中藥成分通過干預(yù)自噬實(shí)現(xiàn)腫瘤放射增敏的研究進(jìn)展*

林洋，于大海，鹿紅，黃騰，陳樂君，趙悅欣

南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 南京 210029

自噬[1]是一種細(xì)胞自分解代謝過程，營養(yǎng)或生長因子剝奪，促炎狀態(tài)，缺氧，感染因子的存在和DNA損傷均能促進(jìn)自噬，自噬將細(xì)胞內(nèi)受損的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器輸送到溶酶體進(jìn)行降解和再循環(huán)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。自噬除了在細(xì)胞適應(yīng)、細(xì)胞內(nèi)生物清除、抗衰老中起著細(xì)胞保護(hù)功能外，還被認(rèn)為對(duì)各種化療藥物和電離輻射的反應(yīng)具有促進(jìn)細(xì)胞死亡的潛力。許多研究表明，許多自噬藥物與放射聯(lián)合使用可以誘導(dǎo)自噬，導(dǎo)致細(xì)胞死亡增加，有助于放射增敏治療。一些中藥成分可通過干預(yù)自噬達(dá)到放療增敏的效果。該研究討論了腫瘤細(xì)胞放療抵抗發(fā)生機(jī)制及自噬與放射增敏的關(guān)系，同時(shí)總結(jié)了中藥有效成分通過干預(yù)自噬達(dá)到放療增敏效果的最新研究。

腫瘤放療抵抗

放射治療的效果受多種因素的影響，包括腫瘤組織缺氧的程度，修復(fù)DNA損傷的能力以及癌癥干細(xì)胞的存在等。當(dāng)氧分壓降低到約20mmHg以下時(shí)，腫瘤細(xì)胞對(duì)輻射損傷具有抵抗力，缺氧條件下，需要2.5～3.0倍的輻射劑量才能誘導(dǎo)出與在正常條件下相同的損傷水平[2]；輻射殺傷腫瘤細(xì)胞中最重要的機(jī)制是DNA損傷，包括堿基損傷、堿基釋放、解聚、交聯(lián)和鏈斷裂等，DNA損傷修復(fù)是放射抵抗的主要原因，在檢測(cè)到DNA損傷后，修復(fù)通路被激活，阻止細(xì)胞周期進(jìn)程，DNA損傷的成功修復(fù)將使細(xì)胞在細(xì)胞周期中繼續(xù)，從而導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)放射治療的抵抗[3]。腫瘤干細(xì)胞[4]是腫瘤組織中小部分具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞群，腫瘤干細(xì)胞激活了許多保護(hù)機(jī)制，包括增強(qiáng)的DNA修復(fù)能力，對(duì)氧化應(yīng)激的保護(hù)，受損的細(xì)胞周期停滯和凋亡和缺氧微環(huán)境調(diào)節(jié)，導(dǎo)致放射抵抗。

自噬與放射治療

1 自噬概述

自噬[5]是一種在應(yīng)激條件下產(chǎn)生的細(xì)胞自消化及分解代謝過程，在營養(yǎng)缺乏、氧化應(yīng)激、缺氧、病原體入侵情況下，通過降解蛋白質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)容物，清除有害蛋白，進(jìn)而維持細(xì)胞正常的功能和穩(wěn)態(tài)。目前根據(jù)自噬底物遞送過程的不同主要將自噬分為三種類型：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬。巨自噬是最為常見的一類，主要包括四個(gè)階段[6]：蛋白質(zhì)和脂類被招募在底物周圍形成雙層膜結(jié)構(gòu)；分隔膜向兩側(cè)延伸，包裹需要降解的胞漿成分、蛋白質(zhì)或細(xì)胞器，并形成囊泡被稱為”自噬體”；自噬體將代謝廢物包裹通過細(xì)胞微管系統(tǒng)運(yùn)輸至溶酶體，溶酶體與自噬體融合最終形成自噬溶酶體；溶酶體中的水解酶被激活，降解自噬體及其內(nèi)容物，產(chǎn)生的氨基酸、核苷酸和脂肪酸等代謝物被細(xì)胞重復(fù)利用，以滿足細(xì)胞的代謝需求。

2 自噬與腫瘤

自噬作為一種維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的自我降解系統(tǒng)，普遍存在于應(yīng)激條件下的癌細(xì)胞中，自噬與癌細(xì)胞增殖之間的相互作用是復(fù)雜的，具有促癌和抑癌的雙重作用[7]。自噬可以在腫瘤早期通過抑制炎癥反應(yīng)、維持基因組穩(wěn)定、促進(jìn)細(xì)胞衰老等機(jī)制抑制腫瘤的發(fā)生。但是腫瘤在進(jìn)展到中晚期后，癌細(xì)胞可能面臨代謝應(yīng)激，如營養(yǎng)和生長因子剝奪或缺氧、放化療和靶向治療，包括破壞血管生成，抑制蛋白酶體功能或破壞信號(hào)通路的治療。自噬通常被認(rèn)為可通過為癌細(xì)胞提供營養(yǎng)和能量、誘導(dǎo)癌細(xì)胞適應(yīng)各種應(yīng)激狀態(tài)、促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲以及誘導(dǎo)癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性等方式促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[8]。自噬在腫瘤生長過程中起重要作用，但自噬對(duì)于腫瘤的確切作用往往取決于腫瘤類型、階段和腫瘤微環(huán)境。

3 自噬與放射增敏

大量研究表明，腫瘤對(duì)放射治療的抵抗力通常與許多種腫瘤細(xì)胞系中自噬有關(guān)，例如結(jié)腸癌細(xì)胞，前列腺癌細(xì)胞，惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞，鼻咽癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞等[9]。三氧化二砷（ATO）與電離輻射聯(lián)合處理的LNCaP和PC-3細(xì)胞通過誘導(dǎo)LNCaP細(xì)胞與PC-3細(xì)胞自噬和凋亡增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞的放射敏感性[10]。自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素（RAPA）通過誘導(dǎo)NSCLC中的自噬來增強(qiáng)放射敏感性[11]。自噬在放射增敏中具有雙重作用，自噬抑制劑（如氯喹、3-甲基腺嘌呤）通常通過促進(jìn)細(xì)胞凋亡增加腫瘤細(xì)胞放射敏感性的潛力。經(jīng)氯喹處理的膀胱癌細(xì)胞可抑制電離輻射誘導(dǎo)的自噬，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡，并且顯著增強(qiáng)了膀胱癌細(xì)胞的凋亡率[12]。氯喹通過削弱輻射誘導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)能力增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞在體外的放射敏感性[13]。3-甲基腺嘌呤（3-MA）或巴菲霉素A1（Baf-A1）與放射治療結(jié)合通過抑制腫瘤細(xì)胞中的自噬來增強(qiáng)放射敏感性，例如卵巢癌細(xì)胞，乳腺癌細(xì)胞，鼻咽癌細(xì)胞，食管癌細(xì)胞，肺癌細(xì)胞和結(jié)直腸癌細(xì)胞等[14-19]。

研究證實(shí)，放射治療與可以增加自噬的藥物（例如，雷帕霉素（RAPA）和三氧化二砷（ATO））或可以減少自噬的藥物（例如，3-甲基腺嘌呤（3-MA）和氯喹）均可以增強(qiáng)放射敏感性并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡。因此，自噬可以對(duì)腫瘤放射治療產(chǎn)生“雙重”的影響[20]：在放射治療的初期，射線照射后引起的細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)能夠擾亂腫瘤細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的加工過程，而腫瘤細(xì)胞為了從這種應(yīng)激狀態(tài)生存下來，保護(hù)性自噬被迅速激活，腫瘤細(xì)胞發(fā)生適應(yīng)性改變，這是腫瘤產(chǎn)生放療抗拒的一種重要機(jī)制，因此，阻斷自噬被認(rèn)為在放射致敏中起重要作用。當(dāng)自噬的保護(hù)作用變得過度時(shí)，趨向于一種細(xì)胞自身無法控制的自我降解狀態(tài)，細(xì)胞器和關(guān)鍵蛋白的降解超過人體的補(bǔ)償量，大量降解其他功能尚正常的胞內(nèi)物質(zhì)，這個(gè)過程被稱為自噬細(xì)胞死亡，因此，使用藥物或基因強(qiáng)化輻射誘導(dǎo)的自噬也會(huì)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡，也會(huì)增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的輻射敏感性。自噬在放射治療中具有雙重作用仍存在爭議，進(jìn)一步闡明自噬的保護(hù)性和抑制性作用及兩重作用如何轉(zhuǎn)化對(duì)逆轉(zhuǎn)輻射抗性具有重要意義。

中藥成分干預(yù)自噬實(shí)現(xiàn)腫瘤放射增敏

小檗堿：小檗堿是從中藥黃連中分離的一種季銨生物堿，是黃連抗菌的主要有效成分，具有抗菌、抗病毒、抗胃潰瘍等藥理作用，還在降糖、降血脂、抗腫瘤等方面發(fā)揮著重要的作用[21]。小檗堿已被證明可以在體內(nèi)和體外增強(qiáng)NSCLC細(xì)胞的放射敏感性[22]，小檗堿與輻射聯(lián)合使用對(duì)A549細(xì)胞生長抑制顯著增強(qiáng)，細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)證實(shí)了自噬體的存在，表明小檗堿通過自噬增強(qiáng)了放射敏感性。有研究表明小檗堿介導(dǎo)的放射增敏與LC3II和p62水平升高有關(guān)[23]。

姜黃素：姜黃素是從中藥姜黃中提取的多酚，在各種類型的癌癥中具有抑制腫瘤細(xì)胞生長增殖、阻遏細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞自噬和凋亡等作用[24]。戴麗波等[25]人證明姜黃素單獨(dú)或聯(lián)合使用GLUT-1AS-ODN對(duì)體內(nèi)喉癌的放射敏感性具有協(xié)同作用，其機(jī)制是引起細(xì)胞凋亡并誘導(dǎo)自噬通量從而增強(qiáng)了喉癌中輻射的放射敏感性。照射主要引起細(xì)胞凋亡，當(dāng)姜黃素[26]和GLUT1siRNA處理聯(lián)合使用時(shí)，不僅促進(jìn)喉癌細(xì)胞的凋亡，而且還通過激活A(yù)MPK/mTOR/ULK1信號(hào)介導(dǎo)的自噬誘導(dǎo)自噬相關(guān)細(xì)胞死亡，喉癌的放射敏感性增加。有證據(jù)表明，姜黃素介導(dǎo)的PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的抑制有助于自噬的激活和宮頸癌放射敏感性增強(qiáng)[27]。劉建波[28]等研究發(fā)現(xiàn)姜黃素顯著降低了PC3和DU145細(xì)胞中輻射誘導(dǎo)的自噬，并推斷姜黃素通過激活miR-143和miR-143誘導(dǎo)的自噬來促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的放射敏感性。姜黃素和放射治療抑制HUSF的增殖，并通過自噬下調(diào)Smad4來抑制纖維化，表明姜黃素可能是HUSF的放射增敏劑[29]。

柴胡皂苷：柴胡皂苷是柴胡的主要藥理活性成分，具有抗病毒、抗細(xì)菌內(nèi)毒素、鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛、抗腫瘤作用等藥理作用。輻射可以抑制肝癌細(xì)胞的增殖，加入柴胡皂苷后，輻射對(duì)肝癌細(xì)胞增殖的抑制作用進(jìn)一步增強(qiáng)，結(jié)果初步表明，柴胡皂苷可以通過誘導(dǎo)自噬形成來抑制肝癌細(xì)胞的生長并增強(qiáng)細(xì)胞的放射敏感性[30]。進(jìn)一步研究[31]表明，加入柴胡皂苷后，mTOR的磷酸化顯著降低，自噬相關(guān)蛋白LC3-II和Beclin-1的表達(dá)增加，結(jié)果表明柴胡皂苷通過抑制mTOR磷酸化促進(jìn)自噬，從而增加輻射誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡。

冰片醇：膠質(zhì)瘤是常見的原發(fā)性顱腦惡性腫瘤，目前通過手術(shù)切除輔以放射治療來治療，有研究表明，冰片醇[32]給藥與放療一起顯著抑制了原發(fā)性膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生長，顯著增加了膠質(zhì)瘤細(xì)胞中自噬體的數(shù)量，顯著降低HIF-1α、mTORC1和eIF4E的表達(dá)水平，上調(diào)了Beclin-1和LC3的表達(dá)，Beclin1通過調(diào)節(jié)自噬體的形成和成熟來啟動(dòng)自噬過程，LC3是自噬體的結(jié)構(gòu)成分，也是自噬通量的標(biāo)志物。結(jié)果表明，冰片醇通過抑制mTORC1/eIF4E/HIF-1α途徑誘導(dǎo)自噬，從而使膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)輻射敏感。

白藜蘆醇：白藜蘆醇是一種天然存在的多酚化合物，具有多種藥理作用，包括抗氧化、抗炎和抗凋亡作用。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤[33]是一種惡性人類癌癥，預(yù)后較差，白藜蘆醇通過誘導(dǎo)自噬，促進(jìn)細(xì)胞凋亡和預(yù)防DNA修復(fù)發(fā)揮體外和體內(nèi)的顯著放射增敏能力，協(xié)同放療發(fā)揮抗膠質(zhì)母細(xì)胞瘤作用。此外有研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇[34]具有對(duì)輻射誘導(dǎo)的腸道損傷的保護(hù)作用，部分機(jī)制是增加了SIRT1的表達(dá)，并通過PI3K-Akt-mTOR途徑促進(jìn)自噬，從而保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受輻射誘導(dǎo)的損傷。

其他：研究表明通關(guān)藤苷[35]通過顯著提高了自噬相關(guān)基因（LC3-II/LC2-I、ATG5、Beclin-1）的mRNA蛋白水平，通過下調(diào)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)自噬和凋亡來增加HCC細(xì)胞的放射敏感性。芍藥醇[36]在體外和體內(nèi)均對(duì)肺腺癌具有放射增敏作用，可能與輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的增強(qiáng)和PI3K/ Akt信號(hào)通路及其下游蛋白COX-2的抑制有關(guān)。有研究證明染料木黃酮[37]增強(qiáng)了NSCLC細(xì)胞的放射敏感性，部分原因是通過促進(jìn)Bcl-xL和Beclin-1的解離而增加了Beclin-1介導(dǎo)的自噬。天冬凌草素[38]是一種從傳統(tǒng)中草藥中分離出來的天然二萜類化合物，通過抑制p53突變的結(jié)直腸癌細(xì)胞中的葡萄糖代謝和AMPK抑制來激活自噬。ENKHBAT等[39]研究表明表沒食子兒茶素沒食子酸與照射聯(lián)合處理后結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116自噬相關(guān)的蛋白表達(dá)水平增加，可見，EGCG和放射聯(lián)合治療可誘發(fā)腫瘤細(xì)胞中的自噬，從而提高了結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)輻射的敏感性。

討論

中藥輔助治療腫瘤療效確切，中藥成分可通過干預(yù)自噬相關(guān)的mRNA和蛋白表達(dá)水平達(dá)到放療增敏效果，然而目前關(guān)于中藥成分可通過干預(yù)自噬達(dá)到放療增敏研究還未得到普遍關(guān)注，研究尚不深入，僅限于體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)性研究。我們不應(yīng)該忽視中藥成分在多種腫瘤的放射治療上所擁有的巨大潛能，此類研究具有很高的研究價(jià)值和應(yīng)用前景，相信隨著深入研究，中藥成分干預(yù)自噬治療惡性腫瘤的機(jī)制將更加明確。