自噬在肿瘤治疗中的研究进展

魏霞 赵昃 周广增 李龙玉 杨艳(河南省人民医院药学部 河南郑州 450003)



自噬在肿瘤治疗中的研究进展

魏霞 赵昃 周广增 李龙玉 杨艳
(河南省人民医院药学部 河南郑州 450003)

【关键词】自噬;肿瘤治疗;自噬抑制剂

虽然尚难定论自噬究竟引起细胞死亡还是维持生存,但是越来越多的报道表明,在接受放射性治疗或化学药物治疗后,自噬能促进肿瘤细胞生长[1-4]｡而给予自噬抑制剂如3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine)､氯喹(chloroquine),或者敲降自噬相关基因如Atg-7､Beclin1,可以使在化疗或放疗中产生抵抗的数种肿瘤重获敏感性｡因此,自噬有可能是下一种极具开发潜力的抗肿瘤药物靶点｡

1 自噬是引起肿瘤对治疗产生抵抗的原因之一

在正常细胞中,自噬相关基因能一定程度上促进细胞在营养物质缺乏的条件下存活｡在进展期肿瘤中,当肿瘤的生长超出了它们的血管供给､面对着缺氧或者代谢压力时,自噬能使肿瘤细胞免于死亡､继续增殖[3,5,6]｡

化疗或者放疗对推迟肿瘤的复发和延长患者的生存期至关重要,但令人苦恼的是,肿瘤细胞在治疗后的长时间休眠后再次增殖[7]｡自噬在这一过程中扮演了促进肿瘤存活和进展的重要角色｡肿瘤接受传统治疗后,肿瘤细胞能增强自噬活性,清除因电离辐射､细胞毒性而受损的大分子或线粒体,阻断线粒体的凋亡信号级联传导､抑制肿瘤细胞的凋亡,从而促进其存活[8],这是肿瘤对治疗手段产生抵抗的重要原因之一｡

2 抑制自噬可以增强多种癌细胞对治疗的敏感性

据此,自噬可被认为是诱导细胞死亡的又一种途径,并且理论上对自噬进行抑制应该会使细胞存活下去｡但相反,实验发现,当给予自噬抑制剂后,肿瘤细胞不但未得到很好的增殖,反而使其对化疗和放疗呈现出更敏感的反应性[9-10]｡

目前已有实验证明,无论是自噬抑制剂的使用,如3-甲基腺嘌呤,羟氯喹(hydroxychloroquine),巴法罗霉素(bafilomycin A1),莫能星(monensin)还是敲除自噬相关基因(如Atg3,Atg4b,Atg4c,Bec-1/Atg6,Atg10,Atg12),均能够使肿瘤细胞对一系列压力变化产生敏感性｡如葡萄糖或者氨基酸的缺少;生长因子的缺乏[11];放射性治疗;环磷酰胺或替莫唑胺等烷化剂的治疗[12]｡同样,体内一种Myc诱导的淋巴瘤小鼠模型,给予氯喹或者敲降Atg-5自噬基因后能够增强p53诱导的反应并造成DNA损伤,致使肿瘤生长受到抑制[13]｡提示肿瘤细胞自身具有通过自噬缓解压力的促生存机制,以此来降低肿瘤组织对化疗和放疗的敏感性,弱化传统手段对肿瘤的治疗作用｡

因此,对自噬的抑制可能揭示一种新的战略思路——通过降低肿瘤细胞面对外界不利因素时引发自保的能力,最终提高肿瘤对放疗和化疗的敏感性｡通过相关体外实验研究,将氯喹与传统抗肿瘤手段联用治疗恶性胶质母细胞瘤实验已经取得了令人鼓舞的成绩[14]｡顺铂与5-氟尿嘧啶分别与自噬抑制剂联用,增强了各自治疗食管癌的活性[15]｡

3 抑制自噬发生的研究进展

肿瘤细胞常常通过突变去除自身的凋亡基因,却会在不同程度上保留自噬基因[16]｡临床研究报道,合理的化疗或者放疗几乎可以完全杀死肿瘤细胞,但是一段时间之后,肿瘤细胞再次增殖并且表现出对原有化疗药物和放射治疗剂量的低敏感性,这往往是肿瘤治疗失败的主要原因｡肿瘤复发是临床上一个极其常见却又棘手的问题,主要因为肿瘤被根除后的少量残存细胞经历长时间的代谢压力后再次增殖｡通过实验证明,抑制自噬的发生对某些肿瘤的治疗有促进作用,为此自噬抑制剂的研究以及敲除自噬相关基因的手段已经进入研发和临床试验阶段｡

3.1 自噬抑制剂的分类

3.1.1 自噬溶酶体形成抑制剂(sequstration inhibitors) 包括3-MA,LY294002,渥曼青霉素(wortmannin)｡主要抑制PI3KⅠ和PI3KⅢ活性[17],PI3KⅠ生成的产物促进自噬溶酶体的形成,而PI3KⅢ生成的产物抑制自噬溶酶体的形成,但是由于PI3KⅢ位于PI3KⅠ的下游,所以该类药总体是抑制自噬溶酶体的形成,以达到抑制自噬发生的目的｡除此之外,环己酰亚胺(cy-cloheximide)可以在体内外显著抑制自噬的发生[18],并且已被用来研究各种自噬因素共有的药动力学特点[19]｡但是其详细作用机制尚不清楚,可以排除对蛋白合成的直接抑制作用[20]｡

3.1.2 自噬溶酶体形成后抑制剂(post-sequestration agents)该类药物已在多数实验中用于抑制内源性蛋白的降解和增加自噬体内部间隔的数量｡它们可引起被降解物质在自噬体或自噬溶酶体中的囤积,从而影响自噬溶酶体内部水解酶进一步消化降解老化蛋白或坏死细胞器的功能｡该类抑制剂主要包括长春花生物碱类,如长春碱(vinca alkaloids),其他抑制微管聚合的微管毒物,溶酶体酶抑制剂(如亮抑蛋白酶)和升高溶酶体内部pH值的化合物(如巴弗洛霉素A1和氯喹)｡

3.1.3 α,β-不饱和酮类 该类药物具有特定的α,β-不饱和酮结构,并且能够诱导自体吞噬的细胞死亡,同时伴随着线粒体形态学的改变[21]｡

3.2 自噬基因的敲除或者敲降 利用敲除自噬相关基因,如体内模型构建Atg基因敲除小鼠[22]或者功能性敲降(利用RNAi技术)达到抑制自噬产生的目的,这提供了一个更直接的评价方法｡在特定的实验中,使用敲除或者敲降基因的方法验证具有多功能的自噬基因是比较明智和合理的,这样可以排除对应蛋白的非自噬功能引起的假阳性｡这点特别适用于评价Beclin1,该蛋白既可以与Becl-2蛋白相互作用,也可以与Atg5发生作用[23]｡

3.3 利用显性失活的抑制因子(dom inant negative inhibi-tors)进行干扰 特异性地通过显性失活的抑制因子来干扰自噬,可以将这些试剂瞬转入细胞内,而腺病毒､TAT调节的蛋白转导提供了体内外的应用可能性[24]｡

不同的自噬抑制剂作用于不同的自噬阶段已经被研究并应用于目前的抗肿瘤临床前研究和临床研究｡正是研究者对自噬与肿瘤发生､发展关系的深入探索及对自噬发生过程的洞察才使得迄今已经有多种不同机制的自噬抑制剂诞生,临床前的评价已经发现它们在减少癌症复发､提供肿瘤细胞对治疗的敏感性方面有巨大作用,所以一些药物已经进入临床试验来验证自噬抑制剂能否在日后的抗癌研究及肿瘤耐药性治疗中提供标准化的医治方法(见表1)｡

表1 部分自噬抑制剂与抗肿瘤相关的临床研究

4 结语

在肿瘤的临床治疗中,最困扰医生和患者的是标准化治疗后的复发,而这种情况是由癌细胞对治疗抵抗而产生的｡尽管自噬对于肿瘤细胞究竟是促进生长还是诱导死亡仍然未有确切结论,但是目前体内外实验均指出在抗肿瘤治疗过程中自噬能够维持肿瘤细胞继续生长[25]｡这说明癌细胞可能通过自噬继续生存,尽管化疗或放疗都有严格的规划性｡因此,通过shRNA敲降或使用自噬抑制剂来阻断自噬的发生可能是将来治疗肿瘤耐药性的一种行之有效的方法｡

参考文献

[1] Carew JS,Nawrocki S T,Kahue C N,et al.Targeting autophagy aug-ments the anticancer activity of the histone deacetylase inhibitor SAHA to overcome Bcr-Abl-mediated drug resistance[J].Blood,2007,110(1):313-322.

[2] Apel A,Herr I,Schwarz H,et al.Blocked autophagy sensitizes resist-ant carcinoma cels to radiation therapy[J].Cancer Res,2008,68(5):1485-1494.

[3] Kidd M E,Shumaker D K,Ridge KM.The role of vimentin intermedi-ate filaments in the progression of lung cancer[J].Am JRespir Cell MolBiol,2014,50(1):1-6.

[4] Holt S V,Wyspianska B,Randal K J,et al.The development of an immunohistochemicalmethod to detect the autophagy-associated pro-tein LC3-Ⅱin human tumor xenografts[J].Toxicol Pathol,2011,39(3):516-523.

[5] Levine B.Cel biology:autophagy and cancer[J].Nature,2007,446 (7137):745-747.

[6] Eskelinen E L,Deretic V,Neufeld T,et al.4th International symposi-um on autophagy:exploiting the frontiers of autophagy research[J].Autophagy,2007,3(2):166-173.

[7] Mathew R,Karantza-Wadsworth V,White E.Role of autophagy in cancer[J].Nat Rev Cancer,2007,7(12):961-967.

[8] Longo L,Platini F,Scardino A.Autophagy inhibition enhances antho-cyanin-induced apoptosis in hepatocelular carcinoma[J].Mol Canc-er Ther,2008,7(8):2476-85.

[9] Maiuri M C,Zalckvar E,Kroemer G.Self-eating and self-kiling:crosstalk between autophagy and apoptosis[J].Nat Rev Mol Cel Bi-ol,2007,8(9):741-752.

[10]Galuzzi L,Vicencio JM,Kepp O,etal.To die or not to die:that is the autophagicquestion[J].Curr Mol Med,2008,8(2):78-91.

[11]Chen P,Yu J,Chalmers B.Pharmacologicalascorbate induces cytotox-icity in prostate cancer cels through ATP depletion and induction of autophagy[J].Anticancer Drugs,2012,23(4):437-444.

[12]Totino PR,Daniel-Ribeiro C T,Corte-Real S.Plasmodium falcipa-rum:erythrocytic stages die by autophagic-like cel death under drug pressure[J].Exp Parasitol,2008,118(4):478-486.

[13]Cui J,Hu Y F,Feng X M,et al.Inhibitors and autophagy in cancer treatment[J].Tumour Biol,2014,128(4):78-86.

[14]Zhang C F,Gruber F,Ni C,et al.Suppression of autophagy dysregu-lates the antioxidant response and causes premature senescence ofmel-anocytes[J].Invest Dermatol,2014,13(6):123-128.

[15]Scheuing L,Chiu C T,Liao H M.Preclinical and clinical investigations of mood stabilizers for huntington's disease:whathavewe learned?[J].Int JBiolSci,2014,10(9):1024-1038.

[16]Noack J,Choi J,Richter K,et al.A sphingosine kinase inhibitor com-bined with temozolomide induces glioblastoma cel death through accu-mulation of dihydrosphingosine and dihydroceramide,endoplasmic retic-ulum stress and autophagy[J].Cel Death Dis,2014,5(12):14-25.

[17]Liou JS,WuY C,Yen W Y.Inhibition of autophagy enhances DNA damage-induced apoptosis by disrupting CHK1-dependent S phase arrest[J].Toxicol Appl Pharmacol,2014,278(3):249-258.

[18]Yu L,Gu C,Zhong D.Induction of autophagy counteracts the antican-cer efect of cisplatin in human esophageal cancer cels with acquired drug resistance[J].Cancer Let,2014,24(5):37-43.

[19]Sotelo J,Briceno E,Lopez-Gonzalez M A.Addingchloroquine to con-ventional treatment for glioblastomamultiforme:a randomized,doubleblind,placebo-controled trial[J].Ann Intern Med,2006,144(5):337-343.

[20]Pilai K,Ehteda A,Akhter J.Anticancer efect of bromelain with and without cisplatin or5-FU on malignant peritonealmesothelio-ma cels[J].Anticancer Drugs,2014,25(2):150-160.

[21]Sheng Y,Sun B,Guo W T.3-Methyladenine induces cel death and its interaction with chemotherapeutic drugs is independent of autoph-agy[J].Biochem Biophys Res Commun,2013,432(1):5-9.

[22]O'Donovan TR,O'Sulivan GC,McKenna SL.Induction ofautoph-agy by drug-resistant esophageal cancer cels promotes their survival and recovery folowing treatmentwith chemotherapeutics[J].Autoph-agy,2011,7(5):509-524.

[23]Chang L,Graham P H,Hao J.PI3K/Akt/mTOR pathway inhibitors enhance radiosensitivity in radioresistant prostate cancer cels through inducing apoptosis,reducing autophagy,suppressing NHEJand HR re-pair pathways[J].Cel Death Dis,2014,5(21):43-47.

[24]Kovacs A L,Laszlo L,Kovacs J.Efect of amino acids and cyclohexi-mide on changes caused by vinblastine,leupeptin and methylamine in the autophagic/lysosomalsystem ofmousehepatocytes in vivo[J].Exp Cel Res,1985,157(1):83-94.(收稿日期:2015-09-07)

通讯作者:赵昃,E-mail:zhaoze@live.com｡

【中图分类号】R 730.5

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.01.037