自噬在恶性血液病防治过程中的研究进展

王文儒 唐旭东

中国中医科学院西苑医院血液科，北京 100091

自噬是一种由溶酶体介导的细胞内物质分解代谢过程，在恶性血液病中具有双向作用。本病早期，自噬能清除异常的细胞器，减少有害物质堆积，有效防止细胞癌变，且自噬过度活化会诱发Ⅱ型程序性细胞死亡，使癌变的细胞得以清除。但本病后期，自噬可使肿瘤细胞获取各种物质和能量，有助于恶性细胞对抗因自身高代谢所形成的营养和能量缺乏，促进肿瘤细胞生长增殖[1-3]。近年来医学界对自噬的研究日益深入，对恶性血液病病理机制的了解也更成熟。现发现本病不同阶段自噬水平存在区别。放化疗能上调机体自噬水平，诱发细胞死亡，但同时也使残余的肿瘤细胞持续存活，使机体产生耐药性。所以，如何通过调节自噬水平影响本病进展，提高治疗效果，是目前恶性血液病防治过程中的重点。如何通过有效干预本病过程中自噬水平，来阻碍本病恶化、清除肿瘤细胞，是日后恶性血液病防治中的新研究方向。

1 自噬的分子生物学机制

1.1 自噬的基本特点

正常人体内自噬与细胞凋亡处于平衡状态，自噬能清除降解细胞内异质蛋白的聚集、清除受损的细胞器、减少活性氧（reactive oxygen species，ROS）等有害物质的积累，降低细胞内的不利因素，有利于其存活。当接受到细胞内外不利因素刺激时，细胞自噬会上调以清除有害因素、保护自身稳定，但若自噬上调过度，则会诱发Ⅱ型程序性细胞死亡，使该细胞被清除，降解的核酸、氨基酸等物质将被其他细胞所利用[4-5]。

1.2 自噬的分子机制

自噬的过程可分为3 个阶段：启动诱导、延长成熟和融合降解[2-4]。

1.2.1 启动诱导 人体在饥饿、缺血、缺氧状态或体内存在氧化应激损伤时，自噬会被激活，粗面内质网非核糖体区域、高尔基体或胞浆的膜相互聚集，构成具有双分子层膜结构的吞噬泡，这一小囊泡脱落后包绕在被降解底物的周围（如异质蛋白、退化细胞器）[5]。

这一过程受多种分子和信号通路的控制，其中磷脂酸肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）起到关键作用。人体内存在3 类PI3K：Ⅰ型PI3K 是自噬的负调节因子，能结合哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）抑制自噬；有关Ⅱ型PI3K 的研究鲜见，其作用尚不明确；Ⅲ型PI3K 能参与自噬各阶段，在与Vps34 复合物（由Beclin-1、Vps34、Vps14L 等构成）结合后，通过激发自噬相关基因14（autophagy related gene 14，Atg14）来启动自噬，还可与抗紫外线相关基因联合参与自噬体的成熟[6-7]。研究发现PI3K 抑制剂3-甲基腺嘌呤能特异性阻断细胞自噬的发生，在肿瘤[8]、心血脑血管[9]、肾病[10]等多系统中被广泛用作自噬抑制剂。

1.2.2 延长成熟 囊泡脱落后分隔膜逐渐延伸，由囊泡样逐渐发展为半环，最终闭合成环状包裹被降解底物，形成完整的双层膜自噬体[5]。

自噬体的伸展扩张可通过两条泛素样蛋白系统完成。一是Atg5-12-16 复合物介导的通路，首先Atg7诱导Atg12 活化，并在Atg10 帮助下与Atg5 结合成类泛素化形式，在自噬体前体阶段，Atg5-12-16 复合物能募集Atg8 系统，促进自噬体膜的延长，当自噬体形成后，复合物则脱离外膜释放入胞浆中。二是泛素样微管相关蛋白1 轻链3（ubiquitin-like protein microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3）参与的通路。LC3由Atg8 同源染色体编码，被Atg4 分解生成LC3-Ⅰ，LC3-Ⅰ主要位于细胞胞浆中，在Atg5-12-16复合物形成后，能向自噬体膜聚集，在经过Atg7 激活和Atg3 的修饰后形成LC3-Ⅱ。LC3-Ⅱ能与膜结合作为受体与靶向分子配体结合，同时还可以作为自噬的标志物，这两条系统是相互影响、相互协调[2-4]。

1.2.3 融合降解 当自噬体膜闭合成熟后，外膜与溶酶体膜融合，释放具有单层膜的自噬体到溶酶体内腔（内含会被降解的底物），使得膜和内容的降解底物逐渐被溶酶体的各种酶类破坏，最终物质的被降解并释放入胞内。在透射电镜下可见自噬体为直径300～900 nm 的双层膜包囊泡结构，内含胞浆大分子物质和细胞器等被降解底物，自噬体的半衰期仅有8 min[1-2]。研究发现自噬抑制剂羟氯喹、氯喹等可通过抑制溶酶体对自噬体内容物的降解，具有抑制自噬的作用[3-5]。

1.3 自噬的调节机制

1.3.1 mTOR1 信号通路 mTOR1 被认为是自噬的“门控因子”。当mTOR1 活化后，能促进下游的Unc-51类似自噬激活激酶1（unc-51 like autophagy activating kinase 1，ULK1）磷酸化，从而抑制自噬水平[6]。当胞内出现能量代谢、生长因子、营养氧化等时，其会通过各种通路来影响mTOR1 的表达，其中PI3K-I/Akt 通路在激活后能促进mTOR1 活性，以抑制细胞自噬，而AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和P53 通路则对mTOR 有抑制作用，使得ULK1去磷酸化，进而激活细胞自噬。研究发现[1,6]，干预mTOR 相关信号通路能有效调节自噬，如mTOR1 抑制剂雷帕霉素能激活细胞自噬水平。

1.3.2 Beclin-1 信号通路 Beclin-1 是首个在哺乳动物中被发现的自噬相关基因。当细胞内能量代谢异常时会诱导ULK1 磷酸化，从而激活下游的Beclin-1和Ⅲ型PI3K，以促进Vps34 复合物的形成，诱导启动自噬的发生。Beclin-1 作为自噬的正调节因子，在正常情况下会与凋亡基因Bcl-2 结合，阻止Beclin-1 与Vps34 结合，细胞自噬被抑制。研究发现[7]，沉默Beclin-1 基因表达会抑制细胞自噬，结合Beclin-1 在低氧、低能和放化疗过程中表现出的抗凋亡特性，Be clin-1 抑制剂可通过干预自噬为血液系统肿瘤的治疗和抗耐药研究提供新的思路。

2 自噬在恶性血液系统疾病中的研究

2.1 骨髓增生异常综合征（myelodysplasitc syndrome，MDS）

MDS 是一组起源于造血干细胞的异质性髓系克隆性疾病，临床表现为一系或多系血细胞无效/病态造血，有向急性白血病转化的高风险。

研究表明[11]，MDS 患者有核红细胞自噬异常，中低危患者骨髓细胞较正常人群自噬水平更高，而高危MDS 患者则减弱，提示在中低危MDS 能通过提高自噬来清除胞内有害物质，防止细胞的恶化，延缓病情进展；而高危患者与中低危患者比较，其预后更差、转化为白血病的风险更高，与自噬水平低相关。研究发现[12]，在MDS 细胞株SKM-1 加入去甲基化药物（如阿扎胞苷等）后细胞自噬水平上升，细胞凋亡增加，提示激活自噬功能可能是其对MDS 产生治疗作用的途径之一。Romano 等[13]采用蛋白组学的方法，对20 例高危MDS 患者进行研究后发现，在去甲基化治疗中加入氯喹后能有效逆转长期使用阿扎胞苷所产生的高自噬水平，效果明显提升，为去甲基化效果不佳或产生耐药性的患者提供了新的治疗思路。

2.2 白血病

自噬在白血病的治疗过程中表现出两面性，一方面能维持未转化细胞的稳态、保护正常细胞免受外界不良因素的影响，并通过介导免疫系统发挥抑癌作用，保护正常组织细胞免受治疗影响；另一方面残存的肿瘤细胞能通过自噬获取能量和物质，从而降低机体对药物的敏感性，导致机体产生耐药性[14]。

2.2.1 急性髓细胞性白血病（acute myeloid leukemia，AML）通过对AML 细胞的研究发现，AML自噬异常与PI3K、mTOR 和AMPK 等多条通路相关[14]。在使用阿糖胞苷[15]及三氧化二砷[16]等化疗药物后，AML 细胞自噬水平增高，细胞大量死亡，且不能被细胞凋亡相关的胱天蛋白酶抑制剂所阻断，提示过度活化自噬可诱导白血病细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡，从而有效降解癌变的细胞，延缓本病进展。但自噬又会提高放化疗后肿瘤细胞的“生存能力”，使得机体对常规放化疗产生耐药性[5,14]。Piya 等[17]将AML 细胞与骨髓间充质细胞共同培养，发现其能有效诱导AML 细胞出现自噬，对阿糖胞苷等细胞毒性药物耐药性增加，但在抑制自噬相关基因Atg7 表达后，AML细胞对这些药物的敏感性有所恢复，提示降低自噬水平能有效改善AML 中产生耐药性的情况。研究发现，靶向调节自噬相关通路能有效改善AML 的治疗，如：通过促进mTOR 途径降低自噬水平，进而提高阿糖胞苷的疗效[18]；针对性抑制AMPK/ULK1 通路后，能诱导产生耐药性的白血病细胞的凋亡[19]。

2.2.2 慢性粒细胞白血病（chronic myeloid leukemia，CML）在CML 中BCR-ABL 融合基因活化后能通过PI3K/Akt 通路抑制自噬[20]，酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitors，TKI），如伊马替尼、尼洛替尼、达沙替尼等，能通过作用于该通路来促进自噬的发生，从而诱导Ⅱ细胞自噬性死亡，降解BCR-ABL融合蛋白[21]。此外对CML 细胞株K562 的研究发现，蒽环类[22]及高三尖杉酯碱[23]等化疗药物均可通过诱导自噬来促进细胞凋亡，从而达到治疗效果。而自噬的两面性也是TKI 及化疗对CML 疗效差及产生耐药性的重要原因，如何通过有效抑制自噬来增加TKI 的疗效一直是近些年的研究重点。在体外实验中[24]，抑制PI3K 通路能提高TKI 的疗效，证明了降低自噬能有效延缓病情发展。研究发现，在联合氯喹[25]、Spautin-1[26]等自噬抑制剂后，CML 细胞能恢复对TKI和常规化疗的敏感性，增加治疗效果。这种在使用TKI或化疗时配合抑制自噬的治疗方案效果显著，为日后CML 的治疗提供了新思路。

2.2.3 淋巴细胞白血病 急性淋巴细胞白血病（acute lymphocytic leukocyte，ALL）常规治疗方案中化疗药物及TKI 等能促进PI3K/AKT/mTOR 信号活化，进而诱导ALL 细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡，从而抑制肿瘤的生长、延缓病情的发展[27]。研究发现，ALL 耐药的原因与自噬关系密切，Shi 等[28]对ALL 细胞株予以阿兰内酯后能有效抑制自噬，诱导ALL 细胞凋亡，从而达到治疗效果。近年来，自噬抑制剂为复发难治性ALL 提供了新的治疗思路，如对ETV6-RUNX1 阳性的ALL 患者使用羟基氯喹后能有效降低肿瘤细胞的活性，增加其对L-天冬酰胺酶的敏感性[29]。

在慢性淋巴细胞性白血病（chronic lymphocytic leukocyte，CLL）中Beclin-1、Atg5 等自噬相关蛋白较正常对照组均有增加，自噬水平升高，使肿瘤细胞在化疗药物治疗后存活[30]。故有效抑制自噬水平，在CLL的治疗过程中十分重要。研究表明，在抑制Atg表达或联合自噬抑制剂后，能增加化疗药物对肿瘤细胞的杀伤作用，提高疗效并能对抗耐药性[30]。Kong 等[31]发现，对CLL 细胞予以组蛋白去乙酰化酶抑制剂能有效抑制自噬，活化内源性凋亡途径，促进肿瘤细胞死亡，从而减少肿瘤细胞浸润，保护正常造血细胞。

2.3 多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）

MM 是一种以分泌大量单克隆免疫球蛋白或轻链为特点的恶性血液病，由于恶性浆细胞会产生过量的异常免疫球蛋白分子且难以通过正常途径降解，使得细胞内出现广泛的蛋白沉积和浸润，影响细胞正常代谢功能和生长增殖。近期研究发现，除了蛋白酶体途径等凋亡途径外，MM 还可通过自噬来降解细胞内过量的异常免疫球蛋白，从而维持自身的存活，提示在MM 中基础水平的自噬具有“保护作用”[32]。

世界卫生组织建议无论对于初发还是复发的MM，应首选蛋白酶体抑制剂（如硼替佐米）治疗。硼替佐米能大幅度增加MM 细胞的自噬水平，进而诱导肿瘤细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡[33]。随着研究的进一步深入，发现自噬活化可能是MM 患者产生耐药性的原因之一。对MM 细胞株予以FTY720[34]和氯喹[35]等自噬抑制剂后，凋亡相关的细胞毒性会增加，从而抑制MM 细胞的存活，改善细胞的耐药情况。Scott 等[36]在常规化疗的基础上，运用mTOR 抑制剂和羟氯喹双药联合治疗复发或难治性的MM 患者，取得较好效果。

2.4 淋巴瘤

淋巴瘤与免疫系统密切相关，常以实体瘤形式生长，除了常规的化疗和放射治疗外，靶向治疗也是重要治疗手段。研究发现，自噬在这些分子靶向信号通路中起到重要作用，且能调控各免疫细胞亚群之间平衡，干预多种淋巴细胞分化、增殖及活化[37]。

PI3K 信号通路及mTOR 调控途径在多种淋巴瘤中均发现表现异常[38]，如：霍奇金淋巴瘤、弥漫性大B细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤和套细胞淋巴瘤等。近年来发现，在淋巴瘤治疗过程中，联合自噬抑制剂不仅能有效增强抗肿瘤药物的细胞毒性，还能提升单克隆抗体特异性抗原的表达，增加靶向治疗效果，如：FTY720 能延缓套细胞淋巴瘤中治疗靶点CD47 的降解，从而增加Mlilatuzumab 的活性[39]。此外自噬抑制还能有效增强抗肿瘤药物的细胞毒性，改善治疗过程中的耐药性产生情况，如在套细胞淋巴瘤中，氯喹能恢复肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[40]。Dong 等[41]认为自噬在对抗淋巴瘤耐药过程中存在双向作用，其与化疗药物两者能否协同作用，关键在于后者的作用机制是否与自噬相关。由此可见，临床治疗方案中自噬干预的措施需根据治疗的目的、患者的情况和联合的药物等多种因素决定。

3 总结和展望

在多种恶性血液病中均存在自噬异常情况。其中，MDS 患者自噬水平与预后分层相关；多条自噬途径被证实影响白血病发展；MM 中恶性浆细胞的存活得益于自噬的作用。放化疗、去甲基化及靶向治疗均能激活自噬，诱导肿瘤细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡，清除恶性细胞，从而达到治疗作用。但自噬的双向性也是临床治疗中出现耐药的重要原因，多种恶性血液病中予以自噬抑制剂能有效增强常规治疗效果，缓解疾病复发和耐药情况，为恶性血液病治疗提供了新的思路，特别是难治复发性患者。

近年来，恶性血液病发病率逐渐增加，由于恶性程度高、生存率低，如何有效提高治疗效果、延长患者生存期、减少疾病复发，是血液专科医师关注的重点，在临床治疗过程中，应根据患者情况综合考虑，有效调节自噬水平，有针对性地予以干预，不应盲目激活或抑制自噬。但在恶性血液病中自噬抑制剂的使用并未成熟，临床相关联合治疗方案有待进一步研究。