哺乳動物雷帕霉素靶蛋白介導細胞自噬在腫瘤中的研究進展

張浩然 喬旭旭 畢明宏

[摘要] 自噬與腫瘤細胞的惡性轉(zhuǎn)化和分化有關。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路和細胞自噬關系密切，其可通過調(diào)控細胞自噬而在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。目前mTOR抑制劑（靶向抑制信號通路）的開發(fā)已成為抗腫瘤研究的重要領域，這將會是潛在的腫瘤治療方法。本文就自噬通路中mTOR信號通路與腫瘤關系以及mTOR抑制劑的研究進展進行綜述，希望能為腫瘤的研究及靶向藥物的研制提供信息。

[關鍵詞] 自噬；腫瘤；哺乳動物雷帕霉素靶蛋白；治療；研究進展

[中圖分類號] R730.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）09（a）-0032-04

[Abstract] Autophagy capacity may correlate with malignant transformation and differentiation of cancer cells. The mammalian target of rapamycin （mTOR） has close relationship with autophagy， which can play an important role through regulating the autophagic activity on cancer genesis and progression. So far mTOR inhibitors （inhibiting targets of signaling pathways） have potential in the future for cancer therapy， the development of mTOR inhibitors represents an important field in anticancer research. This article summarizes the relationship between mTOR signaling pathway and tumor in autophagy pathways， and the current status of the development of mTOR inhibitors， it hopes to provide information for studies on cancer research and targets for tumor therapy.

[Key words] Autophagy； Tumor； Mammalian target of rapamycin； Therapy； Research progress

惡性腫瘤是我國人群死亡的主要原因之一，眾多因素都對腫瘤產(chǎn)生影響，腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機制目前仍并未完全闡明，近幾年，生物醫(yī)學界逐漸認識到細胞自噬和腫瘤存在復雜的關系，而自噬是廣泛存在于真核細胞中的生命現(xiàn)象，且研究顯示在人類腫瘤中存在自噬活性的改變，此問題已成為目前熱點研究領域。與細胞自噬活性調(diào)節(jié)有關的信號轉(zhuǎn)導通路有多種，而目前研究提示哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路是其中的一條重要途徑，因此，深入研究自噬與腫瘤的關系及調(diào)節(jié)機制意義重大。本文就mTOR介導細胞自噬在腫瘤中的研究進展進行綜述。

1 自噬與腫瘤

自噬（autophagy）是真核細胞中的一種基礎生命現(xiàn)象，其是將胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)、RNA等大分子物質(zhì)和一些衰老、破損的細胞器等在單位膜包裹的囊泡中大量降解，實現(xiàn)再循環(huán)，從而使細胞保持較好的生理狀態(tài)。同時自噬受體也在介導蛋白轉(zhuǎn)運至自噬體降解過程中起重要作用[1]。Klionsky[2]研究提示細胞自噬與炎癥、免疫、神經(jīng)退行性、心腦血管疾病及癌癥有關，并且多種人類癌癥中發(fā)現(xiàn)細胞自噬活性的變化。

研究發(fā)現(xiàn)細胞自噬與癌癥的關系密切，在癌癥中自噬受多種信號通路的調(diào)控[3]。且自噬在腫瘤形成、增殖、轉(zhuǎn)移以及腫瘤治療中均發(fā)揮顯著作用，研究提示在多種腫瘤細胞中存在自噬功能的改變[4]。在不同微環(huán)境下，自噬的作用是不同的，自噬既可以發(fā)揮腫瘤抑制作用，也可以發(fā)揮促進腫瘤細胞生長存活作用[5]。梁冰等[6]研究提示電離輻射可以誘導卵巢癌細胞發(fā)生自噬，且自噬水平的升高也提升了腫瘤細胞對于電離輻射的抵抗。

2 mTOR信號轉(zhuǎn)導通路

mTOR是一種在進化上高度保守的絲/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，分子量大小為289 kD，其基因位于人1號染色體短臂36.2位點，是磷脂酰肌醇激酶相關激酶超蛋白家族成員，mTOR在細胞自噬中處于中心調(diào)控者地位。

mTORC1為異五聚體蛋白激酶，包括富含脯氨酸的AKT作用底物PRAS40、mLST8、mTOR和TOR調(diào)節(jié)相關蛋白（Raptor），以及Deptor。mTORC1參與自噬小體的誘導及形成，對細胞自噬起負向調(diào)控。mTORC2的組成蛋白有mTOR、Deptor、mLST8、應激活化蛋白激酶相互作用蛋白1（mSIN1）和雷帕霉素不敏感組分（rapamycin-insensitive companion of mTOR，Rictor），以及Protor（protein observed with rictor-1）。

3 mTOR介導細胞自噬的信號轉(zhuǎn)導通路

目前研究顯示mTOR是自噬的關鍵負調(diào)控分子之一，mTOR與細胞凋亡、生長、增殖、自噬等有重要聯(lián)系[7]。目前發(fā)現(xiàn)自噬功能損傷抑制膠質(zhì)瘤干細胞的分化[8]。近期有研究發(fā)現(xiàn)自噬活性改變參與了骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞的分化過程。Colosetti等[9]研究也提示自噬參與了慢粒K562細胞向巨核細胞的分化演變進程。

3.1 mTOR上游信號轉(zhuǎn)導通路

mTOR已被證明是細胞自噬的一個重要負調(diào)控因子。mTOR上游信號傳導通路最經(jīng)典的途徑是PI3K/AKT/mTOR通路，其上游通路，跨膜胰島素受體和胰島素生長因子或酪氨酸激酶受體結合，然后活化PI3K，使PIP轉(zhuǎn)化為PIP3，然后PIP3結合于Akt/PKB和PDK1，抑制自噬體形成[10]。其下游通路，結節(jié)性硬化復合物（tuberous sclerosis complex，TSC）蛋白有抑制小G蛋白Rheb（Ras homolog enriched in brain）作用，進而抑制mTOR功能，活化自噬體形成。目前研究提示小G蛋白是mTOR上游的一個正向調(diào)控因子，對mTOR起活化作用。TSC對具有GTPase激活蛋白活性，形成TSC1-TSC2復合體，增強GTP酶活性，抑制mTORC1的活性[11]。Akt通過磷酸化TSC2，使其抑制作用減弱，從而增強了mTOR活性。TSC2被AMPK磷酸化后則會抑制mTOR活性。

3.2 mTOR下游信號轉(zhuǎn)導通路

研究提示mTORC1下游直接作用底物為兩個獨立的自噬相關基因4E-BP1（eukaryotic initiation factor 4E binding protein 1）和 S6K，兩者是mRNAs翻譯的關鍵調(diào)節(jié)基因。TOR存在兩種不同復合體形式：TORC1和TORC2，研究顯示TORC1和TORC2的結構和功能都十分保守穩(wěn)定[12]。mTORC1通過磷酸化ULK1抑制自噬[13]。研究提示Atg1位于mTOR的下游，為mTOR的負向調(diào)控因子[14]。Atg1和S6激酶對自噬起抑制作用[15]。目前AKt/mTOR及其下游信號分子4E-BP1和p70S6K1在腫瘤自噬發(fā)生中的作用是新的研究熱點。

4 mTOR信號通路與腫瘤治療

4.1 雷帕霉素與腫瘤治療

從調(diào)節(jié)細胞自噬角度來進行腫瘤治療是臨床醫(yī)學上的新進展。mTOR抑制劑雷帕霉素又稱為西羅莫司，是由吸水鏈球菌（Streptomyces hygroscopicus）產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素。雷帕霉素與FK506結合蛋白相互作用，抑制mTORC1復合體的形成，阻止磷酸化下游靶蛋白P70S6K和4E-BP1，下調(diào)細胞周期相關蛋白質(zhì)的合成。

4.2 雷帕霉素衍生物與腫瘤治療

由于雷帕霉素在多種腫瘤治療上顯示出一定的效果，從20世紀90年代開始國際上進一步開發(fā)了多種雷帕霉素衍生物，目前已開展臨床研究甚或臨床應用的有替西羅莫司（temsirolimus，CCI-779）、依維莫司（everolimus，RAD001）、Ridaforolimus（deforolimus，AP2 3573）等。動物實驗顯示在雷帕霉素衍生物RAD001使用的基礎上再加用Caspase-3抑制劑DEVD，將會提高肺癌放療敏感性，提示在治療腫瘤效果上與自噬可存在相關性[16]；在相關腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)RAD001及CCI-779可以誘導產(chǎn)生30%～40%腫瘤緩解率[17-18]；研究提示RAD001也可以增加乳腺癌、前列腺癌和膀胱癌對放化療的敏感性[19-20]；并且細胞死亡是非凋亡依賴型的自噬相關的細胞死亡[21]。

傳統(tǒng)的雷帕霉素及其衍生物僅對mTORC1的活性起抑制作用，但對mTORC2無此作用。有研究提示替西羅莫司和依維莫司在腫瘤治療中療效不佳，可能是因其僅對mTORC1有效，因此決定了其抗腫瘤療效的局限性，并且導致PI3K/AKT反饋性激活[22]。

4.3 新一代mTOR抑制劑與腫瘤治療

新一代mTOR抑制劑能雙重靶向抑制mTORC1和mTORC2，負向調(diào)控AKT的代償性磷酸化，也明顯抑制PI3K/AKT/mTOR通路[23]。下面將對新一代靶向mTOR抑制劑作一簡介：

NVP-BEZ235是PI3K/mTOR雙靶點抑制劑，在多種腫瘤中證明NVP-BEZ235對瘤細胞生長增殖的抑制，并誘導其凋亡[24-26]。NVP-BEZ235通過結合到PI3K的ATP結合域，起到可逆抑制PI3K活性的功能；并且NVP-BEZ235結合mTOR激酶結構區(qū)中的ATP結合位點，起下調(diào)mTORC1和mTORC2的活性作用。mTORC1/mTORC2抑制劑OSI-027也是新一代mTOR抑制劑。OSI-027能夠抑制雷帕霉素刺激和IGF-1誘導的AKT磷酸化，另外，其還可以下調(diào)雷帕霉素敏感及耐受的腫瘤細胞的增殖，誘導腫瘤細胞的凋亡特性[27]。AZD8055能同時抑制mTORC1和mTORC1復合物，AZD8055已被證明能抑制多種腫瘤細胞的增殖和生長[28]。具有抗腫瘤和抑制新生血管生成的雙重作用的SF-1126[29]，目前處于臨床研究階段。另外，PI3K和mTOR 雙靶點抑制劑XL-765也顯示抗腫瘤效應[30]。

4.4 抑制mTOR信號的中藥

目前研究提示，從中藥中提取的具有抗腫瘤活性的化合物可能是通過mTOR信號通路而起效的。如黃芩素抑制mTOR和Raptor信號，激活自噬，進而有抗腫瘤作用[31]。

5 總結與展望

由于惡性腫瘤的發(fā)生率有增高趨勢，并有著高死亡率，針對腫瘤的研究是多年來研究的熱門，對細胞自噬與信號通路的研究將有助于找到治療腫瘤的新角度。隨著此領域研究的不斷進展，自噬在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的機制及治療中的作用將受到更多關注，其信號轉(zhuǎn)導相關通路mTOR等也逐漸成為醫(yī)學科學研究中的熱點。基于mTOR通路的細胞自噬對腫瘤細胞作用具有重要意義，通過mTOR通路調(diào)節(jié)細胞自噬以達到抑制腫瘤作用的藥物不斷被發(fā)現(xiàn)[32-33]。本文總結mTOR通路影響腫瘤生長的相關自噬機制，以期能為腫瘤的治療開辟出更為針對性的治療方案提供理論依據(jù)。

影響自噬調(diào)節(jié)的因子眾多是制約腫瘤自噬調(diào)節(jié)劑應用的關鍵所在。但是對自噬通路中這些信號轉(zhuǎn)導通路的調(diào)控機制還不十分清楚，相應的細胞學效應也需要進一步確定。目前仍需深入研究自噬調(diào)節(jié)通路，如mTOR通路激活的具體調(diào)節(jié)機制及作用條件等，在條件許可下進而開展動物及人體臨床試驗，為基于自噬調(diào)節(jié)治療腫瘤新方案提供理論依據(jù)。

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（收稿日期：2018-01-02 本文編輯：蘇 暢）