细胞自噬在胃癌中的相关研究进展*

谢兴明 邓靖宇 梁 寒

细胞自噬在胃癌中的相关研究进展*

谢兴明 邓靖宇 梁 寒

细胞自噬指细胞利用溶酶体降解细胞质中错误折叠的蛋白质及受损细胞器等以重新利用胞内的降解物质、降解胞内有害物质的过程，以维持细胞内环境稳定。正常状态下细胞的自噬维持在低水平，当细胞处在不利因素条件下时，自身自噬也会被激活应对不利因素。自噬在肿瘤发生、发展、转移、复发、药物抵抗等方面有着重要作用，但自噬在这些方面的详细机制仍不清楚。本文对胃癌细胞中自噬相关基因的表达情况及利用自噬促进胃癌细胞死亡等方面进行阐述，自噬治疗在胃癌中具有重要的应用前景。

细胞自噬 胃癌 Beclin-1 LC3

细胞自噬（autophagy），在进化上非常保守，广泛存在于真核细胞中，正常的自噬水平相当低，其主要作用维持正常细胞的内环境，是细胞利用溶酶体降解错误折叠的蛋白、受损细胞器等的过程，以重新利用被分解的物质，避免大量有害物质蓄积对细胞造成伤害。自噬还可以被外部不利因素所激活，提高细胞自身耐受能力，有助细胞生存［1］。但细胞自噬若过度激活且长期高水平存在，则有可能伤害细胞本身，造成细胞发生自噬性死亡。因此，自噬有促进细胞生存和抑制细胞生存的双面作用。随着自噬的深入研究，人们发现自噬在肿瘤的形成、发展、浸润转移和耐药中有着重要的作用，而且大多数肿瘤都缺失凋亡机制，那么诱导肿瘤细胞发生自噬性死亡成为了治疗肿瘤的另一种重要方法。自噬在肿瘤形成的早期起着抑制的作用，而在肿瘤形成之后，又转变为促进肿瘤的生长，特别是在实体肿瘤细胞快速增长而肿瘤自身血管网还未建立完善之前，自噬为肿瘤细胞提供必要的生长所需物质。但自噬的这种双面作用必须根据具体的肿瘤具体情况而言。

1 自噬的类型

自噬分为大自噬、小自噬和分子伴侣介导的自噬。通常说的自噬是大自噬。1）大自噬：在胞内形成由膜包裹降解物质的自噬体，再被运送至溶酶体与之融合形成自噬溶酶体并降解其内成分；2）小自噬：被降解物直接被自身溶酶体膜包裹并降解；3）分子伴侣介导的自噬：被降解的可溶性蛋白质结合分子伴侣蛋白形成复合物转运入溶酶体进行降解。

2 胃癌中差异表达的自噬标志物

微管相关蛋白1轻链3（microtuble associated protein light chain 3，MAPLC3）简称LC3，是第一个被发现的自噬体标记蛋白，并作为自噬的检测标志物，包括LC3A、LC3B、LC3C三种亚型。每种亚型都有两种形式：LC3-Ⅰ，LC3-Ⅱ。未发生自噬时，Ⅰ型LC3经细胞合成加工，为胞质可溶性，当自噬发生时，经泛素化，结合在自噬膜表面的磷脂酰乙醇胺，形成Ⅱ型LC3。因此可以根据Ⅱ型LC3表达的水平判断细胞发生了自噬与否。LC3A在免疫组化中表现出三种染色形态：胞质弥散型、颗粒状、石块样。Liao等［2］最近研究发现胞质弥散型LC3A在胃癌组织中表达高于癌旁组织、颗粒状LC3A未在胃癌组织中发现、石块样LC3A只在癌组织中表达且高表达提示Ⅱ、Ⅲ期患者术后复发风险增大，这种现象或许说明在胃癌患者疾病后期身体虚弱的状态下，术后残存或已转移的肿瘤细胞通过增加自身自噬能力来抵抗宿主的这种不利环境，维持肿瘤细胞增殖生长，但这对于患者却是致命的。

3 自噬与胃癌

3.1 Beclin-1与胃癌

Beclin-1基因是酵母ATG6/vps30基因在哺乳动物中的同源体，位于人类染色体17q21上，大约有150 000 bp，对于促进细胞自噬具有关键作用［3］，已被公认为可以诱导自噬的发生，其表达蛋白抑制肿瘤的形成和生长。其被认为是一种双等位抑癌基因，其杂合性缺失是大多数脏器细胞发生恶性转化的原因之一。

Zhou等［4］的研究发现胃癌细胞系中Beclin-1的表达情况：分化程度越低，Beclin-1表达也越低。而且该研究检测患者胃癌组织中Beclin-1呈中度表达，而在癌旁正常组织中高度表达，并且胃癌组织中低表达Beclin-1的患者的总生存期和无进展生存期低于胃癌组织中高表达Beclin-1的患者，还发现Bcl-2蛋白家族的抗凋亡蛋白Bcl-xL蛋白过度表达。其他研究表明Bcl-2蛋白家族的抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1、Bcl-2A1有BH3受体区域，而Beclin1有BH3区域，因此Bcl-2蛋白家族中的抗凋亡蛋白可以同Beclin1结合，抑制Beclin1的功能，降低自噬［5］。还有研究也表明了Beclin-1在胃癌组织中低表达［6-7］。Yu等［8］的研究也表明低表达Beclin-1的患者更易发生远处转移，Lauren分型中的肠型胃癌表达更高的Beclin-1，显示出更好的预后。而Chen等［9］的研究表明Beclin-1在胃癌组织、癌旁组织、正常黏膜组织中的表达依次下降且差异有统计学意义，同时胃癌组织中低表达Beclin-1的患者总生存期和无病生存期低于癌组织中高表达Beclin-1的患者。Ahn等［10］研究也表明了Beclin-1在胃癌组织中的高表达，但正常黏膜上皮未见Beclin-1表达。这些研究中主要的分歧在于Beclin-1在胃癌组织和胃黏膜非癌组织中的表达高低情况。究其原因，可能在于实验当中免疫组织化学评估标准不同、样本量的大小、患者的异质性。从这些研究中可得出一个共同点：癌组织中高表达Beclin-1的胃癌患者总生存率比低表达Beclin-1的患者总生存率高，说明Beclin-1在胃癌发展过程中起抑制肿瘤的作用，在今后的研究治疗中可能通过增加Beclin-1的表达来抑制肿瘤生长。

3.2 幽门螺杆菌（H.pylori）与胃癌

H.pylori分为两型：Ⅰ型分泌VacA、CagA；Ⅱ型不分泌VacA、CagA。Ⅰ型H.pylori早期分泌的VacA和CagA蛋白，都可以对胃黏膜细胞造成损伤，不仅如此，VacA蛋白可以诱导自噬水平上升，自噬可以降解VacA和CagA蛋白，减少对胃黏膜细胞的损伤。同时，自噬作为正常细胞清除胞内感染细菌的重要机制，在早期感染时，对保护胃黏膜上皮细胞有着重要的作用。但随着H.pylori的长期感染，VacA会影响自噬吞噬体的形成，导致自噬降低，以致H.pylori长期繁殖损伤细胞［11］，而CagA的降解也是依赖于VacA诱导的自噬来进行的［12］，由于自噬的降低，CagA也在感染的上皮细胞中蓄积。Src家族酪氨酸蛋白激酶磷酸化CagA，然后磷酸化的CagA特异结合于SHP-2酪氨酸磷酸酶，使SHP-2激活，而SHP-2调节细胞的增殖、形态发生、细胞运动，导致细胞极性丧失、细胞运动发生改变，最终在肿瘤发生中起作用。Ohnishi等［13］通过转基因在小鼠中表达CagA的研究中，也观察到小鼠胃肠肿瘤的形成。Kikuchi等［14］的研究也阐述了CagA通过上述的机制在胃癌形成中的作用。而且，在长期感染H.pylori引起自噬降低后，也会导致细胞内损伤线粒体的累积，ROS增多、长寿蛋白不能被降解，对DNA造成损伤，发生突变，对致癌有着重要作用。长期感染形成的慢性炎症，也会促成胃癌的发生。因此根除H.pylori，对预防胃癌发生有着重要作用，同时提高自噬也有助于清除菌体。自噬、H.pylori在胃癌形成中有密切的作用，但致病的分子机制还需进一步研究。

3.3 klotho基因与胃癌

klotho是1997年发现与衰老相关的基因。近些年，klotho被证明是一个新兴的肿瘤抑制基因，klotho基因在肿瘤的形成、进展和预后中也起着重要作用［15］。那么，klotho在胃癌细胞自噬发生中有何意义呢？研究者在胃癌GC-7901细胞系中发现klotho mRNA及其蛋白的表达极低，klotho的CpG位点几乎全部甲基化，并用DNA去甲基化药物5-Aza增加了klotho的表达，诱导了GC-7901的凋亡［16］。在该研究中，5-Aza的使用后LC3-Ⅰ减少，LC3-Ⅱ增多，说明自噬水平增加，接着用3-MA和5-Aza共同培养GC-7901，而LC3-Ⅱ未增多，细胞凋亡率低于单用5-Aza，说明正常的klotho诱导了自噬，进而引起癌细胞死亡。

4 自噬与胃癌的治疗

4.1 阻断mTOR信号通路诱导胃癌细胞自噬死亡

Hashimoto等［17］研究发现腹膜间皮分泌的炎症趋化因子CXCL12诱导原发部位的表达CXCR4配体的胃癌细胞NUGC4迁移并与之结合，使AKT磷酸化，激活mTOR信号通路，进而激活下游的P70S6K和4E-BP1，形成磷酸化的p-P70S6K、p-4E-BP1，进而产生基质金属酶，降解细胞外基质各成分，破坏组织屏障，促进胃癌细胞腹膜转移，使用雷帕霉素可显著阻断mTOR信号通路激活，影响下游反应，诱导胃癌细胞自噬性死亡。还有研究也表明雷帕霉素阻断mTOR信号通路会抑制CXCL12/CXCR4介导的细胞迁移［18］。替吉环素作为一种抗菌药，Tang等［19］用该药物作用于培养的胃癌组织细胞和MKN-45胃癌细胞系发现此种药物可以激活腺苷酸活化蛋白激酶AMPK，进而抑制mTOR信号通路，下调p-mTOR、p-P70S6K，LC3-Ⅱ增多，诱导自噬，抑制肿瘤细胞生长，在免疫缺陷小鼠体内抑制肿瘤生长。Tapia等［20］也阐明在胃癌患者中PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活与肿瘤浸润深度和淋巴结的转移有关，4E-BP1低表达的患者累积生存率低于高表达者，而高p-4E-BP1抑制了自噬。

4.2 自噬抑制剂在胃癌的应用

在对进展期胃癌手术后以辅助化疗作为术后延长患者生存时间和提高生活质量的后续治疗。而肿瘤细胞面对化疗药物这一不利因素，会相应的提高自身的自噬能力来抵抗杀伤。而利用自噬抑制剂联合化疗药物的研究提高了化疗药物的杀伤力，增加了胃癌细胞的凋亡。顺铂诱导了胃癌SGC7901的保护性自噬作用，使用自噬抑制剂氯喹，提高了顺铂治疗效果［21］。对胃癌MGC803，奥沙利铂、5-Fu各自都可以诱导保护性自噬，奥沙利铂、5-Fu各自联合自噬抑制剂氯喹应用，可以提高胃癌细胞凋亡率［22-23］。单用苦参碱杀伤胃癌细胞，同样会诱导胃癌细胞产生保护性自噬，但联合自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤会增强苦参碱对肿瘤细胞的毒力［24］。在肿瘤形成的早期，肿瘤细胞数量少，依靠周围组织液增殖生长，但随着肿瘤直径增大，出现缺氧、营养匮乏，此时肿瘤细胞自身的自噬能力增强，促进肿瘤自身微循环形成，以提供生长所需物质，Ding等［25］在缺氧、低营养状态下培养SGC7901细胞系，用一段短发卡结构的RNA构建质粒导入SGC7901细胞以沉默Beclin-1，并设置阴性对照，与未沉默Beclin-1细胞对比发现沉默Beclin-1后LC3表达下降，肿瘤细胞增殖、血管生成拟态的形成受到抑制，基质金属酶表达下降，迁移能力下降，阐述了自噬有助于肿瘤细胞增殖、血管生成拟态的形成，提示在发现早期胃癌时是否可以联合自噬抑制剂的应用。

4.3 BH3类似物的应用

胃癌组织高表达Beclin-1蛋白的胃癌患者总生存期高于癌组织低表达Beclin-1的患者，而在Beclin-1低表达的同时，Bcl-2蛋白家族的抗凋亡蛋白也相应增高［4］。Beclin-1有BH3结构，而Bcl-2蛋白家族抗凋亡蛋白有BH3受体，Bcl-2与Beclin-1结合，降低自噬能力。因此，可用BH3类似物与becin-1竞争性结合Bcl-2家族的抗凋亡蛋白，提高Beclin-1表达水平，进而提高胃癌患者的生存时间。研究的BH3类似物有GX15-070、Gossypol、ABT-737均能提高自噬能力，但诱导的自噬对于各种不同的肿瘤细胞的结局都不相同。GX15-070在胃癌中诱导的自噬是促进癌细胞死亡［26］，而在乳腺癌中却是有利癌细胞生存的［27］。Gossypol的衍生物ApoG2抑制胃癌细胞生长、促进癌细胞凋亡［28］，但左旋体Gossypol在Burkitt淋巴瘤中诱导的自噬有利瘤细胞生存［29］。ABT-737在体外和小鼠体内抑制胃癌细胞增殖、促进凋亡，ABT-737联合三氧化二砷，还能表现出协同杀伤胃癌细胞的作用［30］，但在前列腺癌中有利癌细胞的生存［31］。由于BH3类似物对肿瘤作用结果不尽相同，因此需要更深入对作用机制进行研究。

5 展望

自噬在不同肿瘤或同一肿瘤的不同时期，或在肿瘤的治疗期间，其作用都不尽相同。因而要根据各个肿瘤的特异性来认识利用自噬，这也是研究面临的难题，在胃癌中也是如此，通过建立自噬相关基因、分子、信号通路之间的内在联系或许能解决这一问题，进一步阐明自噬与自噬性死亡之间如何转化、如何将动物细胞实验的自噬研究结果转化为临床结果。

1 Xie Z,Klionsky DJ.Autophagosome formation：core machinery and adaptations[J].Nat Cell Biol,2007,9(10)：1102-1109.

2 Liao W,Sun L,Wang C,et al.LC3A-positive"stone-like"structures predict an adverse prognosis of gastric cancer[J].Anat Rec (Hoboken),2014,297(4)：653-662.

3 Kang R,Zeh HJ,Lotze MT,et al.The Beclin 1 network regulates autophagy and apoptosis[J].Cell Death Differ,2011,18(4)：571-580.

4 Zhou WH,Tang F,Xu J,et al.Low expression of Beclin 1,associated with high Bcl-xL,predicts a malignant phenotype and poor prognosis of gastric cancer[J].Autophagy,2012,8(3)：389-400.

5 Levine B,Sinha S,Kroemer G.Bcl-2 family members：dual regulators of apoptosis and autophagy[J].Autophagy,2008,4(5)：600-606.

6 Guo CQ,Shao JH,Lu RL,et al.Expression of Beclin1 and PTEN proteins in gastric cancer tissue[J].J Zhengzhou University(Med Sci),2010,45(03)：463-466.[郭长青,邵经浩,卢瑞利,等.胃癌组织中Beclin 1和PTEN蛋白的表达[J].郑州大学学报(医学版),2010,45 (03)：463-466.]

7 Ma LJ,Lin YG.Clinical significance of expression of S100A11 and Beclin1 in gastric carcinoma[J].World Chin J Digestology,2012,20 (33)：3266-3271.[马陆军,林瑶光.S100A11和自噬基因Beclin1在胃癌组织中的表达及临床意义[J].世界华人消化杂志,2012,20(33)：3266-3271.]

8 Yu M,Gou WF,Zhao S,et al.Beclin 1 expression is an independent prognostic factor for gastric carcinomas[J].Tumour Biol,2013, 34(2)：1071-1083.

9 Chen YB,Hou JH,Feng XY,et al.Decreased expression of Beclin 1 correlates with a metastatic phenotypic feature and adverse prognosis of gastric carcinomas[J].J Surg Oncol,2012,105(6)：542-547.

10 Ahn CH,Jeong EG,Lee JW,et al.Expression of beclin-1,an autophagy-related protein,in gastric and colorectal cancers[J].APMIS,2007,115(12)：1344-1349.

11 Raju D,Hussey S,Ang M,et al.Vacuolating cytotoxin and variants in Atg16L1 that disrupt autophagy promote Helicobacter pylori infection in humans[J].Gastroenterology,2012,142(5)：1160-1171.

12 Tsugawa H,Suzuki H,Saya H,et al.Reactive oxygen species-induced autophagic degradation of Helicobacter pylori CagA is specifically suppressed in cancer stem-like cells[J].Cell Host Microbe, 2012,12(6)：764-777.

13 Ohnishi N,Yuasa H,Tanaka S,et al.Transgenic expression of Helicobacter pylori CagA induces gastrointestinal and hematopoietic neoplasms in mouse[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(3)：1003-1008.

14 Kikuchi K,Murata-Kamiya N,Kondo S,et al.Helicobacter pylori stimulates epithelial cell migration via CagA-mediated perturbation of host cell signaling[J].Microbes Infect,2012,14(5)：470-476.

15 Xie B,Chen J,Liu B,et al.Klotho acts as a tumor suppressor in cancers[J].Pathol Oncol Res,2013,19(4)：611-617.

16 Xie B,Zhou J,Shu G,et al.Restoration of klotho gene expression induces apoptosis and autophagy in gastric cancer cells：tumor suppressive role of klotho in gastric cancer[J].Cancer Cell Int,2013,13 (1)：18.

17 Hashimoto I,Koizumi K,Tatematsu M,et al.Blocking on the CXCR4/mTOR signalling pathway induces the anti-metastatic properties and autophagic cell death in peritoneal disseminated gastric cancer cells[J].Eur J Cancer,2008,44(7)：1022-1029.

18 Chen G,Chen SM,Wang X,et al.Inhibition of chemokine(CXC motif)ligand 12/chemokine(CXC motif)receptor 4 axis(CXCL12/ CXCR4)-mediated cell migration by targeting mammalian target of rapamycin(mTOR)pathway in human gastric carcinoma cells [J].J Biol Chem,2012,287(15)：12132-12141.

19 Tang C,Yang L,Jiang X,et al.Antibiotic drug tigecycline inhibited cell proliferation and induced autophagy in gastric cancer cells[J]. Biochem Biophys Res Commun,2014,446(1)：105-112.

20 Tapia O,Riquelme I,Leal P,et al.The PI3K/AKT/mTOR pathway is activated in gastric cancer with potential prognostic and predictive significance[J].Virchows Arch,2014.465(1)：25-33.

21 Zhang HQ,He B,Fang N,et al.Autophagy inhibition sensitizes Cisplatin cytotoxicity in human gastric cancer cell line sgc7901[J]. Asian Pac J Cancer Prev,2013,14(8)：4685-4688.

22 Xu L,Qu XJ,Liu YP,et al.Protective autophagy antagonizes oxaliplatin-induced apoptosis in gastric cancer cells[J].Chin J Cancer, 2011,30(7)：490-496.

23 Xu L,Qu XJ,Liu YP,et al.Protective autophagy inhibits 5-FU-induced apoptosis in human gastric cancer cell line MGC803[J].World Chinense J Digestolo,2011,19(08)：777-781.[徐 玲,曲秀娟,刘云鹏,等.保护性自噬对5-FU诱导的胃癌细胞凋亡的抑制作用[J].世界华人消化杂志,2011,19(08)：777-781.]

24 Li Y,Zhang J,Ma H,et al.Protective role of autophagy in matrineinduced gastric cancer cell death[J].Int J Oncol,2013,42(4)：1417-1426.

25 Ding YP,Yang XD,Wu Y,et al.Autophagy promotes the survival and development of tumors by participating in the formation of vasculogenic mimicry[J].Oncol Rep,2014,31(5)：2321-2327.

26 Duan JL,Nie YQ,Li XF,et al.Mechanism of apoptosis of gastric cancer cells(SGC-7901)induced by the combination of TSA and GX15-070[J].Chin J Gastroenterol Hepatol,2012,21(05)：416-419. [段进粮,聂玉强,李学锋,等.曲古菌素A协同GX15-070诱导胃癌细胞SGC-7901凋亡机制的研究[J].胃肠病学和肝病学杂志,2012, 21(05)：416-419.]

27 Schwartz-Roberts JL,Shajahan AN,Cook KL,et al.GX15-070 (obatoclax)induces apoptosis and inhibits cathepsin D-and L-mediated autophagosomal lysis in antiestrogen-resistant breast cancer cells[J].Mol Cancer Ther,2013,12(4)：448-459.

28 Xin J,Zhan YH,Xia LM,et al.ApoG2 as the most potent gossypol derivatives inhibits cell growth and induces apoptosis on gastric cancer cells[J].Biomed Pharmacother,2013,67(1)：88-95.

29 Ni Z,Dai X,Wang B,et al.Natural Bcl-2 inhibitor(-)-gossypol induces protective autophagy via reactive oxygen species-high mobility group box 1 pathway in Burkitt lymphoma[J].Leuk Lymphoma,2013,54(10)：2263-2268.

30 Sun XP,Zhang X,He C,et al.ABT-737 synergizes with arsenic trioxide to induce apoptosis of gastric carcinoma cells in vitro and in vivo[J].J Int Med Res,2012,40(4)：1251-1264.

31 Saleem A,Dvorzhinski D,Santanam U,et al.Effect of dual inhibition of apoptosis and autophagy in prostate cancer[J].Prostate, 2012,72(12)：1374-1381.

（2014-02-20收稿）

（2014-06-19修回）

（本文编辑：贾树明）

Research progress of autophagy in gastric cancer

Xingming XIE,Jingyu DENG,Han LIANG

Han LIANG;E-mail:tjlianghan@126.com
Department of Gastric Cancer,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National Clinical Research Center of Cancer,Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy of Tianjin City,Tianjin 300060,China
This work was supported by the National Basic Research Program of China(No.2010CB529301)and the Anticancer Major Project of Tianjin Municipal Science and Technology Commission(No.12ZCDZSY16400)

Autophagy is the process through which cells utilize lysosomal hydrolases to degrade cytoplasmic misfolded proteins and damaged organelles.This process allows cells to reuse degradation products and degrade harmful substances to maintain intracellular stability.The autophagy level is low at the normal cell state.Cells under unfavorable conditions activate autophagy to eliminate adverse factors.An increasing number of studies have shown that autophagy plays important roles in tumorigenesis,tumor progression, metastasis,relapse,and drug resistance.However,the detailed mechanisms remain unclear.This review summarizes the expression of gastric cancer cell-related autophagy genes and the mechanism by which autophagy promotes gastric cancer cell death.Autophagy has an important application prospect in treating gastric cancer.

autophagy,gastric cancer,Beclin-1,LC3

10.3969/j.issn.1000-8179.20140297

天津医科大学肿瘤医院胃部肿瘤科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室（天津市300060）

ƽ本文课题受国家重点研究发展计划973计划项目（编号：2010CB529301）和天津市科技计划项目（编号：12ZCDZSY16400）资助

梁寒 tjlianghan@126.com

谢兴明 在读研究生。专业方向为胃癌外科及综合治疗。

E-mail：xiexingming83@aliyun.com