自噬在腫瘤治療策略中的角色*

韓蘇夏 蔡夢嬌

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科，陜西 西安 710061)

惡性腫瘤是全球范圍內(nèi)嚴(yán)重危害人類健康的疾病之一，在我國呈持續(xù)上升的趨勢[1]。隨著醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展，一些類型的腫瘤患者總體生存率已經(jīng)明顯提高，然而由于惡性腫瘤的特性，包括無限增殖、浸潤轉(zhuǎn)移、代謝異常、免疫逃逸等[2]，傳統(tǒng)的治療手段如手術(shù)切除、化學(xué)治療、放射治療無法徹底抑制腫瘤的生長和復(fù)發(fā)，不能保證和提高患者的生命質(zhì)量。因此，生物治療成為人們攻克惡性腫瘤的研究開發(fā)熱點(diǎn)。生物治療具有高效安全、特異性強(qiáng)、毒副作用較少等優(yōu)勢，可以作為獨(dú)立治療手段，也可以聯(lián)合或者輔助其他治療手段。目前，生物治療主要包括免疫治療、基因治療、干細(xì)胞治療、溶瘤病毒治療、內(nèi)分泌治療、分子靶向藥物治療等技術(shù)。這些治療方法通過干擾腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)過程、影響腫瘤免疫微環(huán)境等以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡或者死亡達(dá)到全身性的治療效果[3]。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中，自噬又是扮演什么角色？現(xiàn)就自噬在腫瘤及其生物學(xué)治療中的研究及相關(guān)進(jìn)展作一述評。

1 腫瘤細(xì)胞中的自噬過程

自噬(autophagy)是一種真核細(xì)胞中高度保守的生物學(xué)現(xiàn)象，是一種維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)平衡的自我保護(hù)機(jī)制，是一種由溶酶體介導(dǎo)的降解細(xì)胞內(nèi)受損的蛋白質(zhì)或者細(xì)胞器的代謝過程[4]，包括大自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)、分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy)。自噬作用是雙向的，當(dāng)細(xì)胞感受到應(yīng)激或者環(huán)境變化時(shí)，可以通過啟動(dòng)自噬進(jìn)行自我保護(hù)，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，從而使細(xì)胞存活；然而，過度持續(xù)激活的自噬可以引起細(xì)胞的程序性死亡(自噬性程序性細(xì)胞死亡)。自噬在不同類型腫瘤發(fā)生過程和各個(gè)發(fā)展階段起著不同甚至是兩極化的作用[5]，涉及一系列腫瘤生物學(xué)過程，包括細(xì)胞癌前病變過程、腫瘤上皮細(xì)胞間質(zhì)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)浸潤轉(zhuǎn)移過程、腫瘤免疫微環(huán)境、能量代謝、氧化還原應(yīng)激過程等[6]。

1.1 自噬抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展 如果正常上皮細(xì)胞的自噬機(jī)制受損，那么細(xì)胞將無法清除受損的細(xì)胞器、折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)等，引起細(xì)胞基因組不穩(wěn)定，造成上皮細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)變，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[7]。例如，由于不能及時(shí)清除受損的線粒體引發(fā)過度氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致Atg5和Atg7缺失小鼠形成肝癌[8]；在細(xì)胞增殖分化過程中起著重要作用的PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，抑制分子PTEN的缺失或者激活分子AKT的持續(xù)激活會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞自噬減少、腫瘤發(fā)生發(fā)展[9-10]。

1.2 自噬促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展 越來越多的證據(jù)證實(shí)自噬在腫瘤形成及發(fā)展過程起著促進(jìn)作用。由于腫瘤細(xì)胞需要大量的合成代謝以優(yōu)先保證細(xì)胞快速地增殖和抵抗凋亡，還需要克服快速增殖造成的細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的應(yīng)激狀態(tài)，如能量代謝紊亂、低氧環(huán)境、氧化應(yīng)激、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等[11]。當(dāng)這些應(yīng)激發(fā)生時(shí)，腫瘤細(xì)胞會(huì)通過啟動(dòng)自噬機(jī)制吞噬消化一些細(xì)胞增殖非必需的細(xì)胞內(nèi)容物，從而釋放更多的營養(yǎng)物質(zhì)和能量，提高自身應(yīng)對各種應(yīng)激的能力，從而存活和增殖。例如，低氧應(yīng)激或者營養(yǎng)缺乏可以啟動(dòng)腫瘤細(xì)胞中HIF-依賴或者不依賴的自噬過程[12]，HIF可以增加血管生成因子的表達(dá)，從而緩解低氧狀態(tài)使細(xì)胞存活；能量短缺或者能量代謝應(yīng)激時(shí)，能量效應(yīng)因子AMPK激活，導(dǎo)致mTORC1抑制，從而解除對細(xì)胞自噬的抑制，啟動(dòng)細(xì)胞自噬以應(yīng)對能量應(yīng)激，使細(xì)胞得以存活[13-14]。

1.3 自噬與腫瘤免疫 腫瘤的發(fā)生發(fā)展和機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)有著千絲萬縷的關(guān)系[15]。一方面，免疫系統(tǒng)可以通過監(jiān)視正常細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)變的過程，識別、清除惡性細(xì)胞，以防止惡性腫瘤的產(chǎn)生。人體免疫系統(tǒng)缺陷容易發(fā)生惡性腫瘤，例如，獲得性免疫缺陷綜合征患者容易繼發(fā)惡性腫瘤。另一方面，腫瘤細(xì)胞可以促進(jìn)腫瘤微環(huán)境的免疫反應(yīng)成免疫抑制狀態(tài)，如誘導(dǎo)免疫細(xì)胞分泌抑制性細(xì)胞因子，促進(jìn)免疫抑制細(xì)胞滲透等，可以導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸。自噬在腫瘤免疫中具有重要作用[16]。自噬在 T 細(xì)胞分化、發(fā)育、及執(zhí)行功能中均具有重要作用[17]。ATG蛋白家族缺陷鼠模型中，外周T 細(xì)胞的自噬機(jī)制受損，導(dǎo)致線粒體數(shù)量升高、功能異常，產(chǎn)生過多的活性氧及激烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)，使機(jī)體容易誘發(fā)腫瘤，自噬受損也可導(dǎo)致T細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和代謝重塑[18]；研究發(fā)現(xiàn)自噬參與抗原提呈，在自身耐受性T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的選擇發(fā)育過程中發(fā)揮作用[17]。此外，研究發(fā)現(xiàn)自噬可以改變腫瘤微環(huán)境影響腫瘤發(fā)展。例如，在小鼠肝癌模型中，mTOR-TSC通路的活化可抑制微環(huán)境中巨噬細(xì)胞發(fā)生自噬，使其向 M2 型分化，促進(jìn)腫瘤內(nèi)血管生成，反之，向 M1 型分化，抑制肝癌進(jìn)展[19]。

2 自噬相關(guān)分子與腫瘤治療

2.1 誘導(dǎo)自噬與腫瘤治療 目前，通過誘導(dǎo)自噬達(dá)到抑制腫瘤的臨床前期研究主要是針對mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。一些列mTOR抑制劑雷帕霉素及其衍生物的臨床研究結(jié)果提示：雷帕霉素對可以抑制多種類型的腫瘤發(fā)生發(fā)展，包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤、乳腺癌、腎細(xì)胞癌、非小細(xì)胞肺癌、宮頸癌等[20-21]。然而，雷帕霉素對腫瘤生長的抑制效果是否與其能誘導(dǎo)自噬發(fā)生有關(guān)的機(jī)制尚未清楚。在對腫瘤進(jìn)行放射線治療、化學(xué)治療以及抗血管再生治療時(shí)，腫瘤細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)保護(hù)性自噬，使自身得以存活，結(jié)果產(chǎn)生治療抵抗[22-23]。因此，臨床上多采用自噬誘導(dǎo)劑聯(lián)合其他治療手段治療腫瘤，使腫瘤細(xì)胞持續(xù)自噬，以致發(fā)生細(xì)胞自噬性凋亡，可以提高治療效果。

2.2 抑制自噬與腫瘤治療 相較于誘導(dǎo)自噬進(jìn)行腫瘤治療的機(jī)制而言，通過抑制自噬阻止腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究更加廣泛和深入。針對不同類型的腫瘤治療研究中，自噬溶酶體抑制劑氯喹(chloroquine,CQ)、羥化氯喹(hydroxychloroquine, HCQ)單用和聯(lián)用化學(xué)治療和或放射治療已經(jīng)進(jìn)入臨床I期和II期階段[24]，包括結(jié)直腸癌、胃腸道間質(zhì)瘤、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌、肺癌、淋巴瘤等。此外，自噬誘導(dǎo)劑還有針對自噬相關(guān)分子的小分子抑制劑，如針對ULK1的抑制劑SBI-0206965、靶向VPS34的抑制劑SAR405、靶向ATG4的抑制劑NSC185058[25-27]，這些抑制劑尚未進(jìn)入臨床研究階段，但是在動(dòng)物腫瘤模型水平已經(jīng)得到證實(shí)，可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬并且死亡，從而抑制腫瘤發(fā)展。值得一提的是，針對PI3K和mTOR的雙重抑制劑PI103也可以通過干擾腫瘤細(xì)胞的自噬過程達(dá)到抑制腫瘤生長的效果[28]，并且已經(jīng)進(jìn)入臨床前期研究。

3 自噬相關(guān)的腫瘤治療研究現(xiàn)狀

3.1 Paul B. Fisher團(tuán)隊(duì)最新研究發(fā)現(xiàn)：在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(GSCs)中，黑素瘤分化相關(guān)基因-9/Syntenin(MDA-9)通過調(diào)控BCL與EGFR介導(dǎo)保護(hù)性自噬促進(jìn)GSC對失巢凋亡的抵抗，使其無法發(fā)生自噬性死亡。抑制MDA-9可以逆轉(zhuǎn)GSCs中的保護(hù)性自噬并誘導(dǎo)細(xì)胞失巢凋亡和細(xì)胞死亡。該研究為多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤的生物治療提供生物學(xué)靶點(diǎn)及研究基礎(chǔ)[29]。

3.2 Andrew Thorburn團(tuán)隊(duì)研究證實(shí)：自噬抑制劑通過自噬調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a的激活導(dǎo)致促凋亡因子BBC3、PUMA基因轉(zhuǎn)錄引起細(xì)胞凋亡和細(xì)胞死亡。研究結(jié)果部分解釋了自噬抑制使腫瘤細(xì)胞對化療藥物敏感的機(jī)制，還證實(shí)了自噬抑制劑可以將MDM2靶向藥物對腫瘤細(xì)胞的作用從生長抑制轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛲?，從而減輕腫瘤負(fù)荷[30]。此外，Kasper M. A. Rouschop團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中EGFRvIII的表達(dá)通過激活自噬提高了對饑餓和缺氧等代謝應(yīng)激的耐受。由于EGFRvIII過表達(dá)細(xì)胞可以通過自噬機(jī)制滿足高代謝，因此，自噬抑制劑可以消除應(yīng)激條件下EGFRvIII過表達(dá)細(xì)胞增強(qiáng)的抵抗凋亡并存活增殖的能力。這些研究為自噬抑制劑聯(lián)用其他腫瘤治療藥物或者手段可以改善治療效果提供了分子機(jī)制和理論基礎(chǔ)[31]。

3.3 應(yīng)用溶瘤病毒治療腫瘤會(huì)引起宿主抗病毒固有免疫應(yīng)答，造成治療抵抗。南京大學(xué)魏繼武教授團(tuán)隊(duì)研究細(xì)胞自噬、固有免疫應(yīng)答以及溶瘤麻疹病毒減毒疫苗株( attenuated measles virus Edmonston strain， MV-Edm)溶瘤活性之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：①在非小細(xì)胞肺癌中，MV-Edm能啟動(dòng)SQSTM1 /p62 介導(dǎo)的線粒體自噬，導(dǎo)致線粒體抗病毒信號蛋白的降解，進(jìn)而減弱DDX58 /RIG-I 樣受體介導(dǎo)的固有免疫應(yīng)答抗病毒固有免疫應(yīng)答[32]。②MV-Edm誘導(dǎo)的線粒體自噬可以促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞死亡方式由凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)閴乃?，和阻斷?xì)胞內(nèi)源性凋亡以促進(jìn)MV-Edm復(fù)制，從而使MV-Edm的溶瘤活性增強(qiáng)。以上研究為通過調(diào)控細(xì)胞自噬進(jìn)行腫瘤的溶瘤病毒治療提供理論基礎(chǔ)[33]。

4 小結(jié)與展望

自噬是一個(gè)涉及機(jī)體各種生物學(xué)功能的、錯(cuò)綜復(fù)雜、高度保守的生物學(xué)過程。盡管自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的分子機(jī)制尚未清楚，但是目前認(rèn)為自噬對腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有雙向作用。在正常細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)變之前，細(xì)胞可以通過啟動(dòng)自噬清除有害物質(zhì)，防止堆積誘發(fā)形成惡性腫瘤細(xì)胞；在腫瘤形成后，腫瘤細(xì)胞可以通過自噬對抗代謝紊亂、低氧環(huán)境等阻止細(xì)胞凋亡，還可以參與腫瘤免疫逃逸，導(dǎo)致機(jī)體不能清除腫瘤細(xì)胞。針對自噬的腫瘤生物治療研究應(yīng)綜合考慮不同腫瘤類型、腫瘤分子分型、免疫微環(huán)境組成以及自噬過程不同階段的分子組成，這樣才能展開深入研究。然而，目前大部分針對自噬過程的小分子抑制劑治療惡性腫瘤的研究仍止步于實(shí)驗(yàn)室或者臨床前期實(shí)驗(yàn)階段，和其他抑制劑的局限之處一樣，即存在不可避免的毒副作用以及缺少惡性腫瘤特異性。在單一使用自噬抑制或者激活劑時(shí)，正常細(xì)胞的自噬機(jī)制也會(huì)受影響，造成無法預(yù)料的后果。越來越多的證據(jù)證實(shí)，在腫瘤患者進(jìn)行傳統(tǒng)的放化療及使用其他靶向藥物治療腫瘤時(shí)，腫瘤細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)保護(hù)性自噬以度過難關(guān)得以生存，是治療抵抗及腫瘤復(fù)發(fā)的新機(jī)制，因此，放化療聯(lián)用自噬抑制劑以及不同生物靶向藥物聯(lián)用自噬抑制劑成為腫瘤治療研究熱點(diǎn)，自噬抑制劑也成為腫瘤生物學(xué)治療策略中重要組成部分。