自噬在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤發(fā)生發(fā)展中的作用*

張 魯 綜述 靳 峰 審校

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，濟(jì)寧 272013；濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，濟(jì)寧 272029)

自噬在腫瘤發(fā)生發(fā)展中起雙重作用。有時(shí)它是膠質(zhì)瘤細(xì)胞的保護(hù)過程，又稱保護(hù)性自噬，可以為DNA損傷修復(fù)或其他細(xì)胞過程提供穩(wěn)定的營養(yǎng)和能量 ；同時(shí)使細(xì)胞失去對(duì)藥物、饑餓等應(yīng)激狀態(tài)的敏感性，在不利條件下促進(jìn)代謝、免疫逃避、侵襲轉(zhuǎn)移，維持腫瘤的存活和生長，引起腫瘤對(duì)治療藥物的耐藥性[1]，并參與多藥耐藥(multidrug resistance，MDR)細(xì)胞的形成[2]。化療藥物聯(lián)合自噬抑制劑抑制自噬有利于增強(qiáng)藥物的敏感性，減少M(fèi)DR發(fā)生[3]。相反，過度自噬引起獨(dú)立于凋亡的“Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡”，又稱“自噬細(xì)胞死亡”，化療藥物聯(lián)合自噬誘導(dǎo)劑時(shí)自噬過度激活逆轉(zhuǎn)MDR，可能作為耐藥膠質(zhì)瘤新的治療方向。因此，研究自噬調(diào)節(jié)在膠質(zhì)瘤中的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。

1 自噬

1.1 自噬過程

溶酶體-自噬系統(tǒng)是蛋白質(zhì)降解的主要途徑之一，在自噬過程中溶酶體降解細(xì)胞質(zhì)材料并再次循環(huán)利用。這一過程依賴眾多自噬蛋白(Atg)復(fù)合體及多種泛素連接體系的參與。自噬體形成起始于Atg1/ULK1的激活，自噬體膜來自高爾基體，依靠Vps34、 Vps15、Beclin1和Atg14的調(diào)控形成自噬體的雙層膜結(jié)構(gòu)，類泛素連接體系在自噬體延伸包裹降解底物的過程中發(fā)揮作用，形成具有E3泛素連接酶活性的Atg12-Atg5-Atg16L1復(fù)合物[4]，LC3-I在Atg4B切割后暴露含有甘氨酸殘基的C末端，C末端在Atg7和Atg3介導(dǎo)下經(jīng)Atg12-Atg5-Atg16L1復(fù)合物催化與磷脂酰乙醇胺(PE)結(jié)合形成LC3-Ⅱ。LC3-Ⅱ經(jīng)過Vps34-Atg6/Beclin1復(fù)合物催化作為一種材料直至延伸形成完整自噬體[5]。自噬體外膜與溶酶體膜在Rab7和Vps34-Atg6/Beclin1復(fù)合物輔助下結(jié)合形成自噬溶酶體，溶酶體內(nèi)的水解酶進(jìn)入自噬溶酶體內(nèi)降解底物及自噬體內(nèi)膜為能量供細(xì)胞利用，并通過Atg4B將自噬體外膜的LC3-Ⅱ分割為LC3-I和PE重新利用[6]。

1.2 自噬的分子調(diào)節(jié)機(jī)制

自噬調(diào)節(jié)的中樞調(diào)節(jié)因子是哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，作為一種特殊的環(huán)境感受器，它可以對(duì)細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境變化及細(xì)胞外應(yīng)激做出反應(yīng)。mTOR是自噬的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，在營養(yǎng)充足時(shí)激活下游mTOR抑制自噬和蛋白質(zhì)降解；反之，去磷酸化的ULK1從失活的mTOR復(fù)合物中解離并磷酸化Atg13誘導(dǎo)自噬發(fā)生[7]，滅活的mTORC1進(jìn)一步激活含有Atg14的Ⅲ型磷脂酰肌醇3-激酶(PIK3C3/VPS34)誘導(dǎo)自噬發(fā)生，說明mTOR通過可直接激活PIK3C3調(diào)節(jié)自溶酶體重組，導(dǎo)致自溶酶體小管分選和溶酶體再生[8]。

PIK3CA突變可激活間變性少突膠質(zhì)細(xì)胞PI3K/AKT/mTOR通路，抑制凋亡及自噬，促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤惡性轉(zhuǎn)化并促進(jìn)異種移植物的生長[9]。Wolin等[10]研究顯示ConBr凝集素可下調(diào)ERK 1/2、Akt和mTORC1的表達(dá)，抑制Akt/mTORC1通路并誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自噬細(xì)胞死亡。靶向PI3K/AKT/mTOR途徑介導(dǎo)的自噬可能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的替莫唑胺(TMZ)敏感性，避免MDR腫瘤細(xì)胞形成[11]。PI3K-mTOR抑制劑NVP-BEZ 235通過下調(diào)PI3K-AKT-mTOR途徑，發(fā)揮抗腫瘤作用[12]，miR-450a-5p通過抑制EGFR誘導(dǎo)的PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路，與吉非替尼協(xié)同抑制膠質(zhì)瘤的發(fā)生，從而增強(qiáng)吉非替尼的藥物敏感性[13]。雷帕霉素類似物等mTOR特異性抑制劑是治療惡性膠質(zhì)瘤的有效藥物 ，利用mTOR通路及其抑制劑可以增強(qiáng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)對(duì)TMZ的敏感性，促進(jìn)自噬細(xì)胞死亡。

1.3 自噬在細(xì)胞核水平的調(diào)節(jié)機(jī)制

1.3.1p53 p53可通過增強(qiáng)參與自噬誘導(dǎo)(LKB1，ULK1/2)和自噬體成熟(ATG4，ATG7，andATG10)的基因表達(dá)來促進(jìn)自噬過程。同時(shí)P53也是脂質(zhì)神經(jīng)酰胺(ceramide)介導(dǎo)的自噬細(xì)胞死亡下游靶點(diǎn) ，Par-4/p53/BNIP3通路在人腦惡性膠質(zhì)瘤自噬介導(dǎo)的細(xì)胞死亡中起著至關(guān)重要的作用[14]。下調(diào)RabGEF1激活p53時(shí)，參與調(diào)節(jié)AKT和ERK通路，磷酸化的AKT、p70S6K和磷酸化的ERK均降低，誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞自噬[15]。

1.3.2轉(zhuǎn)錄激活因子EB(TFEB) 哺乳動(dòng)物Atg8蛋白(mAtg8s)是調(diào)節(jié)mTOR和溶酶體系統(tǒng)的TFEB的上游調(diào)節(jié)因子，在營養(yǎng)缺乏時(shí)TFEB激活自噬[16]，mTOR、ERK2和GSK3B是磷酸化TFEB的主要激酶。TFEB蛋白的表達(dá)和寡聚影響膠質(zhì)瘤及其干細(xì)胞的耐藥性，抑制TFEB的表達(dá)和寡聚作用可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞化療敏感性[17]。

1.3.3叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O亞型1(FoxO) FoxO通常被認(rèn)為是腫瘤抑制因子，但它也能促進(jìn)癌癥的進(jìn)展。內(nèi)源性FoxG1的表達(dá)與GBM的進(jìn)展呈正相關(guān)，F(xiàn)oxG1通過下調(diào)FoxO/Smad信號(hào)來抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的差異反應(yīng)，從而發(fā)揮腫瘤細(xì)胞因子的作用[18]。抑制PI3K/mTOR通路誘導(dǎo)FoxO高表達(dá)可增強(qiáng)GBM細(xì)胞株干細(xì)胞基因表達(dá)，F(xiàn)oxO調(diào)節(jié)自噬誘導(dǎo)(ULK1、ULK2、SESN3)、成核(BECN1、ATG14、PI3KⅢ)、延伸(MAP1LC3B、ATG4、ATG5、ATG12、GABARALI)和自噬體-溶酶體融合(Rab7和另一種轉(zhuǎn)錄因子TFEB)的基因[19]。

1.3.4PTEN PTEN是常見的抑癌基因，在膠質(zhì)瘤中廣泛存在PTEN基因突變和缺失，與患者不良預(yù)后正相關(guān)。在PTEN-PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路，PTEN可減少AKT的活化并阻止所有由AKT調(diào)控的下游信號(hào)傳導(dǎo)事件，負(fù)調(diào)控mTOR，促進(jìn)自噬發(fā)生。藥物誘導(dǎo)DNA損傷激活A(yù)TM，在絲氨酸113處磷酸化PTEN ，誘導(dǎo)PTEN的核易位，核易位后，PTEN誘導(dǎo)自噬，與激活p-Jun-SESN2/AMPK通路有關(guān)。這些結(jié)果表明，ATM介導(dǎo)的PTEN磷酸化對(duì)PTEN核易位和DNA損傷后自噬的誘導(dǎo)至關(guān)重要[20]。下調(diào)miRNA-494通過誘導(dǎo)PTEN表達(dá)介導(dǎo)Akt/mTOR途徑， 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡自噬[21]。

2 自噬在GBM發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 自噬與GBM的發(fā)生

自噬在GBM發(fā)生和發(fā)展中具有相關(guān)性。在生長受限條件下，自噬抑制的膠質(zhì)瘤細(xì)胞不能維持活躍的生長信號(hào)，容易衰老。自噬調(diào)節(jié)參與腫瘤免疫反應(yīng)，腫瘤細(xì)胞免疫逃避可通過自噬降解主要組織相容性復(fù)合物I(MHC-I)和非標(biāo)準(zhǔn)自噬吞噬死亡的腫瘤細(xì)胞來介導(dǎo)；相反，死亡腫瘤細(xì)胞的自噬激活可以通過釋放炎癥信號(hào)刺激免疫原性細(xì)胞死亡[22]。此外，自噬可以通過調(diào)節(jié)受體酪氨酸激酶(RTK)信號(hào)和內(nèi)吞運(yùn)輸來支持腫瘤生長。自噬抑制增強(qiáng)了GBM對(duì)輻射和化療的敏感性，包括TMZ、HDAC抑制劑和RTK靶向分子，均提示操縱自噬可能是GBM的一種新的治療方向。

2.2 自噬與GBM的侵襲

自噬可能通過調(diào)節(jié)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過程和Met信號(hào)在腫瘤細(xì)胞侵襲中發(fā)揮作用。膠質(zhì)瘤通過EMT途徑獲得侵襲性，而自噬可以影響膠質(zhì)瘤的表型變化。N-cadherin水平降低會(huì)損害其黏附力可增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞遷移能力[23]，自噬刺激下調(diào)EMT主要調(diào)節(jié)因子SNAIL和SLUG并促進(jìn)N-cadherin表達(dá)，說明自噬刺激可能抑制GBM的侵襲。相反，有實(shí)驗(yàn)顯示自噬抑制劑阻斷Meg3介導(dǎo)的膠質(zhì)瘤EMT、侵襲及轉(zhuǎn)移[24]。核心蛋白多糖過表達(dá)通過c-Met/Akt/mTOR軸誘導(dǎo)自噬，抑制膠質(zhì)瘤的侵襲和EMT表型。并且參與調(diào)節(jié)間充質(zhì)標(biāo)志物Slug、vimentin、Twist以及上皮標(biāo)志物E-cadherin的表達(dá)[25]。

2.3 自噬與GBM的多藥耐藥

保護(hù)性自噬促進(jìn)MDR發(fā)展，沉默Atgs抑制自噬使MDR細(xì)胞對(duì)化療藥敏感，有證據(jù)顯示自噬對(duì)蒽環(huán)類誘導(dǎo)的MDR反應(yīng)并保護(hù)MDR細(xì)胞免受損傷。一般情況下，自噬阻斷凋亡的誘導(dǎo)，然而特殊情況下自噬細(xì)胞死亡有助于誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死，它受PI3K/AKT/mTOR信號(hào)和ROS通路相關(guān)的調(diào)控[26]，通過消除受損的細(xì)胞器和回收正常細(xì)胞中的降解產(chǎn)物來發(fā)揮抗癌作用。自噬還可以在凋亡缺陷的MDR細(xì)胞中發(fā)揮促死亡作用并介導(dǎo)化學(xué)藥物增敏逆轉(zhuǎn)MDR[27]。

3 小結(jié)與展望

GBM是最難治療的腦腫瘤之一，自噬調(diào)節(jié)是一種有潛力的靶向治療方案。保護(hù)性自噬使細(xì)胞免于凋亡并增強(qiáng)耐藥性，參與MDR細(xì)胞生成。自噬抑制劑與化療藥物聯(lián)合應(yīng)用具有巨大的前景，臨床中自噬抑制劑已開始應(yīng)用，它既能單獨(dú)使用又可以與RTK抑制劑或EGFR/PI3K/AKT抑制劑聯(lián)合使用，并有效延長患者生存期。相反，自噬誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的自噬性細(xì)胞死亡直接殺傷癌細(xì)胞并逆轉(zhuǎn)MDR細(xì)胞。但是由于自噬的雙重作用，目前無法判斷抑制劑或激活劑的應(yīng)用窗口，建立化療藥物的閾值劑量來選擇自噬作用方向是當(dāng)前亟需解決的問題，并且需要進(jìn)一步研究開發(fā)新的和特定的調(diào)節(jié)劑。重點(diǎn)將是解決保護(hù)性自噬提供的能量供應(yīng)，尋找引起自噬細(xì)胞死亡的有效靶點(diǎn)，為患者提供個(gè)性化治療方案，對(duì)當(dāng)前治療方案提供補(bǔ)充。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。