宋園遠(yuǎn)，姜曉峰，梁紅艷

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院檢驗(yàn)科，哈爾濱 150000)

自噬是細(xì)胞體內(nèi)一種溶酶體依賴性分解代謝過程,細(xì)胞自身老化及受損的蛋白質(zhì)或某些細(xì)胞器被包裹進(jìn)入囊泡，并與溶酶體結(jié)合形成自噬溶酶體，降解其包裹的內(nèi)容物，借以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需求或某些細(xì)胞器的更新。這一過程通?？梢跃徑饧?xì)胞的損傷及營養(yǎng)壓力。自噬作用除在正常細(xì)胞中的生理作用外，還在癌癥等病理過程中發(fā)揮重要作用，近年來人們已經(jīng)逐漸意識(shí)到自噬在癌癥發(fā)生發(fā)展中具有復(fù)雜的作用。一方面，自噬作用可以清除自身老化蛋白質(zhì)及受損細(xì)胞器來發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)機(jī)制；另一方面，自噬減輕細(xì)胞生存壓力這一特性被腫瘤細(xì)胞所捕獲后，反而更加促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖[1]。但在臨床上自噬誘導(dǎo)還是抑制可以殺傷腫瘤細(xì)胞這一復(fù)雜作用取決于癌癥的種類及內(nèi)環(huán)境的不同。靶向自噬通路治療腫瘤的治療劑的研發(fā)也為腫瘤治療提供了另一個(gè)新的思路?，F(xiàn)就細(xì)胞自噬在腫瘤治療中的研究進(jìn)展予以綜述。

1 自 噬

1.1自噬的基本概念 自噬分為三種類型：微自噬，分子伴侶介導(dǎo)的自噬及巨自噬。微自噬是指通過溶酶體膜的內(nèi)陷直接遞送細(xì)胞溶質(zhì)成分；而分子伴侶介導(dǎo)的自噬是溶酶體中可溶性胞質(zhì)蛋白降解的選擇性機(jī)制；巨自噬是細(xì)胞的一種保護(hù)機(jī)制，該過程中一些損壞的蛋白或細(xì)胞器被雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小泡包裹后，送入溶酶體中進(jìn)行降解并得以循環(huán)利用[2]。自噬作用被發(fā)現(xiàn)以來就一直被視為細(xì)胞的關(guān)鍵保護(hù)機(jī)制，尤其在應(yīng)對(duì)細(xì)胞增殖和營養(yǎng)缺乏的條件下起重要作用?；A(chǔ)自噬通過降解過量，受損和(或)老化的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器，在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[3]，這種細(xì)胞內(nèi)機(jī)制是高度保守的，其功能的強(qiáng)弱與人類許多疾病均有關(guān)，如肌病[4]、微生物感染[5]、癌癥等[6]。

1.2自噬的分子調(diào)節(jié)通路

1.2.1哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號(hào)通路 在調(diào)節(jié)自噬的各種途徑中，mTOR信號(hào)通路至關(guān)重要。研究已經(jīng)確定了這一通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)，蛋白質(zhì)合成，新陳代謝和細(xì)胞死亡中的重要作用。mTOR是絲氨酸/蘇氨酸激酶的一種，分子量為300 000，其位于磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶 B途徑的下游，它能與多種不同的蛋白質(zhì)結(jié)合，并形成兩種不同的復(fù)合物：mTOR1和mTOR2[7]。當(dāng)細(xì)胞營養(yǎng)素和生長(zhǎng)因子豐富時(shí)，mTOR1被激活并使關(guān)鍵的自噬相關(guān)蛋白磷酸化，導(dǎo)致自噬的抑制；相反，mTOR1受到抑制時(shí)，即在能量、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)缺乏期間發(fā)生，誘導(dǎo)自噬。mTOR信號(hào)通路的上游是磷脂酰肌醇-3-激酶途徑，其顯著調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，mTOR2在自噬中的作用尚不明確[8]。

mTOR1受AMP活化的蛋白激酶調(diào)節(jié),通過降低細(xì)胞ATP水平或細(xì)胞應(yīng)激來刺激AMP活化的蛋白激酶導(dǎo)致mTOR1的抑制，mTOR1抑制可以阻止Unc-51的位點(diǎn)特異性抑制磷酸化，如自噬激活激酶1,去磷酸化的自噬激活激酶1可以自由地與AMP活化的蛋白激酶相互作用，AMP活化的蛋白激酶負(fù)責(zé)在活化位點(diǎn)磷酸化自噬激活激酶1，導(dǎo)致自噬誘導(dǎo)。mTOR1和自噬激活激酶1的調(diào)節(jié)顯示了AMP活化的蛋白激酶在自噬起始中起重要作用[9]。

1.2.2RAS(rat sarcoma)信號(hào)通路 RAS蛋白質(zhì)家族由參與控制細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的鳥苷三磷酸酶組成。RAS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通過兩種主要細(xì)胞途徑調(diào)節(jié)自噬。RAS的激活導(dǎo)致磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路的刺激增加，mTOR1上調(diào)，導(dǎo)致自噬的抑制[10]。相反，RAS激活也可通過降低促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(mitogen-activated protein kinase/extracellular regulated protein kinases,MAPK/ERK)途徑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)致自噬增加[10]?，F(xiàn)已證明，當(dāng)MAPK/ERK信號(hào)通路受到刺激時(shí)，HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞會(huì)誘導(dǎo)自噬的發(fā)生[11]。

1.2.3MAPK信號(hào)通路 MAPK/應(yīng)激活化蛋白激酶信號(hào)通路與自噬的調(diào)節(jié)有關(guān)。MAPK是絲氨酸-蘇氨酸激酶家族，其參與調(diào)節(jié)對(duì)生長(zhǎng)因子受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的廣泛細(xì)胞應(yīng)答[12]。由MAPK激活的應(yīng)激活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)致關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子激活，其反過來調(diào)節(jié)抗凋亡基因如B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的表達(dá)。研究已顯示Bcl-2與Beclin-1結(jié)合可導(dǎo)致自噬的抑制[13]。

2 自噬與腫瘤

近年來，自噬在癌癥進(jìn)展中的作用已被廣泛關(guān)注和研究。由于癌癥的類型、階段、遺傳背景不同，其對(duì)自噬作用的反應(yīng)也不同[14]。利用自噬的背景依賴性作用已成為腫瘤學(xué)中一種有前景的治療策略。

2.1自噬的腫瘤促進(jìn)作用 自噬是細(xì)胞的一種應(yīng)激反應(yīng)和生存機(jī)制，因此其可能更有助于癌癥細(xì)胞在各種應(yīng)激下的存活。與正常細(xì)胞相比，自噬的上調(diào)使癌癥細(xì)胞更能適應(yīng)外界的一系列應(yīng)激壓力，有助于癌細(xì)胞增殖，從而增加腫瘤細(xì)胞的侵襲性和對(duì)治療的抵抗性。研究發(fā)現(xiàn)在多種腫瘤細(xì)胞中自噬作用促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[15]。在血管化不良的腫瘤中，細(xì)胞經(jīng)常出現(xiàn)缺氧和代謝應(yīng)激。腫瘤內(nèi)部的細(xì)胞在營養(yǎng)素和氧氣缺乏的情況下，缺氧誘導(dǎo)因子1α增加，其促進(jìn)自噬和血管生成。缺氧誘導(dǎo)因子1α依賴的Bcl-2/腺病毒E1B相互作用蛋白3表達(dá)對(duì)線粒體的選擇性自噬是必需的，也稱為線粒體自噬[16]。有缺陷的線粒體自噬與帕金森病有關(guān)，因?yàn)檫@種患者常會(huì)發(fā)生帕金森相關(guān)基因PINK1(PTEN-induced putative kinase protein 1)和帕金森病蛋白2的突變，而這兩種基因?qū)€粒體自噬誘導(dǎo)很重要。在遺傳篩選中，帕金森病蛋白2也被鑒定為腫瘤抑制基因，表明線粒體自噬在癌癥中具有一定的促進(jìn)作用[17]。缺氧還可以通過缺氧誘導(dǎo)因子1α的獨(dú)立作用來激活自噬，缺氧通過錯(cuò)誤折疊蛋白的蓄積誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，在這些情況下，線粒體由于缺氧而不能參與氧化磷酸化。自噬作用允許細(xì)胞消耗部分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)并減少線粒體數(shù)量，這種對(duì)缺氧的適應(yīng)性反應(yīng)可以防止內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的ATP消耗浪費(fèi)，使細(xì)胞分解代謝產(chǎn)生ATP，并限制線粒體中活性氧類的產(chǎn)生[18]。Yang等[19]的研究也從反向證明了胰腺癌細(xì)胞的自噬水平升高,研究人員通過沉默自噬相關(guān)蛋白(autophagy-related protein,ATG)及使用氯喹抑制自體溶酶體降解來抑制自噬，引起體內(nèi)活性氧類積累，DNA損傷和線粒體功能缺陷抑制胰腺腫瘤生長(zhǎng)，結(jié)果顯示，自噬抑制導(dǎo)致顯著的腫瘤消退，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也顯示通過自噬抑制攜帶胰腺癌異種移植物的小鼠存活時(shí)間延長(zhǎng)。針對(duì)多種人類惡性腫瘤發(fā)生突變的RAS基因，研究發(fā)現(xiàn)即使存在豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，在H-ras或K-ras活化突變的人類癌細(xì)胞系中也具有高基礎(chǔ)自噬水平[20]。在這些細(xì)胞中，抑制基礎(chǔ)自噬相關(guān)的蛋白會(huì)顯著抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，表明自噬可維持腫瘤細(xì)胞存活。因此，抑制腫瘤中的自噬作用，如對(duì)Ras驅(qū)動(dòng)的癌癥，可能是一種有效的抗癌療法。自噬對(duì)腫瘤細(xì)胞的促進(jìn)作用也表現(xiàn)在對(duì)化療藥物的抗性增加。臨床藥物厄洛替尼是表皮生長(zhǎng)因子受體突變的非小細(xì)胞肺癌中常用的酪氨酸激酶抑制劑，這種化療藥物會(huì)上調(diào)自噬，結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)酪氨酸激酶抑制劑的耐藥性增加[21]。

2.2自噬的腫瘤抑制作用 與自噬的潛在促進(jìn)腫瘤增殖作用形成鮮明對(duì)比，自噬具有抑制腫瘤生長(zhǎng)作用。Beclin-1作為自噬過程的關(guān)鍵基因，是自噬所需的Ⅲ型磷脂酰肌醇-3-激酶復(fù)合物一部分，在小鼠體內(nèi)是一種單倍體不足的腫瘤抑制基因，研究發(fā)現(xiàn)在人類乳腺癌、卵巢癌中Beclin-1基因的缺失。此外，p53和第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因均誘導(dǎo)自噬[22]。而Bcl-2直接與Beclin-1 相互作用以抑制自噬[23]。致癌基因可以抑制自噬，腫瘤抑制因子誘導(dǎo)自噬，而真正的自噬調(diào)節(jié)因子本身就是腫瘤抑制因子，表明自噬具有抗癌作用。臨床上支持這一觀點(diǎn)的是三氧化二砷應(yīng)用于急性早幼粒細(xì)胞白血病的治療，三氧化二砷已成為許多急性早幼粒細(xì)胞白血病患者的治療手段，與全反式視黃酸聯(lián)合治療大大提高了疾病的治愈率,最初三氧化二砷的作用機(jī)制尚不清楚，目前已知三氧化二砷介導(dǎo)的細(xì)胞死亡部分是由于通過上調(diào)Beclin-1進(jìn)而介導(dǎo)自噬發(fā)生。目前誘導(dǎo)自噬抑制腫瘤發(fā)展的機(jī)制尚不完全清楚，可能是由于自噬過程中基因的調(diào)節(jié)抑制了腫瘤細(xì)胞的增殖；也可能是由于細(xì)胞內(nèi)壞死物質(zhì)釋放到周圍組織中會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng)和慢性組織損傷，導(dǎo)致遺傳不穩(wěn)定，致癌DNA突變率更高，最終導(dǎo)致更惡性的基因表型，而自噬通過去除受損的細(xì)胞器和蛋白質(zhì)，限制細(xì)胞生長(zhǎng)及基因組不穩(wěn)定性而起到腫瘤抑制作用；或者自噬可以殺死發(fā)育中的腫瘤細(xì)胞，Thorburn等[24]發(fā)現(xiàn)原代上皮細(xì)胞成為永生細(xì)胞時(shí)，涉及自噬和凋亡的細(xì)胞死亡途徑被選擇性地滅活，研究也發(fā)現(xiàn)在乳腺腺泡形成的模型中，凋亡和自噬參與去除上皮細(xì)胞以形成腔結(jié)構(gòu)，表明自噬阻止了上皮腫瘤發(fā)展的早期步驟。也有學(xué)者認(rèn)為，自噬可以通過限制壞死和慢性炎癥來預(yù)防腫瘤發(fā)生，這與炎癥性高遷移率族蛋白B1的釋放有關(guān)[25]?？傊?，上述研究發(fā)現(xiàn)確立了自噬作為腫瘤抑制機(jī)制的作用。

2.3靶向自噬抗腫瘤研究 鑒于自噬作為腫瘤抑制因子和腫瘤啟動(dòng)子的雙重作用，上調(diào)自噬及抑制自噬在不同類型的腫瘤中可作為治療的潛在策略。從自噬體形成到溶酶體降解到細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，在自噬過程的幾乎所有步驟中都已經(jīng)鑒定出可用于藥物作用的靶標(biāo)，目前部分藥物的研發(fā)正在進(jìn)行中。

通過遺傳或藥理學(xué)手段抑制自噬已被廣泛證明可以使腫瘤細(xì)胞對(duì)抗癌治療敏感，自噬的小分子抑制劑可能作為抗癌藥物單獨(dú)使用或組合使用。目前溶酶體抑制劑——抗瘧藥氯喹及其衍生物羥氯喹是已被證明可通過改變?nèi)苊阁wpH，抑制自噬體降解，引起自噬體積聚來直接抑制自噬的兩種藥物，對(duì)膀胱癌、胰腺癌和黑色素瘤的臨床前期研究表明，作為單一藥物，氯喹和羥氯喹能夠通過抑制自噬來抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[26]。同樣地，一些靶向自噬的小分子抑制劑也顯示了抗腫瘤的潛力。ATG4B是一種半胱氨酸蛋白酶，其作用是裂解微管相關(guān)蛋白輕鏈3和其他ATG8銜接蛋白，這是自噬發(fā)生過程的后續(xù)脂質(zhì)化、自噬體結(jié)合和成熟所必需的步驟。體外研究已證實(shí)ATG4B抑制劑具有阻斷自噬并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡的作用，高選擇性的ATG4B蛋白酶活性抑制劑作為一種潛在的腫瘤治療方法正在被逐步開發(fā)中[26]。Egan等[27]發(fā)現(xiàn)SBI-0206965作為一種新型的自噬啟動(dòng)激酶unc-51樣自噬激活激酶1(unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1)抑制劑，在小鼠肺癌腫瘤細(xì)胞及U87MG膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的營養(yǎng)饑餓階段可促進(jìn)細(xì)胞凋亡。另一種Bcl-2抑制劑ABT-737,在前列腺癌[28]、肝細(xì)胞癌[29]和小細(xì)胞肺癌中誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的保護(hù)性自噬，抑制自噬有助于ABT-737治療潛力的發(fā)掘[30]。此外，研究表明，部分藥物可能通過抑制自噬介導(dǎo)的化學(xué)或放射抗性來增強(qiáng)化療的效果[31]。目前部分藥物的療效評(píng)估實(shí)驗(yàn)正逐步從體外向體內(nèi)實(shí)驗(yàn)過渡。

如上所述，對(duì)于癌癥患者，標(biāo)準(zhǔn)治療輔助自噬抑制劑療法有望成為新的抗癌方案，但不適用于所有類型的癌癥，某些腫瘤細(xì)胞系對(duì)自噬誘導(dǎo)而不是自噬抑制敏感，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)自噬對(duì)多種腫瘤細(xì)胞系具有明顯的抑制增殖作用。已經(jīng)用于臨床的多種化療藥物通過誘導(dǎo)自噬殺傷腫瘤細(xì)胞，Akar等[32]研究發(fā)現(xiàn)他莫昔芬等雌激素受體拮抗劑以雌二醇受體為藥物靶點(diǎn)，能夠誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞MCF-7發(fā)生過度自噬，引起細(xì)胞過度死亡；Chiu等[33]研究發(fā)現(xiàn)抗癌藥物替莫唑胺與達(dá)沙替尼的組合可殺傷膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，這兩種藥物均誘導(dǎo)自噬。作為精氨酸耗竭療法研究較為成熟的ADI-PEG20在精氨基琥珀酸合成酶1缺陷的腫瘤治療中正逐步進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，其機(jī)制之一是通過降解體內(nèi)精氨酸誘導(dǎo)自噬，靶向藥ADI-PEG20用于肝癌的治療也已進(jìn)入了Ⅲ期臨床試驗(yàn)；同樣，組蛋白去乙酰化酶抑制劑顯示自噬誘導(dǎo)潛力是其抗癌作用之一[34]，Turcotte等[35]研究發(fā)現(xiàn)STF-62247作為一種小分子激動(dòng)劑，可以誘導(dǎo)細(xì)胞自噬并選擇性殺死與自噬體積累相關(guān)的VHL(von Hippel-Lindau)缺陷性腎癌細(xì)胞，有望成為腎癌治療的新型靶向藥物。

3 小 結(jié)

自噬作為細(xì)胞內(nèi)一種多通路參與調(diào)節(jié)的生物學(xué)過程，在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用尚無清晰的定論。盡管目前臨床腫瘤治療的重點(diǎn)是將自噬抑制劑與化學(xué)治療藥物/細(xì)胞毒性藥物聯(lián)合使用，但仍應(yīng)考慮自噬在不同類型腫瘤生長(zhǎng)中的矛盾作用以及過度自噬是否會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。目前尚不清楚自噬是作為腫瘤抑制因子起作用還是保護(hù)癌細(xì)胞免受抗癌治療起作用。如果自噬誘導(dǎo)可以限制腫瘤細(xì)胞的增殖或?qū)е履[瘤體積消退，那么激活自噬可能是一種有效的抗癌療法。然而，如果自噬僅在癌癥治療中具有防御作用，針對(duì)自噬通路的部分靶向小分子抑制劑可能改善抗癌治療的功效。因此，確定在不同類型腫瘤細(xì)胞中自噬途徑相關(guān)分子的調(diào)節(jié)機(jī)制更有助于相關(guān)靶向藥物的研發(fā)。自噬作用在腫瘤發(fā)展過程中的不斷明確能夠促成發(fā)現(xiàn)新的診斷及治療靶點(diǎn)，并為腫瘤發(fā)病機(jī)制的研究提供新的思路。