自噬與腫瘤血管生成的研究進(jìn)展

王興芬 梁銳 張向蓮 許麗萍

天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院病理科300211

0 引 言

自噬（autophagy）是一種特殊的細(xì)胞過程，通過將受損的細(xì)胞器及生物大分子以特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)方式輸送到溶酶體上并進(jìn)行消化降解。自噬是一種自我消化過程，廣泛存在于真核細(xì)胞生物中，其特征為胞內(nèi)出現(xiàn)一定數(shù)量的自噬體結(jié)構(gòu)。自噬是一種細(xì)胞應(yīng)激防御過程，參與維持細(xì)胞的自穩(wěn)態(tài)并在一定程度上促進(jìn)細(xì)胞的存活；同時，自噬在機(jī)體生長發(fā)育過程中同樣具有重要作用，并能影響腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)移。研究結(jié)果證實(shí)，自噬對腫瘤的抗失巢凋亡具有顯著的促進(jìn)作用，可引發(fā)機(jī)體的免疫應(yīng)答，降低淋巴細(xì)胞免疫活性，并促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子介導(dǎo)的腫瘤血管生成。腫瘤血管生成機(jī)制復(fù)雜，多種原癌基因或調(diào)節(jié)基因參與這一過程，其與腫瘤特異性、組織學(xué)分級與臨床分期、腫瘤微環(huán)境等聯(lián)系密切。本文就自噬在腫瘤血管生成方面的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 自噬與腫瘤

自噬是一種進(jìn)化保守的細(xì)胞過程，通過降解胞內(nèi)生物大分子及受損細(xì)胞器等來維持機(jī)體代謝的穩(wěn)態(tài)并直接影響細(xì)胞的分解代謝過程。自噬功能的異常與眾多疾病密切相關(guān)，如退行性神經(jīng)病變、胰腺癌、結(jié)直腸癌及卵巢癌等。在惡性腫瘤中，自噬參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移、治療等各個方面。在腫瘤的起始或進(jìn)展期的快速生長階段，腫瘤微環(huán)境中血管生成并不能滿足其對氨基酸、氧氣和生長因子等能量的需求，饑餓、缺氧和ROS 的積聚等一系列代謝應(yīng)激均會通過誘發(fā)細(xì)胞自噬來保證其存活[1]。腫瘤的轉(zhuǎn)移也有自噬的參與，當(dāng)癌細(xì)胞與胞外基質(zhì)分離時其可通過增強(qiáng)細(xì)胞自噬而使腫瘤細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)從而使細(xì)胞存活下來，利于轉(zhuǎn)移。在卵巢癌中，抑癌基因ARHI 通過調(diào)控PI3K 信號通路來誘導(dǎo)自噬，可導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞休眠[2]。Sharifi 等[3]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制乳腺癌細(xì)胞的自噬能夠阻斷體內(nèi)外癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移過程，推測抑制自噬將可能是阻斷惡性腫瘤轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的有效途徑。自噬可抑制生物體的免疫反應(yīng)失去抗腫瘤效果，利于腫瘤細(xì)胞免疫監(jiān)視逃逸從而促進(jìn)腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移[4]。也有研究結(jié)果證實(shí)，低氧導(dǎo)致的自噬可選擇性降解突觸可塑性相關(guān)蛋白-43（GAP-43），抑制自然殺傷細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用[5]，并抑制自噬相關(guān)蛋白Atg7 的活性，增強(qiáng)CD8+T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答從而起到抗腫瘤作用[6]。分子伴侶自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）是自噬的形式之一[7]，研究結(jié)果顯示，在肺癌細(xì)胞和黑色素瘤細(xì)胞中阻斷CMA 能夠減慢腫瘤生長速度[8-9]。

另外，自噬還與腫瘤耐藥密切相關(guān)[10-11]，抑制自噬能夠降低腫瘤細(xì)胞的適應(yīng)能力，增強(qiáng)化療和放療對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用[12]。自噬作為一種典型的機(jī)體自我保護(hù)過程可能抑制常用化療藥物5-氟尿嘧啶（5-FU）對結(jié)腸癌的治療效果，而抑制自噬能夠上調(diào)凋亡增加結(jié)腸癌細(xì)胞對5-FU 的敏感性[13]。另有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞自噬后可以促進(jìn)奧沙利鉑對癌細(xì)胞的殺傷作用[14]。有學(xué)者在肝癌細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)抑制自噬可以促進(jìn)奧沙利鉑對肝癌細(xì)胞的殺傷作用[15]。AZD5363 是一種Akt 抑制劑，能夠抑制多種腫瘤細(xì)胞增殖，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AZD5363在抑制肝癌細(xì)胞活性的同時，能夠誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞發(fā)生自噬，用氯喹處理抑制自噬活性后可顯著增強(qiáng)AZD5363 對HepG2 細(xì)胞和Huh7 細(xì)胞的殺傷活性[16]；同時，Makowska 等[17]在對乳腺癌和直腸癌的放療研究中發(fā)現(xiàn)，抑制自噬可上調(diào)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而達(dá)到增強(qiáng)放療的效果。

自噬還參與了腫瘤干細(xì)胞干性的維持。腫瘤干細(xì)胞是惡性腫瘤中一小簇具有自我更新和多向分化能力的細(xì)胞，是導(dǎo)致惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展、復(fù)發(fā)和耐藥的主要原因[18]。自噬相關(guān)蛋白DRAM1 和p62 可調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的浸潤和遷移，敲低DRAM1 會下調(diào)p62 的表達(dá)而影響腫瘤干細(xì)胞的自噬水平[19]。在造血干細(xì)胞中，敲低自噬相關(guān)基因ATG-7 或誘導(dǎo)其錯義突變后，其存活能力顯著下降，干細(xì)胞典型的自我更新能力及分化潛能也被抑制。通過利用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）、ATG5-shRNA分別抑制自噬后，造血干細(xì)胞、表皮干細(xì)胞、真皮干細(xì)胞等細(xì)胞類型均喪失自我更新能力及分化潛能[20]。在對乳腺癌和肝癌的腫瘤干細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，抑制自噬可使腫瘤干細(xì)胞對凋亡敏感，降低其致瘤能力[21-22]。自噬激動劑雷帕霉素可以上調(diào)膠質(zhì)瘤的腫瘤干細(xì)胞中自噬相關(guān)蛋白LC3II 的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤干細(xì)胞成球能力下降，而分化標(biāo)記物Nestin 和GFAP 表達(dá)上調(diào)[23]，且腫瘤干細(xì)胞的耐藥性似乎也與自噬信號有關(guān)，因為抑制結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞中的自噬可以增強(qiáng)細(xì)胞毒性藥物的功效[24-25]。化療藥物奧沙利鉑可誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞產(chǎn)生自噬，保護(hù)其不發(fā)生凋亡，并可富集腫瘤干細(xì)胞且維持其干性，進(jìn)而導(dǎo)致化療抵抗[26]。另外，通過Atg5 或Beclin1 的沉默可使CD133+神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞對γ-輻射敏感，并且消除其形成神經(jīng)球的能力[27]。

2 血管生成與腫瘤

血管生成是一種從成熟血管中以出芽方式形成新血管的生理過程。血管新生初期內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞分化，進(jìn)一步通過增殖、遷移形成新的管狀結(jié)構(gòu)并進(jìn)入無血管區(qū)，在周細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞的共同作用下形成新生血管。在腫瘤組織中，新生血管為不斷浸潤生長的腫瘤細(xì)胞提供營養(yǎng)，其與腫瘤的發(fā)展、轉(zhuǎn)移及耐藥具有密切關(guān)系[28]。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）能夠促進(jìn)血管新生過程，在腫瘤組織中其對腫瘤血管生成的促進(jìn)最為顯著，實(shí)驗結(jié)果證實(shí)，在體內(nèi)外水平VEGF 均可誘導(dǎo)腫瘤血管新生，并能通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分泌一氧化氮（NO）這種調(diào)節(jié)因子而使血管通透性增加。在肝癌患者的血清及腫瘤組織中均檢測到VEGF 水平的明顯上調(diào)，而VEGF 的表達(dá)與肝癌的侵襲轉(zhuǎn)移及不良預(yù)后密切相關(guān)[29-30]。在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中，癌細(xì)胞通過CAMP/PKA 通路上調(diào)了VEGF 的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生肝轉(zhuǎn)移[31]。王曦龍等[32]通過對腎癌組織研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，VEGF 的陽性表達(dá)較癌旁組織明顯增高，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和晚期患者中的表達(dá)高于未轉(zhuǎn)移和早期者，提示VEGF 參與了腎癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，加快了腫瘤的惡性進(jìn)程。Premalata 等[33]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在卵巢癌組織中VEGF呈顯著高表達(dá)，并與卵巢癌分化程度密切相關(guān)。陳陽靜[34]研究結(jié)果顯示，VEGF 在鼻咽癌組織的表達(dá)水平較正常組織顯著增加，不同TNM分期及復(fù)發(fā)情況下VEGF 的表達(dá)差異顯著，具有統(tǒng)計學(xué)意義。在動物成瘤實(shí)驗中，阻斷VEGF 與其受體結(jié)合可以抑制腫瘤的生長[35]。也有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過阻斷VEGF的信號傳導(dǎo)通路可以抑制人多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞的增殖[36]。

既往有研究結(jié)果表明，血管的生成是腫瘤生成及轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)，對腫瘤新生血管的阻斷會切斷腫瘤的營養(yǎng)輸送途徑從而使腫瘤生長停滯，達(dá)到抑制腫瘤的效果，即“腫瘤饑餓療法”[37]。血管新生相關(guān)通路是腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)，通過血管生成相關(guān)抑制劑對腫瘤新生血管的生成進(jìn)行抑制可顯著抑制腫瘤，降低其轉(zhuǎn)移風(fēng)險，為晚期腫瘤的治療提供更多的選擇。

3 自噬與腫瘤血管生成

自噬是機(jī)體細(xì)胞在缺氧、能量缺乏、藥物等條件下誘發(fā)維持細(xì)胞生命活動的一種現(xiàn)象。在組織營養(yǎng)缺乏等不利環(huán)境下，腫瘤血管是否通過調(diào)控自噬靶基因而持續(xù)再生？Mao 等[38]通過對肺癌的研究結(jié)果證實(shí)，乙?；H環(huán)蛋白A 可導(dǎo)致缺氧誘導(dǎo)的自噬與腫瘤血管新生的顯著促進(jìn)。王慷慨等[39]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)VEGF 處理后可顯著增加人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）中Beclin-1、ATG4、LC3Ⅱ、ATG5等自噬直接調(diào)控蛋白的表達(dá)，而經(jīng)自噬特異性抑制劑3-MA 處理后則HUVECs 管狀結(jié)構(gòu)形成能力降低，細(xì)胞遷移程度減弱。韓起[40]檢測了乳腺癌細(xì)胞T47D、MDA-MB-231、MDA-MB-436 和MCF7 中 的CMA 活性，通過收集不同CMA 活性上清來刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)高CMA 活性可在體外促進(jìn)腫瘤血管的生成，而低CMA 活性上清可抑制血管形成，并在皮下成瘤組織中發(fā)現(xiàn)CMA 可以促進(jìn)血管內(nèi)皮標(biāo)記物CD31 和CD34 的表達(dá)。吳濤與徐亮[41]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌中VEGF 和Lgr5 的表達(dá)具有協(xié)同作用，共同促進(jìn)腫瘤的形成和進(jìn)展，二者高表達(dá)與患者的不良預(yù)后有關(guān)。

自噬在腫瘤血管生成擬態(tài)（vasculogenicmimicry，VM）的形成中也起著重要作用[42]。Han 等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，伴VM 形成的惡性黑色素瘤細(xì)胞中自噬相關(guān)蛋白LC3 和Beclin-1 均呈高表達(dá)狀態(tài)，而黑色素瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和患者預(yù)后與Beclin1 的表達(dá)密切相關(guān)[43]。Ding 等[44]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胃癌細(xì)胞系SGC7901 中多潛能基因c-myc、sox-2、oct3/4 和自噬相關(guān)基因ATG5、Beclin1 及ATG7 在形成VM 的過程中表達(dá)均上調(diào)，抑制自噬后VM 形成受到抑制，c-myc、sox-2、oct3/4表達(dá)下調(diào)，同時腫瘤的生成和浸潤轉(zhuǎn)移能力降低。吳海波[45]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過3D 膠原支架培養(yǎng)的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞形成的VM 細(xì)胞中自噬相關(guān)蛋白LC3、Atg5 和Atg7 呈高表達(dá)，利用自噬激動劑雷帕霉素導(dǎo)致VM 的形成增多，且促進(jìn)VM 相關(guān)蛋白VE-Cadherin和LamininB2 的表達(dá)；而利用自噬抑制劑氯喹或敲除Atg5 基因均可抑制VM 的形成和VE-Cadherin、LamininB2 的表達(dá)。表明自噬可以促進(jìn)VM 的形成，為腫瘤的生存和浸潤提供營養(yǎng)和轉(zhuǎn)移的通道。

4 自噬與抗腫瘤血管生成治療

抗血管治療是以抑制腫瘤組織內(nèi)血管形成來達(dá)到抑制腫瘤的生長這一理論作為基礎(chǔ)[46]。特異性抗VEGF 的靶向治療可顯著抑制腫瘤組織中血管新生過程，減少腫瘤細(xì)胞對氧氣、葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)的攝取。在營養(yǎng)及氧氣缺乏、放化療的副作用等不利因素作用下，腫瘤細(xì)胞可通過啟動自噬來清除受損的細(xì)胞器及生物大分子，另一方面，通過對細(xì)胞器及生物分子的消化再利用從而獲取能量，重新提供給腫瘤細(xì)胞維持其生長并促進(jìn)轉(zhuǎn)移[47]。利用自噬的特異性抑制劑，如3-MA 等可抑制腫瘤細(xì)胞的保護(hù)性自噬過程，能夠使化療藥物最大程度地發(fā)揮對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。Guo 等[48]的研究結(jié)果顯示，肝癌SMMC-7721 種植瘤細(xì)胞經(jīng)貝伐單抗抗血管生成處理后自噬過程顯著促進(jìn)，自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、LC3 的表達(dá)顯著增加，直接抑制自噬可降低低氧條件下肝癌細(xì)胞的活力并促進(jìn)其凋亡，起到抗腫瘤效果；而貝伐單抗和自噬的特異性抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用同樣顯著抑制肝癌細(xì)胞生長并促進(jìn)凋亡過程。貝伐單抗可誘導(dǎo)惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬，動物實(shí)驗結(jié)果證實(shí)，聯(lián)合應(yīng)用貝伐單抗與自噬特異性抑制劑可顯著抑制惡性膠質(zhì)瘤，并推測二者聯(lián)合應(yīng)用可能有助于改善抗血管藥物治療的耐藥性問題[49]。同樣，國內(nèi)研究結(jié)果在結(jié)腸癌細(xì)胞中也得到了證實(shí)[50]。總之，自噬在抗血管新生的腫瘤藥物治療中發(fā)揮重要作用，而以自噬為靶點(diǎn)的抗血管新生聯(lián)合治療可能有助于更高效地抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展并改善預(yù)后。

5 結(jié) 語

近年來，隨著惡性腫瘤發(fā)病率的不斷升高，腫瘤的早期診斷已取得積極進(jìn)展，惡性腫瘤的確診患者逐年增多。對于腫瘤，傳統(tǒng)治療方法包括手術(shù)并聯(lián)合放化療，現(xiàn)靶向治療也成為熱點(diǎn)，是一種較有前景的治療手段，而腫瘤的復(fù)發(fā)及耐藥仍是一線治療的棘手問題。自噬新的腫瘤治療靶點(diǎn)已被廣泛用于腫瘤治療靶向藥物的機(jī)制研究中，多項研究表明，在抗血管生成藥物應(yīng)用的同時抑制自噬可有效降低腫瘤耐藥并提高放化療效果。在腫瘤研究領(lǐng)域，對自噬和血管新生之間關(guān)系的不斷深入研究可以為惡性腫瘤的綜合治療提供多靶點(diǎn)協(xié)同治療方案，讓更多的患者受益。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突