自噬在胃癌干細(xì)胞中的作用及研究進(jìn)展

田恒金，汪非凡，高培垚，陳阿敏，王娜，張強(qiáng)

1.蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，安徽蚌埠 233000；2.蚌埠醫(yī)學(xué)院腫瘤基礎(chǔ)研究與臨床檢驗(yàn)診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蚌埠 233000

胃癌（gastric cancer，GC）是危及人類生命的惡性腫瘤，在所有惡性腫瘤中發(fā)病率排名第4 位。在我國(guó)，GC 的發(fā)病率在各類惡性腫瘤居第2 位，每年新診斷的GC 患者超過(guò)40 萬(wàn)人，死亡約30 萬(wàn)人，占全球GC 總死亡率的40%以上，是影響人類健康的最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一[1]。GC 在發(fā)病早期通常無(wú)癥狀，可能延誤診斷，錯(cuò)失手術(shù)治療時(shí)機(jī)。雖然近年來(lái)GC 的診治取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，但仍缺乏有效的早期診斷指標(biāo)，晚期GC 的預(yù)后仍不容樂(lè)觀[2]。胃癌干細(xì)胞（gastric cancer stem cell，GCSC）具有自我更新、侵襲轉(zhuǎn)移的能力，其負(fù)責(zé)GC 的進(jìn)展、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥并與GC 的發(fā)展密切相關(guān)。自噬是通過(guò)溶酶體系統(tǒng)（植物和酵母的液泡）降解過(guò)量或受損的細(xì)胞器、大蛋白質(zhì)聚集體和入侵的病原體的一個(gè)高度保守的生理過(guò)程[3]。自噬在GCSC 中具有重要的生物學(xué)功能,本文通過(guò)自噬在GC 和GCSC 中的作用進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞自噬

1.1 自噬的定義

自噬即亞細(xì)胞水平上的“自食”，是指由自噬相關(guān)基因（autophagy related genes，ATG）引起的應(yīng)激適應(yīng)過(guò)程，被定義為負(fù)責(zé)降解溶酶體中的胞漿蛋白和亞細(xì)胞器的細(xì)胞過(guò)程[4]。這一過(guò)程發(fā)生在大多數(shù)組織的基礎(chǔ)水平，有助于細(xì)胞質(zhì)成分的常規(guī)周轉(zhuǎn)，并作為組織動(dòng)態(tài)平衡的一部分。通常，自噬可由饑餓或其他形式的細(xì)胞應(yīng)激誘導(dǎo)，導(dǎo)致溶酶體降解和降解產(chǎn)物的循環(huán)，生成細(xì)胞構(gòu)建膜塊和能量，用于細(xì)胞更新和穩(wěn)態(tài)[4-5]。同時(shí)自噬越來(lái)越被認(rèn)為是一種蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的質(zhì)量控制機(jī)制。自噬具有許多調(diào)節(jié)細(xì)胞的重要過(guò)程，包括自我更新、分化、衰老和凋亡[6]。自噬屬于分解代謝，是一個(gè)高度保守的能量依賴性病理、生理適應(yīng)過(guò)程。

1.2 自噬的類型

自噬是一種在所有真核生物中高度保守的細(xì)胞降解和循環(huán)過(guò)程，自噬主要分為3 種類型：微自噬、大自噬和伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）。該3 種自噬在形態(tài)上雖然各不相同，但它們的最終目的是將產(chǎn)物運(yùn)送到溶酶體里面進(jìn)行循環(huán)和降解[7]。大自噬和微自噬都涉及動(dòng)態(tài)膜重排以吞噬部分細(xì)胞質(zhì)，它們具有隔離大結(jié)構(gòu)的能力。微自噬是指細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物通過(guò)溶酶體膜的內(nèi)陷或變形進(jìn)入溶酶體的過(guò)程[8]。最初研究中，在電鏡下Percoll 顆粒在體外大鼠肝溶酶體內(nèi)通過(guò)溶酶體膜的突起和內(nèi)陷而被吞沒(méi)，從而形成囊泡。一項(xiàng)研究表明，一種叫作內(nèi)體微自噬的微自噬樣過(guò)程將可溶性胞漿蛋白運(yùn)輸?shù)酵砥趦?nèi)體多泡體的囊泡[9]。而CMA是一種獨(dú)特的選擇性自噬形式，具有高度特異性；通過(guò)它特定的胞漿蛋白一個(gè)接一個(gè)地穿過(guò)溶酶體膜進(jìn)行降解，而所有CMA底物共有的是一個(gè)與KFERQ樣生化相關(guān)的五肽靶向基序，稱為CMA 靶向基序。降解可溶性胞漿蛋白亞群的選擇性是CMA 的獨(dú)特特性，它是直接由兩個(gè)因素決定：底物蛋白氨基酸序列中存在識(shí)別靶向基序及蛋白質(zhì)在展開(kāi)后逐一進(jìn)入溶酶體腔[7]。而大自噬（俗稱的自噬）也不同于微自噬和CMA。在自噬過(guò)程中部分細(xì)胞質(zhì)被隔離成一個(gè)雙膜囊泡，稱為自噬體。自噬體通過(guò)膨脹形成而不是通過(guò)膜出芽形成。在酵母中誘導(dǎo)大自噬時(shí)，自噬體的形成開(kāi)始于單個(gè)液泡周位點(diǎn)，稱為吞噬細(xì)胞組裝位點(diǎn)（phagophore assembly site，PSA）[10]。在完整的自噬體與溶酶體/液泡融合時(shí)，內(nèi)部的單膜囊泡被釋放到腔內(nèi)。在其他情況下，產(chǎn)生的自噬體的膜被溶解，細(xì)胞的內(nèi)容物被降解，產(chǎn)生的大分子通過(guò)膜孔被運(yùn)送回細(xì)胞質(zhì)中，以便循環(huán)使用。

2 GCSC

2.1 GCSC 來(lái)源

關(guān)于GCSC 的起源主要有兩種假說(shuō)：第1 種假說(shuō)認(rèn)為GCSC 來(lái)源于胃干細(xì)胞的突變，導(dǎo)致正常胃黏膜向萎縮性胃炎、腸上皮化生、不典型增生演變，最后向GC 轉(zhuǎn)化[11]。 基于這一假設(shè)，評(píng)估GCSC 在不同解剖區(qū)域的表型和表達(dá)不同的特異性標(biāo)記是至關(guān)重要的。尤其是LGR5+（富含亮氨酸的G 蛋白偶聯(lián)受體5）亞群位于幽門(mén)腺的底部，由Aaron J. W. Dr Hsueh 團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)。Lgr5 的過(guò)表達(dá)已在多種癌癥中被報(bào)道，它已被證明是腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell，CSC）的起源[12]。而Villin+細(xì)胞位于幽門(mén)前腺的底部，Villin 是一種鈣調(diào)控的肌動(dòng)蛋白交聯(lián)蛋白。Qiao 等[13]證實(shí)，這種蛋白雖然罕見(jiàn)，但具有分化為多種胃黏膜細(xì)胞的潛力。此外，在其他研究中，由Villin-Cre 建立的GC 小鼠模型已被證明具有CSC的特性。第2 種假說(shuō)認(rèn)為GCSC 來(lái)源于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cell，BMMSC）[14]。BMMSC 是一種成體干細(xì)胞，它們可以遷移、再生并具有多重分化的潛力。當(dāng)幽門(mén)螺桿菌感染引起胃損傷時(shí)，BMMSC 遷移到胃上皮并參與組織修復(fù)，提示BMMSC 參與GC 的發(fā)生發(fā)展。有人認(rèn)為上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）可產(chǎn)生GCSC，EMT 是上皮細(xì)胞通過(guò)失去細(xì)胞間接觸和細(xì)胞骨架重組而獲得成纖維母細(xì)胞表型的過(guò)程。EMT 通過(guò)細(xì)胞浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，被認(rèn)為是腫瘤擴(kuò)散的關(guān)鍵步驟，因?yàn)樗ㄟ^(guò)細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[15-16]。

2.2 GCSC 特征

CSC 首先在急性髓系白血病中被發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞的一個(gè)小亞群，具有自我更新、無(wú)限增殖的能力，被認(rèn)為與腫瘤進(jìn)展、免疫逃逸、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥有關(guān)[17]。越來(lái)越多的研究證實(shí)GCSC 的存在及其在GC 進(jìn)展、免疫逃逸、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中的作用。有研究表明GC 中存在GCSC[18]。Han 等[19]從GC 患者切除的GC 標(biāo)本中分離培養(yǎng)GCSC 和腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblasts，CAF），他們發(fā)現(xiàn)CAF 分泌的NRG1 通過(guò)調(diào)節(jié)GCSC 的自我更新促進(jìn)了GC 的進(jìn)展。Hasegawa 等[20]發(fā)現(xiàn)CAF 可通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-b 信號(hào)通路來(lái)維持和增強(qiáng)GCSC 的腫瘤干細(xì)胞樣特性。Yes 相關(guān)蛋白參與許多惡性腫瘤的進(jìn)展，并被認(rèn)為通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β-活化激酶1 或抑制脂質(zhì)素型前列腺素D2 合成酶和前列腺素D2 受體2 的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)GCSC 表面標(biāo)志物的表達(dá)和自我更新[21]。同時(shí)，研究表明GCSC 與免疫系統(tǒng)有著密切的相互作用。一方面，GCSC 有助于產(chǎn)生免疫抑制腫瘤微環(huán)境，以逃避免疫監(jiān)視；另一方面，圍繞GCSC的免疫細(xì)胞可將非GCSC 轉(zhuǎn)化為GCSC，并保持其CSC 的性質(zhì)。

3 細(xì)胞自噬與GCSC

3.1 自噬參與GCSC 相關(guān)通路

自噬在GC 中起著雙刃劍的作用，它對(duì)GC 有促進(jìn)和抑制兩個(gè)方面的作用。長(zhǎng)期幽門(mén)螺桿菌感染可損害胃黏膜的自噬，最終可能促進(jìn)胃黏膜的腫瘤發(fā)生。而B(niǎo)eclin1、微管相關(guān)蛋白輕鏈和P62/SQSTM1被認(rèn)為是自噬相關(guān)標(biāo)志物，具有GC 預(yù)后價(jià)值。自噬抑制劑和自噬誘導(dǎo)劑顯示出GC 治療的前景。同時(shí)自噬也是CSC 存活和耐藥性的一個(gè)主要因素[22]。自噬在維持CSC 和癌細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)平衡中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。GCSC 作為GC 發(fā)病的基礎(chǔ)，GCSC 有多種信號(hào)通路參與，最常見(jiàn)的有Wnt 信號(hào)通路、Notch信號(hào)通路、Hedgehog 信號(hào)通路和Hippo 信號(hào)通路等[23]。

3.1.1 Wnt 信號(hào)通路 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路被認(rèn)為是組織修復(fù)和干細(xì)胞更新的關(guān)鍵。根據(jù)β-catenin是否被激活，Wnt/β-catenin 信號(hào)通路通常分為典型信號(hào)通路和非典型信號(hào)通路[24]。在癌變過(guò)程中，典型的Wnt/β-catenin 通路參與GCSC 的增殖與分化，而非典型的Wnt/β-catenin 通路與EMT 和GCSC 的啟動(dòng)有關(guān)[25]。Liu 等[26]研究表明ICG-001 通過(guò)阻斷Wnt/β-catenin 信號(hào)通路，顯著抑制GCSC 的干細(xì)胞樣特性及GC 細(xì)胞系的生長(zhǎng)、耐藥和轉(zhuǎn)移。同時(shí)，細(xì)胞自噬的激活通過(guò)Wnt/β-catenin 信號(hào)介導(dǎo)的單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 的上調(diào)促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移和糖酵解，因此它們?cè)贕CSC 發(fā)生和治療反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3.1.2 Notch 信號(hào)通路 Notch 信號(hào)通路對(duì)于GC 中腫瘤發(fā)生所需的CSC 的維持至關(guān)重要。Notch 信號(hào)通路是GC 發(fā)生中最活躍的通路之一，在GC 發(fā)生與胃干（祖）細(xì)胞增殖之間的聯(lián)系中起著關(guān)鍵作用[27]。在缺氧、饑餓等應(yīng)激環(huán)境下，GCSC 也被證實(shí)通過(guò)自噬系統(tǒng)維持其細(xì)胞活性。因此，自噬抑制劑氯喹（chloroquine，CQ）也被認(rèn)為是包括GC 在內(nèi)的潛在癌癥治療藥物之一。CQ 是一種抗瘧藥物，具有抑制自噬體形成的作用。細(xì)胞自噬對(duì)GCSC 細(xì)胞活力的維持作用與Notch 信號(hào)通路的異常有關(guān)。Li 等[1]報(bào)道自噬抑制劑CQ 對(duì)GCSC 的細(xì)胞活力有抑制作用，與5-氟尿嘧啶聯(lián)合使用時(shí)抑制GCSC 增殖作用明顯增強(qiáng)；進(jìn)一步的研究表明，自噬可通過(guò)調(diào)節(jié)Notch 信號(hào)通路來(lái)調(diào)控GCSC 的耐藥性，說(shuō)明細(xì)胞自噬可通過(guò)靶向GCSC 發(fā)揮抗腫瘤作用。

3.1.3 HIPPO 信號(hào)通路 在GCSC 中，HIPPO 信號(hào)通路也是一種非常常見(jiàn)的信號(hào)通路，是一個(gè)高度保守的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；它有助于調(diào)節(jié)CSC 的自我更新和分化，同時(shí)也與癌癥的發(fā)展和維持有關(guān)。作為一種信號(hào)調(diào)節(jié)因子，PTPRU基因可通過(guò)抑制YAP基因的表達(dá)來(lái)減弱GCSC 的干性，從而抑制Hippo/YAP信號(hào)通路[28]。硬脂酰輔酶a 去飽和酶-1 被認(rèn)為是腫瘤干細(xì)胞樣特性的原因。Gao 等[29]報(bào)道硬脂酰輔酶a去飽和酶-1 通過(guò)Hippo/YAP 信號(hào)通路增加了GCSC的干細(xì)胞樣特性，這是GC 腫瘤發(fā)生、化療耐藥和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵“種子”。相反，siRNA 抑制或敲低硬脂酰輔酶a 去飽和酶-1 會(huì)減弱GCSC 的干細(xì)胞樣特性。

4 蛋氨酸通過(guò)促進(jìn)RAB37 甲基化和磷酸化調(diào)控GCSC 自噬

蛋氨酸（methionine，Met）是所有細(xì)胞所需的必需氨基酸。Cao 等[30]發(fā)現(xiàn)人原發(fā)性GC 細(xì)胞存在Met 依賴性，即無(wú)Met 的環(huán)境增強(qiáng)化療對(duì)GC 細(xì)胞的作用。此外，Met-γ 裂解酶是一種可特異性裂解Met的酶，通過(guò)裂解細(xì)胞上清液中的Met 抑制GCSC 的增殖。而補(bǔ)充Met-γ 裂解酶可使Met 裂解，降低GCSC中RAB37 的甲基化和磷酸化，從而誘導(dǎo)GCSC 自噬，抑制腫瘤生長(zhǎng)[31]。而且Met 被證明通過(guò)促進(jìn)甲基化過(guò)程參與自噬的調(diào)節(jié)。在酵母細(xì)胞中，Met 通過(guò)合成SAM 誘導(dǎo)蛋白磷酸酶2A 甲基化，從而抑制自噬，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)[32]。而RAB37 是一種小GTPase 蛋白，參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和囊泡傳導(dǎo)。研究表明RAB37基因直接與自噬相關(guān)基因5 結(jié)合，并以三磷酸鳥(niǎo)苷依賴性的方式促進(jìn)自噬體的形成，抑制腫瘤生長(zhǎng)[33]。Met 可促進(jìn)GCSC 中RAB37 的甲基化和磷酸化直接降低其表達(dá)，并通過(guò)miR-200b/PKCα 軸抑制RAB37的活性，從而抑制RAB37 介導(dǎo)的GCSC 自噬，促進(jìn)GCSC 的細(xì)胞活力。有研究表明miR-200b 在GC 中是一種腫瘤抑制因子，發(fā)現(xiàn)miR-200b 抑制劑激活了大鼠心臟成纖維細(xì)胞的自噬，提示miR-200b 可能是自噬的調(diào)節(jié)因子[34]。自噬與GCSC 的相關(guān)信號(hào)通路關(guān)系密切，通過(guò)研究細(xì)胞自噬也能為治療GC 提供一個(gè)潛在的靶點(diǎn)。

5 小結(jié)與展望

GC 在我國(guó)是一種多發(fā)疾病，而GC 的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和化療耐藥對(duì)GC 患者來(lái)說(shuō)是非常致命的。CSC具有自我更新、分化并促進(jìn)腫瘤的形成。越來(lái)越多的證據(jù)表明CSC 是腫瘤形成和復(fù)發(fā)的根源。因此，闡明CSC 存活和CSC 干性維持的機(jī)制對(duì)于提高抗癌治療具有重要意義。同時(shí)腫瘤中CSC 的存在有助于放化療耐藥、腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，這給腫瘤的治療帶來(lái)極大的困難。自噬是一個(gè)清除和回收細(xì)胞成分的過(guò)程，它促進(jìn)對(duì)抗癌治療的抵抗。自噬是CSC 降低抗癌治療耐藥性的潛在靶點(diǎn)，而GCSC 作為CSC 的一種推動(dòng)GC 進(jìn)展，它在GC 的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、化療和耐藥中起關(guān)鍵作用。因此細(xì)胞自噬可能對(duì)GCSC 也同樣具有抗腫瘤的作用，GCSC 也可成為GC 的潛在治療靶點(diǎn)。未來(lái)的研究應(yīng)集中于識(shí)別特異性GCSC和深入了解GCSC 在GC 中的致病機(jī)制及深入研究細(xì)胞自噬與GCSC 的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)其對(duì)GC 治療的革命性變革，更好為患者服務(wù)。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。