自噬在血液肿瘤中的研究进展

自噬在血液肿瘤中的研究进展

张霞,李杰*

(青岛大学附属烟台毓璜顶医院，山东 烟台264000)

自噬是细胞内利用溶酶体内水解酶作用对胞质内容物进行降解，以实现细胞本身代谢所需的能量和某些细胞器更新的过程。自噬不仅可以使细胞在缺乏营养及其他恶性条件下维持生存，而且和很多疾病相关，例如神经退行性变，心脏疾病和肿瘤。通过对自噬作用的研究，可进一步揭示肿瘤发生、发展的潜在机制，为预防和治疗提供了新的靶点。

1自噬的生物学过程

根据胞质内容物进入溶酶体的方式不同，自噬分为三类：巨自噬，微自噬以及伴侣蛋白介导的自噬。巨自噬即通常意义上的自噬，是自噬最主要形式，其过程可分为3 个阶段， ①启动阶段:在自噬小体形成的第一步，胞质内需要被降解的细胞器和蛋白被一个扁平状的双分子层膜结构包裹，即自噬泡，构成自噬泡的游离的双分子层膜结构可以来源于粗面内质网非核糖体区域、高尔基体或者胞浆中重新生成。 ②延长阶段:自噬泡逐渐延伸、弯曲，并包裹需要被降解的细胞器和蛋白，最终闭合形成自噬小体。自噬启动和延长阶段由自噬相关基因(ATG)调节，目前至少发现31 种自噬相关基因。③成熟阶段:自噬小体形成后最终与溶酶体融合形成自噬溶酶体，自噬小体包裹需要被降解的胞质成分进入溶酶体内并被水解酶等降解，一些重要的成分得以循环再利用[1]。另外还有微自噬，即溶酶体的膜直接包裹长寿命蛋白等，并在溶酶体内降解； 分子伴侣介导的自噬(CMA)，是指细胞质内的蛋白在分子伴侣的介导下进入到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶消化。自噬的主要生理功能是将胞质中的某些大分子物质和一些细胞内源性底物(在双层膜包裹的囊泡中大量降解，为细胞的再生和修复提供必须原料，实现细胞的再循环和再利用。

2自噬发生的分子机制

自噬的开始是独立双层膜的形成，在营养、能量或者生长因子缺乏的情况下促发的。自噬至少有两种机制：一种是抑制mTORC1(由mTOR，Raptor,mLST8,PRAS40和DEPTOR组成的蛋白复合体)，mTORC1是自噬的主要调节分子，处在自噬调节的核心地位。 在营养丰富的情况下，mTORC1使ULK1 和ULK2(Atg1人的同源基因5个中的两个)磷酸化失活，抑制了自噬的开始。然而，当细胞营养和生长因子缺乏的时候，mTORC1失活，并且从ULK1/2蛋白

上解离，后者去磷酸化并且被激活，启动了自噬的发生[2]。另一个机制是AMPK直接磷酸化并激活ULK1蛋白，AMPK是进化保守的细胞内AMP/ATP比例感应器。ULK1/2通过调节Beclin1(Atg6)复合体的活化来促进自噬小体的形成，Beclin1复合体包括Beclin1，PI3K,Vps34,Vps15和Ambra1，它们聚集在一起变构激活Vp34，后者的脂质激酶活性是自噬所必需的。

两大泛素化共价系统对自噬的形成至关重要。第一个系统是修饰在自噬中发挥核心作用的蛋白Atg8(LC3)，其C端被半胱氨酸蛋白酶Atg4剪切，然后在Atg7和Atg3的作用下形成LC3-Ⅰ,后连接到磷脂酰乙醇胺上，使LC3从游离的状态(LC3-Ⅰ)变成稳固的连接到自噬小体膜上的形态(LC3-Ⅱ)，进而参与自噬的发生过程。因此，LC3-Ⅱ不仅是自噬体形成的关键分子，还可以用于检测自噬的水平。第二个共价结合系统是Atg12通过其C端共价结合到Atg5上，形成Atg12-Atg5复合物，然后在Atg7和Atg10的作用下，这个复合物连接到Atg16L1上形成Atg12-Atg5-Atg16L1复合物，这个复合物可能是LC3-Ⅰ最终共价结合过程所必需的。完全发育成熟的自噬小体依次和内体，溶酶体融合形成自噬溶酶体，其中的蛋白被降解，分解后的产物被释放到胞浆中。

3自噬诱导剂和抑制剂

在很多条件下和药物作用下，自噬都可以被激活。公认的方法是通过饥饿或者热量限制的方法，它可以激活很多器官的自噬。mTORC1抑制剂，比如雷帕霉素，能有效的激活自噬并且促进细胞恢复。在很多造血系统肿瘤中，比如AML，T-ALL中，mTORC1抑制剂都可以激活自噬。此外，还有很多目前用来治疗血液肿瘤的药物可以激活自噬。

药理学自噬抑制剂有MA-3和渥曼青霉素，它们都是通过抑制Vps34的催化活性。然而，这种抑制剂只能用于试验，并不能用于临床。氯喹和羟氯喹是目前临床上用来抑制自噬的药物，其作用机制是通过抑制溶酶体的酸化作用，有趣的是，大环内酯类抗生素如阿奇霉素和克拉霉素也可以阻碍溶酶体的酸化作用干扰自噬，曾有报道指出在多发性骨髓瘤细胞中，克拉霉素可以使自噬停止在自噬小体和溶酶体融合之后[3]。在K562细胞中也发现了抗生素导致的自噬抑制[4]。免疫抑制剂FTY720也可以抑制自噬导致自噬溶酶体的聚集和LC3-Ⅱ的增加[5]。

4自噬在血细胞生成和免疫应答中的作用

自噬在血细胞生成和免疫过程中发挥着必不可少的作用。研究发现，在小鼠中Atg7的表达缺失破坏了正常造血干细胞的作用从而导致严重的髓系增生，并且数周内死亡[6]。另外，Atg7缺失还可以导致红系细胞的线粒体去除缺陷，严重的贫血，以及肥大细胞脱颗粒障碍。在网织红细胞成熟过程中，ULK1在自噬清除线粒体和核糖体的过程中发挥重要作用[7]。FIP200，一种与ULK相互作用的蛋白，研究发现造血干细胞中FIP200表达缺失可以导致围产期致死和严重的贫血[8]。

自噬同样在免疫应答和清除病原体的过程中发挥作用，包括胞内微生物的清除；免疫激活及后续的细胞因子的分泌；调节Toll样受体和Nod样受体的相互作用；抗原递呈；T细胞发育和平衡等。研究表明，Atg5缺失的CD8+淋巴细胞死亡增多，而且Atg5缺失的CD4+和CD8+淋巴细胞TCR刺激之后，其细胞的增殖功能受损[9]，这表明自噬不仅维持着T淋巴细胞的存活和增殖，而且在免疫应答过程中发挥作用。

5自噬和血液肿瘤

自噬在肿瘤中的作用具有双面性。一方面，自噬对肿瘤有促进作用，比如通过自体溶解的方式使癌细胞存活表现为耐药性。自噬可以帮助癌细胞从抗肿瘤治疗的损伤中恢复，是自噬抑制剂治疗肿瘤的强有力的理论依据。例如，使用DNA损伤药物可以激活自噬从而抵抗药物的作用使细胞避免凋亡[10]。酪氨酸激酶抑制剂，比如伊马替尼，尼洛替尼，达沙替尼，目前治疗慢粒的金标准药物，可以激活CML细胞的自噬[11]。反过来，自噬可以促进CML细胞的存活和潜在致病能力。在CML细胞中，用药物抑制剂或沉默表达自噬必需基因来抑制自噬可以增强伊马替尼诱导的细胞死亡。此外,伊马替尼，尼洛替尼或达沙替尼与氯喹介导的自噬抑制联合使用，无论在表型还是功能上几乎可以完全清除CML细胞[12,13]。因此，自噬抑制联合酪氨酸激酶抑制剂可能会成为改善CML病人预后和治愈率的一种新手段。自噬抑制剂的另外一个作用就是使靶向治疗抗原在肿瘤细胞表面的表达增加。例如，自噬抑制剂FTY720抑制溶酶体对治疗靶点CD74的降解，因此增强了马妥珠单抗(一种CD74的单克隆抗体)对套细胞淋巴瘤的治疗效果[14]。这种作用在其他肿瘤，比如能否增强利妥昔单抗对非霍奇金淋巴瘤和CML的治疗效果，还有待于进一步研究。

尽管抑制自噬带来了治疗造血系统肿瘤的希望，另一方面，自噬有效的肿瘤抑制作用机制，促进抗肿瘤免疫，并且保护正常组织抵抗肿瘤治疗的细胞毒性。这些都是有证可循的，至少表明在特定的条件下采取明确的措施激活自噬是肿瘤治疗的有利措施。初步研究表明，在使用蛋白酶抑制剂时，例如广泛用来治疗多发性骨髓瘤的硼替佐米，其主要的副作用是神经毒性，雷帕霉素诱导的自噬可以给予神经保护[15]。另外，饥饿诱导的自噬对化疗引起的细胞毒性显示了显著的保护作用，这种作用不仅在动物模型中存在，初步的临床试验也证实了这一点。重要的是，正常的细胞可以适应饥饿从而恢复自我保护状态，肿瘤细胞由于其促进增殖的信号通路异常活化，饥饿诱导的自噬并不能促进其恢复，相反的，饥饿状态的肿瘤细胞更易于氧化应激从而对化疗放疗更加敏感[16]。

6展望

自噬是广泛存在于真核细胞中的生命现象,它与细胞的正常生长发育进程以及多种疾病的发生发展密切联系。在造血系统肿瘤中，自噬有肿瘤抑制的作用，可以促进抗肿瘤免疫的能力，可以减轻化疗的副作用。然而,自噬的发生对肿瘤也有保护作用。随着大量关于自噬的临床试验的进行，相信不久的将来，会有自噬调节的手段应用于临床治疗中。

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收稿日期：(2013-08-26)

文章编号：1007-4287(2015)03-0511-03

通讯作者*

基金项目:国家自然科学基金青年项目(81202069)；烟台市科技发展计划(2012071)