活性氧和自噬在白血病耐药及治疗中的作用＊

陈海华，徐世烂，金崇强，全 莹，佘广慧，刘炎焱，沈晓晓，陈永峰

（台州学院 医学院，浙江 台州 318000）

活性氧和自噬在白血病耐药及治疗中的作用＊

陈海华，徐世烂，金崇强，全 莹，佘广慧，刘炎焱，沈晓晓，陈永峰＊

（台州学院 医学院，浙江 台州 318000）

白血病是造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）的克隆性疾病，其病因和发病机制非常复杂，至今仍未被完全了解。近年研究表明，白血病的发生发展与活性氧（ROS）和自噬密切相关。在白血病细胞耐药性形成方面，ROS和自噬也起着重要的作用。以ROS和自噬作为靶点，促进白血病细胞发生程序性死亡被证实是克服白血病耐药的有效途径。本文就近年来ROS和自噬在白血病耐药及治疗中的研究进展作一综述。

活性氧；自噬;白血病;耐药

ROS是一类化学性质较氧更为活跃的氧代谢产物及其衍生的含氧物质的统称，包括所有的过氧化物和含氧自由基。在正常生理浓度下，ROS作为第二信使分子参与多种信号的传导，对细胞的生长、增殖、分化、死亡等生理过程进行调节。机体氧化还原失调时会导致ROS过度生成和积累，由过量的ROS所造成的氧化损伤已被证实与包括癌症在内的人类多种疾病的发生有关［1］。自噬是一种溶酶体依赖性的细胞内大分子物质和细胞器的降解过程，在生理情况下发挥重要作用而且也参与一些疾病的发生发展［2］。在ROS和自噬之间存在着一系列复杂的信号传递系统和分子作用机制以协调二者在细胞应激条件下的响应。一方面ROS能够诱导自噬的产生，另一方面自噬也可作为一个缓冲系统以控制ROS的水平，减轻ROS对细胞的毒性作用，ROS和自噬相互制衡以维持细胞稳态［3］。氧化还原失调和/或自噬失调都会影响HSCs的功能，包括HSCs的增殖、分化等［4］。

1 ROS和自噬对造血的影响

ROS根据其来源可以分为外源性ROS和内源性ROS。外源性ROS是由辐射、药物等外界因素作用于体内而产生，内源性ROS则主要是细胞有氧代谢的产物。线粒体是真核细胞进行有氧呼吸的主要场所，因此也是产生ROS的主要场所。此外，细胞膜，细胞内质网及一些酶类等也可通过化学反应生成ROS［5］。适量的ROS是维持机体正常生理功能所必需的，可以调节细胞的生长、分化和存活，参与机体的免疫反应和炎症反应。过量的ROS会引起氧化应激，对细胞器、蛋白质、脂类和DNA等造成氧化损伤，使细胞结构及功能完整性受到破坏，甚至造成细胞死亡［6］。在机体造血调控方面，ROS以一种浓度依赖的方式对HSCs的功能进行调节。在生理水平，ROS可作为信号分子对HSCs的增殖、分化和动员等多种功能进行调节，而高水平ROS则对HSCs具有毒性作用［7］。HSCs主要以静息状态存在于低氧的骨髓壁龛中，与其它类型细胞相比，HSCs更容易受到ROS的影响，ROS水平上升会损伤HSCs DNA，并最终影响HSCs的功能，包括HSCs的增殖和分化等［8］。

在正常生理条件下，细胞内的自噬处于低水平。在受到外源性刺激（包括氧化应激、低氧、营养缺乏、感染等）时，自噬活性升高，细胞内的可溶性蛋白、长寿命蛋白以及受损的细胞器被转运到溶酶体进行降解，其降解产物如游离脂肪酸、氨基酸、核苷酸等可被细胞重新利用，有利于细胞生存。当细胞无法继续维持自身生存时，过度激活的自噬则会诱导细胞发生自噬性死亡［9］。虽然自噬机制近年来已成为人们研究的热点，但目前为止人们对自噬在造血调控中的作用机制仍知之不多，相关的研究还很缺乏。最近，Mortensen等的研究显示，条件性敲除小鼠造血系统自噬相关基因Atg7或FIP200会导致HSCs功能缺失，HSCs数量显著下降，细胞中线粒体和ROS累积并伴有DNA损伤以及髓系增生异常［10］。体外研究显示，敲除Atg7基因会导致HSCs集落形成能力严重下降［11］。与此类似，采用自噬抑制剂对自噬进行抑制也会严重影响HSCs集落形成能力［12］。这些研究结果提示，自噬在维持造血干细胞稳态以及维持造血干细胞自我更新和分化能力方面具有重要作用，其中的具体机制尚需进一步阐明。

2 ROS在白血病耐药及治疗中的作用

白血病耐药机制非常复杂，包括药物外排增强、原癌基因变异、耐药基因扩增、药物代谢酶活性增强、凋亡受到抑制等。近年研究表明，肿瘤细胞ROS水平与肿瘤耐药密切相关，胞内ROS水平较低的肿瘤细胞往往表现出耐药特性，而提高胞内ROS水平能增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性［13］。Yi等的研究发现，白血病细胞内ROS水平决定其对三氧化二砷的敏感性，胞内ROS水平越高，对三氧化二砷的敏感性也越高［14］。Zhou等也发现，在慢性淋巴细胞白血病（chronic lym phocytic leukem ia，CLL）细胞，基础ROS水平较高的细胞对2-甲氧雌二醇的敏感性要高于基础ROS水平较低的细胞，促进ROS的生成能增强2-甲氧雌二醇的抗白血病效应，提示可通过提升ROS水平以克服CLL细胞耐药［15］。此外，众多的研究结果也表明，通过提升ROS水平以破坏白血病细胞内的氧化还原平衡可能是克服白血病细胞耐药的有效策略［16-18］。

资料显示，多种白血病化疗药物如柔红霉素、长春新碱、阿糖胞苷等都能够通过ROS的产生而发挥抗白血病作用。Mizutani等用柔红霉素分别作用于人早幼粒白血病细胞株HL-60和耐H2O2的亚克隆HP100，柔红霉素介导的细胞凋亡在HL-60细胞株孵育7h后出现，而在相同条件下耐H2O2的HP100细胞株没有发生凋亡，提示柔红霉素介导的白血病细胞凋亡与H2O2有关［19］。Groninger等用长春新碱作用于Jurkat细胞株，ROS在长春新碱作用于Jurkat细胞早期即可被检测到，应用ROS清除剂作用后，Jurkat细胞凋亡受到抑制［20］。阿糖胞苷是急性白血病化疗重要的抗代谢药，该药可通过ROS的产生活化抑癌基因NF-κB、p53，进一步诱导白血病细胞凋亡［21］。此外，多种正在临床或实验研究阶段的天然成分及生物制品，如小白菊内酯、姜黄素、白藜芦醇等，在诱导白血病细胞凋亡发挥抗白血病作用同样与ROS密切相关［22-23］。

3 自噬在白血病耐药及治疗中的作用

大量的研究资料表明，在白血病治疗中，多种药物都会引起一定程度的自噬。Wang等的研究显示，Bortezom ib作用于急性B淋巴细胞白血病（B-cell acute lym phoblastic leukem ia，B-ALL）细胞，在起到抑制增殖和促进凋亡作用的同时，B-ALL细胞自噬活性也被激活，导致细胞对Bortezom ib的毒性作用产生抵抗，运用自噬抑制剂能提高Bortezom ib的抗癌效应［24］。Evangelisti等报道，曲西立滨诱导急性T淋巴细胞白血病（T-cell acute lymphoblastic leukem ia，T-ALL）细胞凋亡时，细胞自噬活性也随之提升，运用自噬抑制剂氯喹能使曲西立滨诱导细胞凋亡增加［25］。Am rein等报道，抑制自噬也能在一定程度上恢复CLL细胞对达沙替尼（Dasatinib）的敏感性［26］。在髓系白血病，组蛋白去乙酰化酶抑制剂能抑制细胞自噬并通过ROS的生成促进细胞凋亡，这一进程在自噬激活情况下会发生逆转［27］。这些研究结果表明，自噬可能是白血病细胞的一种自我保护机制，靶向自噬有可能为克服白血病耐药带来希望。

自噬对于肿瘤具有类似双刃剑的作用，适度的自噬对维持肿瘤细胞稳态以及维持肿瘤细胞生存是有利的，过度的自噬则会引起自噬性死亡，使肿瘤生长受到抑制［28］。因此，通过某种手段诱导肿瘤细胞发生自噬性死亡可能是克服白血病细胞耐药的另一种有效途径。糖皮质激素是治疗ALL的常用药物，然而对糖皮质激素产生耐药是临床ALL治疗中常见的难题，也是导致治疗失败的主要原因。研究发现，在耐药的ALL细胞中，m TOR和AKT活性增加以致自噬受到抑制［29］。当地塞米松与Bcl-2蛋白家族拮抗物Obatoclax联用时，可显著减少m TOR靶蛋白s6磷酸化并触发ALL细胞自噬依赖性程序性坏死［30］。此外，Obatoclax还可诱导ALL细胞发生依赖促凋亡分子BAK的细胞凋亡［31］。由于Obatoclax具有诱导细胞凋亡和自噬性死亡的双重疗效，使得与地塞米松联用以克服ALL细胞耐药性成为可能。在AML，三氧化二砷的抗白血病效应也主要是通过自噬的活化诱导AML细胞发生自噬性细胞死亡，抑制自噬则会阻止As2O3诱导的细胞死亡［32］。酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼是当前治疗CML的一线药物，有文献报道伊马替尼能通过提升Beclin-1及ATG5的表达诱导CML细胞自噬，并认为伊马替尼诱导细胞死亡是通过自噬实现的［33］。这些研究结果表明药物诱导自噬在白血病治疗方面有着重要的应用价值。

4 ROS诱导自噬在白血病治疗中的作用

作为调节细胞自噬的重要信号分子，ROS在自噬性细胞死亡中的作用引起了人们的重视。一般情况下，由ROS诱导的自噬可以减轻氧化应激带来的损害从而起到保护细胞的作用，然而某些情况下，ROS也可引起自噬性细胞死亡从而给细胞带来毁灭性的作用。自噬功能是如何在维持细胞生存和促进细胞死亡之间进行转换的，具体机制尚不清楚。研究发现自噬的激活可以加剧ROS的蓄积，Caspase受到抑制会导致自噬选择性地优先降解过氧化氢酶，造成线粒细胞内ROS蓄积并最终引起细胞死亡［34］。

研究资料表明，不少药物是通过ROS的生成诱导自噬性死亡而发挥抗肿瘤效应的。Han等的研究发现，Tetraarsenic hexaoxide（As4O6）能够以剂量和时间依赖性的方式抑制人白血病U937细胞的生长，并能诱导U937细胞发生caspase依赖性凋亡以及Beclin-1介导的自噬性死亡，进一步研究发现，采用抗氧化剂N-acetylcysteine（NAC）进行干预能够减轻As4O6所诱导的自噬性死亡和凋亡，提示As4O6诱导的自噬性死亡和凋亡与其产生的ROS有关［35］。Shinohara等报道，AIC-47，一种脂肪酸衍生物可通过PPARγ/β-catenin途径下调CML细胞c-Myc基因表达，导致BCR-ABL融合基因的转录受到抑制，丙酮酸激酶表达由PKMM2向PKM 1切换，并通过上调ROS水平诱导CML细胞发生自噬性死亡［36］。此外，资料显示，多种药物均可通过ROS的生成诱导自噬性死亡而发挥抗白血病效应［37-39］。至目前为止，ROS介导自噬性死亡在克服白血病耐药方面尚缺乏研究，但已有的研究结果表明，ROS介导自噬性死亡有望成为治疗白血病的一条非常重要的途径。

5 小结

近年来，以ROS和自噬作为白血病研究的切入点，不仅有力地推动了白血病研究的发展，而且为白血病治疗提供了新的思路和途径。目前临床上使用的许多化疗药物可通过ROS的产生诱导白血病细胞发生凋亡或自噬性坏死，并且研究证实，抑制ROS和自噬会导致化疗药物的抗白血病作用也受到抑制，说明ROS和自噬在抗白血病中的作用是不可替代的。对ROS与细胞自噬之间的相互关系及作用机制进行深入研究，将有助于人类更清楚的认识白血病细胞耐药的发生机制，并为人类攻克包括白血病在内的各种肿瘤性疾病提供新的依据。

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The Role of Reactive Oxygen Species and Autophagy in Drug Resistance and Treatment of Leukem ia

CHEN Haihua，XU Shilan，JIN Chongqiang，QUAN Ying，SHE Guanghui，LIU Yanyan，SHEN Xiaoxiao，CHEN Yongfeng*

（School of Medicine,Taizhou University,Taizhou 318000,Zhejiang,China）

Leukem ia is a clonal disease of hematopoietic stem cells (HSCs). The etiology and pathogenesis of leukem ia are not fully understood. Recent studies have indicated that the occurrence and development of leukem ia are closely related to reactive oxygen species(ROS)and autophagy.Besides,ROS and autophagy also play an important role in the development of drug resistance in leukem ia cells.Promoting the programmed cell death of leukem ia cells by targeting ROS and autophagy have been proved to be an effective w ay to overcome the drug resistance of leukem ia.Besides, the research progress of ROS and autophagy in drug resistance and treatment of leukem ia in recent years is review ed in this paper.

ROS;autophagy;leukem ia;drug resistance

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2016.06.007

（责任编辑：耿继祥）

2016-10-14；

2016-11-17；

浙江省科技计划项目（2015C37122）；国家自然科学基金（81373139）。

简介：陈永峰（1969- ），男，广西合浦人，高级讲师，博士，主要从事血发生及其调控方面的研究。