療對腫瘤的生長抑制作用。

然而，當(dāng)具備自噬或缺乏自噬的腫瘤細胞被植入有免疫活性的小鼠中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自噬缺陷降低了放射治療的療效。研究結(jié)果表明，在免疫功能正常的情況下，自噬賦予腫瘤免疫原性，可以增強放療的療效。這對于藥理學(xué)的放射增敏劑的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。

綜上所述，隨著我們對細胞自噬的生物學(xué)功能認(rèn)識的增加，自噬在腫瘤中的作用越來越成為關(guān)注的焦點。然而，將自噬調(diào)控作為一種潛在的治療腫瘤的方法，還只是一種合理的推測，其具體的治療效果還有待進一步的研究證實。

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(編輯：甘 艷)

國家自然科學(xué)基金項目“自噬與凋亡在藍莓花青素抗口腔癌作用中的分子機制研究”(編號：81460496)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項目“藍莓花青素抑制口腔癌KB細胞增殖與p53、p21和p73甲基化相關(guān)性研究”(編號：2013MS11100)

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院(郭曉明)；內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)分子生物學(xué)研究中心(陳 琦)

陳 琦

10.3969/j.issn.1001-5930.2017.01.055

R730.5

B

1001-5930(2017)01-0171-02

2016-01-05

2016-06-12)