自噬与肿瘤的关系研究进展

李彩丽 魏虎来 黄双盛 李永泉

(西北民族大学医学院生物化学教研室，甘肃 兰州 730030)

化疗药物可引起非凋亡形式的细胞死亡，包括坏死、自噬等〔1～3〕。凋亡与坏死之间是有联系的，这主要取决于化疗药物作用的浓度和时间，坏死被认为是损伤所引起的偶然性细胞死亡，但最近也有研究发现有些坏死方式是程序性的，这一过程称为坏死性凋亡。另外，在同一细胞可同时观察到自噬和凋亡现象，说明自噬与凋亡共同操纵着细胞的最终命运(死亡/存活)。本篇综述旨在探讨自噬在肿瘤发生及肿瘤化疗中的作用，以进一步揭示肿瘤发生、发展的潜在机制。

1 自噬概念及类型

自噬是细胞在缺氧、营养缺乏等代谢压力下，通过降解其自身的细胞内的大分子物质、细胞器和胞质以实行“自我消化”的一系列生化过程。在这个过程中，首先是从粗面内质网的无核糖体附着区脱落的双层膜包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等成分形成自噬体，再与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物，以实现细胞本身的代谢需要和细胞器的更新，从而维持细胞的正常代谢和生存〔4〕。同时，在某些情况下它还可以选择性地清除受损或多余的过氧化物酶体、内质网、线粒体、DNA，减少异常蛋白、细胞器的堆积，维持细胞自我稳态〔5〕。因此，人们普遍认为自噬是细胞的生存机制。但另一方面，当环境压力刺激过强或过于持久时，自噬可能参与细胞死亡，因此人们将自噬称为Ⅱ型程序性细胞死亡〔6〕。然而，自噬是通过什么机制在“促进生存”和“诱导死亡”间转换的，目前尚不完全明了。

自噬共有三种类型，尽管都可以促进胞质内容物的降解，但它们运送底物的途径和机制却有所不同〔7〕：① 巨自噬：通称为自噬，是细胞质中可溶性蛋白及受损细胞器等被非溶酶体来源的双层膜结构所包裹形成自噬体，通过自噬体外膜与溶酶体膜融合，内膜及其包裹的物质进入溶酶体腔中被降解加工的过程，也是本文中重点阐述的类型。② 微自噬：是指溶酶体膜直接内陷，包裹细胞质中的成分，形成一个内在的囊泡。微自噬与巨自噬的区别就在于前者的胞质成分是直接被溶酶体包裹的，没有形成自噬小体的过程。③ 分子伴侣介导的自噬(CMA)：仅存在于哺乳动物细胞中，胞质中的分子伴侣(Hsc)70识别底物蛋白分子的特定氨基酸序列(如KFERQ)并与之结合，分子伴侣-底物复合物与溶酶体相关膜蛋白(LAMP)-2a受体结合，从而进入溶酶体被降解。

2 自噬对肿瘤发生的双重作用

自噬既可以抑制肿瘤的形成，也可以保护肿瘤细胞免遭各种有害因素的损伤〔8～10〕。

2.1自噬可保护肿瘤 肿瘤细胞具有高代谢的特点，对营养和能量的需求更高，从肿瘤初发到新生血管发生、肿瘤增大致血管崩塌、肿瘤细胞脱离原发灶游走等都会出现营养不足或供应中断，高自噬活性可有助于肿瘤细胞度过这一危机。此外，当肿瘤细胞遭遇化学毒性物质或射线等时，会产生大量的破损细胞器、损坏的蛋白质等有害成分，高自噬活性可及时清除有害物质而抑制触发死亡通路，并提供应急的底物和能量，为修复受损DNA赢得时间和条件。

2.2自噬可抑制肿瘤发生 自噬作用虽然可以缓解细胞的代谢压力，并且保持细胞活性，可以认为，自噬作用是肿瘤细胞的生存机制。然而，许多实验却看到了与之相悖的结果：自噬途径的功能缺失突变与肿瘤的发展存在相关性。关于自噬的抑癌作用的证据来自Beth Lecine的实验室〔11，12〕：他们在人类40%～70%的散发乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌中观察到Beclin-1单等位基因缺失；在人乳腺癌细胞系密歇根癌症基金会(MCF)-7中，Beclin-1蛋白表达下降，几乎检测不到。稳定转染Beclin-1促进了细胞的自噬活性，从而抑制MCF-7细胞株在体外的增殖，并且抑制MCF-7在裸鼠中的成瘤性，提示自噬基因缺失致自噬活性下调，从而导致肿瘤的发生。其可能机制是：①细胞内基础水平的自噬可以作为一种防御机制及时清除衰老或受损的细胞器及错误折叠的蛋白质，减少活性氧(ROS)的产生，维持染色体的稳定性，抑制突变癌基因的积聚，阻止肿瘤的发生，对机体起到保护作用；②及时清除p62蛋白，阻止p62在肿瘤形成中的信号转导作用；③在营养缺乏时保护细胞以免发生坏死，因为，炎性细胞一旦进入肿瘤坏死区便可进一步促进肿瘤的生长。

3 自噬在抗癌药诱导肿瘤细胞死亡过程中的作用

近几年来的大量研究证实，当肿瘤细胞受到各种化疗药物刺激时，细胞内的自噬水平会不同程度地增加，而自噬的功能与肿瘤所受刺激类型、刺激强度及组织细胞类型有关。Sun等〔13〕用表柔比星诱导乳腺癌，发现抑制自噬可以增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，证实自噬能够为化疗药物刺激下的肿瘤细胞提供生存机制；然而，齐亚莉等〔14，15〕的研究证实自噬是化疗药物诱导下细胞的一种死亡途径，能促进细胞凋亡。因此，在肿瘤治疗中需视具体情况调控自噬水平方可达到最好的治疗效果。

人们通常使用3-甲基腺嘌呤(MA)、巴佛洛霉素A1和氯喹(CQ)等药物作为自噬的抑制剂。3-MA是磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-Ⅲ酵母磷脂酰肌醇-3-激酶(vps34)的抑制剂〔16〕，vps34和调控分子p150共同参与细胞内模型结构的形成，包括自噬体膜的形成〔17〕，因此3-MA抑制早期自噬的发生。巴佛洛霉素A1是大环内酯类抗生素之一，是特异性极高的v-ATPase(滤泡型H+-ATPase)抑制剂，通过抑制溶酶体的功能从而阻止自噬体的降解，因此抑制的是晚期自噬〔18〕。与此相似，CQ可以使溶酶体内的pH值升高〔19〕，从而阻止自噬体内容物的降解〔20，21〕。尽管以上这些药物都可以有效抑制自噬而被作为自噬抑制剂广泛应用，但都不具有绝对专一性，它们还有其他的多种生物作用，比如调控细胞内吞，细胞内物质转运及溶酶体的生成和功能等。因此，要研究自噬抑制对治疗的影响，最理想的办法是使自噬相关基因〔如：自噬基因(atg)7、atg5、beclin-1/atg6等〕缺陷或功能缺失。

3.1抑制自噬治疗肿瘤 当肿瘤细胞受到化疗药物刺激时细胞内自噬水平会明显增加，这是肿瘤细胞逃避化疗刺激的一种适应性反应〔22〕。由此可以推断：自噬能使肿瘤细胞对化疗药物产生耐受，抑制自噬将会增加肿瘤对化疗药物的敏感性。近年来大量实验研究也证实了这一点，例如，喜树碱治疗乳腺癌〔23〕；顺铂治疗食道鳞癌〔24〕、转移性皮肤癌〔25〕和肺腺癌〔26〕；5-氟尿嘧啶(FU)治疗结肠癌〔27〕、食道癌〔28〕及一些新药如蛋白酶体抑制剂〔29，30〕、Src激酶抑制剂〔31〕、抗-人表皮生长因子受体(HER)2的单克隆抗体〔32〕等在治疗肿瘤中的应用。自噬抑制剂联合抗癌药治疗肿瘤的研究已在多种肿瘤模型中进行，包括神经胶质瘤〔33～35〕、多发性骨髓瘤〔36〕、乳腺癌〔23，32〕、结肠癌〔37，38〕、前列腺癌〔39〕等。其中，抑制自噬治疗慢性髓细胞性白血病(CML)是一个很好的例子。CML是成人白血病的主要类型，是由于染色体易位导致断裂点丛集区-Abelson白血病病毒(BCR/ABL)蛋白融合，进一步激活酪氨酸激酶，从而促进了细胞的无限增殖。目前，临床上选用酪氨酸激酶抑制剂(TKI)——伊马替尼已达到良好的治疗效果，而且已被广泛用于各种肿瘤的治疗，但是耐药仍是一个普遍问题。近来，有学者用氯喹联合伊马替尼治疗CML，发现能明显增加CML细胞的死亡率〔40～44〕。与此相类似，用RNA干扰(RNAi)抑制自噬基因atg5 和atg7的表达，也观察到同样的效果，这进一步表明抑制自噬可增加肿瘤细胞对化疗的敏感性。更重要的是，伊马替尼联合氯喹对三个不同临床阶段(刚被确诊、伊马替尼治疗中、治疗后复发)CML患者来源的肿瘤干细胞的抑制率也明显增加〔45〕。

在众多的自噬抑制剂中，氯喹作为溶酶体抑制剂备受关注，一方面是由于其副作用比较小，另一方面是由于临床上用于治疗疟疾、风湿性关节炎等已有很长的历史。目前，大量的临床试验中将氯喹作为常规化疗药物的增敏剂用于各种肿瘤的研究，包括：肺癌、多形性胶质细胞瘤、多发性骨髓瘤及耐药的实体瘤。

3.2促进自噬治疗肿瘤 目前临床有些药物被证明可能是通过自噬作用抑制肿瘤增殖。 三氧化二砷(As2O3)被广泛用于急性非淋巴细胞白血病M3的治疗，其细胞毒作用被认为是通过细胞色素C释放和Caspases活化经典凋亡途径实现的；近来用于治疗人类T淋巴细胞白血病，发现其可以诱导自噬相关细胞毒作用〔46〕。研究表明As2O3的抗白血病效应主要是通过自噬的活化诱导白血病细胞自噬性细胞死亡，而无论是药理学或基因学抑制自噬均可阻止As2O3诱导的细胞死亡〔47〕。另外，有研究发现，大麻(THC)也可以通过自噬活化而诱导胶质瘤细胞死亡〔48〕，基因敲除atg5或用RNAi技术封闭atg1基因都可保护细胞免遭THC的损伤。更有趣的是，抑制凋亡与敲除atg5对于阻止细胞死亡方面的效果很相似，而且敲除atg可抑制Caspase-3的活性，这说明THC诱导的自噬促进了肿瘤细胞凋亡而不是直接死亡。大量的体内外实验证实，自噬与凋亡对于化疗药物杀死肿瘤细胞都是必不可少的〔49〕。从自噬与凋亡发生的时间顺序来看，自噬出现早于凋亡，但随着化疗药物浓度的增加和时间的延长，细胞内会出现自噬与凋亡共存甚至以凋亡为主的现象，这说明它们之间存在着复杂的内在联系和协调机制。

该如何看待自噬在肿瘤化疗中所扮演的看似矛盾的双重功能呢?得出结论要综合考虑多种因素。比如：3-MA和巴佛洛霉素A1均可作为自噬抑制剂，但当它们各自联合化疗药物〔替莫唑胺(TMZ)〕治疗胶质瘤时，却会出现两种完全相反的结果，3-MA可抑制TMZ诱导的细胞死亡，而巴佛洛霉素A1可促进TMZ诱导的细胞死亡，这是由于自噬抑制剂的作用存在阶段特异性，3-MA抑制早期自噬，而巴佛洛霉素A1抑制晚期自噬〔50〕。同样，当不同化疗药物作用同一肿瘤细胞或同一化疗药物作用两种不同肿瘤细胞时，自噬的作用都可能是截然相反的，这主要取决于肿瘤细胞的组织类型和所受的刺激类型不同〔51〕。除此之外，当敲除atg造成细胞巨自噬功能缺陷时，分子伴侣介导的自噬(CMA)和微自噬便会活化从而补充巨自噬的功能，从而在肿瘤治疗中发挥作用〔52〕。由于目前研究中所用的自噬抑制剂都不具有绝对专一性，也就是说，这些抑制剂除了可抑制自噬外，还有促进细胞内吞、参与物质转运等其他的生物功能，因此，如果能够获取某些激酶(如ULK1)或蛋白酶(如Atg4B)的靶向性小分子物质，我们就可以用它们来准确地研究自噬在肿瘤化疗中的作用及其机制。

总之，调控自噬并联合化疗药物将是很有前景的肿瘤治疗手段。然而，由于自噬在肿瘤发生、发展及治疗中扮演双重的作用，而且自噬的作用与肿瘤的组织细胞类型及所受刺激类型等因素有关，因此，如何调控自噬来协助肿瘤治疗需视具体情况而定。

综上，自噬在化疗药物诱导肿瘤细胞死亡中的作用及机制是非常复杂的。一方面，自噬可以保护肿瘤细胞免遭化疗药物的杀伤，因此，自噬抑制剂可用来克服肿瘤耐药。另一方面，自噬在某些情况下又可促进肿瘤细胞死亡，因此，使用自噬诱导剂(雷帕霉素)可协同化疗药物杀死肿瘤细胞。但是，为了更好地应用于临床，必须充分研究影响自噬作用的各种因素及自噬与凋亡之间的内在联系；研究自噬发生的强度与速度对细胞生存的影响，明确：是否较强和(或)快速的自噬可导致细胞死亡，而温和或缓慢出现的自噬可保护细胞存活〔53，54〕。随着在分子水平对自噬认识的不断深入，可通过调控细胞自噬水平更好地发挥其治疗肿瘤的作用。

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