王曉娜，任慶源，李雨桐，張澤兵

（吉林大學口腔醫(yī)院病理科，吉林長春130021）

自噬對腫瘤發(fā)生發(fā)展保護性作用的研究進展

王曉娜，任慶源，李雨桐，張澤兵＊

（吉林大學口腔醫(yī)院病理科，吉林長春130021）

自噬在許多有機體的各種生理過程中起著重要作用，包括應激反應、腫瘤抑制、細胞內(nèi)蛋白和細胞器的質(zhì)量控制等［1，2］。自噬在腫瘤細胞中具有雙重作用，一方面，通過排除致癌性的蛋白底物和受損的細胞器，抵抗DNA損傷，維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，限制腫瘤的生長；另一方面，自噬介導細胞內(nèi)能量和代謝產(chǎn)物循環(huán)利用，維持腫瘤的代謝和生長［25］。腫瘤細胞在代謝壓力、缺氧、營養(yǎng)缺乏及抗腫瘤治療等惡劣的細胞外環(huán)境下表現(xiàn)出較強的凋亡抗性，腫瘤細胞能夠在這樣艱難的環(huán)境中生存，自噬起著關鍵性作用［69］。到目前為止，自噬對腫瘤的保護性作用機制還不是很清楚，自噬作為腫瘤細胞逃避凋亡的一種重要機制，近年來成為研究腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療的熱點。針對自噬對腫瘤生長的保護性作用，依據(jù)現(xiàn)有的研究歸納為以下幾種可能。

1 拮抗DNA損傷，促進DNA修復

外源性和內(nèi)源性因素都是DNA完整性的威脅。外源性環(huán)境因素（如紫外線，電離輻射，遺傳毒性的化學品）和內(nèi)源性因素如活性氧（ROS）等代謝副產(chǎn)物可引起DNA結(jié)構(gòu)改變即DNA損傷。DNA損傷會上調(diào)自噬來保持細胞成分的合成、降解與循環(huán)利用的平衡狀態(tài)，維持基因組的穩(wěn)定性以及降低細胞內(nèi)ROS水平和氧化應激［7，1012］。自噬相關基因的缺陷會引起過量ROS積累、DNA損傷和基因組不穩(wěn)定［8］。研究表明，線粒體引起的ROS是DNA氧化損傷的一個來源。線粒體更新可調(diào)節(jié)ROS的產(chǎn)量，自噬是線粒體更新的主要途徑，因此自噬可抵抗ROS引發(fā)的DNA損傷［12，13］。自噬能為DNA修復提供核苷酸或能提高DNA修復結(jié)構(gòu)的功能，促進DNA修復［8］。自噬缺陷能激活DNA損傷反應，促進基因組損傷，可能給DNA修復機制造成負擔［14］。許多試劑不論是損傷DNA還是抑制DNA修復都被成功應用于臨床，自噬抑制劑加強它們的作用效果，考慮可能自噬與DNA修復機制之間存在一定調(diào)節(jié)機制來控制這個過程［2］。

2 抗失巢凋亡

失巢凋亡是一種程序性細胞死亡，發(fā)生在細胞與細胞外基質(zhì)（ECM）脫離接觸時，在機體發(fā)育、疾病發(fā)生和腫瘤轉(zhuǎn)移中起到重要作用［15，16］。Kenific等學者發(fā)現(xiàn)，自噬是保護脫離細胞外基質(zhì)的上皮細胞免受失巢凋亡的一種機制［17］。對ECM的粘附是上皮組織穩(wěn)定和行使功能的關鍵，與ECM分離的乳腺動物上皮細胞能夠迅速活化自噬，為細胞生存提供可能，ECM分離引發(fā)的失巢凋亡會產(chǎn)生代謝壓力而誘發(fā)自噬［18，19］。自噬通過降低ATP的產(chǎn)量來抵抗失巢凋亡，可促進腫瘤細胞進入休眠狀態(tài)，使其在應激和代謝壓力等惡劣條件下存活［20，21］。Lock等人的研究表明，自噬會幫助與ECM分離的癌細胞逃避失巢凋亡，延遲由游離整合素到自噬發(fā)生裝置的信號傳遞，維持腫瘤細胞生存、傳播和轉(zhuǎn)移。應激條件下，自噬會誘導侵襲性腫瘤細胞的休眠，對于促進休眠細胞的生存至關重要。如果此時自噬功能減弱，可能阻礙腫瘤細胞休眠甚至導致休眠細胞死亡［22］。

3 自噬基因過表達，促進血管生成

近幾年很多學者在自噬基因方面的研究發(fā)現(xiàn)，自噬基因參與腫瘤細胞的增殖遷移和血管形成。Capparelli等人發(fā)現(xiàn)，自噬對腫瘤發(fā)生發(fā)展的保護性作用與自噬基因的過表達有關。端粒酶永生化的成纖維細胞中自噬相關基因（如BNIP3，CTSB和ATG16L1）表達產(chǎn)生自噬性成纖維細胞。這些轉(zhuǎn)基因成纖維細胞進行線粒體自噬，代謝方式轉(zhuǎn)向糖酵解。更重要的是，這些自噬成纖維細胞有效地促進腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。實驗中還證明單一的自噬基因過度表達足以驅(qū)動誘導自噬。自噬會釋放營養(yǎng)物質(zhì)進入腫瘤微環(huán)境促進腫瘤生長，促進獨立新生血管的形成［23］。Salem等人通過DRAM基因過表達上調(diào)間質(zhì)成纖維細胞的自噬，是反式激活p53和p53依賴的細胞自噬的關鍵。實驗中發(fā)現(xiàn)，自噬性成纖維細胞由于關鍵基因如DRAM和LKB1的過表達激活AMPK激酶途徑從而引發(fā)自噬，有效地促進腫瘤的生長［24］。Lee等學者發(fā)現(xiàn)，自噬基因Beclin1與血管生成之間存在聯(lián)系，對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有重要影響。原代黑色素瘤小鼠模型的雜合子小鼠在缺氧條件下可促進血管生成，促進腫瘤細胞增殖、遷移［25］。在腫瘤微環(huán)境中，自噬能夠增強腫瘤細胞在各種應激因子如放療、化療等條件下的生存能力?？寡苄律委熞鸬难凶钄鄷又胤ρ鯛顟B(tài)，但有些腫瘤可通過激活AMPK和乏氧誘導因子HIF－1α通路誘導自噬來促進腫瘤細胞的血管形成，從而逃避抗血管新生治療在乏氧狀態(tài)下存活［26］。

4 增強癌細胞侵襲力

隨著研究的不斷深入，自噬對腫瘤保護性作用的實驗依據(jù)逐漸被發(fā)掘出來。Macintosh等人使用神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞系誘導產(chǎn)生shRNA來靶向作用于自噬必需基因Atg12。下調(diào)Atg12與未下調(diào)Atg12的組相比，他們發(fā)現(xiàn)抑制自噬不會影響腫瘤細胞的活力、增殖或遷移能力，但會明顯降低腫瘤細胞在三維器官模型中的侵襲力。實驗數(shù)據(jù)還表明自噬可能在腫瘤細胞由良性轉(zhuǎn)變成惡性的過程中起到關鍵性作用［27］。Pàez－Ribe等學者發(fā)現(xiàn)，在小鼠胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌癌和膠質(zhì)細胞瘤模型中，血管生成抑制劑靶向作用于血管內(nèi)皮生長因子通路表現(xiàn)出抗腫瘤作用，腫瘤在抗血管生成治療后反應性增強自噬，可能增加腫瘤細胞的侵襲力［28］。高分化結(jié)腸腺瘤中缺氧誘導的自噬因LC3A、Beclin－1和HIF1α過表達而增強。實驗證實，腺瘤中缺氧誘導的自噬與發(fā)育不良的腺瘤的早期侵襲或惡變有關［29］。

5 小結(jié)與展望

自噬貫穿于正常細胞生長發(fā)育和生理病理過程，對于細胞自噬和自噬性細胞死亡的研究不僅具有理論意義，而且具有非常重要的臨床應用價值。通過對自噬作用機制的深入研究，我們希望可以通過調(diào)控細胞自噬水平來控制癌癥或者其它自噬相關疾病的發(fā)展?，F(xiàn)在很多學者已經(jīng)將自噬抑制劑應用于研究和臨床試驗，通過抑制自噬達到控制或治療腫瘤的目的。FDA唯一通過的抑制自噬的藥物是氯喹（CQ），它的衍生物羥氯喹（HCQ）能夠通過干擾溶酶體酸化來阻斷自噬［30］?？拱┧幣c自噬抑制劑CQ或HCQ聯(lián)合應用，增加腫瘤細胞對各種抗癌治療的敏感性［31］。研究中廣譜BCL2抑制劑Gx15－070應用于在胸腺上皮性腫瘤細胞，通過mTOR通路抑制自噬依賴的細胞凋亡，從而抑制胸腺上皮性腫瘤細胞的生長［32］。Jin等學者認為使腫瘤細胞處于應激條件下，聯(lián)合使用自噬抑制劑能夠提高腫瘤治療的效果、改善腫瘤預后［33］。Ⅰ期臨床試驗評價mTOR抑制劑替西羅莫司時，聯(lián)合使用HCQ組轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者73%表現(xiàn)出腫瘤生長穩(wěn)定，而單用替西羅莫司的患者病情繼續(xù)發(fā)展［34］。

目前亟待解決的問題是如何把握不同腫瘤對自噬的反應，有效地控制自噬水平，消除自噬對腫瘤的保護性作用，有效地抑制腫瘤的發(fā)展。因此，考慮到自噬在腫瘤中的復雜效應，深入研究它的功能將有助于找到抑制腫瘤生長的有效途徑，這對腫瘤發(fā)病機制的研究及臨床治療均有重要的意義。另外自噬到底是不是一個癌癥治療中合適的靶點仍需考慮。以上問題都有待于我們進一步研究。相信隨著對自噬研究的不斷深入、基因技術與藥學的快速發(fā)展、基因的靶向治療及靶向藥物的研制將為腫瘤治療開辟出新的道路。

［1］Mizushima N.Autophagy in protein and organelle turnover［C］／／Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology.Cold Spring Harbor Laboratory Press，2011，76：397－402.

［2］White E.Deconvoluting the context－dependent role for autophagy in cancer［J］.Nature Reviews Cancer，2012，12（6）：401.

［3］Gewirtz D A.The Four Faces of Autophagy：Implications for Cancer Therapy［J］.Cancer research，2014.

［4］Strohecker A M，Guo J Y，Karsli－Uzunbas G，et al.Autophagy sustains mitochondrial glutamine metabolism and growth of BrafV600E－driven lung tumors［J］.Cancer discovery，2013，3（11）：1272.

［5］Lorin S，Hama?A，Mehrpour M，et al.Autophagy regulation and its role in cancer［C］／／Seminars in cancer biology.Academic Press，2013，23（5）：361－379.

［6］Guo J Y，Karsli－Uzunbas G，Mathew R，et al.Autophagy suppresses progression of K－ras－induced lung tumors to oncocytomas and maintains lipid homeostasis［J］.Genes ＆development，2013，27（13）：1447.

［7］Sousa C M，Kimmelman A C.The Complex Landscape of Pancreatic Cancer Metabolism［J］.Carcinogenesis，2014：bgu097.

［8］Guo J Y，Xia B，White E.Autophagy－Mediated Tumor Promotion［J］.Cell，2013，155（6）：1216.

［9］Roy S，Debnath J.Autophagy and tumorigenesis［C］／／Seminars in immunopathology.Springer－Verlag，2010，32（4）：383－396.

［10］H?hn A，Jung T，Grune T.Pathophysiological importance of aggregated damaged proteins［J］.Free Radical Biology and Medicine，2014，71：70.

［11］Darzynkiewicz Z，Zhao H，Halicka H D，et al.In search of antiaging modalities：Evaluation of mTOR－and ROS／DNA damage -signaling by cytometry［J］.Cytometry Part A，2014，85（5）：386.

［12］Ding Z，Liu S，Wang X，et al.LOX－1，mtDNA damage and NLRP3inflammasome Activation in Macrophages：Implications in Atherogenesis［J］.Cardiovascular Research，2014：cvu114.

［13］Rodriguez－Rocha H，Garcia－Garcia A，Panayiotidis M I，et al.DNA damage and autophagy［J］.Mutation Research／Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis，2011，711（1）：158.

［14］Mathew R，Kongara S，Beaudoin B，et al.Autophagy suppresses tumor progression by limiting chromosomal instability［J］.Genes ＆development，2007，21（11）：1367.

［15］Horbinski C，Mojesky C，Kyprianou N.Live free or die：tales of homeless（cells）in cancer［J］.The American Journal of Pathology，2010，177（3）：1044.

［16］Paoli P1，Giannoni E，Chiarugi P.Anoikis molecular pathways and its role in cancer progression［J］.Biochim Biophys Acta，2013，1833（12）：3481.

［17］Kenific C M，Thorburn A，Debnath J.Autophagy and metastasis：another double－edged sword［J］.Current Opinion in Cell Biology，2010，22（2）：241.

［18］Avivar－Valderas A，Bobrovnikova－Marjon E，Diehl J A，et al.Regulation of autophagy during ECM detachment is linked to a selective inhibition of mTORC1by PERK［J］.Oncogene，2013，32（41）：4932.

［19］Buchheit C L，Rayavarapu R R，Schafer Z T.The regulation of cancer cell death and metabolism by extracellular matrix attachment［C］／／Seminars in cell ＆developmental biology.Academic Press，2012，23（4）：402－411.

［20］Schafer Z T，Grassian A R，Song L，et al.Antioxidant and oncogene rescue of metabolic defects caused by loss of matrix attachment［J］.Nature，2009，461（7260）：109.

［21］Sosa M S，Bragado P，Debnath J，et al.Regulation of tumor cell dormancy by tissue microenvironments and autophagy［M］／／Systems Biology of Tumor Dormancy.Springer New York，2013：73－89.

［22］Lock R，Debnath J.Extracellular matrix regulation of autophagy［J］.Current opinion in cell biology，2008，20（5）：583.

［23］Capparelli C，Guido C，Bonuccelli G，et al.Autophagy and senescence in cancer－associated fibroblasts metabolically supports tumor growth and metastasis via glycolysis and ketone produc－tion［J］.2012.

［24］Salem A F，Whitaker－Menezes D，Lin Z，et al.Two－compartment tumor metabolism：autophagy in the tumor microenvironment and oxidative mitochondrial metabolism（OXPHOS）in cancer cells［J］.Cell cycle，2012，11（13）：2545.

［25］Lee S J，Kim H P，Jin Y，et al.Beclin 1deficiency is associated with increased hypoxia－induced angiogenesis［J］.Autophagy，2011，7（8）：829.

［26］Hu Y L，DeLay M，Jahangiri A，et al.Hypoxia－induced autophagy promotes tumor cell survival and adaptation to antiangiogenic treatment in glioblastoma［J］.Cancer Research，2012，72（7）：1773.

［27］Macintosh R L，Timpson P，Thorburn J，et al.Inhibition of autophagy impairs tumor cell invasion in an organotypic model［J］.Cell Cycle，2012，11（10）：2022.

［28］Pàez－Ribes M，Allen E，Hudock J，et al.Antiangiogenic therapy elicits malignant progression of tumors to increased local invasion and distant metastasis［J］.Cancer Cell，2009，15（3）：220.

［29］Giatromanolaki A，Koukourakis M I，Koutsopoulos A V，et al.Autophagy and hypoxia in colonic adenomas related to aggressive features［J］.Colorectal Disease，2013，15（5）：e223.

［30］Hu Y L，Jahangiri A，DeLay M，et al.Tumor cell autophagy as an adaptive response mediating resistance to treatments such as antiangiogenic therapy［J］.Cancer Research，2012，72（17）：4294.

［31］Townsend K N，Hughson L R K，Schlie K，et al.Autophagy inhibition in cancer therapy：metabolic considerations for antitumor immunity［J］.Immunological Reviews，2012，249（1）：176.

［32］Petrini I，Meltzer P S，Zucali P A，et al.Copy number aberrations of BCL2and CDKN2A／B identified by array－CGH in thymic epithelial tumors［J］.Cell Death ＆Disease，2012，3（7）：e351.

［33］Jin S，White E.Role of autophagy in cancer：management of metabolic stress［J］.Autophagy，2007，3（1）：28.

［34］Amaravadi R K.Autophagy in Tumor Immunity［J］.Science，2011，334（6062）：1501.

2014－05－06）

1007－4287（2015）06－1035－03

吉林省科技廳科技引導項目資助課題（201105101）；吉林省衛(wèi)生廳項目（20131004）

＊通訊作者