細(xì)胞自噬調(diào)控在腫瘤中作用的研究進(jìn)展*

李淑敏 王之楓 劉宗緒 趙慧蘭 王振 李蘭青 楊飛 柯坤彬 李艷平 石西南

自噬（autophagy）[1]是一種存在于真核細(xì)胞內(nèi)進(jìn)化保守并緊密協(xié)調(diào)的分解代謝降解過(guò)程,當(dāng)細(xì)胞感受到內(nèi)部或外界代謝刺激時(shí)，如饑餓、缺氧等，細(xì)胞將啟動(dòng)自噬功能，將聚集蛋白、過(guò)剩或受損細(xì)胞器及病原體輸送到溶酶體中水解，降解成核苷酸等小分子物質(zhì)，再循環(huán)至細(xì)胞質(zhì)利用，以此來(lái)維持體內(nèi)生存穩(wěn)態(tài)平衡[2]。

自噬是用于消除病因及吞噬凋亡細(xì)胞的途徑之一。其在癌癥中起到復(fù)雜作用，既能防止代謝應(yīng)激引起的生物能量衰竭，控制著蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的質(zhì)量和數(shù)量，又能幫助腫瘤的發(fā)生發(fā)展及維持惡性狀態(tài)。由于腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）壓力、致病條件和免疫系統(tǒng)單方面或多重方面共同影響，自噬可以在癌癥發(fā)展的不同時(shí)期扮演著抗腫瘤或促腫瘤的雙重角色[3]。因而，自噬成為抗癌癥治療的熱門靶點(diǎn)。

1 自噬過(guò)程的分子機(jī)制

自噬從形成到發(fā)揮作用主要有下述3 個(gè)階段：1）起始階段：由FIP200/Atg17、ULK1/2、Atg13 和Atg101組成的ULK 復(fù)合物介導(dǎo)自噬啟動(dòng)后，mTOR 從ULK復(fù)合物結(jié)合中脫離，自噬相關(guān)蛋白ULK1 被磷酸化，從而激活A(yù)MBRA、Atg14L、Vps15、Vps34 分子從細(xì)胞質(zhì)至“自噬前體”結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)自噬體形成[4]；2）延伸階段：當(dāng)Atg7/Atg10/Atg5 結(jié)合復(fù)合物在自噬體膜上再與Atg16 結(jié)合后，招募LC3 泛素系統(tǒng)將Atg4 裂解成LC3-Ⅰ，隨后使LC3-Ⅰ帶上脂化基團(tuán)變成LC3-Ⅱ離散地插入到自噬體膜上[5]；3）成熟階段：自噬體與溶酶體相互融合，形成自噬溶酶體，后將其自身包裹的異常內(nèi)容物經(jīng)溶酶體中的酶消化分解成小分子物質(zhì)，經(jīng)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體釋放到囊泡外供機(jī)體回收利用（圖1）[6]。

圖1 自噬過(guò)程的分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[6]

2 自噬對(duì)腫瘤雙重作用的分子機(jī)制

2.1 自噬抗腫瘤的分子機(jī)制

癌癥早期階段，自噬可抑制細(xì)胞壞死和炎癥因子的表達(dá)；自噬缺陷腫瘤患者，顯示壞死和炎癥水平增加，表明完整的自噬可以抑制炎癥及腫瘤形成[7]；自噬缺陷會(huì)導(dǎo)致組織損傷、壞死、慢性炎癥和遺傳不穩(wěn)定，這可能通過(guò)改變TME、增加氧化應(yīng)激和產(chǎn)生致癌突變來(lái)增癌癥的發(fā)病率，且在自噬缺陷的細(xì)胞和組織中，受損的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)若未能及時(shí)得到消除，將會(huì)造成細(xì)胞功能障礙和細(xì)胞死亡，進(jìn)而刺激炎癥狀態(tài)，最終造成易癌變的微環(huán)境[8]。

有研究顯示，自噬通過(guò)干預(yù)炎癥等阻止腫瘤的發(fā)生，如自噬可起到直接消除內(nèi)外源性微生物的作用，避免機(jī)體產(chǎn)生急性炎癥并引發(fā)腫瘤[9]。自噬還可通過(guò)誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的兩大調(diào)節(jié)因子 Snail 及Twist 的降解，阻止癌癥的侵襲與轉(zhuǎn)移[10]。線粒體自噬可有效清除過(guò)剩的DNA 與ROS，預(yù)防正常細(xì)胞處于損傷相關(guān)的分子模式和其他致癌環(huán)境時(shí)引起的炎癥反應(yīng)，阻止腫瘤的形成。然而，在自噬缺陷癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了DNA 損傷反應(yīng)激活、DNA 復(fù)制數(shù)量變化、突變率升高和永生上皮細(xì)胞基因擴(kuò)增率增加，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性增殖[11]。P62 表達(dá)上調(diào)常見(jiàn)于自噬缺陷的人類腫瘤中，如胃腸道癌、乳腺癌、肺腺癌等，表明P62 積累與癌癥進(jìn)展相關(guān)，自噬可通過(guò)限制P62 積累來(lái)抑制腫瘤發(fā)生[12]；相關(guān)的最新研究發(fā)現(xiàn)，穿心蓮內(nèi)酯通過(guò)氧化抑制STAT3 磷酸化與P62 的積累來(lái)調(diào)節(jié)PD-L1的選擇性自噬，增加CD8+T 細(xì)胞的浸潤(rùn)和功能，以提高抗非小細(xì)胞肺癌的免疫力[13]，見(jiàn)圖2。

圖2 自噬缺陷促腫瘤細(xì)胞增生的分子信號(hào)通路[7]

單倍體腫瘤抑制基因Beclin-1 是啟動(dòng)自噬的關(guān)鍵，其激活誘導(dǎo)的自噬，能有效控制腫瘤發(fā)生[14]；有關(guān)研究表明，Beclin-1 單等位基因的丟失在腫瘤形成中發(fā)揮著重大作用,以雜交突變的方式干擾 Beclin-1 ，可減少細(xì)胞自噬, 引發(fā)自發(fā)性肺癌和乳腺癌等癌前病變[15]；同時(shí)在具有Beclin-1 缺陷的小鼠機(jī)體中永生化的乳腺上皮細(xì)胞有著更高的致瘤性[16]。Beclin-1 的缺失會(huì)增加抗凋亡蛋白 Beclin-2 的表達(dá)水平，然而B(niǎo)eclin-2 過(guò)表達(dá)并不促進(jìn)細(xì)胞增殖，而是防止細(xì)胞死亡，從而增強(qiáng)腫瘤的發(fā)生; 此外腫瘤細(xì)胞在處于代謝應(yīng)激時(shí)無(wú)法借助凋亡的方式選擇死亡，只能經(jīng)過(guò)細(xì)胞壞死,而壞死可以激活炎癥反應(yīng)來(lái)增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，同時(shí)自噬能控制細(xì)胞的壞死，從而有效地抑制腫瘤發(fā)生[17]。

2.2 自噬促進(jìn)腫瘤增生的分子機(jī)制

癌癥晚期，癌細(xì)胞賴以自噬獲取存活的主要能量。自噬通過(guò)抑制DNA 損傷、清除受損線粒體、限制炎癥、維持基因組穩(wěn)定性、維持新陳代謝和應(yīng)激生存，從而促進(jìn)腫瘤的存活和生長(zhǎng)[18]。研究發(fā)現(xiàn)，自噬基因Beclin-1 在肝癌、宮頸癌、乳腺癌、胃癌和結(jié)直腸癌中表達(dá)上調(diào)[19]，可表明自噬的增強(qiáng)能夠促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，Beclin-1 的過(guò)度表達(dá)在腫瘤形成中起著關(guān)鍵作用。

同時(shí)，自噬通過(guò)促進(jìn)轉(zhuǎn)移加強(qiáng)癌癥的侵襲性。轉(zhuǎn)移早期階段，自噬可阻止腫瘤壞死和限制炎性細(xì)胞浸潤(rùn)來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[20]；然而，在轉(zhuǎn)移晚期自噬可能通過(guò)促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞在循環(huán)中的擴(kuò)散，增強(qiáng)分離的轉(zhuǎn)移細(xì)胞在靶器官中的定植，誘導(dǎo)其進(jìn)入休眠期以在新環(huán)境中存活，并在靶器官建立起遠(yuǎn)處集落，此時(shí)自噬發(fā)揮其關(guān)鍵作用，以應(yīng)對(duì)缺氧、營(yíng)養(yǎng)匱乏等各種環(huán)境壓力下的TME[21]。

TME 中巨噬細(xì)胞分化為抗炎的M2 巨噬細(xì)胞，隨即參與調(diào)節(jié)腫瘤免疫應(yīng)答是其發(fā)揮促瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及抗炎功能的關(guān)鍵一環(huán)，自噬則是誘發(fā)M0 型巨噬細(xì)胞極化必不可少的條件。相關(guān)研究顯示，癌細(xì)胞釋放的自噬體通過(guò)Toll 樣受體4 介導(dǎo)的MyD88-p38-STAT3信號(hào)途徑來(lái)誘導(dǎo)M2 表型巨噬細(xì)胞的極化[22]。自噬體不僅依賴于Toll 樣受體4 所介導(dǎo)的通路調(diào)控巨噬細(xì)胞發(fā)揮免疫抑制作用，并且通過(guò)阻止p38 的激活，降低STAT3 磷酸化水平，增強(qiáng)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞表達(dá)IL-10 、PD-L1 和CD163，并抑制其表達(dá)HLA-DR，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞免疫逃逸現(xiàn)象多發(fā)[22]。上述研究結(jié)果表明，腫瘤細(xì)胞可借助分泌自噬體的方式，誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞向M2 型轉(zhuǎn)化，從而形成免疫抑制的TME 促進(jìn)腫瘤發(fā)生及惡性病變。

巨噬細(xì)胞是機(jī)體組織穩(wěn)態(tài)的生理關(guān)鍵介質(zhì)。然而，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞不僅能支持腫瘤的生長(zhǎng)并可發(fā)揮腫瘤免疫抑制。研究發(fā)現(xiàn)，在ID8 卵巢癌小鼠中，T細(xì)胞免疫球蛋白和含4 的黏蛋白結(jié)構(gòu)域陽(yáng)性腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（Tim-4+TAMs）表現(xiàn)出高氧化磷酸化，以適應(yīng)線粒體自噬來(lái)減輕氧化應(yīng)激，并將高水平的Arg-1 轉(zhuǎn)化為下游代謝產(chǎn)物來(lái)操控巨噬細(xì)胞內(nèi)精氨酸水平；而mTORC1 則通過(guò)監(jiān)測(cè)精氨酸及其代謝產(chǎn)物水平，激活自身，調(diào)節(jié)Tim-4+TAMs 內(nèi)線粒體適應(yīng)性并控制線粒體自噬程度，清除活性氧及受損線粒體，防止小鼠卵巢癌微環(huán)境中M2 表型巨噬細(xì)胞死亡，進(jìn)而協(xié)助體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)[23]。有研究顯示，自噬物受體NBR1 介導(dǎo)的選擇性靶向自噬通過(guò)減少胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞表面組織相容性復(fù)合體Ⅰ類的表達(dá)進(jìn)行免疫逃逸[24]。另外，TME 中的癌細(xì)胞可借助缺氧誘導(dǎo)的自噬選擇性地降解免疫突觸中的縫隙連接蛋白-43，阻礙由自然殺傷細(xì)胞介導(dǎo)的黑色素瘤細(xì)胞的裂解，抑制自然殺傷細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用[25]。并且癌細(xì)胞能借助自噬，吞噬CD8+T 細(xì)胞與NK 細(xì)胞所分泌的穿孔素、細(xì)胞毒性蛋白酶顆粒酶B，下調(diào)腫瘤細(xì)胞表面NKG2D 活化配體的表達(dá)，從而發(fā)揮抵抗細(xì)胞毒性作用[26]，見(jiàn)圖3。

圖3 自噬促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增生的分子信號(hào)通路[6]

TME 中的非腫瘤細(xì)胞也可通過(guò)自噬以各種途徑作用于癌細(xì)胞。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞自噬啟動(dòng)后，會(huì)分泌IL-6、IL-8 等，促進(jìn)癌細(xì)胞進(jìn)一步侵犯、轉(zhuǎn)移。與此同時(shí)癌細(xì)胞也會(huì)通過(guò)旁分泌的IL-6、IL-8 再提高腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞自噬程度，從而在TME 中形成自噬反饋回路[27]。在胰腺TME 中，胰腺星形細(xì)胞利用自噬產(chǎn)生丙氨酸，以被癌細(xì)胞攝取，從而保證葡萄糖等碳源用于產(chǎn)生甘氨酸和絲氨酸等，保障腫瘤細(xì)胞核酸合成促腫瘤細(xì)胞增殖作用[28]。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織中, 缺氧微環(huán)境能進(jìn)一步促進(jìn)自噬的啟動(dòng),激活HIF-1α/AMPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑, 從而幫助癌細(xì)胞存活[29]。相比于正常機(jī)體細(xì)胞或組織，胰腺癌細(xì)胞系及其組織標(biāo)本中的自噬程度明顯加劇, 通過(guò)抑制自噬后可使瘤體體積減小[30]。在饑餓的微環(huán)境中, 癌細(xì)胞通過(guò)上調(diào)癌基因K-rasv12或 H-rasv12的表達(dá)， Ras 激活突變?cè)黾幼允伤剑源藖?lái)滿足自身的氧化代謝與生存需求[31]。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

自噬在癌癥進(jìn)程中展現(xiàn)的是雙刃劍作用，取決于癌癥的發(fā)展的不同階段。自噬既可以抑制癌細(xì)胞的增生，也可以促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移擴(kuò)散作用。在腫瘤發(fā)生的早期階段，自噬通過(guò)限制染色體不穩(wěn)定性、限制壞死和炎癥及促進(jìn)衰老抗腫瘤作用。在較晚期癌癥中，自噬通過(guò)維持腫瘤細(xì)胞的存活和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、促進(jìn)轉(zhuǎn)移、促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞的維持、改變TME 及降低免疫監(jiān)視而發(fā)揮促癌作用；在TME 中，細(xì)胞自噬途徑隨微環(huán)境中的不同應(yīng)激信號(hào)而改變，對(duì)腫瘤增殖、免疫和治療產(chǎn)生不同的影響[32]。免疫細(xì)胞和構(gòu)成TME的其他基質(zhì)細(xì)胞通過(guò)其代謝產(chǎn)物，如乳酸、溶血磷脂酸、前列腺素、脂肪酸等，或作為營(yíng)養(yǎng)庫(kù)為腫瘤提供生長(zhǎng)能量來(lái)源或作為信使進(jìn)行胞間信號(hào)傳遞重編程參與促瘤生長(zhǎng)發(fā)展[33]。因此，自噬可作為癌癥潛在的治療靶點(diǎn)，增強(qiáng)化療方案在各種惡性腫瘤中的細(xì)胞毒性作用，幫助克服多藥耐藥性在化療中面臨的重大挑戰(zhàn)。

近5 年來(lái)，自噬在腫瘤中的雙面作用及其作為治療靶點(diǎn)的潛力的報(bào)道與日俱增，細(xì)胞毒性藥物仍然是癌癥治療的一線選擇，但腫瘤細(xì)胞耐藥性的發(fā)展是化療成功的主要障礙，而自噬在腫瘤發(fā)生的早期，通過(guò)調(diào)節(jié)正常細(xì)胞中的致癌基因和分子以抑制腫瘤的轉(zhuǎn)化遷移；對(duì)于完全轉(zhuǎn)化、進(jìn)展的腫瘤細(xì)胞則利用自噬促進(jìn)癌細(xì)胞存活，以避免細(xì)胞死亡和誘導(dǎo)耐藥機(jī)制[34]。該研究還發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同自噬靶點(diǎn)的基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)表明，通過(guò)藥物或分子促進(jìn)或阻斷自噬來(lái)提高抗腫瘤治療效果是可行的；靶向自噬是一種很好的癌癥治療策略；然而如何在高度復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境中精準(zhǔn)操控自噬仍是眾多研究者面臨的棘手難題。

目前，腫瘤臨床治療迫切需要耐藥性更低、特異性更強(qiáng)、效果更高的自噬靶向治療藥物。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已批準(zhǔn)的自噬靶向藥物，用于治療多種癌癥的mTORC1 抑制劑有替西羅莫司、雷帕霉素及順鉑等，而進(jìn)入Ⅳ期臨床試驗(yàn)的溶酶體抑制劑有CQ、HCQ 等，抑制自噬體形成的PI3K 抑制劑有3-methyladenine[35]。

通過(guò)靶向自噬在腫瘤形成、生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移中的強(qiáng)大作用，以TME 的促轉(zhuǎn)移成分及基質(zhì)細(xì)胞代謝產(chǎn)物為目標(biāo)，重建一個(gè)更健康的微環(huán)境，使其具有抑制腫瘤生長(zhǎng)的再生能力，必將為癌癥治療帶來(lái)新的希望。

本文無(wú)影響其科學(xué)性與可信度的經(jīng)濟(jì)利益沖突。