线粒体凋亡通路在肝细胞癌发生、发展中作用的研究进展

连娇燕，金海，文国容，庹必光(遵义医学院附属医院，贵州遵义563003)



·综述·

线粒体凋亡通路在肝细胞癌发生、发展中作用的研究进展

连娇燕，金海，文国容，庹必光(遵义医学院附属医院，贵州遵义563003)

摘要：线粒体介导的凋亡通路，主要是由于其上游信号分子作用于线粒体膜，导致线粒体膜的通透性改变，从而使线粒体内的CytC、AIF、Smac等凋亡相关因子释放到线粒体外，引起下游caspase家族蛋白活化或者直接作用于相应底物，启动细胞凋亡程序。在正常肝细胞的发育和再生过程中，细胞凋亡可清除异常的肝细胞。若异常的肝细胞凋亡不足，可导致肝癌的发生；而肝癌细胞凋亡不足，会诱导癌细胞的恶性化演进。线粒体凋亡通路可诱导肝癌细胞凋亡，而线粒体膜的通透性改变在线粒体凋亡通路中起枢纽作用，外源性或内源性的应力刺激激活Bcl-2家族或caspase家族，启动线粒体膜的通透性改变并诱导肝癌细胞的凋亡。通过靶向干预该通路中的相关分子，可为肝癌的临床治疗提供新策略。

关键词：肝细胞癌；细胞凋亡；线粒体凋亡通路

流行病学调查显示，肝细胞癌(HCC)的发病可能是病毒性肝炎、黄曲霉毒素、酒精、饮水污染及遗传因素等导致肝细胞的生物学特征逐渐变化，细胞增殖与凋亡失衡所致。细胞凋亡在HCC的发生、发展中具有重要作用，而机体内存在多条与细胞凋亡相关的信号通路，如JAK/STAT通路、PI3K/AKT通路以及线粒体凋亡通路等，其中线粒体凋亡通路起着起始、放大的中枢作用，在肿瘤的发生、发展中具有重要地位。本文结合文献就线粒体凋亡通路在HCC中的作用综述如下。

1线粒体凋亡通路

细胞凋亡又称细胞程序性死亡，是细胞为更好地适应生存环境而出现的一种主动性死亡过程。线粒体是真核细胞能量代谢的中心，其正常功能的丧失会导致细胞凋亡，而线粒体中caspase的反馈循环使凋亡效应进一步放大。因此，线粒体被称为细胞凋亡的“生死开关”。线粒体凋亡通路包括外源性和内源性途径，这两种凋亡途径的应力信号均集中于线粒体，并通过Bcl-2家族蛋白调控细胞凋亡。脊椎动物Bcl-2家族包括抗凋亡分子和促凋亡分子。抗凋亡分子包括Bcl-2、Bcl-x和Bcl-w，促凋亡分子包括Bax、Bak、Bad、Bik、Bim和Bid。促凋亡分子中的Bik、Bid只有BH3结构域，与Bcl-2等蛋白形成异源二聚体，抑制抗凋亡分子或诱导Bak/Bax形成寡聚体，继而发挥促凋亡作用。存在于线粒体中的Bcl-2通过释放Ca2+，诱导线粒体膜通透性转换孔开放或精确改变线粒体膜的通透性，从而启动细胞的凋亡程序[1]。外源性应力信号通过与细胞膜上的死亡受体结合引起caspase-8介导的Bid活化，而内源性线粒体凋亡途径中，由于不同细胞的BH3结构不同，导致其激活方式也不同，但均可引起促凋亡蛋白BH3的活性上调。因此，无论是外源性途径中Bid的活化，还是内源性途径中BH3的活性上调，都可激活促凋亡分子Bak，从而在线粒体外膜上形成小孔释放凋亡因子，即线粒体外膜的透化[2]。在此过程中，从线粒体中释放的凋亡相关因子，如细胞色素C(CytC)、凋亡诱导因子(AIF)、线粒体衍生的第二种半胱天冬酶激活剂(Smac)等，一旦这些因子从线粒体释放，即可触发细胞凋亡[3]。

2线粒体凋亡通路与HCC发生、发展的关系

2.1线粒体凋亡通路与HCC的发生在肝细胞的发育和再生过程中，细胞凋亡可清除异常的肝细胞;若细胞凋亡不足，则可导致HCC的发生。线粒体凋亡通路作为经典的凋亡途径之一，亦参与HCC的发生过程。在脂肪性肝炎发展至HCC的过程中，肝脏再生增强因子不仅可抑制肝细胞的脂肪变性，还可降低线粒体途径的活性，抑制正常肝细胞凋亡，从而降低脂肪性肝炎演变为HCC的风险[4]。Tian等[5]研究发现，在HCC的发生过程中，细胞自噬通过维持线粒体外膜的完整性、减少氧化应激和DNA损伤等阻碍HCC的发生。但HCC一旦发生，细胞自噬反而抑制线粒体凋亡通路，起到促癌作用。这些研究均提示HCC的发生与线粒体凋亡通路失调有关。

2.2线粒体凋亡通路与HCC的发展近年来随着分子生物学研究的不断深入，线粒体凋亡通路在HCC发展过程中的作用日益受到重视。有研究报道，HCC细胞主要由糖酵解提供能量，下调糖酵解过程中己糖激酶2的表达，可诱导线粒体途径介导的HCC细胞凋亡[6]。此外，糖原合成激酶3β可上调线粒体凋亡通路中Bax的表达，促进HCC细胞凋亡[7]。HCC细胞的恶变可能和部分基因表达失调相关，而线粒体凋亡通路通过直接或间接调控HCC相关基因的表达介导HCC细胞凋亡[8]。Xu等[9]研究发现，促癌基因PAK1以及抗凋亡分子Bcl-2的上调可使HCC细胞拮抗线粒体通路介导的失巢凋亡，进而促进HCC的发展。Nakagawa等[10]研究认为，ASK1基因在HCC发展过程中充当抑癌基因作用，ASK1不仅与DNA损伤诱导的p21上调相关，亦与死亡受体介导的线粒体凋亡途径相关。TAT同样作为一种抑癌基因，通过线粒体凋亡通路促进CytC的释放、激活caspase和多聚二磷酸腺核糖聚合酶(PARP)，促进HCC细胞凋亡[11]。TNF受体家族成员Fas死亡受体可诱导HCC细胞凋亡，而这个过程是通过外源性线粒体凋亡途径介导Bid的裂开实现[12]。Fu等[13]研究认为，核仁磷酸蛋白有助于HCC细胞躲避p53基因介导的细胞凋亡程序，而这一过程有赖于直接抑制Bax的线粒体转运或激活。Liu等[14]研究认为，线粒体凋亡途径通过抑制损伤介导的自噬调控因子表达，延缓HCC细胞的恶性变。Ma等[15]研究发现，腺苷酸可激活caspase-3、caspase-8、caspase-9、PARP以及caspase等效应分子，促进Bak的募集，下调Bcl-x、Mcl-1的表达，诱导线粒体释放CytC、AIF进入胞质，继而促进HCC细胞凋亡。以上研究均提示，若线粒体凋亡通路功能失调，HCC相关基因或蛋白的表达亦会发生异常，继而促进HCC的发展。此外，microRNA作为一种普遍存在的调控因子也参与调控线粒体凋亡通路，miR-125b可能通过抑制Bcl-2家族的抗凋亡分子而诱导HCC细胞凋亡，miR-375的表达可促进线粒体释放凋亡蛋白，诱导HCC细胞凋亡，从而抑制HCC的发展[16，17]。

3线粒体凋亡通路与HCC的治疗

有研究发现，化疗可以诱导Bcl-2家族促凋亡因子Bax、Bcl-2L11以及其他促凋亡因子Apaf1、BNIP1、PDCD8、RAD的表达，从而诱导HCC细胞凋亡。另外，转录区域缺乏的p63α(DeltaNp63α)作为p53家族相关转录因子的异构体之一，可负性调控死亡受体CD95和Bax的编码基因；化疗可诱导Bax、Bim、Noxa促凋亡基因的表达，而DeltaNp63α通过抑制线粒体凋亡通路而拮抗这一过程[18]。在HCC中，HBV相关X蛋白通过与线粒体通路的相互作用诱导NF-κB和STAT-3等转录因子的活化，沉默基因STAT-3并联合雷帕霉素诱导人HCC细胞株Bel-7402的凋亡[19]，而HCC细胞株SMMC-7721稳定过表达Smac，联合顺铂化疗可明显上调细胞中促凋亡蛋白caspase-3、caspase-9和CytC的表达，从而启动HCC的细胞凋亡程序[20]。GADD153是转录因子增强子结合蛋白家族成员之一，生理状态下该基因呈低水平表达，但在生长抑制、DNA损伤、内质网介导的应激状态下，该基因表达明显上调，藤黄酚可以通过死亡受体和线粒体介导的凋亡通路激活GADD153[21]；欧甘菊在诱导HCC细胞凋亡的过程中，同样可激活线粒体通路而上调GADD153的表达[22]。由于HCC治疗过程中会出现部分基因表达谱的改变，因此HCC的基因-病毒靶向治疗策略应运而生，腺病毒包装的特异性HCC抑制子1(HCCS1)靶向治疗策略就是其中之一。HCCS1可通过线粒体通路诱导HCC细胞凋亡[23]。Yan等[24]研究认为，HCC过表达线粒体端粒酶反转录酶可促进线粒体DNA的复制并抑制线粒体凋亡途径，从而降低HCC细胞对化疗的敏感性，导致HCC多重耐药的发生；而三氧化二砷通过启动线粒体介导的caspase依赖性凋亡途径，发挥抗癌效应[25]。以上研究提示，部分化疗药物以及植物提取物可通过干预线粒体凋亡通路，诱导HCC细胞凋亡，这为HCC的临床治疗提供了新策略。

总之，HCC的发生、发展与线粒体凋亡通路失调密切相关。靶向干预线粒体凋亡通路为临床治疗HCC提供了新思路。但目前对线粒体凋亡通路介导HCC细胞凋亡仅停留在实验阶段，还不能指导临床用药。随着研究的不断深入，通过靶向干预线粒体凋亡通路治疗HCC终将实现。

参考文献：

[1] Moldoveanu T, Follis AV, Kriwacki RW, et al. Many players in BCL-2 family affairs[J]. Trends Biochem Sci, 2014,39(3):101-111.

[2] Crawford ED, Wells JA. Caspase substrates and cellular remodeling[J]. Annu Rev Biochem, 2011(80):1055-1087.

[3] Babbitt SE, Sutherland MC, Francisco BS, et al. Mitochondrial cytochrome c biogenesis: no longer an enigma[J]. Trends Biochem Sci, 2015,40(8):446-455.

[4] Maehara Y, Fernandez-Checa JC. Augmenter of liver regeneration links mitochondrial function to steatohepatitis and hepatocellular carcinoma[J]. Gastroenterology, 2015,148(2):285-288.

[5] Tian Y, Kuo CF, Sir D, et al. Autophagy inhibits oxidative stress and tumor suppressors to exert its dual effect on hepatocarcinogenesis[J]. Cell Death Differ, 2015,22(6):1025-1034.

[6] Wilson GK, Tennant DA, McKeating JA. Hypoxia inducible factors in liver disease and hepatocellular carcinoma: current understanding and future directions[J]. J Hepatol, 2014,61(6):1397-1406.

[7] Song CL, Tang H, Ran LK, et al. Sirtuin 3 inhibits hepatocellular carcinoma growth through the glycogen synthase kinase-3beta/BCL2-associated X protein-dependent apoptotic pathway[J]. Oncogene, 2015. doi: 10.1038/onc.2015.121.[Epub ahead of print]

[8] Wang W, Sun Q, Wu Z, et al. Mitochondrial dysfunction-related genes in hepatocellular carcinoma[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2013(18):1141-1149.

[9] Xu J, Liu H, Chen L, et al. Hepatitis B virus X protein confers resistance of hepatoma cells to anoikis by up-regulating and activating p21-activated kinase 1[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):199-212.

[10] Nakagawa H, Hirata Y, Takeda K, et al. Apoptosis signal-regulating kinase 1 inhibits hepatocarcinogenesis by controlling the tumor-suppressing function of stress-activated mitogen-activated protein kinase[J]. Hepatology, 2011,54(1):185-195.

[11] Lo SJ, Fan LC, Tsai YF, et al. A novel interaction of nucleophosmin with BCL2-associated X protein regulating death evasion and drug sensitivity in human hepatoma cells[J]. Hepatology, 2013,57(5):1893-1905.

[12] Lazic M, Eguchi A, Berk MP, et al. Differential regulation of inflammation and apoptosis in Fas-resistant hepatocyte-specific Bid-deficient mice[J]. J Hepatology, 2014,61(1):107-115.

[13] Fu L, Dong SS, Xie YW, et al. Down-regulation of tyrosine aminotransferase at a frequently deleted region 16q22 contributes to the pathogenesis of hepatocellular carcinoma[J]. Hepatology, 2010,51(5):1624-1634.

[14] Liu K, Shi Y, Guo XH, et al. Phosphorylated AKT inhibits the apoptosis induced by DRAM-mediated mitophagy in hepatocellular carcinoma by preventing the translocation of DRAM to mitochondria[J]. Cell Death Dis, 2014(5):e1078.

[15] Ma Y, Zhang J, Zhang Q, et al. Adenosine induces apoptosis in human liver cancer cells through ROS production and mitochondrial dysfunction[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2014,448(1):8-14.

[16] Gong J, Zhang JP, Li B, et al. MicroRNA-125b promotes apoptosis by regulating the expression of Mcl-1, Bcl-w and IL-6R[J]. Oncogene, 2013,32(25):3071-3079.

[17] Chang Y, Yan W, He X, et al. miR-375 inhibits autophagy and reduces viability of hepatocellular carcinoma cells under hypoxic conditions[J]. Gastroenterology, 2012,143(1):177-187.

[18] Mundt HM, Stremmel W, Melino G, et al. Dominant negative (DeltaN) p63alpha induces drug resistance in hepatocellular carcinoma by interference with apoptosis signaling pathways[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2010,396(2):335-341.

[19] Zhang Y, Zhang JW, Lv GY, et al. Effects of STAT3 gene silencing and rapamycin on apoptosis in hepatocarcinoma cells[J]. Int J Med Sci, 2012,9(3):216-224.

[20] 郭彩霞，李艳博，于洋，等.Smac联合顺铂对人肝癌细胞凋亡调控因子影响[J].中国公共卫生，2012，28(10)：1315-1316.

[21] Cheng AC, Tsai ML, Liu CM, et al. Garcinol inhibits cell growth in hepatocellular carcinoma Hep3B cells through induction of ROS-dependent apoptosis[J]. Food Funct, 2010,1(3):301-307.

[22] Wen J, You KR, Lee SY, et al. Oxidative stress-mediated apoptosis. The anticancer effect of the sesquiterpene lactone parthenolide[J]. J Biol Chem, 2002,277(41):38954-38964.

[23] Xu HN, Huang WD, Cai Y, et al. HCCS1-armed, quadruple-regulated oncolytic adenovirus specific for liver cancer as a cancer targeting gene-viro-therapy strategy[J]. Mol Cancer, 2011(10):133.

[24] Yan J, Zhou Y, Chen D, et al. Impact of mitochondrial telomerase over-expression on drug resistance of hepatocellular carcinoma[J]. Am J Transl Res, 2015,7(1):88-99.

[25] Jiang L, Wang L, Chen L, et al. As2O3 induces apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells through a ROS-mediated mitochondrial pathway and activation of caspases[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(2):2190-2196.

(收稿日期：2015-09-06)

中图分类号：R735.7

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2016)08-0095-03

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.08.040

通信作者：庹必光(E-mail： tuobiguang@aliyun.com)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81360311)。