细胞自噬在肿瘤发生发展中作用的研究进展

细胞自噬在肿瘤发生发展中作用的研究进展

李丁，张鹏

(天津医科大学肿瘤医院·国家肿瘤临床医学研究中心，天津300060)

摘要：细胞自噬不仅能为受损或基因突变的细胞提供营养物质，继续生存，亦能使凋亡机制受损的细胞通过自我消化发生死亡，清除体内异常细胞，维持机体健康；自噬亦能促进肿瘤的发生发展。探讨细胞自噬发生的分子机制，明确相应的信号途径有助于利用细胞自噬抑制肿瘤细胞的生长。

关键词：肿瘤；细胞自噬；细胞凋亡

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.45.042

中图分类号：R730 文献标志码：A

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81302250,81372307)；天津市卫生局科技

收稿日期：(2015-08-10)

通信作者：张鹏

目前，一种不依赖凋亡途径的细胞死亡——细胞自噬已成为研究热点[1]。较高水平的细胞自噬能使凋亡机制受损的细胞直接死亡；同时，细胞自噬亦是除外泛素化降解系统另一种主要的真核细胞内蛋白降解机制，这种降解机制不仅能在细胞饥饿时为其提供氮源，亦能帮助细胞清除代谢废物，使肿瘤细胞在恶劣环境下继续生存，甚至可抵抗化疗药物。研究发现，细胞自噬在维持机体健康及疾病发生中均发挥重要作用。现将细胞自噬在肿瘤发生发展中作用的研究进展综述如下。

1细胞自噬的概念

自噬是细胞的自我消化过程。目前认为，自噬主要通过3种方式实现细胞内自我消化，分别为分子伴侣介导的自噬(CMA)、巨自噬及微自噬。CMA仅存在于哺乳动物细胞中，主要用来降解可溶性蛋白；而其他两种自噬途径则广泛存在于真核细胞包括哺乳动物细胞、植物细胞及真菌中，不仅能介导蛋白质的降解，亦能降解细胞器。在不同器官及微环境中细胞选择的自噬途径亦不一致，上述3种自噬途径亦可能在同一个细胞中同时发生[2]。作为细胞内物质降解的重要途径，营养缺乏往往是自噬的诱因，细胞通过自噬降解其内的细胞器或蛋白，为细胞基本的生命活动提供氮源及其他小分子物质，此时如果细胞自噬机制受损，则无法合成维持生命活动的基本物质，导致细胞死亡；相反，如果自噬程度过高，细胞将陷于自我消化的恶性循环，最终死亡。细胞自噬亦是细胞清除错误折叠的蛋白质、代谢废物及毒性氧自由基的基本途径，能有效防止代谢物对细胞及基因组的损伤，因而自噬能发挥抗肿瘤、抗老化作用；但另一方面，自噬过程能为细胞提供营养物质，帮助其渡过恶劣环境，亦起到了促进肿瘤发生发展的作用，因此自噬被认为是肿瘤发生发展过程中的“双刃剑”。

2细胞自噬对肿瘤的抑制作用

与前自噬小体形成相关的三磷酸肌醇激酶(PI-3K)，其组分Becline1、紫外线抵抗相关蛋白(UVRAG)及Bif已被证实具有抑制肿瘤的作用。Becline1不仅能使PtdIns转化为形成自噬泡必需的PtdIns 3，亦能与Bcl-2相互作用；Becline1在酵母中的同源物为APG6/VPS3，其单等位基因缺失在40%～75%散发的乳腺癌和卵巢癌患者中被发现，而正常乳腺上皮中Becline1的表达水平则高于肿瘤组织，这亦是自噬与肿瘤存在联系的首次发现[3]；人乳腺癌细胞(MCF7)中，自噬激活的Becline1能在体外抑制MCF7的增殖和克隆形成，并且抑制其在裸鼠内的成瘤性；能与Becline1相互作用的Bcl-2最早作为原癌基因，其在淋巴细胞中因易位而被激活，Bcl-2家族的部分成员为凋亡所需，另一部分则阻碍细胞凋亡，具有抗凋亡功能，如Bcl-2的表达会阻止Fas/TNF-R1通路介导的细胞凋亡，与其他Bcl-2结合蛋白不同，Becline1不能失活Bcl-2的抗凋亡功能，过表达Becline1不能引起细胞凋亡，但是与Bcl-2结合的Becline1却失去了介导自噬的功能。上述研究证明Becline1对肿瘤细胞的抑制作用是通过自噬而非凋亡途径实现的[3,4]。

PI3K的另一非组成型亚基Bif-1，最初是作为Bax结合蛋白被发现的，Bif-1作为一个保守的胞质蛋白，其C端含有SH3结构域，通过与Beclin1相互作用，参与自噬小体的形成，但与Bcl-2家族的其他成员间无同源序列。在营养缺乏调节下，Bif-1能在胞质中富集LC3/Atg8、Atg5及Atg9，促使自噬小体的形成，抑制Bif-1，降低细胞自噬，敲除Bif-1则会使小鼠发生散发性肿瘤[5]，进一步证明Bif-1的肿瘤抑制作用。近年来对各种人类肿瘤的研究发现，Bif-1在胰腺导管腺癌、结直肠癌、前列腺癌、膀胱癌、胆管癌及胃癌中表达下降，是上述肿瘤中的抑癌基因，但最近有关肝细胞癌的研究数据提出，Bif-1在肝细胞癌中更像一个原癌基因而非肿瘤抑制基因，高表达Bif-1是肝细胞癌患者不良预后的独立危险因素[6]。

UVRAG蛋白被证实能通过直接作用正向调控Becline1，促进自噬的发生，UVRAG的单等位基因缺失在各种人类结肠癌中被发现，恢复HCT116结肠癌细胞中UVRAG的表达能增加细胞自噬，抑制细胞增殖，而沉默其表达则抑制自噬，此外，UVRAG第8外显子(A)10微卫星序列在结肠癌及胃癌中发现移码突变，使其终止密码子提前出现，产生失去调节自噬功能的UVRAG蛋白[7]。

尽管已证实Becline1、Bif-1及UVRAG能通过自噬抑制肿瘤的发生发展，但除外作为IP-3K的组分影响自噬外，上述3种因子还具有其他功能。Becline1及Bif-1能与Bcl-2结合，Becline1同时亦是caspase-3、7、8的底物；Bif-1能下调EGFR的表达，从而降低MDA-MB231的迁移；UVRAG除通过自噬途径抑制肿瘤，还与DNA损伤修复及维持中心粒的稳定性有关；因此，自噬并不是Becline1、Bif-1及UVRAG抑制肿瘤的唯一途径。相比之下，与自噬核心机制相关的Atg4C更能证明自噬与肿瘤的关系，Atg4蛋白作为ROS感受器能通过半胱氨酸残基的氧化引起自噬，Atg 4C敲除小鼠表现出饥饿介导的自噬水平下降，易发纤维肉瘤[8]。此外，自噬亦是除凋亡外细胞死亡的另一种途径，部分能诱导自噬的药物如替莫唑胺能使抵抗凋亡的胶质瘤细胞死亡，非甾体类抗炎药物SSA通过诱导自噬介导肿瘤细胞的死亡，siRNA沉默Atg 7能减弱SSA介导的自噬引起细胞死亡，肺癌细胞中SSA能通过抑制Akt/mTOR途径诱导自噬引起细胞死亡，过表达Akt能抵抗SSA介导的细胞死亡[9]。

失巢凋亡是一种黏附依赖生长的细胞脱离依附的胞外基质而启动的细胞凋亡，失巢凋亡对机体的正常发育至关重要，其可确保脱离基质的细胞死亡,而失巢凋亡的消失则是肿瘤细胞脱离当前生存环境，向远处器官转移的基础[10,11]。CDCP 1-PKCδ信号途径引起的自噬抑制被发现是肺癌细胞抵抗失巢凋亡的关键因素, CDCP 1是CUB结构域结合蛋白1，与抑制失巢凋亡促进肿瘤转移相关，siRNA沉默CDCP 1表达会引起悬浮细胞死亡，但这一过程中caspase-3未发生剪切，说明抑制CDCP 1介导的细胞死亡并不是由凋亡引起的，而同时沉默CDCP 1及其下游靶蛋白PKCδ的表达，会引起LC3-Ⅱ增高，此外，Fyn激酶磷酸化CDCP 1能减少自噬小体形成，而这一过程能被PKCδ的激酶抑制剂所抑制，说明自噬参与失巢凋亡能抑制细胞转移[12]。

3细胞自噬对肿瘤的促进作用

缺氧、缺血及放疗均能引起肿瘤细胞自噬水平升高，肿瘤组织缺乏血供，易发生转移，使肿瘤细胞处于代谢应激状态，而此时自噬能帮助凋亡机制缺陷的肿瘤细胞在这种代谢应激条件下继续生存[13,14]。研究发现，当下调Becline1、Atg 14及LC3-Ⅱ后，再使用雷帕霉素处理细胞，细胞不能生存，但当存在外源诱导的自噬(如使用海藻糖或钙依赖蛋白酶抑制剂能诱导自噬)，雷帕霉素不能引起细胞凋亡，同样雷帕霉素介导的凋亡亦能被自噬抑制剂3-MA或沉默Atg 5而逆转，说明当各种因素引起细胞微环境改变时，自噬能保护细胞免受损失[15]。

研究发现，肿瘤细胞的生长、转移和复发的特点与干细胞十分相似。肿瘤组织中只有一少部分细胞具有肿瘤干细胞的能力，肿瘤干细胞是肿瘤维持自我更新，无限繁殖并向远处器官转移的重要因素[16,17]。近期在乳腺癌中的研究发现，细胞自噬是乳腺癌组织中的肿瘤干细胞样细胞(CSC)成瘤的必要因素；K/H离子载体Salinomycin(Sal)在紫杉醇处理的乳腺癌干细胞样细胞中活性下降，尽管原因不清，但研究证实Sal能在CSC及非CSC中阻止自噬及溶酶体蛋白酶的活性，利用带有绿色荧光蛋白的GFP-LC3及含有红色荧光蛋白的LysoTracker-Red检测发现Sal处理后的细胞自噬小体不能与溶酶体融合，Sal能显著抑制乙醛脱氢酶阳性的HMLER细胞自噬水平，并且增加其凋亡，这一增加细胞凋亡的效应在自噬相关蛋白Atg7缺失的情况下更为明显，在新发现Sal介导的自噬-溶酶体途径中，细胞自噬水平受抑后CSC的成瘤性受到抑制[18]。

在肿瘤治疗方面常选择通过抑制自噬来抑制肿瘤，如沉默Atg蛋白能使肿瘤细胞对化疗和放疗更加敏感，通过氯喹抑制小鼠淋巴瘤细胞的自噬，能增加p53或DNA烷化剂介导的细胞死亡和细胞抑制，细胞自噬抑制剂3-MA及巴弗洛霉素能使提高胶质瘤细胞对放疗的敏感性[19]。此外，肿瘤的耐药有时亦与自噬有关，有研究认为，肿瘤细胞对雷帕霉素的耐药有可能是通过抑制TOR途径引起自噬水平升高造成的[20]；抗肿瘤药物5-FU能诱导A549细胞产生明显自噬，促进Beclin1产生，p62蛋白水平下降，细胞中出现酸性囊泡，使用自噬抑制剂3-MA或利用siRNA沉默Atg7表达能增强5-FU介导的细胞凋亡，并能刺激ROS的产生从而介导细胞凋亡，这一现象证明5-FU介导的细胞自噬能减少其引起的细胞凋亡，是肿瘤细胞抵抗该药物的机制之一[21]。

综上所述，自噬在肿瘤中的功能有矛盾性，一方面当细胞在遇到压力(如代谢应激、缺氧、细胞毒性药物等)时，缺乏自噬会引起死亡，同样过高水平的自噬亦会使凋亡机制受损的细胞直接死亡，这些均有助于肿瘤的治疗；但另一方面，适当的自噬亦能帮助细胞抵抗死亡。因此，在考虑增加或减少细胞自噬以抑制肿瘤时，应首先明确自噬在不同肿瘤细胞中的作用，不同的动物模型提示我们，在凋亡机制受损的细胞中，自噬对肿瘤的抑制作用可能大于促进作用；而由原癌基因引起的肿瘤，抑制自噬则可能起到抑制肿瘤的作用。因此，不同肿瘤中自噬的机制研究对于肿瘤的治疗、抗肿瘤药物的研发有重要意义。

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