自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展及治療中的研究進(jìn)展

張歡宇 綜述 黃用豪 審校

海南醫(yī)學(xué)院海南省熱帶病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571199

胰腺癌(pancreatic cancer)是世界上最難治的惡性腫瘤之一[1]。胰腺癌的5年生存率低于9%并且中位生存期僅為6個(gè)月，預(yù)計(jì)到2030年將成為世界上第二常見的惡性腫瘤[2-3]。由于胰腺癌的早期癥狀不典型，很難在早期發(fā)現(xiàn)胰腺癌的存在[4]，往往在胰腺癌轉(zhuǎn)移時(shí)才被診斷。并且腫瘤的復(fù)雜微環(huán)境不僅會(huì)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，而且會(huì)阻止藥物輸送，更加增加了胰腺癌治療的難度[5-6]。因此，胰腺癌的上述情況是導(dǎo)致近年來其發(fā)病率呈快速上升的原因[7]。許多患者在發(fā)現(xiàn)胰腺癌時(shí)，就因疾病的局部進(jìn)展或遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移，而不能接受手術(shù)[8]。所以，更好的了解胰腺癌的發(fā)生發(fā)展，對(duì)早期診斷和治療以及減輕患者的痛苦具有重要的意義。

自噬(autophagy)也稱為巨自噬，是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境平衡的一種特殊機(jī)制，它包括自噬體形成、自噬體-溶酶體融合和降解等一系列過程。自噬是在細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)缺乏、氨基酸減少、缺氧和代謝壓力等條件刺激下被激活，接下來細(xì)胞質(zhì)大分子物質(zhì)和受損的細(xì)胞器被雙層自噬囊泡包裹，隨后這種自噬體和溶酶體融合，通過溶酶體降解來延長(zhǎng)細(xì)胞的存活[9-10]。然而，在人類癌細(xì)胞中，由于自噬具有自我保護(hù)或促凋亡的雙重作用，其功能備受爭(zhēng)議[11]。本文就自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展及治療中的作用進(jìn)行綜述。

1 自噬發(fā)生的過程

自噬是一個(gè)在進(jìn)化上高度保守的應(yīng)激過程。最初是通過酵母的基因篩選出來的，在哺乳動(dòng)物中自噬的核心機(jī)制具有良好的特征性和保守性[12-14]。自噬是通過一個(gè)特定的程序激活的，以應(yīng)對(duì)持續(xù)的細(xì)胞應(yīng)激壓力[15]。在氨基酸或血清缺乏的情況下，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)被抑制進(jìn)而抑制自噬的過程?；蛘咴谀芰康拖潞推咸烟侨狈Φ那闆r下，ATP能量受到限制，使腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)激活進(jìn)而促進(jìn)自噬的形成[16]。接下來，被抑制的mTOR可以抑制下游的起始前復(fù)合物(也稱為ULK1復(fù)合物)—ULK1/2-Atg13-FIP200-Atg101，或者被激活的AMPK進(jìn)一步激活下游的起始前復(fù)合物。這個(gè)過程在自噬啟動(dòng)、磷酸化多個(gè)下游因子中起重要作用。隨后ULK1復(fù)合物進(jìn)一步激活起始復(fù)合物(也稱Ⅲ類PI3K復(fù)合體)。起始復(fù)合物招募和激活A(yù)tg14L、Beclin1、p150和VPS34等[17]。這個(gè)過程中，VPS15激活VPS34，Atg14L綁定到Beclin1上，并且該復(fù)合物的活性受到BCL2(B-cell lymphoma 2，抗凋亡蛋白)的抑制[18]。然后該復(fù)合物可將磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸磷脂酰肌醇(PI3P)。產(chǎn)生的PI3P在自噬泡雙膜中發(fā)揮延伸的作用。并且WIPI(與WD重復(fù)域磷酸肌醇相互作用的蛋白質(zhì))及其結(jié)合伴侶ATG2A或ATG2B在PI3P產(chǎn)生位點(diǎn)的膜延長(zhǎng)的早期階段起作用[17]。以上步驟為自噬囊泡形成的起始階段，有助于自噬囊泡的延伸。此過程中，任何一步受到影響將不會(huì)引起自噬的發(fā)生。

自噬體的延伸和成熟是通過兩個(gè)泛素樣結(jié)合體系協(xié)同活動(dòng)發(fā)生的。這兩個(gè)泛素樣結(jié)合體系包括：(1)ATG12泛素樣系統(tǒng)，是通過E1泛素激活酶(ATG7)和E2泛素結(jié)合酶(ATG10)催化ATG12與ATG5結(jié)合；(2)LC3泛素樣系統(tǒng)，是通過ATG4和ATG7在其羧基末端切割LC3。兩個(gè)泛素樣蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)共同催化ATG12/ATG5/ATG16(一起形成LC3的E3樣連接酶)和磷脂酰乙醇胺(PE)連接至LC3，形成LC3的磷脂酰乙醇胺偶聯(lián)形式(LC3-PE或LC3-Ⅱ)，將脂質(zhì)化的LC3插入到自噬體膜上可驅(qū)動(dòng)自噬體的成熟[19]。接下來溶酶體與自噬體融合形成自噬溶酶體，該溶酶體降解隔離在自噬體中的物質(zhì)，并將其再循環(huán)以產(chǎn)生氨基酸、脂肪酸和核苷酸[20]。這一循環(huán)過程可以為細(xì)胞和機(jī)體提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，保持細(xì)胞和機(jī)體的內(nèi)在平衡。自噬的這一系列過程是細(xì)胞在生理?xiàng)l件下應(yīng)對(duì)各種壓力，以保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。但是自噬在腫瘤中(特別是胰腺癌)的作用有待進(jìn)一步闡明。

2 自噬與胰腺癌的關(guān)系

自噬在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，克服細(xì)胞代謝壓力和營(yíng)養(yǎng)缺乏等方面起著重要作用[21]。自噬現(xiàn)象在癌細(xì)胞中被廣泛觀察到，其功能根據(jù)癌癥不同亞型和不同的細(xì)胞環(huán)境而出現(xiàn)顯著變化[22]。在適當(dāng)條件下，自噬通過消除或減輕有害刺激而對(duì)癌細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用。相反，過量或延長(zhǎng)的自噬作用通過誘導(dǎo)自噬相關(guān)的細(xì)胞死亡(Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡)而獨(dú)立于或與某些細(xì)胞條件下的細(xì)胞凋亡和壞死同時(shí)發(fā)生，從而成為抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制[23-24]。包括胰腺癌在內(nèi)的一些抗凋亡的癌癥中，通過增強(qiáng)自噬相關(guān)蛋白的作用可以誘導(dǎo)自噬相關(guān)的細(xì)胞死亡[25]。自噬在胰腺癌發(fā)生和發(fā)展中的作用是復(fù)雜的，在不同的細(xì)胞環(huán)境中可能表現(xiàn)出相反的功能，但其機(jī)制尚未得到充分證明。

2.1 自噬在胰腺癌中的保護(hù)作用及治療策略 胰腺腫瘤因其復(fù)雜的微環(huán)境，而導(dǎo)致其難以治療。具體表現(xiàn)：(1)大量的細(xì)胞外基質(zhì)沉積在腫瘤細(xì)胞周圍，導(dǎo)致抗腫瘤藥物難以進(jìn)入；(2)胰腺腫瘤周圍的血管密度低，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的缺氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的限制；(3)纖維化的腫瘤微環(huán)境會(huì)產(chǎn)生腫瘤的生存信號(hào)和免疫抑制信號(hào)等[26]。因此，胰腺癌的生長(zhǎng)和存活需要大量的營(yíng)養(yǎng)獲取和利用。而高水平的自噬既可以通過去除受損的成分來使細(xì)胞解毒，也可以為生物合成和能量生產(chǎn)提供降解貨物的中間代謝物，為腫瘤細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[27]?？梢哉f自噬在促進(jìn)胰腺癌的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。因此在治療胰腺過程中，自噬抑制劑在其癌癥中的治療已經(jīng)被確定。現(xiàn)在臨床研究重點(diǎn)在自噬的晚期階段，氯喹(CQ)和羥氯喹(HCQ)已經(jīng)被FDA(食品藥品監(jiān)督管理局)批準(zhǔn)用于治療腫瘤。例如，自噬抑制劑氯喹和阻斷MAPK途徑的藥物曲美替尼一起治療KRAS突變的胰腺癌患者，會(huì)導(dǎo)致腫瘤標(biāo)志物癌抗原19-9(CA19-9)和總體腫瘤負(fù)荷減少[28]。臨床隨訪研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌患者術(shù)前應(yīng)用吉西他濱、納布紫杉醇聯(lián)合HCQ治療，可以使患者手術(shù)預(yù)后有所改善[29-30]。并且氯喹還可以通過活性氧(ROS)的溶酶體凋亡途徑使胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱藥物敏感[31]。不僅自噬抑制劑在治療胰腺癌中發(fā)揮作用，而且在小鼠胰腺中缺乏自噬相關(guān)蛋白(Atg7或Atg5)，會(huì)促進(jìn)低級(jí)別的、癌前的胰腺上皮內(nèi)瘤變的病變，但會(huì)阻斷高級(jí)別胰腺上皮內(nèi)瘤變和胰腺導(dǎo)管腺癌的進(jìn)展[32-33]。有些新開發(fā)的或者現(xiàn)有的藥物(鋅的螯合劑TPEN和植物中分離的Withaferin-A等)也可以通過抑制自噬，達(dá)到抑制胰腺癌的效果[34-35]?？傊@些令人鼓舞的研究，提示對(duì)腫瘤治療的研究可以從抑制自噬過程入手，開發(fā)新的治療胰腺癌的策略。在胰腺癌中，自噬產(chǎn)生的另一個(gè)重要的生存效應(yīng)是清除線粒體，也稱為線粒體自噬，它是一種降低細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)水平的應(yīng)答機(jī)制，可以有效的清除細(xì)胞內(nèi)活性氧[36-37]。線粒體呼吸過程中不斷產(chǎn)生副產(chǎn)物ROS，在部分受損的線粒體中，ROS的產(chǎn)生增加。ROS是極不穩(wěn)定的化合物，可以對(duì)其他分子(如脂質(zhì)和蛋白質(zhì))進(jìn)行親核攻擊。結(jié)果，使其大分子可以與ROS共價(jià)結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞功能破壞。而且，ROS是眾所周知的誘變化合物，可以破壞DNA，導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定和ROS依賴的腫瘤發(fā)生[38]。并且線粒體自噬的產(chǎn)生也需要ROS的激活。此外，多項(xiàng)研究表明，線粒體自噬通過清除受損的線粒體，維持健康的和有功能的線粒體，參與腫瘤對(duì)各種癌癥治療的抵抗[39]。這些可以為治療胰腺腫瘤提供了一個(gè)很好的切入點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)，敲除NIX(線粒體自噬的關(guān)鍵分子)能導(dǎo)致胰腺上皮內(nèi)瘤變中線粒體含量增加，并且這些惡性前病變向更高級(jí)別的胰腺上皮內(nèi)瘤變轉(zhuǎn)化，可以延緩胰腺癌的進(jìn)展[40]。還有用等離子活性介質(zhì)(PAM)處理胰腺癌細(xì)胞增加了細(xì)胞中活性氧(ROS)的積累并降低了線粒體膜電位。并且，PAM可通過ROS依賴性自噬誘導(dǎo)Aspc1細(xì)胞(一種胰腺癌細(xì)胞系)凋亡[41]。這些研究將線粒體與產(chǎn)生ROS的化合物結(jié)合進(jìn)行靶向性治療，為胰腺癌治療和其他KRAS突變型癌癥帶來一種新的可能。

2.2 胰腺癌中的自噬性細(xì)胞死亡 程序性細(xì)胞死亡(PCD)在動(dòng)物的正常發(fā)育和生理所需過程中起著極為關(guān)鍵的作用。根據(jù)誘導(dǎo)PCD的主要機(jī)制可以將細(xì)胞死亡分為三類，分別為Ⅰ型(細(xì)胞凋亡)、Ⅱ型(自噬性細(xì)胞死亡)和Ⅲ型(壞死性細(xì)胞死亡)[42]。功能失調(diào)的PCD會(huì)導(dǎo)致如癌癥和神經(jīng)變性等疾病。盡管細(xì)胞凋亡是PCD最常見的一種死亡形式，但越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，通過激活自噬而發(fā)生的自噬性細(xì)胞死亡在惡性腫瘤中也扮演著重要角色[43]，接下來探討自噬性細(xì)胞死亡與胰腺癌發(fā)生的關(guān)系。高水平的自噬與各種形式的細(xì)胞死亡密切相關(guān)，所以細(xì)胞死亡命名委員會(huì)(NCCD)命名了“自噬性細(xì)胞死亡”一詞，用于描述由于抑制自噬途徑而抑制的細(xì)胞死亡。Ⅱ型細(xì)胞死亡或自噬性細(xì)胞死亡的特征是吞噬大量細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器(如線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng))的雙膜以及多膜細(xì)胞質(zhì)囊泡的出現(xiàn)。自噬囊泡及其內(nèi)容物被同一細(xì)胞的溶酶體系統(tǒng)破壞。這種情況也發(fā)生在腫瘤細(xì)胞中，比如抗癌藥物可以在胰腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)自噬性細(xì)胞死亡，從而增強(qiáng)抗癌藥的細(xì)胞毒性[44]。過量的自噬誘導(dǎo)細(xì)胞毒性的藥物治療或使用自噬誘導(dǎo)劑也可導(dǎo)致腫瘤的自噬性細(xì)胞死亡。替西羅莫司(一種選擇性的mTOR抑制劑)已經(jīng)證明在體外能有效抑制多種胰腺癌細(xì)胞系增殖的作用。此外，替西羅莫司在胰腺癌異種移植模型中以及在Ⅰ/Ⅱ期臨床研究中無論是單一藥物還是與吉西他濱聯(lián)用，都顯示出明顯的抗腫瘤活性[45]。同樣，HDAC抑制劑MPT0E028也可以抑制PI3K/AKT/mTOR通路而引起自噬，可以起到抑制胰腺癌的效果[46]。自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素最成功的治療措施之一是其抗血管生成作用與抑制VEGF的產(chǎn)生和下游信號(hào)傳導(dǎo)[47]。依維莫司已被FDA批準(zhǔn)用作胰腺癌血管生成的抑制劑[48]。雖然目前臨床上關(guān)注的焦點(diǎn)是自噬抑制劑與化療或細(xì)胞毒性藥物的聯(lián)合使用，但自噬在抑制起始階段腫瘤生長(zhǎng)中的矛盾作用，需要從治療的角度加以考慮。

2.3 在胰腺癌中表觀遺傳調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)自噬 自噬也可以通過轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳水平進(jìn)行調(diào)控。蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶CARM1是自噬的正調(diào)節(jié)劑，而EZH2是自噬的負(fù)調(diào)節(jié)劑[49-50]。比如鞣花酸是CARM1介導(dǎo)的H3R17甲基化的抑制劑，通過潛在地抑制自噬和增強(qiáng)細(xì)胞凋亡來降低卵巢癌細(xì)胞的增殖和惡性潛能[51]。GSK343(EZH2的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑)通過抑制G1期細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡并下調(diào)AKT/mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)自噬，引起胰腺癌細(xì)胞的活性抑制[52]。目前在胰腺癌的研究中，自噬與具有調(diào)節(jié)表觀遺傳的小分子之間的聯(lián)系還很少，加之表觀遺傳是這幾年研究的熱點(diǎn)，這些可以很好地成為治療胰腺癌策略的切入點(diǎn)。但是其作用與自噬之間形成直接聯(lián)系，尤其是在胰腺癌這種復(fù)雜疾病的情況下，研究人員還有很多工作要做。

2.4 在胰腺癌中其他可以調(diào)節(jié)自噬的機(jī)制 癌細(xì)胞具有代謝依賴性，這使它們與正常細(xì)胞有所區(qū)別。在這些代謝途徑的依賴中，癌細(xì)胞利用來自三羧酸(TCA)循環(huán)的前體來支持它們的無限生長(zhǎng)。然而，TCA循環(huán)中間產(chǎn)物的持續(xù)產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致線粒體完整性缺陷[53]。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體的谷氨酰胺缺乏癥會(huì)通過調(diào)節(jié)胰腺導(dǎo)管腺癌中的mTORC1信號(hào)來抑制自噬，進(jìn)而顯著抑制其細(xì)胞生長(zhǎng)并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡性死亡，從而發(fā)現(xiàn)了谷氨酰胺代謝在胰腺導(dǎo)管腺癌的生長(zhǎng)和存活中的一個(gè)新的方面[53-54]。環(huán)狀RNA(circRNA)是一類特殊的非編碼RNA分子，circRNA分子中富含microRNA(miRNA)結(jié)合位點(diǎn)，在細(xì)胞中起到miRNA海綿(miRNA sponge)的作用，而miRNA與自噬之間存在著一定的關(guān)聯(lián)，并且在吉西他濱耐藥性研究中，證明沉默circRNA消除了Panc-1細(xì)胞對(duì)吉西他濱的耐藥性，這表明circRNAs可能是提高胰腺癌的化學(xué)敏感性的重要因素[55]。自噬在抗癌免疫中也有作用，主要是通過T細(xì)胞識(shí)別癌細(xì)胞上的抗原肽，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞的消除。有證據(jù)表明自噬在該過程中既具有抑制作用又具有激活作用[56]。自噬對(duì)于T細(xì)胞和抗原呈遞細(xì)胞的功能至關(guān)重要，這意味著治療性自噬抑制作用很可能影響腫瘤內(nèi)免疫細(xì)胞的活性。在胰腺癌的發(fā)展和治療中，還有希望開發(fā)新的、可靠的調(diào)節(jié)自噬的方法，進(jìn)而提高胰腺癌的存活率。

3 展望

本文介紹了自噬在胰腺癌發(fā)生發(fā)展和治療中的雙重作用，即保護(hù)性自噬和細(xì)胞毒性自噬，分別在胰腺癌的不同階段發(fā)揮著不同的作用。用自噬抑制劑和誘導(dǎo)劑自噬都會(huì)引起胰腺癌的抑制。但是自噬在胰腺癌中的作用仍然是復(fù)雜的。研究人員還需要了解自噬調(diào)節(jié)對(duì)正常細(xì)胞和整個(gè)生物體的潛在長(zhǎng)期副作用，將有助于更好地將實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。此外，對(duì)胰腺癌生物學(xué)和遺傳學(xué)的新見解，包括KRAS突變、腫瘤代謝和腫瘤免疫學(xué)的新發(fā)現(xiàn)，可能對(duì)開發(fā)新的治療方法有一定的價(jià)值。