細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡及其交互作用在肝癌治療中的研究進(jìn)展

齊鑫鑫，劉濤

(新疆醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，烏魯木齊 830011)

細(xì)胞程序性死亡是機(jī)體與生俱來的自我調(diào)節(jié)機(jī)制，根據(jù)其死亡機(jī)制可分為細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬、細(xì)胞類凋亡、細(xì)胞有絲分裂災(zāi)難和脹亡。近年來，細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的研究備受關(guān)注。細(xì)胞凋亡，又稱Ⅰ型程序性死亡，是個(gè)體發(fā)育過程中基因調(diào)控下的細(xì)胞主動(dòng)性死亡過程，是細(xì)胞為了應(yīng)對外環(huán)境改變而產(chǎn)生的防御性應(yīng)答[1-2]。細(xì)胞凋亡的生物學(xué)機(jī)制與許多疾病的致病機(jī)制一致[3-5]。細(xì)胞自噬是細(xì)胞內(nèi)主要的死亡機(jī)制之一，這一特定的細(xì)胞學(xué)過程是細(xì)胞自我消化、降解、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制。有報(bào)道指出，自噬通過阻止有毒蛋白質(zhì)的積累或調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)在細(xì)胞保護(hù)中起關(guān)鍵作用[6]。按照生理途徑不同，細(xì)胞自噬分為巨自噬、微自噬與分子伴侶介導(dǎo)的細(xì)胞自噬，下文提及的自噬均指巨自噬。目前，將細(xì)胞死亡機(jī)制用于各種疾病治療的研究逐漸深入、廣泛，已成為生命科學(xué)研究中最引人注目的研究領(lǐng)域之一?，F(xiàn)就細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡及其交互作用在肝癌治療中的研究進(jìn)展予以綜述，以此為探索肝癌治療方法提供新思路。

1 細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡分子水平上的聯(lián)系

細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，將細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡用于治療各種疾病的研究越來越廣泛[7]，但自噬與凋亡之間相互轉(zhuǎn)換的具體作用機(jī)制尚不清楚，隨著研究的不斷深入，越來越多的交互因子、聯(lián)系蛋白及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被研究人員發(fā)現(xiàn)，如胱天蛋白酶(caspase)家族、原癌基因Ras、DAPK/DRP-1、c-Myc等均是參與自噬調(diào)控的細(xì)胞凋亡因子[8]。因此，探討細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡之間的關(guān)系對腫瘤治療具有非常重要的意義。

1.1細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡共同調(diào)控因子 在分子水平上，有許多基因在細(xì)胞自噬和細(xì)胞凋亡途徑中均發(fā)揮了重要作用，自噬相關(guān)基因(autophagy related genes，ATG)種類繁多，遍布細(xì)胞自噬的整個(gè)過程。此外，細(xì)胞ATG也可調(diào)控細(xì)胞凋亡，Liang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，ATG5與Beclin-1可以平衡細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的水平，凋亡相關(guān)因子B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2)的拮抗劑Obatoclax也可通過這一機(jī)制調(diào)節(jié)腺樣囊性癌細(xì)胞的凋亡與自噬。Bcl-2分子在與自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2相關(guān)X蛋白/Bak結(jié)合后即可調(diào)控細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡[10]。同樣，凋亡因子也參與了自噬的調(diào)控作用：Bcl-2可以抑制Beclin-1依賴的細(xì)胞自噬性死亡，在此過程中，它并不是直接參與自噬調(diào)控作用，而是間接地發(fā)揮自噬調(diào)控作用[11-12]。Caspase家族蛋白是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵蛋白，它不僅調(diào)控細(xì)胞凋亡，還可影響細(xì)胞內(nèi)自噬水平的表達(dá)[8，13]。Caspase-3通過滅活Beclin-1抑制細(xì)胞自噬誘發(fā)細(xì)胞凋亡，caspase-8通過切割受體相互作用蛋白激酶誘導(dǎo)細(xì)胞自噬。抑癌基因p53，作為細(xì)胞凋亡中的激活因子，既可上調(diào)促凋亡基因也可下調(diào)抗凋亡基因。此外有文獻(xiàn)報(bào)道，p53也可發(fā)揮自噬調(diào)節(jié)作用：多氯聯(lián)苯醌可通過調(diào)控p53的表達(dá)促使細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡進(jìn)行轉(zhuǎn)換[14]。Fu等[15]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過激活p53基因而抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)的表達(dá)，從而達(dá)到促進(jìn)胃癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞自噬與凋亡的目的。Khaodee等[16]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖苷酶Ⅱβ亞基在肺癌中調(diào)控細(xì)胞自噬、凋亡與p53的轉(zhuǎn)錄有關(guān)?？梢姡?xì)胞自噬及細(xì)胞凋亡關(guān)鍵分子相互交錯(cuò)，細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡間的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也可由此產(chǎn)生聯(lián)系。

1.2細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的交互通路 細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系不僅體現(xiàn)在共同調(diào)控的細(xì)胞因子，還體現(xiàn)在許多維持細(xì)胞基礎(chǔ)活動(dòng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，這些通路參與細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的方式也各不相同，其中Wnt/β聯(lián)蛋白(β-catenin)信號(hào)通路在細(xì)胞增殖、分化與凋亡及細(xì)胞自噬中均扮演重要角色。雷公藤內(nèi)酯通過下調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬與凋亡、抑制血管生成，達(dá)到抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖的目的[17]。在非小細(xì)胞癌的治療中，Wnt抑制因子-1介導(dǎo)的自噬通過下調(diào)Dvl-2基因、抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路，從而抑制非小細(xì)胞癌的增殖，促進(jìn)其凋亡[18]。Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路既可調(diào)控p62介導(dǎo)的細(xì)胞自噬，也可調(diào)控p62依賴的細(xì)胞凋亡[19]。PI3K/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡及自噬領(lǐng)域研究廣泛，在辣椒素防治鼻咽癌的試驗(yàn)中，辣椒素可以通過PI3K/Akt/mTOR信號(hào)途徑誘導(dǎo)鼻咽癌細(xì)胞自噬與凋亡的發(fā)生，從而起到防治鼻咽癌的作用[20]。沙利霉素可以通過激活活性氧類介導(dǎo)的PI3K/Akt/mTOR信號(hào)途徑促進(jìn)前列腺細(xì)胞癌的凋亡，在該過程中，自噬抑制劑抑制自噬可增強(qiáng)沙利霉素的促凋亡作用[21]。此外，促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activation protein kinase，MAPK)/c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)途徑與細(xì)胞的增殖、凋亡和自噬有密切聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，miR-103過表達(dá)可通過MAPK/JNK與Janus激酶(Janus kinase，JAK)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)信號(hào)通路抑制脊髓損傷大鼠的細(xì)胞自噬與凋亡[22]。同時(shí)，MAPK/JNK途徑還可平衡化療藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡[23]。在JAK抑制劑對T細(xì)胞急性白血病影響的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)JAK抑制劑TG101209可以抑制T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞自噬、上調(diào)細(xì)胞凋亡，從而起到治療白血病的作用[24]。此外，還有一些細(xì)胞因子和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也參與了調(diào)控細(xì)胞自噬與凋亡，兩者之間多層次的聯(lián)系在維持細(xì)胞平衡中顯得尤為重要。

1.3細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的交互作用 研究人員將凋亡與自噬的關(guān)系總結(jié)為以下兩種：相互促進(jìn)關(guān)系、相互對抗關(guān)系。當(dāng)細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的終極目標(biāo)均為促進(jìn)細(xì)胞死亡時(shí)，兩者有以下幾種相互促進(jìn)關(guān)系：①相互獨(dú)立的調(diào)控細(xì)胞死亡。②互補(bǔ)關(guān)系，即兩者同時(shí)發(fā)生，但是有主次之分，如細(xì)胞在饑餓或缺氧條件下[25-27]，通過誘發(fā)細(xì)胞自噬為細(xì)胞凋亡等生理活動(dòng)提供ATP[28]。電離輻射治療腫瘤時(shí)，使細(xì)胞處于營養(yǎng)匱乏的狀態(tài)，此時(shí)自噬水平增加，為細(xì)胞提供ATP并釋放凋亡信號(hào)，使癌細(xì)胞發(fā)生凋亡[29]。研究表明，細(xì)胞自噬的發(fā)生本身伴隨著ATP泵的驅(qū)動(dòng)，若該類自噬受到抑制，則無法為凋亡提供能量，從而使得凋亡無法正常進(jìn)行[30]。此外，輕微的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以使自噬維持細(xì)胞凋亡閾值，促進(jìn)細(xì)胞存活。③替補(bǔ)關(guān)系：在使用自噬抑制劑抑制自噬后，細(xì)胞凋亡的發(fā)生率會(huì)增加。有時(shí)，當(dāng)細(xì)胞凋亡功能缺陷時(shí)，可以通過誘發(fā)細(xì)胞自噬促進(jìn)細(xì)胞死亡。而過量的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激超過自噬調(diào)節(jié)范圍，可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[31]。陳金東[32]認(rèn)為，細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的拮抗作用是相互的。研究發(fā)現(xiàn)，氫分子可以通過激活上游的細(xì)胞自噬起到下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子C/EBP同源蛋白表達(dá)、抑制氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞凋亡的作用[33]，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中，自噬通過消化蛋白聚集物和錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，從而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。

2 細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡及其交互作用與肝癌治療

肝癌發(fā)病率在全球癌癥發(fā)病率中居第六位，死亡率在全球癌癥相關(guān)死亡率中居第二位，其中超過一半的新發(fā)病例和死亡病例在中國[34-36]。傳統(tǒng)的肝癌治療仍存在較多問題，因此對于肝癌患者,探索更為有效的治療手段至關(guān)重要。腫瘤發(fā)病機(jī)制及靶向基因治療是近年來研究的熱點(diǎn),尋找參與絕大多數(shù)肝癌治療的分子學(xué)機(jī)制是現(xiàn)階段肝癌治療迫切需要解決的問題。研究人員利用凋亡與自噬及其之間的交互作用作為探尋新的肝癌治療靶點(diǎn)與治療機(jī)制，也已成為當(dāng)今肝癌治療中的研究熱點(diǎn)。雖然這一機(jī)制存在很多爭議，但可為今后尋找肝癌治療靶點(diǎn)提供依據(jù)。

2.1細(xì)胞自噬 自噬在腫瘤中的調(diào)節(jié)作用非常復(fù)雜，目前在關(guān)于自噬與腫瘤的眾多研究中，自噬既可以幫助腫瘤細(xì)胞存活產(chǎn)生耐藥，也可作為肝癌的治療機(jī)制[37]。研究發(fā)現(xiàn)，中藥既可通過誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬，也可通過抑制自噬達(dá)到治療肝癌的目的[38]。研究表明，谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶可以通過激活自噬使肝癌細(xì)胞抵抗化療藥物奧沙利鉑與索拉菲尼的治療，產(chǎn)生耐藥[39]。而自噬缺陷可以使機(jī)體DNA受損，加速肝細(xì)胞癌的發(fā)展進(jìn)程[40]。研究表明，在自噬敲低的Huh7肝癌細(xì)胞中，細(xì)胞可無限增殖且細(xì)胞死亡受到抑制[41]。萬燕雅[42]研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌的放療過程中，肝癌細(xì)胞自噬增強(qiáng)，可降低肝癌細(xì)胞對放療的敏感性，若在該過程中同時(shí)使用自噬抑制劑抑制自噬的發(fā)生，則可增強(qiáng)其敏感性。此外，自噬也可引起化療藥物的耐藥性，Zhang等[43]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，棉酚可以通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激起到治療肝癌的作用，但同時(shí)棉酚誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬可以使肝癌細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，因此將自噬抑制劑與棉酚聯(lián)合可以起到良好的抗肝癌作用。而在肝癌的免疫治療中，細(xì)胞自噬同樣具有重要的調(diào)控作用，有研究人員以此為著眼點(diǎn)研究靶向肝癌相關(guān)抗原的疫苗[44]。敲除JAK基因后，該通路下游的STAT被滅活，從而減少Bcl-2表達(dá)、活化caspase-3誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡的發(fā)生，與此同時(shí)，糖原合成酶激酶與mTOR表達(dá)增加，肝癌細(xì)胞自噬水平增加[45]。由此可見，自噬在肝癌中扮演兩種角色：①自噬在肝癌治療中起抑制作用，是化療藥的耐藥機(jī)制之一；②自噬可以作為肝癌治療的靶點(diǎn)，為后續(xù)肝癌治療的研究提供依據(jù)。細(xì)胞自噬對肝癌治療不僅具有雙向性，其調(diào)控機(jī)制也非常復(fù)雜，故有待進(jìn)一步研究。

2.2細(xì)胞凋亡 研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)藥物通過抑制癌細(xì)胞的凋亡達(dá)到治療癌癥的目的。據(jù)報(bào)道，細(xì)胞凋亡途徑主要有兩種，分別為內(nèi)源性凋亡途徑與外源性凋亡途徑，這兩種凋亡途徑均參與癌癥的調(diào)控，目前一些凋亡小分子已用于癌癥治療藥物的研發(fā)中[46]。研究發(fā)現(xiàn)，一些中藥成分也可通過調(diào)控細(xì)胞凋亡起到肝癌治療的作用[47]。如Huang等[48]通過體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，苦龍苷可以通過上調(diào)p53凋亡基因、下調(diào)人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶凋亡蛋白來誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡。在嘧啶胺誘導(dǎo)HepG2肝癌細(xì)胞凋亡的研究中，學(xué)者發(fā)現(xiàn)嘧啶胺可以通過上調(diào)Bcl-2相關(guān)X蛋白、caspase-3、caspase-8、caspase-9，下調(diào)Bcl-2、DNA修復(fù)酶抑制HepG2肝癌細(xì)胞凋亡，表明嘧啶胺可能同時(shí)通過調(diào)控內(nèi)源性細(xì)胞凋亡與外源性細(xì)胞凋亡達(dá)到治療肝癌的目的[49]。另有研究發(fā)現(xiàn)，肉蓯蓉苯乙醇苷在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡抑制H22細(xì)胞的增殖[50]。細(xì)胞凋亡參與了肝癌的發(fā)生發(fā)展，無論何種因素誘導(dǎo)的肝癌均會(huì)有細(xì)胞凋亡的參與，且不同的藥物調(diào)控細(xì)胞凋亡的機(jī)制也不同：有些藥物通過調(diào)控Bcl-2相關(guān)X蛋白與Bcl-2蛋白比例阻滯誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡，有些藥物可通過調(diào)控p53基因介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，也有些藥物可通過調(diào)控細(xì)胞周期誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，不同的藥物可將細(xì)胞阻滯在不同的復(fù)制階段，導(dǎo)致細(xì)胞無法正常分裂而凋亡。細(xì)胞凋亡在調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展中是單向的，但不是單一存在，細(xì)胞內(nèi)還存在一些其他調(diào)控機(jī)制，可與凋亡共同作用，一起調(diào)控肝癌的發(fā)生發(fā)展。

2.3細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的交互作用 研究表明，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞可以通過誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬降低索拉菲尼的促肝癌細(xì)胞凋亡作用，表明抑制細(xì)胞自噬，可以增強(qiáng)索拉菲尼的抗肝癌作用[51]。馮傳平等[52]采用不同濃度迷迭香酸、自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤與自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素對HepG2肝癌細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同濃度迷迭香酸可以通過抑制細(xì)胞自噬促進(jìn)HepG2細(xì)胞的凋亡。此外，齊墩果酸可以通過PI3K/Akt/mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與活性氧類系統(tǒng)誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬性死亡[53]。Liu等[54]研究發(fā)現(xiàn)，木樨草素可通過誘導(dǎo)人肝癌SMCC-7721細(xì)胞株發(fā)生細(xì)胞自噬促進(jìn)細(xì)胞凋亡。研究表明，在由乙型肝炎發(fā)展的肝癌中，上調(diào)ATG5-ATG12基因可能與肝癌細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[55]?？梢?，自噬相關(guān)基因ATG與細(xì)胞凋亡在肝癌的治療中存在緊密聯(lián)系。三氧化二砷既可以誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞自噬性死亡也可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，若使用抑制劑可以抵抗細(xì)胞凋亡[56]。此外，一些藥物可通過誘導(dǎo)細(xì)胞自噬參與肝癌細(xì)胞的凋亡，既可以負(fù)向調(diào)控也可正向調(diào)控，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與細(xì)胞凋亡程度決定[57]。可見，細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡在同種細(xì)胞不同環(huán)境中可能產(chǎn)生不同的交互作用，這可能與腫瘤微環(huán)境的改變有關(guān)。細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，從目前關(guān)于細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡相關(guān)文獻(xiàn)中可以看出細(xì)胞自噬與凋亡之間存在一定的轉(zhuǎn)換機(jī)制，在凋亡缺陷的肝癌中，細(xì)胞自噬可作為一種死亡方式誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的死亡；此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與氧化應(yīng)激也參與了自噬與凋亡的轉(zhuǎn)換過程。目前，對于細(xì)胞自噬、凋亡及肝癌的治療仍處于初級(jí)階段，自噬與凋亡的交互作用可能與腫瘤的轉(zhuǎn)移、代謝、微環(huán)境以及腫瘤耐藥存在一定的聯(lián)系，細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的交互作用在肝癌的發(fā)生發(fā)展中呈現(xiàn)雙向性，但其具體機(jī)制尚不清楚，還需進(jìn)一步探討。

3 小 結(jié)

肝癌作為全球最常見的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重危害人類健康，因此研發(fā)有效的肝癌治療藥物是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。目前，細(xì)胞凋亡作為肝癌的治療機(jī)制，研究較為廣泛，但僅針對細(xì)胞凋亡機(jī)制研究腫瘤治療方法較為局限。細(xì)胞自噬作為另外一種細(xì)胞死亡機(jī)制，在肝炎-肝硬化-肝癌發(fā)展過程中扮演重要角色。然而，細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡并非單獨(dú)存在的死亡機(jī)制，兩者存在交互作用，且在肝癌的發(fā)生發(fā)展中具有雙向性。因此，進(jìn)一步探討細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡之間的交互作用不僅可以為肝癌的治療提供新視野，對探討其他疾病發(fā)生發(fā)展的機(jī)制同樣至關(guān)重要。