自噬调控与结直肠癌耐药的相关性研究

宋彩霞，马 强

1.兰州军区兰州总医院消化科，甘肃 兰州 730050； 2.甘肃省干细胞与基因药物重点实验室

结直肠癌(colorectal cancer, CRC)是消化道最常见的恶性肿瘤之一。2015年，美国CRC患者新发13.3万例，5年生存率较前明显增高，但CRC仍是癌症患者第三位死亡原因[1]，我国CRC患者新发约37.6万例，占所有新发癌症的8.57%，死亡约19.1万例，占总癌症死亡的6.78%[2],由此可见，CRC仍严重威胁公众健康。系统化疗是不可手术根治CRC患者的一线治疗方案,但多数患者在化疗几个周期后即出现耐药，可能与细胞内药物蓄积减少、DNA损伤修复增加、细胞凋亡减少、致癌基因和抑癌基因表达失调等相关，严重限制了CRC患者的治疗和预后。肿瘤耐药是目前CRC患者治疗的瓶颈，因此，阐明CRC患者潜在的耐药机制及新治疗靶点亟待研究。

自噬是细胞体内的一种分解代谢过程，参与肿瘤的发生、发展。SCHONEWOLF等[3]研究表明，放化疗能诱导CRC细胞自噬，用氯喹抑制自噬后，细胞对放化疗可增敏；KRAS 突变在CRC细胞中普遍发生，与EGFR耐药密切相关，ALVES等[4]研究表明，KRAS突变通过激活MEK/ERK通路诱导自噬，抑制KRAS或自噬能促进携带KRAS突变的细胞凋亡；ZHANG等[5]研究表明，B细胞易位基因1(BTG1)是miR-22的新靶标，miR-22能通过BTG1调节CRC细胞自噬，其过表达可抑制CRC细胞自噬并促进细胞凋亡，增加CRC细胞对5-氟尿嘧啶(5-FU)的敏感性；TAN等[6]研究表明，miR-409-3p能抑制结肠癌细胞的增殖，奥沙利铂耐药癌细胞的自噬活性升高，miR-409-3p可通过抑制自噬蛋白Beclin-1介导的细胞自噬使耐药癌细胞增敏。

自噬调控机制复杂多样，上述研究表明，自噬参与CRC细胞耐药，调控自噬可作为杀死癌细胞或增强其放化疗敏感性的新手段， 本文就自噬调控与CRC细胞耐药的最新研究作一概述，为CRC患者临床治疗提供新导向。

1 自噬参与CRC耐药

P-糖蛋白(P-Glycoprotein)是由多药耐药1(multidrug resistance gene 1，MDR1)基因编码的170～180 KD的膜糖蛋白，属于ATP转运体的ATP结合盒(ABC)超家族，作为跨膜药物外排泵以ATP依赖的方式降低细胞内药物蓄积，降低化疗药物的细胞毒性。YUAN等[7]研究表明，奥沙利铂耐药CRC细胞中人斯钙素-2(Stanniocalcin-2, STC-2)过表达，其可促进P-gP表达，增加奥沙利铂从CRC细胞流出，诱导CRC耐药，即 STC2/P-gP途径的上调参与了CRC细胞的奥沙利铂耐药机制。

XI等[8]研究表明，抑制自噬能阻断细胞内ATP合成，减弱P-gP介导的药物外排功能，使癌细胞内药物蓄积；抑制Wnt/β-catenin通路可激活细胞自噬，miR-506可上调Wnt/β-catenin通路抑制MDR1/P-gP蛋白表达，增强癌细胞对药物的敏感性[9]，即miR-506可通过抑制自噬减弱MDR1/P-gP蛋白表达参与肿瘤细胞耐药调节。但是，马强等[10]研究表明，CRC耐药细胞中MDR1 mRNA和P-gP蛋白呈高表达，雷帕霉素是常用的自噬促进剂，其可下调结肠癌耐药细胞中MDR1 mRNA和 P-gP蛋白表达，增加细胞对阿霉素的敏感性。因此，P-gP对化疗药物的吸收、分布和清除有重要影响，且自噬与P-gP蛋白介导的CRC细胞耐药密切相关，但目前结果尚不一致，其作用机制有待进一步实验研究证实。

2 自噬与CRC耐药的相关研究

2.1自噬与miRNA微小RNA(miRNA)是一类小的、内源的、非编码的单链RNA，有19～25个核苷酸，其可通过与mRNA的3′非翻译区(3′UTR)结合，以转录的方式负调控靶基因表达，阻断mRNA的翻译或降解靶mRNA。

JIN等[11]研究表明，miR-26能直接靶向ULK1(自噬体形成过程中的重要调控因子)，抑制自噬早期阶段，上调肝癌细胞对奥沙利铂的敏感性，进而抑制其生存、增殖，促进凋亡； FU等[12]研究表明，miR-218能通过靶向YEATS4表达，抑制自噬，增强细胞对奥沙利铂的敏感性，促进细胞凋亡；miR-34a能通过下调TGF-β/Smad4通路抑制自噬，增加CRC细胞的药物敏感性，促进耐药CRC细胞凋亡[13]；即miRNA广泛参与肿瘤细胞耐药，其能通过调控自噬而调节癌细胞对化疗药物的敏感性。

2.2自噬与CRC干细胞癌症干细胞(cancer stem cells,CSCs)占总癌细胞的比例极小，其具有自我更新、分化和形成肿瘤的能力，传统的抗癌治疗旨在杀死正常的癌细胞。

BOUSQUET等[14]研究表明，乳腺癌干细胞与化疗耐药密切相关，且这些CSCs处于自噬状态，既不增殖也不凋亡，抑制自噬能够逆转肿瘤耐药，即自噬可能是CSCs维持所必需的，且其可能是CSCs耐药的重要机制。即CSCs在抗癌治疗后仍可存活，其可能是细胞耐药和肿瘤复发的主要原因，因此，针对CSCs治疗尤为重要。

YANG等[15]研究表明，奥沙利铂诱导的自噬能够保护CRC细胞免于凋亡，参与CSCs的维持、富集和存活，促使CRC细胞化疗耐药；FENG 等[16]研究表明，西妥昔单抗可通过抑制自噬，增加5-FU诱导的CSCs凋亡；ZHAI等[17]研究表明，hsa-miR-140-5p过表达通过Smad2和ATG12干扰CSCs中的自噬，影响自噬的下游调节因子，如组织蛋白酶B、组织蛋白酶S、免疫相关GTP酶家族M、α-突触核蛋白等，抑制CSCs生长、维持，直接杀伤CSCs。因此，自噬参与结直肠CSCs耐药，目前其作用机制尚未明确，进一步研究其作用机制可能为CRC患者靶向自噬治疗提供依据。

2.3自噬与JNKc-Jun N-末端激酶(c-Jun-N-terminal kinase, JNK)，即MAPK家族的应激激活蛋白激酶，包含JNK1、JNK2和JNK3三个基因，JNK1、JNK2在组织中普遍表达，由各种应激信号激活，其可调节多种转录因子、磷酸化细胞底物进而参与细胞增殖、凋亡、自噬、代谢和DNA修复；HUANG等[18]研究表明，吉西他滨可通过激活JNK诱导膀胱癌细胞自噬，保护细胞免于凋亡，促进癌细胞生存，JNK抑制剂SP600125能抑制其诱导的自噬并增加其细胞毒性；LI等[19]研究表明，放疗能诱导JNK高表达，JNK抑制剂以剂量依赖的方式减少癌细胞自噬并促进凋亡，增加癌细胞对放射的敏感性。

CRC细胞缺氧时，可通过下调MKK7(JNK的上游激酶，通过双磷酸化JNK的苏氨酸和酪氨酸位点而激活JNK)抑制JNK激活，影响奥沙利铂的细胞毒性作用，且JNK参与缺氧介导的CRC细胞耐药，抑制JNK可引起DNA损伤，其可能是CRC细胞对化疗药物敏感的机制之一[20]；SUI等[21]研究表明，自噬是p53突变和缺乏的CRC细胞5-FU耐药的关键介质， 5-FU能激活细胞中JNK蛋白，进一步磷酸化 Bcl-2促进细胞自噬，减弱5-FU的细胞毒性作用。因此， JNK可能介导自噬并参与CRC耐药。

2.4自噬与STAT3信号传导和转录激活因子3 (signal transducer and activator of transcription 3, STAT3)是由白介素6激活的急性期基因的转录增强子，是肿瘤起始和进展的关键调节因子，在多种生物过程中起关键作用，包括细胞增殖、分化、存活、炎症反应、免疫和血管发生。近期研究[22]表明，STAT3可由IL-6/JAK1和 FGFR/PI3K信号通路反馈激活，介导KRAS突变的肺癌细胞耐药，抑制STAT3反馈环能增加细胞的药物敏感性；间充质干细胞可通过激活STAT3促进骨肉瘤细胞存活和化疗耐药[23]；胰腺癌干细胞中STAT3被激活，脂质体递送STAT3抑制剂FLLL32能抑制STAT3磷酸化和转录激活，增加癌细胞对放化疗的敏感性[24]；miR-125a通过结合STAT3 3′-UTR区下调STAT3表达，增加宫颈癌细胞对紫杉醇和顺铂敏感性[25]。

STAT3在耐药CRC细胞中过表达，沉默或抑制STAT3可显著增加肿瘤细胞的放化疗敏感性，核PKM2可激活STAT3参与CRC细胞吉非替尼耐药[26]；肿瘤组织和血清中的IL-22表达水平与CRC患者化疗耐药相关，其能通过激活STAT3途径减弱5-FU和奥沙利铂的细胞毒性和诱导凋亡作用，随后增加抗凋亡基因的表达，此外，IL-22还可通过STAT3激活诱导IL-8自分泌表达，导致细胞耐药[27]，即STAT3与CRC患者化疗耐药密切相关。

STAT3是细胞核中几种自噬相关基因的主要转录增强子，与细胞自噬密切相关。TAN等[28]研究发现,多柔比星处理的乳腺癌细胞中血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1, HO-1)表达增加，其可诱导自噬致细胞敏感性降低， HO-1上调需要STAT3及其上游调节蛋白激酶Src激活，即Src/STAT3/HO-1/自噬途径激活可保护细胞免于凋亡，促进细胞对多柔比星耐药；辣椒素是红热辣椒的刺激性成分，CHEN等[29]研究表明,其能诱导肝癌细胞凋亡，其可通过ROS增加激活STAT3通路依赖性自噬，抑制STAT3可以增加Cl-PARP、Bax表达并抑制Bcl-2,进而增加辣椒素诱导的细胞凋亡；ZHANG等[30]研究表明，紫杉醇耐药的CRC细胞中TXNDC17(含17个硫氧还蛋白结构域)、磷酸化STAT3表达增加，STAT3可以结合TXNDC17的启动子区域，调节其表达，增强CRC细胞自噬水平，介导细胞耐药。因此，STAT3可能诱导肿瘤细胞自噬而参与肿瘤耐药，目前STAT3是否调控CRC细胞自噬并介导细胞耐药研究较少，其相关分子机制尚不明确，需进一步临床和实验室研究论证。

总之，目前CRC 耐药仍是临床治疗的难点，自噬与CRC耐药研究结果仍存在争议，但绝大多数结果支持放化疗可促进CRC细胞自噬，参与肿瘤耐药，即自噬调节是逆转肿瘤放疗抵抗和化疗耐药的有效途径之一，其可能是耐药CRC患者治疗的新靶点，抑制肿瘤细胞自噬联合化疗药物的应用，有望成为耐药CRC治疗的新策略；自噬调控并介导细胞耐药的分子机制复杂多样，目前尚不明确，进一步深入研究，可为其提供充足的理论依据，为耐药CRC患者治疗提供新思路。

[1] SIEGEL R L, MILLER K D, JEMAL A. Cancer statistics, 2015 [J]. CA Cancer J Clin, 2015, 65(1): 5-29. DOI: 10.3322/caac.21254.

[2] CHEN W, ZHENG R, BAADE P D,et al. Cancer statistics in China, 2015 [J]. CA Cancer J Clin, 2016, 66(2): 115-132. DOI: 10.3322/caac.21338.

[3] SCHONEWOLF C A, MEHTA M, SCHIFF D, et al. Autophagy inhibition by chloroquine sensitizes HT-29 colorectal cancer cells to concurrent chemoradiation [J]. World J Gastrointest Oncol, 2014, 6(3): 74-82.DOI: 10.4251/wjgo.v6.i3.74.

[4] ALVES S, CASTRO L, FERNANDES M S, et al. Colorectal cancer-related mutant KRAS alleles function as positive regulators of autophagy [J]. Oncotarget, 2015, 6(31): 30787. DOI: 10.18632/oncotarget.5021.

[5] ZHANG H, TANG J, LI C, et al. MiR-22 regulates 5-FU sensitivity by inhibiting autophagy and promoting apoptosis in colorectal cancer cells [J]. Cancer Lett, 2015, 356(2 Pt B): 781-790.DOI: 10.1016/j.canlet.2014.10.029.

[6] TAN S, SHI H, BA M, et al. miR-409-3p sensitizes colon cancer cells to oxaliplatin by inhibiting Beclin-1-mediated autophagy [J]. Int J Mol Med, 2016, 37(4): 1030-1038.DOI: 10.3892/ijmm.2016.2492.

[7] YUAN Q, ZHAN L, ZHANG L L, et al. Stanniocalcin 2 induces oxaliplatin resistance in colorectal cancer cells by upregulating P-glycoprotein [J]. Can J Physiol Pharmacol, 2016, 94(9): 929-935.DOI:10.1139/cjpp-2015-0530.

[8] XI G, WANG M, SUN B, et al. Targeting autophagy augments the activity of DHA-E3 to overcome p-gp mediated multi-drug resistance [J]. BiomedPharmacother, 2016, 84: 1610-1616.DOI: 10.1016/j.biopha.2016.10.063.

[9] ZHOU H, LIN C, ZHANG Y, et al. MiR-506 enhances the sensitivity of human colorectal cancer cells to oxaliplatin by suppressing MDR1/P-gp expression [J]. Cell Prolif, 2017, 50(3).DOI: 10.1111/cpr.12341.

[10] 马强, 马宗宏, 王彪猛, 等. 自噬对大肠癌LoVo/Adr细胞多药耐药性的影响[J]. 解放军医学杂志, 2013, 38(11): 900-904. DOI: 10.11855/j.issn.0577-7402.2013.11.007.

MA Q, MA Z H, WANG B M, et al. Effects of autophagy on multidrug resistance of drug resistant LoVo/Adr cells of colon carcinoma [J]. Med J Chin PLA, 2013, 38(11): 900-904. DOI: 10.11855/j.issn.0577-7402.2013.11.007.

[11] JIN F, WANG Y, LI M, et al. MiR-26 enhances chemosensitivity and promotes apoptosis of hepatocellular carcinoma cells through inhibiting autophagy [J]. Cell Death Dis, 2017, 8(1): e2540. DOI:10.1038/cddis.2016.461.

[12] FU Q, CHENG J, ZHANG J, et al. Downregulation of YEATS4 by miR-218 sensitizes colorectal cancer cells to L-OHP-induced cell apoptosis by inhibiting cytoprotective autophagy [J]. Oncol Rep, 2016, 36(6): 3682-3690.DOI: 10.3892/or.2016.5195.

[13] SUN C, WANG F J, ZHANG H G, et al. miR-34a mediates oxaliplatin resistance of colorectal cancer cells by inhibiting macroautophagy via transforming growth factor-β/Smad4 pathway [J]. World J Gastroenterol, 2017, 23(10): 1816.DOI: 10.3748/wjg.v23.i10.1816.

[14] BOUSQUET G, EL BOUCHTAOUI M, SOPHIE T, et al. Targeting autophagic cancer stem-cells to reverse chemoresistance in human triple negative breast cancer [J]. Oncotarget, 2017, 8(21): 35205-35221.DOI: 10.18632/oncotarget.16925.

[15] YANG H Z, MA Y, ZHOU Y, et al. Autophagy contributes to the enrichment and survival of colorectal cancer stem cells under oxaliplatin treatment [J]. Cancer Lett, 2015, 361(1): 128-136. DOI:10.1016/j.canlet.2015.02.045.

[16] FENG Y, GAO S, GAO Y, et al. Anti-EGFR antibody sensitizes colorectal cancer stem-like cells to Fluorouracil-induced apoptosis by affecting autophagy [J]. Oncotarget, 2016, 7(49): 81402.DOI: 10.18632/oncotarget.13233.

[17] ZHAI H, FESLER A, BA Y, et al. Inhibition of colorectal cancer stem cell survival and invasive potential by hsa-miR-140-5p mediated suppression of Smad2 and autophagy [J]. Oncotarget, 2015, 6(23):19735-19746.DOI: 10.18632/oncotarget.3771.

[18] HUANG X L, ZHANG H, YANG X Y, et al. Activation of a c-Jun N-terminal kinase-mediated autophagy pathway attenuates the anticancer activity of gemcitabine in human bladder cancer cells [J]. Anticancer Drugs, 2017, 28(6): 596-602. DOI:10.1097/CAD.0000000000000499.

[19] LI F, ZHENG X, LIU Y, et al. Different roles of CHOP and JNK in mediating radiation-induced autophagy and apoptosis in breast cancer cells [J]. Radiat Res, 2016, 185(5): 539-548.DOI:1667/RR14344.1.

[20] VASILEVSKAYA I A, SELVAKUMARAN M, HIERRO L C, et al. Inhibition of JNK sensitizes hypoxic colon cancer cells to DNA-damaging agents [J]. Clin Cancer Res, 2015, 21(18): 4143-4152.DOI:10.1158/1078-0432.CCR-15-0352.

[21] SUI X, KONG N, WANG X, et al. JNK confers 5-fluorouracil resistance in p53-deficient and mutant p53-expressing colon cancer cells by inducing survival autophagy [J]. Sci Rep, 2014, 4: 4694.DOI: 10.1038/srep04694.

[22] LEE H J, ZHUANG G, CAO Y, et al. Drug resistance via feedback activation of Stat3 in oncogene-addicted cancer cells [J]. Cancer Cell, 2014, 26(2): 207-221. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.05.019.

[23] TU B, ZHU J, LIU S, et al. Mesenchymal stem cells promote osteosarcoma cell survival and drug resistance through activation of STAT3 [J]. Oncotarget, 2016, 7(30): 48296.DOI: 10.18632/oncotarget.10219.

[24] WU X, TANG W, MARQUEZ R T, et al. Overcoming chemo/radio-resistance of pancreatic cancer by inhibiting STAT3 signaling [J]. Oncotarget, 2016, 7(10): 11708.DOI: 10.18632/oncotarget.7336.

[25] FAN Z, CUI H, YU H, et al. MiR-125a promotes paclitaxel sensitivity in cervical cancer through altering STAT3 expression [J]. Oncogenesis, 2016, 5(2): e197. DOI: 10.1038/oncsis.2016.1.

[26] LI Q, ZHANG D, CHEN X, et al. Nuclear PKM2 contributes to gefitinib resistance via upregulation of STAT3 activation in colorectal cancer [J]. Sci Rep, 2015, 5: 16082.DOI: 10.1038/srep16082.

[27] WU T, WANG Z, LIU Y, et al. Interleukin 22 protects colorectal cancer cells from chemotherapy by activating the STAT3 pathway and inducing autocrine expression of interleukin 8 [J]. Clin Immunol, 2014, 154(2): 116-126. DOI: 10.1016/j.clim.2014.07.005.

[28] TAN Q, WANG H, HU Y, et al. Src/STAT3-dependent heme oxygenase-1 induction mediates chemoresistance of breast cancer cells to doxorubicin by promoting autophagy [J]. Cancer Sci, 2015, 106(8): 1023-1032.DOI: 10.1111/cas.12712.

[29] CHEN X, TAN M, XIE Z, et al. Inhibiting ROS-STAT3-dependent autophagy enhanced capsaicin-induced apoptosis in human hepatocellular carcinoma cells [J]. Free Radic Res, 2016, 50(7): 744-755. DOI: 10.3109/10715762.2016.1173689.

[30] ZHANG Z, WANG A, LI H, et al. STAT3-dependent TXNDC17 expression mediates Taxol resistance through inducing autophagy in human colorectal cancer cells [J]. Gene, 2016, 584(1): 75-82. DOI: 10.1016/j.gene.2016.03.012.