自噬及其在肿瘤发生发展中作用的研究进展*

魏艳杰田炜②③

自噬及其在肿瘤发生发展中作用的研究进展*

魏艳杰①田炜①②③

自噬是通过溶酶体途径，降解并循环利用受损的细胞器和大分子蛋白，从而维持细胞稳态的分解代谢过程。这一过程与包括肿瘤在内的多种疾病有着极其密切的关系。最新研究表明，在肿瘤不同的发生发展阶段，自噬可能发挥着正反两方面的作用，而在不同的肿瘤中，自噬所发挥的作用也不尽相同。因此，自噬在肿瘤发生发展中的具体作用机制正在成为研究热点，对促进肿瘤的临床治疗也有一定的指导意义。本文就自噬及其在肿瘤发生发展中作用的研究进展做一综述。

自噬； 肿瘤； 调控机制； 信号通路

First-author’s address：Medical Experimental Research Center of North China University of Science and Technology，Tangshan 063000，China

自噬是通过溶酶体途径降解并循环利用受损的细胞器和大分子蛋白以维持细胞稳态的分解代谢过程。这一过程与包括肿瘤在内的多种疾病有着极其密切的关系。最新研究表明，在肿瘤发生发展的不同阶段以及不同种类的肿瘤中，自噬的作用可能截然相反。因此，对自噬与肿瘤发生发展中的相互关系和具体机制进行深入研究极为重要，对促进肿瘤的临床治疗也有一定的指导意义。

1　自噬

1.1自噬发生的基本过程 细胞自噬（autophagy）是作为细胞器和大分子蛋白降解的主要途径和细胞内重要物质的分解代谢过程，广泛存在于真核细胞中[1]。自噬是实现细胞内物质的循环再利用，维持细胞稳态方面的重要途径。其发生时自噬泡（autophagosome）先对受损的细胞器或错误蛋白进行包裹，之后和溶酶体（lysosome）发生融合，在溶酶体酸性水解酶的作用下分解代谢为氨基酸等生物分子而被细胞重新利用[2]。因此无论是病态细胞还是正常细胞，维持一种基础的、较低水平的自噬活性非常重要。

1.2自噬的分类 自噬根据其底物进入溶酶体的途径可以分为，微自噬（microautophagy）、巨自噬（macroautophagy）和分子伴侣介导的自噬（chaperone medited autophagy，CMA），其中CMA途径降解的底物必须是可溶性的蛋白，而前两者对底物无选择性[3]。通常所说的“细胞自噬”或者“自噬”一般指巨自噬，本文中所提到的自噬也是巨自噬。

1.3细胞自噬的调控通路

1.3.1PI3K/Akt/mTOR信号途径 作为一个高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）在自噬体的形成和成熟过程中发挥着关键性的作用，同时也具有联系多种自噬调控信号通路的作用[4]。研究认为，通过酪氨酸激酶受体、细胞黏附分子、G蛋白偶联受体等的活化，mTOR、PI3K可以催化磷脂肌醇（PI）产生PIP3、PIP4和PIP5。PIP3结合并激活Akt和PDK-1，从而使mTOR蛋白磷酸化进而激活一系列下游信号通路抑制自噬的发生。而PTEN产物可以抑制PIP3的去磷酸化，拮抗Akt和PDK-1的活化，从而使自噬的抑制作用减少[5]。

1.3.2Beclin 1介导的自噬途径 Beclin1作为细胞自噬关键调控因子之一，通过与Ⅲ型PI3K （phosphatidylinositol 3 kinase）形成复合体来调节其他的自噬蛋白定位到前自噬体膜上，是自噬体形成不可或缺的正性调控因子[6]，而Bcl-2可以在BH3结构域与Beclin1结合，减少Beclin1与PI3KC3的结合，抑制复合物的形成，进而阻止自噬的活化[7]。当细胞处在恶劣环境中时，Bcl-2发生磷酸化，导致其与Beclin1解离，自噬被激活[8]。有研究发现凋亡抑制因子Bcl-2与Beclin1相互作用共同调节凋亡和自噬[9]。

1.3.3p53通路 p53是一种重要的肿瘤抑制蛋白，对于自噬的调节作用具有双向性。其在饥饿或细胞毒性等刺激下可以被激活，细胞核内的p53可以激活AMP激活的蛋白激酶（AMPactivated protein kinase，AMPK）和TSC2，活化的AMPK可以介导TSC2的磷酸化，抑制mTOR活性，进而诱导及调节自噬。p53可以使细胞死亡基因DRAM（damage regulated autophagy modulator）被激活从而诱导自噬的发生。p53不但直接对自噬发挥抑制作用，也可以通过激活mTOR或者抑制AMPK通路等来抑制自噬[10]。

此外，MAPK-JNK通路、LKB1-AMPK通路、RAS-PKA信号通路等在自噬的调控中也占有重要的地位。

2　自噬在肿瘤发生发展中的作用

1999年Beth Levine实验室首先报道了自噬关键基因Beclin1/Atg6是肿瘤的抑制基因[11]，首次将自噬与肿瘤联系到一起。随后的很多研究证明，在肿瘤的形成、发展、浸润转移和耐药的不同阶段，自噬所发挥的作用也不尽相同，甚至可能截然相反。

2.1自噬对肿瘤的抑制作用及其机制 研究发现与正常细胞相比，在人类乳腺癌、卵巢癌以及前列腺癌中的自噬水平显著降低，自噬正性调控基因Beclin1缺失或表达下降[12]。这表明自噬增强与肿瘤的抑制有一定的联系性和相关性。一项针对44例肝细胞性肝癌患者的临床研究也发现，癌组织中Beclin1表达下调[13]。而化疗药物及放疗能激活自噬，诱导肿瘤组织和细胞死亡。在乳腺癌细胞MCF-7中，抗雌激素药他莫西芬能诱导肿瘤细胞发生自噬性细胞死亡[14]。此外研究表明，长时间地抑制正常组织中的细胞自噬，可以诱导肿瘤形成[15]。因此，细胞自噬对肿瘤有抑制作用。

自噬抑制肿瘤的发生，可能产生于以下几种机制：（1）细胞自噬缺陷会加重坏死细胞的局部炎症反应，而如果组织损伤得不到及时修复，肿瘤就会趁虚而入[16]。（2）降解、清除受损的细胞器，稳定基因组，从而达到抑制肿瘤的作用[15]。（3）细胞自噬有加强细胞检验点的检查作用，从而减少了细胞的癌变[15]，某些肿瘤细胞由于在凋亡通路上存在着一些特异基因的突变，可通过自噬途径得到清除。（4）保证染色体稳定性进而抑制肿瘤发展，Mathew等通过实验证明Beclin1等位基因的缺失与染色体变异有关[17]。

2.2自噬对肿瘤的促进作用及其机制 自噬作为细胞固有的内环境调节工具，可以缓解一些刺激（如营养或能量缺乏、低氧、氧化应激等）对细胞产生的影响。具有高代谢特点的肿瘤细胞，拥有远高于正常细胞的营养和能量需求，而在肿瘤发生初期，由于血管网络尚不完善，营养和能量无法满足供给不足，肿瘤细胞会通过启动自噬来维持细胞的高代谢，从而提高肿瘤的存活能力。此外在肿瘤发展过程中，当发生血管崩塌或肿瘤细胞脱落转移而导致能量不足或供应中断等情况出现时，肿瘤细胞也会通过启动自噬来维持细胞的高代谢，防止细胞死亡[18]。研究表明，在肺癌细胞、人宫颈癌HeLa细胞以及结肠癌细胞中均能观察到较高的自噬水平，这在其处于恶劣环境时有一定的保护作用[19]。而通过抑制环境压力下的乳腺癌、睾丸癌、结肠癌等细胞的自噬活性，可以观察到细胞凋亡增多现象[20]。在肿瘤化疗、放疗过程中，细胞会通过提高自噬活性降解并循环利用受损的细胞器和大分子蛋白使受损DNA得到修复，发挥抗肿瘤细胞凋亡作用，以维持其持续增殖[19]。在恶性神经胶质瘤细胞的实验研究中，细胞自噬在替莫唑胺处理3 d后显著增强，细胞增殖受到抑制；但7 d后，细胞增殖反而增强，同时观察到自噬活动减少[21]。由此看来，一些特殊情况下细胞自噬保护肿瘤细胞，并对肿瘤的发生、发展产生促进作用。

自噬促进肿瘤的发生，可能产生于以下几种机制：（1）自噬为肿瘤细胞提供营养和能量，并支撑其存活。（2）自噬抑制肿瘤细胞凋亡。（3）自噬能使肿瘤细胞对化疗、放疗或其他疗法的耐受性增强。由于高自噬活性能及时降解并循环利用受损的细胞器和大分子蛋白，因而在肿瘤化疗、放疗过程中，自噬可以使大量受损细胞器、蛋白质等有害成分迅速地被分解再利用，从而提高肿瘤细胞的存活能力[22]。

3　自噬相关药物与肿瘤治疗

现已发现多种调控自噬的药物，其中部分药物已进入临床实验阶段，但是目前对于某些抗肿瘤药物最终导致细胞死亡的分子机制尚不清楚，因此将自噬途径作为抗肿瘤药物的研究靶点有着广阔的前景。

3.1促进自噬的药物与肿瘤治疗 有研究表明，促进自噬的药物具有抗肿瘤作用[23]。因此靶向促进自噬的药物将来可能单独或联合其他药物用于肿瘤治疗。雷帕霉素可以抑制多种肿瘤细胞，研究发现，雷帕霉素可以通过抑制mTORC1达到促进自噬的作用[24]，目前其作为自噬诱导剂用于肿瘤治疗已经进入临床实验阶段。长春碱类抗肿瘤药可诱导肿瘤细胞激活自噬， 同时也具有促进肿瘤细胞凋亡的作用，并且这种细胞凋亡有着显著的自噬特征。如长春新碱（Vincristine）在HepG2肝癌细胞中可以发挥诱导其发生自噬性凋亡作用[25]。在大鼠C6神经胶质瘤细胞实验中，芦荟大黄素（Aloeemodin）在引起神经胶质瘤细胞凋亡的同时，还促进了胞质内酸性囊泡的形成，这表明该药诱导了鼠的C6神经胶质瘤细胞自噬性的死亡[26]。苦参碱（Matrine）作用于肝癌细胞HepG2可诱导其自噬小体的形成[27]。盼生安（Panshengan）作用于肝癌细胞BEL-7402也有自噬的参与[28]。三氧化二砷可以导致恶性神经胶质瘤细胞发生自噬性死亡[29]。他莫西芬可诱导MCF-7乳腺癌细胞发生自噬性细胞死亡[14]。其中有些药物既可以诱发肿瘤细胞的自噬，又也参与自噬的调控。

3.2抑制自噬的药物与肿瘤治疗 在不同的肿瘤中，自噬的作用可能不同[30]。研究发现，在某些肿瘤细胞，自噬诱导剂对其他化疗或放疗诱导的细胞凋亡产生拮抗作用，表明在某些特定情况下抑制细胞自噬也可能作为某些肿瘤治疗的途径。多种自噬抑制剂如抗疟疾药物氯喹（Chloroquine）可以加强化疗药物的抗肿瘤作用。研究表明，氯喹可以通过进入溶酶体，中和溶酶体酸性环境，从而抑制细胞自噬的发生，并增强化疗药物对肿瘤细胞的杀伤作用[31]。曲古抑菌肽（TSA）和伏立诺他（SAHA）等组蛋白去乙酰化酶可以通过抑制自噬达到抗肿瘤的作用[32]。此外一些自噬抑制剂如渥曼青霉素（Wortmannin）、3-甲基腺苷（3-MA）等多种自噬抑制剂都有可能与化疗药物联合应用于肿瘤的治疗[33-34]。

4　前景展望

细胞自噬（autophagy）是广泛存在于真核细胞中的重要的物质分解代谢过程，在生理和病理进程中都扮演着十分重要的角色。自噬机制正在被逐渐认识和解析，其机制的深入研究将辅助肿瘤、神经退行性疾病等的治疗并可能为人类疾病提供新的治疗方法。在肿瘤的研究中发现，自噬所起的作用因肿瘤类型、肿瘤微环境、肿瘤基因型、肿瘤发生阶段及治疗方式的不同而存在差异。虽然目前对作用于自噬过程的抗肿瘤药物的研究有了一定的进展，但是对于某些抗肿瘤药物最终导致细胞死亡的分子机制尚不清楚，因此将自噬途径作为抗肿瘤药物的研究靶点，为肿瘤的精准治疗提供理论支撑，将有着广阔的前景。

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The Research Advance of Autophagy and Its Role in Tumorigenesis

WEI Yan-jie，TIAN Wei.

Medical Innovation of China，2016，13（23）：137-140

Autophagy is a lysosomal degradation pathway that cyclic uses the damaged organelles and the macromolecular protein to maintain catabolic process of cellular homeostasis.This process has extremely close relationship with a variety of diseases including tumor. The recent research indicated that autophagy may play both positive and negative influence in different development stage of the tumor.Moreover，in different type of tumor， autophagy has different role.Therefore，the specific mechanism of autophagy in the development of tumor is becoming a research hotspot，which also has certain guiding significance for promoting the clinical treatment on tumor.Here we have a review summarized the research advance of autophagy and its role in tumor development.

Autophagy； Tumor； Regulatory mechanism； Signaling pathway

10.3969/j.issn.1674-4985.2016.23.039

河北省自然科学基金（H2012401036）；华北理工大学大学生创新项目（X2016026）

①华北理工大学医学实验研究中心 河北 唐山 063000

②国家科技部老年医学国际科技合作基地

③河北省唐山市老年医学重点实验室

田炜

2016-05-06） （本文编辑：蔡元元）