內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與mTOR信號通路在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

吳曉曼，李明綜述 譚詩云審校

根據(jù)國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer, IARC)的數(shù)據(jù)顯示，東亞地區(qū)胃癌、肝癌等消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率呈現(xiàn)較高的水平[1]。腫瘤的發(fā)生是一系列緩慢、復(fù)雜的代謝改變過程，在細(xì)胞生長、繁殖等過程中，每一個(gè)階段的發(fā)生都有各種代謝信號通路相互交叉影響。改變腫瘤細(xì)胞代謝過程，影響疾病進(jìn)展一直是抗腫瘤治療的主要策略之一。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)作為細(xì)胞內(nèi)參與大部分分泌及跨膜蛋白生成修飾等過程的重要細(xì)胞器，其穩(wěn)態(tài)對細(xì)胞代謝至關(guān)重要。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)受到外界刺激時(shí)，可引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress, ERS)激活非折疊蛋白應(yīng)答(unfolded protein response, UPR)維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能穩(wěn)定。近期有研究發(fā)現(xiàn)[2]，ERS與哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信號通路存在關(guān)聯(lián)，ERS可通過mTOR信號通路誘導(dǎo)代謝改變，從而對細(xì)胞起到相應(yīng)的保護(hù)作用，但其具體機(jī)制還尚未明確，文章對此進(jìn)行綜述。

1 ERS及mTOR信號通路

1.1 ERS ERS是指未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)累積在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，引發(fā)UPR消減未折疊蛋白質(zhì)的毒性作用，從而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。人類癌細(xì)胞通常具有維持UPR長時(shí)間激活的能力，并支持其生存。UPR由3種重要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白介導(dǎo)：RNA依賴的蛋白激酶樣ER激酶 (RNA-dependent protein kinase-like ER eukaryotic initiation factor-2α kinase, PERK)、肌醇需求激酶(inositol requiring enzyme, IRE)1α和激活作用轉(zhuǎn)錄因子(activating transcription factor, ATF)6。當(dāng)未處于ERS狀態(tài)時(shí)，這3種蛋白均處于無活性狀態(tài)，與葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78/B細(xì)胞免疫球蛋白結(jié)合蛋白(glucose-regulated protein 78/B-cell immunoglobulin binding protein, GRP78/BIP)結(jié)合。當(dāng)ERS被激活后，這3種跨膜蛋白與結(jié)合蛋白分離后，自身活化并激活下游蛋白進(jìn)行信號傳導(dǎo)[3]。這3種蛋白分別參與不同的信號調(diào)節(jié)通路，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞代謝。PERK被激活后可進(jìn)一步誘導(dǎo)C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein, CHOP/GADD153)的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[4]。IRE1磷酸化后引起X-盒結(jié)合蛋白(X-box protein，XBP)1的mRNA被剪切得到sXBP1，進(jìn)而上調(diào)伴侶蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解途徑(endoplasmic reticulum-associated degradation,ERAD)機(jī)制的組分清除錯(cuò)誤折疊蛋白[5]。ATF6被裂解后可誘導(dǎo)伴侶和UPR介質(zhì)的表達(dá)，包括BIP和XBP1，而且高表達(dá)的ATF6與癌癥轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)相關(guān)[6]。

1.2 mTOR信號通路 mTOR屬于磷脂酰肌醇3-激酶 (phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K) 家族中的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可形成2種不同形式的復(fù)合物：mTOR復(fù)合物(mTOR complex,mTORC)1和mTORC2。mTORC2可通過磷酸化蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)和蛋白激酶C控制細(xì)胞存活和細(xì)胞骨架重塑，但mTOR的大部分代謝功能歸因于mTORC1[7]。在人體糖代謝中，血糖水平升高可刺激胰島素信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致特定激酶包括PI3K和下游激酶被激活，如AKT、非典型蛋白激酶C和mTOR復(fù)合物活化蛋白磷酸酶(如蛋白磷酸酶1和蛋白磷酸酶2)來調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝[8]。除了參與代謝，mTOR還是自噬誘導(dǎo)的重要調(diào)控因子，激活mTOR可抑制自噬，而抑制mTOR活性則可促進(jìn)自噬，這在抗腫瘤治療領(lǐng)域是較熱門的研究方向[9]

2 ERS與mTOR信號通路在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究

mTOR信號通路是調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程中最重要的信號傳導(dǎo)途徑之一，隨著研究不斷深入，越來越多的證據(jù)表明，ERS影響mTOR信號通路的調(diào)控機(jī)制。Choi等[10]研究發(fā)現(xiàn)，用衣霉素誘導(dǎo)ERS后，出現(xiàn)mTOR信號通路下游信號分子磷酸化核糖體蛋白S6激酶(ribosomal protein S6 kinase，S6K)下降，表明影響細(xì)胞內(nèi)ERS水平能夠進(jìn)一步調(diào)節(jié)mTOR信號通路的表達(dá)水平。在大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞系PC12中利用ERS抑制劑4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid，4-PBA)抑制ERS，mTOR磷酸化水平降低，并且證實(shí)是通過PI3K/AKT/mTOR信號通路調(diào)節(jié)自噬，更說明ERS能一定程度地影響mTOR信號通路進(jìn)而調(diào)控代謝進(jìn)程。mTOR信號通路也可影響ERS水平，用雷帕霉素抑制mTOR信號通路后可引起ERS標(biāo)志蛋白BIP急劇下降[11]。但在不同的消化系統(tǒng)腫瘤疾病中，ERS與mTOR信號通路之間的相互影響有所不同。

2.1 ERS與mTOR信號通路在肝癌中的研究 肝細(xì)胞癌是全世界最常見的肝癌類型，也是第二大最常見的癌癥相關(guān)死亡原因。美洛昔康是一種選擇性的環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)抑制劑，常作為非甾體類抗炎藥(non-steroidal anti-inflammatory drug, NSAID)使用，除抗炎效果外，Zhong等[12]研究發(fā)現(xiàn)其在人肝癌細(xì)胞系HepG2和Bel-7402中可通過ERS下的GRP78誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，在此過程中利用腺苷酸蛋白活化激酶(AMP-activated protein kinases，AMPK)-mTOR信號傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)自噬激活。與美洛昔康組比較，美洛昔康+GRP78siRNA組Western-blot檢測結(jié)果顯示，p-AMPK蛋白表達(dá)量顯著降低,而p-mTOR表達(dá)量增加，自噬水平降低。上述研究結(jié)果表明，ERS可通過GRP78信號分子調(diào)控mTOR信號通路。該研究認(rèn)為自噬是對ERS誘導(dǎo)凋亡的一種保護(hù)機(jī)制，ERS通過激活A(yù)MPK磷酸化，抑制mTOR激活，從而誘導(dǎo)自噬。Hispidulin(4'，5,7-trihydroxy-6-methoxyflavone)同樣可以導(dǎo)致人肝癌細(xì)胞系SMMC7721和Huh7中ERS水平增高并誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，同樣證實(shí)mTOR信號通路參與ERS調(diào)控凋亡的機(jī)制[13]。

2.2 ERS與mTOR信號通路在結(jié)直腸癌中的研究 結(jié)直腸癌是世界上第三常見的惡性腫瘤，是癌癥死亡的第四大原因，在結(jié)直腸癌的抗癌治療研究中，發(fā)現(xiàn)丁香活性組分(active fraction of clove, AFC)，可以明顯地抑制人結(jié)直腸癌細(xì)胞系HCT-116的細(xì)胞活力，并誘導(dǎo)自噬和細(xì)胞凋亡[14]。以往研究表示，mTOR信號通路可調(diào)控自噬，經(jīng)蛋白表達(dá)檢測，在AFC的影響下，與對照組相比，試驗(yàn)組以劑量依賴性方式抑制mTOR磷酸化，從而激活自噬。在抗結(jié)直腸癌治療中，藥物可以通過mTOR信號通路的調(diào)控影響癌細(xì)胞的增殖與生存[15-16]。You等[17]研究進(jìn)一步說明ERS參與其中，發(fā)現(xiàn)使用衣霉素處理人結(jié)腸癌細(xì)胞系SW620能抑制mTOR表達(dá)，且可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞生長并促進(jìn)其凋亡。再次為ERS與mTOR信號通路的互連提供了確切的證據(jù)，為進(jìn)一步尋找抗癌治療靶點(diǎn)提供了新的方向。在另外的抗結(jié)直腸癌藥物研究中，Tsai等[18]發(fā)現(xiàn)，肉桂曲霉有一定的抗癌作用，能有效引發(fā)細(xì)胞內(nèi)ERS標(biāo)志蛋白CHOP及降低AKT和mTOR的磷酸化水平，在抑制CHOP表達(dá)后mTOR磷酸化水平上升，并減少了由肉桂曲霉導(dǎo)致的細(xì)胞死亡，該研究認(rèn)為，mTOR信號調(diào)控癌細(xì)胞增殖生長依賴于ERS的介導(dǎo)，其中CHOP發(fā)生了很大的作用。這提示結(jié)直腸癌中ERS與mTOR信號通路之間的調(diào)控機(jī)制可成為抗癌治療的新興研究方向，ERS調(diào)控mTOR信號通路并進(jìn)一步誘導(dǎo)自噬，影響細(xì)胞凋亡水平。

2.3 ERS與mTOR信號通路在胰腺腫瘤中的研究 據(jù)美國癌癥協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年美國新診斷胰腺癌病例約5.6萬例，預(yù)計(jì)有4.5萬例死于胰腺癌，僅次于肺癌和結(jié)腸癌[19]，闡述胰腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及尋找潛在治療靶點(diǎn)一直是胰腺腫瘤的熱點(diǎn)研究方向。在小鼠胰島β細(xì)胞系MIN6中，Chu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚酸可以誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生ERS及自噬通量增加，在用自噬抑制劑CQ提前干預(yù)2 h的情況下，加用ERS抑制劑PBA可以減少自噬標(biāo)志蛋白LC3Ⅱ，表示降低ERS可以降低自噬通量。由于mTOR信號通路參與調(diào)控自噬通量，因此在胰腺中ERS可能通過mTOR參與調(diào)控自噬。在大鼠胰島β細(xì)胞系RIN-5F中，Varshney等[21]研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，mTOR的上游信號AMPK參與ERS調(diào)節(jié)，在運(yùn)用siRNA干擾AMPK表達(dá)后，棕櫚酸誘導(dǎo)的ERS水平增高，自噬信號的傳導(dǎo)阻斷會(huì)使ERS標(biāo)志蛋白CHOP表達(dá)量增高，表明AMPK調(diào)控的自噬可以消除部分ERS。Jia等[22]研究顯示，抑制AMPK/mTOR信號并不能顯著減輕非瑟酮(Fisetin)誘導(dǎo)的人胰腺癌細(xì)胞系PANC-1的自噬水平，也不能降低ERS下游信號通路PERK、ATF4或ATF6的表達(dá)，并且ATF4表達(dá)增加。Su等[23]研究同樣發(fā)現(xiàn)，AMPK敲低并不能降低粗糠柴毒素(rottlerin)在胰腺細(xì)胞內(nèi)對真核起始因子(eukaryotic initiation factor，eIF)2α磷酸化或CHOP表達(dá)的影響，說明在此條件下mTOR信號通路上游信號分子AMPK不參與ERS的正向調(diào)節(jié)。但Kim等[24]研究顯示，mTOR抑制劑雷帕霉素，誘導(dǎo)自噬可以增加GRP78/BIP蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)了大鼠胰島素瘤細(xì)胞系INS-1E內(nèi)的ERS，此時(shí)自噬不再起細(xì)胞保護(hù)作用，無法消解細(xì)胞的ERS水平。在胰腺腫瘤中，ERS與mTOR信號通路之間存在相互作用，但并非單純的單向調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

2.4 ERS與mTOR信號通路在其他消化系統(tǒng)腫瘤中的研究 胃癌是世界排名第五大最常見的惡性腫瘤，每年估計(jì)有超過100萬的新病例[25]。而mTOR抑制劑也已被證明是有效的抗腫瘤藥物，可激活UNC-51樣激酶(unc-51-like kinase, ULK)復(fù)合物以誘導(dǎo)自噬并抑制血管生成[26]。張麗敏等[27]研究顯示，在大鼠胃竇Cajal間質(zhì)細(xì)胞(interstitial cells of Cajal, ICCs)中應(yīng)用mTOR抑制劑雷帕霉素后，可以明顯增加GRP78 mRNA含量，表明胃細(xì)胞內(nèi)mTOR信號通路參與調(diào)控ERS。Chen等[28]在人胃癌細(xì)胞系SGC-7901和BGC-823中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素通過抑制mTOR磷酸化引起eIF2α磷酸化明顯升高。在ERS中，磷酸化的PERK被激活使eIF2α磷酸化，促使一般蛋白質(zhì)翻譯工作減弱來降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負(fù)荷，eIF2α的磷酸化程度降低說明mTOR參與負(fù)向調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的ERS水平。食管癌是一種常見的上消化道腫瘤，多為鱗狀細(xì)胞癌，Zhou等[29]研究發(fā)現(xiàn)，衣霉素能引起ERS水平上升，并且可顯著下調(diào)磷酸化AKT，mTOR蛋白的表達(dá)。在Ansari等[30]研究中也顯示了同樣的結(jié)果，并且進(jìn)一步誘導(dǎo)了食管癌細(xì)胞自噬的發(fā)生。在同樣多為鱗狀細(xì)胞癌的口腔癌中，PERK基因敲低能使自噬略有減少，但暴露于烷基磷酸膽堿類藥物Erufosine會(huì)使細(xì)胞自噬增加，并且促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。

ERS與mTOR信號通路的關(guān)聯(lián)出現(xiàn)在很多消化系統(tǒng)腫瘤中，可見其在消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生、發(fā)展和治療過程中起著重要作用。目前ERS與mTOR信號通路之間并非單方向的影響，還有很多其他因素參與相互作用，其內(nèi)在聯(lián)系更為復(fù)雜，需要科研人員更多的研究與探索。

3 小 結(jié)

綜上所述，ERS與mTOR信號通路之間的相互作用可表現(xiàn)為mTOR信號通路調(diào)節(jié)ERS水平，但在消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)展過程中，目前研究更多的是ERS下游信號分子PERK、IRE1α等表現(xiàn)出參與調(diào)控mTOR信號通路，由此調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)自噬、凋亡水平。但ERS并非所有信號分子均可與mTOR發(fā)生相互作用，具體調(diào)控機(jī)制可因部位或疾病的不同有所差異。針對這一調(diào)控機(jī)制進(jìn)行干預(yù)，成為抗腫瘤治療的藥物靶標(biāo)，可為消化系統(tǒng)腫瘤的治療方案提供新的方向。