自噬在癌癥中的作用及自噬調(diào)節(jié)劑作為腫瘤藥物的研究進(jìn)展

王偉，黃國(guó)錦

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 呼吸疾病實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林）

0 引言

自噬（Autophagy，該詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，其意思為“吃自己”)是一種在基礎(chǔ)和應(yīng)激條件下維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的分解代謝過程，使得細(xì)胞可以在缺氧、營(yíng)養(yǎng)缺乏等環(huán)境脅迫的情況下存活。因此，自噬具有保護(hù)細(xì)胞的功能。日益增多的證據(jù)表明，自噬缺陷或異常在癌癥的發(fā)生、發(fā)展和治療中起著重要作用，因而調(diào)節(jié)自噬作為癌癥治療方法具有相當(dāng)大的潛力[1]。

1 自噬及其調(diào)控機(jī)制

1.1 自噬的定義、分類及功能

自噬是一個(gè)受到精確調(diào)控的、高度保守的自降解過程，可以在很短時(shí)間內(nèi)將受損的細(xì)胞器或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)降解，產(chǎn)生的降解產(chǎn)物（包括核苷酸、氨基酸、脂肪酸和糖）可以被回收利用，重新參與細(xì)胞代謝[2]。細(xì)胞能夠通過自噬應(yīng)對(duì)胞內(nèi)或胞外的變化和刺激，使得細(xì)胞可以在缺氧和營(yíng)養(yǎng)缺乏等情況下存活。自噬具有進(jìn)化上的高度保守性，廣泛存在于酵母、線蟲、果蠅到高等脊椎動(dòng)物的細(xì)胞中。自噬可由饑餓、缺氧、射線照射、生長(zhǎng)因子信號(hào)抑制劑、化療和靶向藥物等因素誘導(dǎo)。

根據(jù)內(nèi)容物進(jìn)入溶酶體的途徑，自噬可分為三種主要形式：微自噬（microautophagy）、分子伴侶介導(dǎo)的自噬 （chaperone- mediated autophagy, CMA）和巨自噬（macroautophagy）。在微自噬過程中，細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)通過膜重排直接被溶酶體吞噬。在CMA過程中，胞質(zhì)中的分子伴侶識(shí)別并協(xié)助待降解蛋白穿過溶酶體膜，最終被降解。在巨自噬過程中，分離的雙層膜包裹一部分細(xì)胞質(zhì)，形成稱為自噬體的雙膜囊泡結(jié)構(gòu)。隨后自噬體與溶酶體融合成自噬溶酶體，其內(nèi)容物經(jīng)由37種自噬相關(guān)蛋白協(xié)調(diào)的過程，被溶酶體酶（蛋白酶，脂肪酶，核酸酶和糖酶）降解，以實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)大分子的循環(huán)利用。巨自噬是通常所說的自噬，也是研究最多的自噬形式。本文著重介紹此類自噬。

自噬是一種適應(yīng)性過程，它是針對(duì)不同形式的壓力而發(fā)生的，包括營(yíng)養(yǎng)缺乏，生長(zhǎng)因子耗竭，感染和缺氧。大量證據(jù)表明，自噬在多種疾病的發(fā)病過程中起作用，如神經(jīng)退行性疾病、傳染病、代謝性疾病和癌癥[3]。自噬的主要功能是在禁食和其他形式的壓力下為重要的細(xì)胞功能提供營(yíng)養(yǎng)；自噬也能選擇性地消除不需要的，有潛在危害的細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)，例如受損的線粒體或蛋白質(zhì)聚集體，從而保護(hù)細(xì)胞[3]。

1.2 自噬的過程

自噬過程需要許多自噬相關(guān)（AuTophaGy-related,Atg）基因編碼的蛋白質(zhì)參與。其過程主要包括四個(gè)步驟：①吞噬體（phagophore）的形成；②吞噬體上蛋白的組裝；③自噬體的形成（autophagosome）；④形成自噬溶酶體（autolysosome）。

1.3 調(diào)節(jié)自噬的信號(hào)通路

有兩種主要的自噬調(diào)節(jié)途徑，即ATG5 / 7依賴性途徑和ATG5 / 7非依賴性途徑。ATG5 / 7依賴性自噬由UNC-51類激酶（ULK）復(fù)合物啟動(dòng)的，該復(fù)合物由幾種蛋白組成：ULK1 / 2（酵母ATG1的哺乳動(dòng)物同源體），F(xiàn)IP200（FAK-家族相互作用蛋白200kDa），ATG13和ATG101。在非應(yīng)激條件下，雷帕霉素復(fù)合物1（mTORC1）的哺乳動(dòng)物靶標(biāo)使ULK1 / 2磷酸化，從而使ULK復(fù)合物失活。相反，營(yíng)養(yǎng)敏感的mTORC1在營(yíng)養(yǎng)限制的情況下被抑制，因此ULK復(fù)合物繼續(xù)去磷酸化，從而激活[4]。一旦被激活，ULK復(fù)合物易位至吞噬泡，在那里它激活由VPS34（磷脂酰肌醇3-激酶Vps34），Beclin1，VPS15和ATG14蛋白組成的III類磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）復(fù)合物。這些結(jié)果在成熟自噬體的延伸和閉合后導(dǎo)致自噬體形成。ATG5-ATG12和微管相關(guān)蛋白1的輕鏈3（LC3）兩種泛素樣共軛系統(tǒng)是調(diào)節(jié)自噬體膜伸長(zhǎng)和閉合的主要調(diào)節(jié)因子。在ATG5-ATG12途徑中，ATG7（E1樣酶）激活A(yù)TG12，其轉(zhuǎn)移至ATG10（E2樣酶），最終與ATG5結(jié)合。該ATG5-ATG12復(fù)合物與ATG16L非共價(jià)結(jié)合，形成大的多聚體（E3樣）復(fù)合物。該復(fù)合物具有將LC3（酵母中的Atg8）與磷脂酰乙醇胺（PE）結(jié)合的功能，以便作為L(zhǎng)C3-PE共軛物（被稱為L(zhǎng)C3-II）負(fù)載到吞噬泡。

2 自噬在癌癥中的作用

2.1 自噬具有抑制腫瘤作用

20世紀(jì)90年代的一項(xiàng)研究指出了自噬和腫瘤發(fā)生之間的關(guān)系，并顯示約50%的前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌缺乏自噬體成核過程關(guān)鍵分子Beclin1的一個(gè)等位基因。自噬相關(guān)基因Beclin 1雜合突變?cè)黾恿俗园l(fā)性惡性腫瘤的發(fā)生頻率。因此，Beclin 1具有抑癌活性。由于腫瘤抑制因子Beclin1基因的單倍體功能不全，Beclin1的水平較健康組織降低，從而抑制自噬并導(dǎo)致癌癥進(jìn)展[5]。到目前為止，Beclin1表達(dá)減少已在多種癌癥中得到證實(shí)，包括肝細(xì)胞癌[6]、骨肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。有研究表明Beclin1基因表達(dá)在IIIB期結(jié)腸癌或非霍奇金淋巴瘤中增加，強(qiáng)調(diào)Beclin1具有額外的原癌作用。盡管Beclin 1具有多種功能，包括內(nèi)吞作用，但這些觀察結(jié)果表明它抑制了自噬。

2.2 自噬具有促進(jìn)腫瘤作用

雖然自噬在癌癥發(fā)生的早期階段具有腫瘤抑制作用，但在已形成的腫瘤中，它有利于腫瘤的存活。這主要是因?yàn)樽允捎欣谀[瘤細(xì)胞抵抗腫瘤組織中的營(yíng)養(yǎng)缺乏和低氧等極端環(huán)境。這種情況在實(shí)體腫瘤的中心部位更為突出，自噬水平明顯高于周圍。在某些腫瘤中，自噬為癌細(xì)胞提供了能量來(lái)源，從而使癌細(xì)胞在缺乏營(yíng)養(yǎng)、低氧和酸性環(huán)境等不利環(huán)境中存活。癌細(xì)胞能量的產(chǎn)生主要依賴糖酵解途徑(warffect)，它比三羧酸循環(huán)途徑更有效。因此，癌細(xì)胞比正常細(xì)胞需要更多的葡萄糖攝取。自噬被認(rèn)為是在這種不利條件下為癌細(xì)胞提供能量，從而具有促癌作用。

2.3 自噬促進(jìn)腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移

許多癌癥相關(guān)的死亡都是因?yàn)檗D(zhuǎn)移而發(fā)生。在腫瘤進(jìn)展過程中，癌細(xì)胞獲得侵襲正常組織的能力，并從原發(fā)部位向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的過程稱為轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移過程包括：（1）在原發(fā)部位局部侵入癌細(xì)胞。（2）血管內(nèi)滲入。（3）癌細(xì)胞在循環(huán)中的存活。（4）次生部位的外滲。（5）次生部位的細(xì)胞存活。（6）次生部位的腫瘤生長(zhǎng)。 E-鈣粘蛋白是一種在上皮細(xì)胞上表達(dá)的細(xì)胞間相互作用分子，可作為上皮癌侵襲和轉(zhuǎn)移的抑制劑。功能性消除E-鈣粘蛋白是獲得轉(zhuǎn)移能力的必要步驟[7]。最近的研究揭示了自噬在早期轉(zhuǎn)移過程中具有重要作用[8]。自噬的調(diào)節(jié)幾乎在轉(zhuǎn)移過程的每個(gè)階段都被發(fā)現(xiàn)。此外，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明，自噬促進(jìn)了轉(zhuǎn)移過程中的各種步驟[9]。另外，自噬機(jī)制還對(duì)處于休眠狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞和循環(huán)中播散的腫瘤細(xì)胞的壽命起著重要作用，也可促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的癌癥干細(xì)胞（CSCs）的存活。

自噬隨著腫瘤細(xì)胞進(jìn)入侵襲性晚期而增強(qiáng)，而增強(qiáng)的自噬與一些腫瘤中的EMT，干細(xì)胞表型，促遷移因子的分泌，細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性增加等有關(guān)。在侵襲性等功能獲得過程中，自噬依賴性變化可能賦予擴(kuò)散的腫瘤細(xì)胞多種特性，例如血管內(nèi)滲入，存活和遷移。

3 自噬調(diào)節(jié)劑作為腫瘤治療藥物的研究

自噬損傷是許多疾病的根本原因，例如癌癥，神經(jīng)退行性疾?。ò柎暮Ｄ。两鹕。?，傳染性和炎性疾?。肆_恩病），糖尿病，肥胖癥，心血管和肌肉疾病。因此，將自噬作為治療靶點(diǎn)的研究越來(lái)越多。調(diào)節(jié)自噬的最常見方法是靶向兩種不同的自噬調(diào)節(jié)途徑：5'腺苷一磷酸激活蛋白激酶（AMPK）和mTOR途徑[10]。AMPK是一種細(xì)胞能量傳感器，在壓力或缺乏葡萄糖條件下被激活?；罨腁MPK通過不同的途徑誘導(dǎo)自噬; 因此，它是自噬的主要調(diào)節(jié)因子。mTOR激酶屬于PI3K相關(guān)激酶家族， 是兩種復(fù)合物的主要成分，mTOR復(fù)合物1（mTORC1）和mTOR復(fù)合物2（mTORC2）[10]。mTORC1阻斷自噬并控制蛋白質(zhì)合成、脂質(zhì)生物合成和細(xì)胞生長(zhǎng)[10]。細(xì)胞增殖的調(diào)控有mTORC2控制，對(duì)細(xì)胞存活和肌動(dòng)蛋白骨架的維持至關(guān)重要[10]。mTOR通路的失調(diào)通常與癌癥，神經(jīng)退行性疾病，心血管疾病和腎臟疾病相關(guān)，因此使其成為理想的治療靶點(diǎn)[11]。

自噬激活劑可分為幾類：饑餓誘導(dǎo)劑，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)劑，雷帕霉素及其衍生物，雷帕霉素的小分子增強(qiáng)劑，海藻糖，肌醇單磷酸酶抑制劑（IMPase），I類PI3K抑制劑和其他激活劑。其中許多正在進(jìn)行臨床前研究或臨床試驗(yàn)，有一些已被批準(zhǔn)用于臨床。

自噬抑制劑包括PI3K抑制劑，環(huán)己酰亞胺，液泡型H（+）-ATP酶抑制劑，溶酶體腔管堿化劑和酸性蛋白酶抑制劑。氯喹（CQ）和羥氯喹（HCQ）都是以前用于預(yù)防和治療某些類型瘧疾的溶酶體抑制劑[12]。阿奇霉素是常用于治療多種細(xì)菌感染的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，在囊性纖維化患者中用作抗炎藥后被發(fā)現(xiàn)為自噬抑制劑。阿奇霉素可防止溶酶體酸化，從而阻止自噬降解。大多數(shù)自噬抑制劑仍然處于臨床前開發(fā)階段。

4 總結(jié)和展望

自噬在腫瘤的發(fā)生發(fā)展和治療過程中發(fā)揮著“雙刃劍”的作用：既可能是抑制腫瘤的機(jī)制，又可能是腫瘤細(xì)胞存活的機(jī)制。研究自噬在癌癥的發(fā)生發(fā)展和治療過程中的功能，以及各類自噬調(diào)節(jié)劑的功能和應(yīng)用，不僅為實(shí)現(xiàn)癌癥的治療提供了新的可能，也使我們對(duì)于細(xì)胞自噬和癌癥的認(rèn)識(shí)更加深入，有利于人類了解并最終攻克癌癥這一世界性難題。