Bcl-2家族對肝細(xì)胞癌凋亡及自噬作用的研究進(jìn)展

李 堯，張 展，趙雅婷，易江南，王喬艷，馮 華

(牡丹江醫(yī)學(xué)院 1.第一臨床醫(yī)學(xué)院;2.病理生理學(xué)教研室，黑龍江 牡丹江 157011)

肝細(xì)胞癌(Hepatocellular cellular，HCC)是全世界嚴(yán)重危害人類健康的惡性腫瘤之一，我國肝癌患者占全世界總數(shù)的50%左右[1]。由于其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜、起病隱匿，確診時(shí)已為中晚期。同時(shí)伴隨著復(fù)發(fā)率高、轉(zhuǎn)移迅速、并發(fā)癥嚴(yán)重等臨床特點(diǎn)，使得肝細(xì)胞癌的治療效果差，患者病死率一直居高不下。近年來研究表明，Bcl-2家族在肝細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。一方面Bcl-2家族對肝癌細(xì)胞凋亡具有雙向調(diào)控作用[2]；另一方面其在肝癌細(xì)胞自噬調(diào)節(jié)過程中扮演了重要角色[3]。Bcl-2家族作為介導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡和自噬的重要中間調(diào)控蛋白，已成為肝細(xì)胞癌研究熱點(diǎn)。本文就Bcl-2家族在肝細(xì)胞癌凋亡及自噬中的作用綜述如下。

1 Bcl-2家族構(gòu)成及其在凋亡和自噬途徑的作用機(jī)制

1.1 Bcl-2家族構(gòu)成Bcl-2家族是線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡途徑中重要的調(diào)節(jié)因子，目前已經(jīng)鑒定出20多種成分，對細(xì)胞凋亡起到雙向調(diào)節(jié)作用。盡管各成員的調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，但普遍含有BH1-BH4結(jié)構(gòu)域，按其生物學(xué)作用分為三大類[4]。第一類為抗凋亡家族成員，主要包括Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W、Mcl-1等；第二類為促凋亡家族成員，主要包括Bax、Bak、Bcl-XS、Box等；第三類為促凋亡蛋白中的特殊類型，主要包括僅含有BH3這一結(jié)構(gòu)域的Bad、Bim、Bid、Bnip3、Nix等。

1.2 Bcl-2家族介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑細(xì)胞凋亡途徑主要有三種：(1)死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路，如Fas，TNFR1；(2)線粒體介導(dǎo)的凋亡通路，主要涉及線粒體促凋亡蛋白的異位；(3)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡通路，主要發(fā)生在氧化應(yīng)激等病理情況下。其中線粒體途徑是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡最重要的途徑，其外膜通透性(MOMP)的改變被認(rèn)為是線粒體凋亡途徑的主要開關(guān)，而MOMP又嚴(yán)格受到Bcl-2家族的調(diào)控，促凋亡家族中的部分成員如Bax可直接促進(jìn)MOMP改變，進(jìn)一步通過細(xì)胞色素c和Smac(second mitochondria-derived activator caspases)途徑導(dǎo)致caspase級聯(lián)反應(yīng)[5]。而抗凋亡家族部分成員如Bcl-2可以對Bax等產(chǎn)生類似拮抗作用。另外，作為BH3-only蛋白如Bid可以直接激活Bax蛋白的促凋亡作用，而Bad，Bik則是通過抑制Bcl-2的作用間接調(diào)控Bax[6-7]。也有學(xué)者指出[8-9]，Bcl-2家族可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

1.3 Bcl-2家族介導(dǎo)的細(xì)胞自噬途徑自噬是一種溶酶體依賴的降解途徑，在真核細(xì)胞中廣泛存在。通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器膜內(nèi)陷形成獨(dú)特的雙層膜結(jié)構(gòu)，并和溶酶體融合，消化細(xì)胞內(nèi)因老化等原因所導(dǎo)致的損壞的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等，對維持細(xì)胞的生長，發(fā)育具有重要作用[10]。作為自噬的重要調(diào)節(jié)因子，Bcl-2家族有以下三種途徑參與到自噬調(diào)控。其一，Bcl-2可以通過對IP3R通道的調(diào)節(jié)影響細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度，Ca2+進(jìn)一步通過CaMKKβ-AMPK-mTOR途徑調(diào)控自噬[11]；其二，BH3-only蛋白中的Bnip3，Nix可在低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)作用下大量生成，并直接和自噬相關(guān)蛋白LC3結(jié)合形成自噬體，促進(jìn)自噬的發(fā)生[12]。BH3-only蛋白也通過磷酸化修飾改變其自身與靶分子的親和力，導(dǎo)致自噬水平發(fā)生變化[13]；其三，Bcl-2等可以和自噬相關(guān)蛋白Beclin-1相結(jié)合，從而改變Beclin-1在細(xì)胞中的濃度而影響細(xì)胞的自噬作用[14]。

2 Bcl-2家族中抗凋亡成員在肝細(xì)胞癌中的作用及其機(jī)制

2.1 Bcl-2與肝細(xì)胞癌Bcl-2是一個(gè)抗凋亡基因，在肝癌細(xì)胞中主要通過阻斷Fas/FasL凋亡通路和與Bax形成復(fù)合物的方式，導(dǎo)致肝癌細(xì)胞免于凋亡進(jìn)而促使腫瘤形成。Kenneth Alibek等人認(rèn)為肝癌的發(fā)生與丙型肝炎細(xì)胞中Bcl-2表達(dá)異常有關(guān)[15]。Chang等[16]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用表達(dá)FasL的pcDNA3-f1載體轉(zhuǎn)染肝癌細(xì)胞，能明顯誘導(dǎo)其凋亡，而當(dāng)加入高表達(dá)Bcl-2的pcDNA3-fl-Bcl-2載體后，能明顯阻斷肝癌細(xì)胞凋亡。同時(shí)沈浩元等[17]人也發(fā)現(xiàn):Bcl-2的表達(dá)與Fas，F(xiàn)asL 的表達(dá)呈正相關(guān)。另外，陳江等[18]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示野生型Bcl-2可以抑制AFP的表達(dá)，HBx也可以與Bcl-2發(fā)生蛋白交聯(lián)反應(yīng)。同時(shí) Bcl-2與病毒性肝癌也存在聯(lián)系。研究表明Bcl-2基因在肝組織中的表達(dá)水平與HBV和HCV的增殖程度呈正相關(guān)，從而影響肝纖維化過程[19]。Zekri等[20]研究也發(fā)現(xiàn)Bcl-2基因的擴(kuò)增與HCV相關(guān)肝臟疾病有關(guān)，其在癌組織中的表達(dá)明顯高于其他對照組。另外，HCV的非結(jié)構(gòu)性蛋白NS5A能通過其包含的Bcl-2的同源結(jié)構(gòu)域與Bax相互作用來保護(hù)p53陰性肝癌細(xì)胞免于凋亡[21]。

2.2 Bcl-XL和Mcl-1和肝細(xì)胞癌的關(guān)系Bcl-XL和Mcl-1也屬于凋亡抑制基因。Mcl-1在人體內(nèi)表達(dá)于各種組織，其功能是編碼具有抗凋亡作用的蛋白，也可直接調(diào)控細(xì)胞的周期和分化，促進(jìn)細(xì)胞生長。于德新等[22]實(shí)驗(yàn)研究顯示,Bcl-XL和Bcl-2共同抑制肝癌細(xì)胞凋亡,促進(jìn)癌細(xì)胞的增長，兩者表達(dá)呈正相關(guān)，另外,Bcl-XL表達(dá)陽性組的MVD明顯高于陰性組,提示Bcl-XL可以促進(jìn)腫瘤血管生成。

3 Bcl-2家族中促凋亡成員在肝細(xì)胞癌中的作用及其機(jī)制

3.1 Bax在肝細(xì)胞癌中的作用最新研究發(fā)現(xiàn)，肝癌細(xì)胞中其促凋亡基因比臨近正常肝細(xì)胞表達(dá)程度更低。次旦旺久等[23]采用洛鉑對HepG2細(xì)胞進(jìn)行凋亡誘導(dǎo)后，Bax、Bid兩種促凋亡蛋白表達(dá)水平隨濃度顯著上升，同時(shí)楊闖等[24]也通過免疫組化技術(shù)檢測到肝癌細(xì)胞中的Bax表達(dá)水平更低，還發(fā)現(xiàn)其表達(dá)與發(fā)病年齡、性別、腫瘤大小和轉(zhuǎn)移無關(guān)。大量實(shí)驗(yàn)表明伴隨Bax表達(dá)減少或缺失,肝癌細(xì)胞凋亡逐漸減弱,這可能是導(dǎo)致腫瘤迅速生長、增殖的重要原因[25]。轉(zhuǎn)染Bax后可誘發(fā)HCC-9204細(xì)胞自發(fā)凋亡,也可明顯促進(jìn)乙醇誘導(dǎo)的HCC-9204細(xì)胞凋亡。還有研究表明Bak和Bax同型寡聚體進(jìn)入線粒體外膜內(nèi)并通過作用于下游的胱天蛋白酶最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[26]。

3.2 Bak、Bok在肝細(xì)胞癌中的作用在肝癌和肝硬化組織中發(fā)現(xiàn)bcl-2中度表達(dá)，而Bak高度表達(dá)[27]。還發(fā)現(xiàn)外源基因轉(zhuǎn)染技術(shù)使過表達(dá)Bak基因的HCC-9204細(xì)胞G1期延長。Bak直接或間接受到Bcl-2蛋白的拮抗作用來保持細(xì)胞的完整性，還可作為細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)劑[26]。Bok在胃、小腸等組織細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，特別是在肝臟組織細(xì)胞中具有很高的水平[28]。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)Bok能促進(jìn)DEN(二乙基亞硝胺)誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷和炎癥的發(fā)生，也有助于由DEN誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡和癌變，提示Bok能促進(jìn)某些化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的肝細(xì)胞癌變和死亡。最近也有報(bào)道稱，Bok通過泛素/蛋白酶體途徑被迅速地翻轉(zhuǎn)，并且作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解調(diào)控的內(nèi)在凋亡的非典型效應(yīng)分子[29-30]。

4 BH3-only蛋白在肝細(xì)胞癌中的作用及其機(jī)制

4.1 Bim和肝細(xì)胞癌的關(guān)系在HCC中，Bim蛋白陽性表達(dá)于癌旁正常肝組織，但大部分 HCC癌組織中不表達(dá)。研究表明Bim蛋白表達(dá)上調(diào)與肝癌患者5年生存率呈正相關(guān)[31]。多種抗腫瘤藥物療效取決于Bim蛋白的活性，Bim蛋白表達(dá)的下調(diào)和活性降低可能是HCC治療失敗的潛在原因之一[32]。因此，Bim 蛋白表達(dá)可作為衡量HCC獨(dú)立預(yù)后指標(biāo)之一[33]，也有可能成為新的治療肝癌的作用靶點(diǎn)。

4.2 HBx和BINP3對肝細(xì)胞癌的作用研究發(fā)現(xiàn)，半數(shù)以上肝癌中的PUMA(p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子)表達(dá)下降與肝癌的預(yù)后有關(guān)，而HBx對肝癌細(xì)胞中PUMA表達(dá)有抑制作用，可能與HBx激活NFκB進(jìn)而抑制p53的表達(dá)有關(guān)[34-35]。NOXA與PUMA相似，也是p53調(diào)控的下游靶基因之一，其具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抗腫瘤的特性[36]。

失巢凋亡是指細(xì)胞脫離了細(xì)胞外基質(zhì)后，在凋亡相關(guān)分子作用下所產(chǎn)生的一種程序性死亡。Liotta等[37]通過對失巢肝癌細(xì)胞的基因芯片中分析發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞中受低氧誘導(dǎo)的BNIP3L表達(dá)水平明顯增高，預(yù)示著Bnip3L可能和肝癌細(xì)胞的失巢凋亡有關(guān)。Vand Velde等[38]發(fā)現(xiàn)，BNIP3L誘導(dǎo)細(xì)胞死亡也與自噬相關(guān)，能導(dǎo)致多種腫瘤細(xì)胞線粒體極化進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)胞自噬。體外試驗(yàn)采用人肝癌MHCC-97H細(xì)胞并進(jìn)行pcDNA3.1-HBx質(zhì)粒轉(zhuǎn)染，構(gòu)建HBx表達(dá)組細(xì)胞模型后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中NIX/BNIP3L蛋白水平增高，在siBNIP3L干預(yù)后，發(fā)現(xiàn)HBx表達(dá)細(xì)胞線粒體自噬被明顯抑制，葡萄糖攝入減少，故HBx表達(dá)可促進(jìn)NIX/BNIP3L線粒體自噬通路的活化，進(jìn)而介導(dǎo)肝癌細(xì)胞中糖酵解代謝重編程的調(diào)控；為靶向干預(yù)線粒體自噬通路調(diào)控代謝重編程而導(dǎo)致的HBV/HBx關(guān)聯(lián)性肝致癌作用的防控提供依據(jù)[39]。

5 總結(jié)

綜上所述，Bcl-2家族對肝細(xì)胞癌的作用十分廣泛，不僅參與到肝癌細(xì)胞的生長，侵襲，轉(zhuǎn)移等方面，甚至也參與到肝細(xì)胞的脂肪變、纖維化等過程。一方面Bcl-2家族在肝癌細(xì)胞凋亡途徑扮演了重要角色，另一方面又可以影響肝癌細(xì)胞的自噬。大量文獻(xiàn)表明，自噬對早期肝細(xì)胞的癌變起到抑制作用，晚期則對肝癌細(xì)胞起到保護(hù)作用，因此也有觀點(diǎn)稱，自噬是導(dǎo)致治療肝癌過程中產(chǎn)生耐藥性的重要原因[40]。這為抗肝癌藥物的研發(fā)提供了思路。Bcl-2家族對肝癌細(xì)胞的凋亡機(jī)制研究較為深入，但自噬的機(jī)制和作用不夠明了，而Bcl-2家族與其他通路之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系使其在肝細(xì)胞癌中的研究進(jìn)展較為緩慢，還需要進(jìn)一步探索。