許紅玲 張萍

自噬與腫瘤治療

許紅玲 張萍

自噬（autophagy）是細(xì)胞在饑餓、缺氧和能量應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞通過膜結(jié)構(gòu)降解胞質(zhì)細(xì)胞器和大分子的動態(tài)過程，自噬通過清除功能異常或已受損傷的細(xì)胞器，與泛素-蛋白酶體降解系統(tǒng)互補(bǔ)，共同調(diào)控機(jī)體的穩(wěn)態(tài)［1］。比利時科學(xué)家Christian de Duve在上世紀(jì)50年代通過電鏡觀察到自噬體架構(gòu)并首先提出“自噬”［2］，而在酵母中發(fā)現(xiàn)Atg蛋白則把對自噬的研究推向了一個高潮［3］。自噬分為大自噬、小自噬及分子伴侶介導(dǎo)的自噬三種［4］。大自噬，即由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)來源的膜包繞待降解物形成自噬體，然后與溶酶體融合并降解其內(nèi)容物； 小自噬指溶酶體或液泡內(nèi)膜直接內(nèi)陷將底物包裹并降解的過程； 分子伴侶介導(dǎo)的自噬是指胞質(zhì)內(nèi)蛋白先結(jié)合到分子伴侶后被轉(zhuǎn)運到溶酶體腔中，然后被溶酶體酶消化的過程。本文主要討論大自噬，以下簡稱自噬。

1　 自噬相關(guān)調(diào)控因子及其信號調(diào)控

1.1 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR） 作為細(xì)胞生長的中心調(diào)節(jié)因子，mTOR是調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬多條信號通路的重要匯聚點，受多條通路的調(diào)節(jié)。在mTOR上游，PI3K/AKT信號通路激活mTOR，而LKB1/AMPK、Ras/Raf1/MAPK［5］和TSC2/PTEN/CREB1信號通路則對mTOR起到抑制作用。在mTOR下游有5條途徑影響自噬：（1）mTORC1與ULK1復(fù)合物解離，不再磷酸化ULK1和Atg13。此時，ULK1自身的激酶域磷酸化Atg13和FIP200，下調(diào)自噬泡的形成過程。（2）通過促進(jìn)4E-BP1的磷酸化，使4E-BP1與eIF4E解離，抑制自噬。（3）mTORC1能夠磷酸化p70S6K，促進(jìn)核糖體蛋白S6和4E-BP1的翻譯，從而抑制自噬［6］。（4）死亡相關(guān)蛋白1（DAP1）為mTOR下游底物，被證明有抑制自噬的作用［7］。（5）Ambral是mTOR鮮為人知的功能靶標(biāo)，mTORC1主要是通過磷酸化Ambra 1的Ser52來抑制其前自噬活性［8，9］。

1.2 Beclin1相關(guān)調(diào)控途徑 哺乳動物的Beclin 1與酵母菌Atg6/Vps30是同源基因，其編碼的Beclin 1蛋白對自噬的調(diào)控具有重要的作用。Beclin 1與多種因子（Atg14L，UVRAG，Bif-1，Rubicon，Ambra1，HMGB1，nPIST，VMP1，SLAM，IP3R，PINK）共同作用來調(diào)節(jié)脂質(zhì)激酶Vps34蛋白，促進(jìn)Beclin 1-Vps34-Vps15核心復(fù)合物的形成，從而影響細(xì)胞的自噬活性［10］。在這一過程中，III類PI3K激酶復(fù)合物是調(diào)節(jié)作用的核心調(diào)控因子，其包括Vps34/PI3KC3催化亞基、Vps15/PI3KR4調(diào)節(jié)亞基和Beclin 1、UVRAG、Atg14L、Rubicon蛋白［11］。

1.3 Atg蛋白 目前酵母及高等真核生物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了30多種Atg蛋白，并將其分為不同的功能組：（1）Atg1激酶復(fù)合體。（2）Atg9。（3）class III PI3K復(fù)合體。（4）Atg12連接系統(tǒng)。（5）Atg8連接系統(tǒng)［12］。在自噬過程中，較多Atg蛋白集中分布在一個初始的與細(xì)胞質(zhì)隔離開的空間，在酵母中這個結(jié)構(gòu)被稱為隔離膜集合位點（PAS）［13］。這個結(jié)構(gòu)最終擴(kuò)大并包住部分細(xì)胞質(zhì)并形成自噬吞噬體。

1.4 P53 作為抑癌基因的P53，對自噬的調(diào)節(jié)具有雙重作用。在細(xì)胞質(zhì)中，p53能抑制細(xì)胞自噬，但在細(xì)胞核中，p53能上調(diào)自噬水平［14］。研究發(fā)現(xiàn)，死亡相關(guān)蛋白激酶也是細(xì)胞自噬的重要調(diào)節(jié)因子，能激活p53，進(jìn)而激活A(yù)MPK，上調(diào)自噬［15］。另外，Bcl-2家族促凋亡蛋白Bax、Bad等也能被p53反式激活，使Beclin-1-Bcl-2復(fù)合物得以解離，最終上調(diào)細(xì)胞自噬［16］。

1.5 自噬相關(guān)蛋白LC3 自噬泡膜的延伸是由LC3-I來介導(dǎo)的。LC3-I位于正常狀態(tài)下的細(xì)胞質(zhì)中。在自噬的誘導(dǎo)下，形成ATG12-ATG5-ATG16L復(fù)合體，通過E3樣激活，催化其與磷脂酰乙醇胺結(jié)合至LC3，使LC3-II水平升高。LC3-II聯(lián)系著自噬吞噬體膜內(nèi)外并對其延伸有重要的作用。LC3-II水平的增加意味著自噬吞噬體結(jié)構(gòu)的增加，當(dāng)然也意味著細(xì)胞內(nèi)自噬水平的升高［17，18］。

2　 自噬與腫瘤

近年來隨著科技的進(jìn)步和研究的深入，人們對自噬有了進(jìn)一步的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)自噬對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、治療起到重要作用。雖然多數(shù)腫瘤患者的化療效果較明顯，但其產(chǎn)生的獲得性耐藥已成為多數(shù)腫瘤治療失敗的主要原因。多項研究表明，多種化療藥物能夠誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，包括：紫杉醇、環(huán)磷酰胺、多柔比星、吉西他濱等［19，20］，可見腫瘤化療耐藥的形成與自噬之間存在著相關(guān)性。然而自噬在腫瘤中發(fā)生發(fā)展、治療及耐藥中的具體機(jī)制尚未完全闡明。

2.1 自噬與乳腺癌：在人類乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，Sun WL等［21］發(fā)現(xiàn)化療藥物EPI（表柔比星）可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的形成，促進(jìn)腫瘤耐藥的形成。而通過抑制自噬，則使乳腺癌耐藥細(xì)胞MCF-7er對EPI的敏感性增加，表明細(xì)胞自噬對于腫瘤生存發(fā)揮著一種保護(hù)性的的作用，臨床應(yīng)用自噬抑制劑可能成為乳腺癌治療的重要方法之一。在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，進(jìn)一步有研究發(fā)現(xiàn)通過增加鋅指結(jié)構(gòu)蛋白ZNF32的表達(dá)，可激活A(yù)KT/mTOR通路，從而抑制細(xì)胞自噬，減少自噬相關(guān)的乳腺癌細(xì)胞死亡，而通過轉(zhuǎn)染ZNF32 siRNA減少ZNF32的表達(dá)則促進(jìn)細(xì)胞的自噬，增加自噬相關(guān)的腫瘤細(xì)胞的死亡。且在小鼠的MCF-7移植瘤模型和乳腺癌患者中，ZNF32和細(xì)胞自噬的相互關(guān)系也得到驗證，表明ZNF32在乳腺癌MCF-7細(xì)胞株中發(fā)揮著細(xì)胞自噬抑制劑的作用，可保護(hù)乳腺癌細(xì)胞避免自噬誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡［22］。然而Wu MY等［23］研究發(fā)現(xiàn)在MCF-7乳腺癌細(xì)胞中，通過敲除遷移抑制因子表達(dá)基因，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的形成，則能夠提高阿霉素和依托泊苷的細(xì)胞毒性，表明自噬可以抑制腫瘤的形成，自噬途徑的功能缺失與腫瘤的發(fā)展存在相關(guān)性。

3　 展望

總之，調(diào)控自噬并聯(lián)合化療藥物將是很有前景的腫瘤治療手段。然而，由于自噬在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及治療中扮演雙重的作用，且自噬的作用與腫瘤的組織細(xì)胞類型及所受刺激類型等因素有關(guān)，因此，如何調(diào)控自噬來協(xié)助腫瘤治療需視具體情況而定。自噬對腫瘤細(xì)胞究竟是抑制還是保護(hù)？自噬能否成為腫瘤術(shù)后治療的新途徑？這些問題仍需不斷深入探索。隨著研究的不斷深入，相信在不久的將來可通過調(diào)控細(xì)胞自噬水平更好地發(fā)揮其治療腫瘤的作用。

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200090 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院

2.2 自噬與肺癌 MC Tang等［24］研究發(fā)現(xiàn)在吉非替尼（表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑 EGFR-TKIs）化療耐藥的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞NSCLC中，表達(dá)有高水平的LC3-II，細(xì)胞自噬水平明顯高于化療敏感組細(xì)胞。而通過氯喹與吉非替尼的聯(lián)合治療，則明顯減少肺癌細(xì)胞的生長。然而與此相反的是，Sirichanchuen B等［25］研究發(fā)現(xiàn)相比親本肺癌細(xì)胞系，在順鉑耐藥肺癌細(xì)胞系H460/cis中，具有較低的細(xì)胞自噬水平，而當(dāng)通過順鉑聯(lián)合三氟拉嗪（自噬的一種誘導(dǎo)物）的協(xié)同治療，則使得H460/cis細(xì)胞對順鉑化療的敏感性增加，表明在肺癌細(xì)胞中，自噬水平的降低可能促進(jìn)順鉑的耐藥，提高自噬水平則促進(jìn)了化療的敏感性。

2.3 自噬與骨髓瘤 GRP78是一種具有抗凋亡特性的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白，Abdel Malek MA等［26］發(fā)現(xiàn)在蛋白酶體抑制劑硼替佐米耐藥的骨髓瘤細(xì)胞中，GRP78的表達(dá)水平顯著增加，同時GRP78依賴的細(xì)胞的自噬水平也明顯提高。而通過抗糖尿病組份二甲雙胍與硼替佐米的聯(lián)合治療抑制GRP78的表達(dá)后，則減少了細(xì)胞自噬的形成，提高了硼替佐米的抗骨髓瘤細(xì)胞的增殖效應(yīng)，表明了細(xì)胞的自噬與腫瘤耐藥的形成有關(guān)，而通過抑制細(xì)胞自噬有望提高腫瘤化療的敏感性。

2.4 自噬與膀胱癌 Lian J等［27］發(fā)現(xiàn)棉籽酚可通過靶向抑制Bcl-2，促進(jìn)細(xì)胞自噬相關(guān)基因Beclin -1的釋放，激活細(xì)胞自噬通路，從而誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的形成。Mani J等［28］在膀胱癌細(xì)胞系中，利用棉籽酚誘導(dǎo)自噬水平的提高，導(dǎo)致腫瘤化療耐藥的形成，而通過使用自噬抑制劑3-MA、巴佛洛霉素A1及RNAi技術(shù)敲低atg5基因表達(dá)而抑制細(xì)胞自噬后，細(xì)胞毒性和總體的細(xì)胞凋亡率有所增加，表明細(xì)胞自噬可能促進(jìn)了化療耐藥的形成，而通過化療藥物與自噬抑制劑的聯(lián)合治療，可能為治療耐藥的腫瘤細(xì)胞提供新方法。

2.5 自噬與肝癌∶EPI已經(jīng)被報道在乳腺癌、肝癌細(xì)胞中誘導(dǎo)細(xì)胞的自噬，且引起藥物的耐藥［29，30］。Song B等［31］分別用EPI（表柔比星）及EPI+UTI（表柔比星+蛋白酶體抑制劑烏司他丁）處理肝癌細(xì)胞系SMMC-7721和MHCCLM3，發(fā)現(xiàn)烏司他丁UTI明顯地抑制EPI誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬的過程，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。在小鼠的活體試驗中，進(jìn)一步證實烏司他丁UTI主要是通過抑制NF-kB信號通路相關(guān)的自噬，而促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，提高化療的敏感性。同樣，Peng WX等［32］亦發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞系HepG2細(xì)胞中，慢病毒介導(dǎo)的shLC3（RNAi技術(shù)敲低LC3基因的表達(dá)）和表柔比星的聯(lián)合治療顯著地降低HepG2細(xì)胞自噬水平，并使表柔比星化療的敏感性增加。綜上所述，通過抑制細(xì)胞自噬過程可能增加腫瘤細(xì)胞的化療敏感性，而這也為臨床上腫瘤的藥物治療提供新的方向。

2.6 自噬與卵巢癌 Ying H等［33］將病理診斷為上皮卵巢癌的患者40例，分為化療敏感組及化療耐藥組，并通過免疫組織化學(xué)方法檢測化療耐藥組細(xì)胞中的Beclin-1和PTEN蛋白表達(dá)低于化療敏感組，且表達(dá)率的不同存在統(tǒng)計學(xué)意義。同時也發(fā)現(xiàn)Beclin-1和PTEN的表達(dá)呈正相關(guān)。表明Beclin-1和PTEN蛋白的低表達(dá)與卵巢癌的藥物耐藥存在相關(guān)性，而Beclin-1可能與PTEN的相互作用可能同時參與藥物耐藥的形成，提示在藥物耐藥的卵巢癌細(xì)胞中，細(xì)胞自噬的活性發(fā)生了改變。Sun Y 等［34］在順鉑耐藥的卵巢癌細(xì)胞中（SKOV3/DDP），通過轉(zhuǎn)染Beclin-siRNA抑制Beclin 1的表達(dá)，不僅增加細(xì)胞凋亡率，同時也增加細(xì)胞對化療的敏感性，表明Beclin-1相關(guān)的細(xì)胞自噬與卵巢癌的藥物耐藥密切相關(guān)，通過靶向抑制自噬可能提高卵巢癌的化療敏感性。類似研究發(fā)現(xiàn)相比較卵巢癌A2780細(xì)胞，在卵巢癌順鉑耐藥A2780cp細(xì)胞中，順鉑誘導(dǎo)更多的自噬體的形成，LC3II和Beclin1自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)水平亦明顯增加。在A2780cp細(xì)胞中，通過順鉑與3-MA的聯(lián)合處理及敲除Beclin1基因，抑制細(xì)胞自噬活性后，均顯著提高順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提高卵巢癌化療的敏感性［35］。