中药成分通过干预自噬实现肿瘤放射增敏的研究进展*

林洋，于大海，鹿红，黄腾，陈乐君，赵悦欣

南京中医药大学附属医院 南京 210029

自噬[1]是一种细胞自分解代谢过程，营养或生长因子剥夺，促炎状态，缺氧，感染因子的存在和DNA损伤均能促进自噬，自噬将细胞内受损的蛋白质或细胞器输送到溶酶体进行降解和再循环，从而调节细胞稳态。自噬除了在细胞适应、细胞内生物清除、抗衰老中起着细胞保护功能外，还被认为对各种化疗药物和电离辐射的反应具有促进细胞死亡的潜力。许多研究表明，许多自噬药物与放射联合使用可以诱导自噬，导致细胞死亡增加，有助于放射增敏治疗。一些中药成分可通过干预自噬达到放疗增敏的效果。该研究讨论了肿瘤细胞放疗抵抗发生机制及自噬与放射增敏的关系，同时总结了中药有效成分通过干预自噬达到放疗增敏效果的最新研究。

肿瘤放疗抵抗

放射治疗的效果受多种因素的影响，包括肿瘤组织缺氧的程度，修复DNA损伤的能力以及癌症干细胞的存在等。当氧分压降低到约20mmHg以下时，肿瘤细胞对辐射损伤具有抵抗力，缺氧条件下，需要2.5～3.0倍的辐射剂量才能诱导出与在正常条件下相同的损伤水平[2]；辐射杀伤肿瘤细胞中最重要的机制是DNA损伤，包括碱基损伤、碱基释放、解聚、交联和链断裂等，DNA损伤修复是放射抵抗的主要原因，在检测到DNA损伤后，修复通路被激活，阻止细胞周期进程，DNA损伤的成功修复将使细胞在细胞周期中继续，从而导致细胞对放射治疗的抵抗[3]。肿瘤干细胞[4]是肿瘤组织中小部分具有干细胞特性的细胞群，肿瘤干细胞激活了许多保护机制，包括增强的DNA修复能力，对氧化应激的保护，受损的细胞周期停滞和凋亡和缺氧微环境调节，导致放射抵抗。

自噬与放射治疗

1 自噬概述

自噬[5]是一种在应激条件下产生的细胞自消化及分解代谢过程，在营养缺乏、氧化应激、缺氧、病原体入侵情况下，通过降解蛋白质与细胞内容物，清除有害蛋白，进而维持细胞正常的功能和稳态。目前根据自噬底物递送过程的不同主要将自噬分为三种类型：巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬。巨自噬是最为常见的一类，主要包括四个阶段[6]：蛋白质和脂类被招募在底物周围形成双层膜结构；分隔膜向两侧延伸，包裹需要降解的胞浆成分、蛋白质或细胞器，并形成囊泡被称为”自噬体”；自噬体将代谢废物包裹通过细胞微管系统运输至溶酶体，溶酶体与自噬体融合最终形成自噬溶酶体；溶酶体中的水解酶被激活，降解自噬体及其内容物，产生的氨基酸、核苷酸和脂肪酸等代谢物被细胞重复利用，以满足细胞的代谢需求。

2 自噬与肿瘤

自噬作为一种维持细胞内环境稳态的自我降解系统，普遍存在于应激条件下的癌细胞中，自噬与癌细胞增殖之间的相互作用是复杂的，具有促癌和抑癌的双重作用[7]。自噬可以在肿瘤早期通过抑制炎症反应、维持基因组稳定、促进细胞衰老等机制抑制肿瘤的发生。但是肿瘤在进展到中晚期后，癌细胞可能面临代谢应激，如营养和生长因子剥夺或缺氧、放化疗和靶向治疗，包括破坏血管生成，抑制蛋白酶体功能或破坏信号通路的治疗。自噬通常被认为可通过为癌细胞提供营养和能量、诱导癌细胞适应各种应激状态、促进癌细胞转移和侵袭以及诱导癌细胞产生耐药性等方式促进肿瘤的进展[8]。自噬在肿瘤生长过程中起重要作用，但自噬对于肿瘤的确切作用往往取决于肿瘤类型、阶段和肿瘤微环境。

3 自噬与放射增敏

大量研究表明，肿瘤对放射治疗的抵抗力通常与许多种肿瘤细胞系中自噬有关，例如结肠癌细胞，前列腺癌细胞，恶性胶质瘤细胞，鼻咽癌细胞和乳腺癌细胞等[9]。三氧化二砷（ATO）与电离辐射联合处理的LNCaP和PC-3细胞通过诱导LNCaP细胞与PC-3细胞自噬和凋亡增强前列腺癌细胞的放射敏感性[10]。自噬诱导剂雷帕霉素（RAPA）通过诱导NSCLC中的自噬来增强放射敏感性[11]。自噬在放射增敏中具有双重作用，自噬抑制剂（如氯喹、3-甲基腺嘌呤）通常通过促进细胞凋亡增加肿瘤细胞放射敏感性的潜力。经氯喹处理的膀胱癌细胞可抑制电离辐射诱导的自噬，导致肿瘤细胞死亡，并且显著增强了膀胱癌细胞的凋亡率[12]。氯喹通过削弱辐射诱导的DNA损伤修复能力增强胶质瘤细胞在体外的放射敏感性[13]。3-甲基腺嘌呤（3-MA）或巴菲霉素A1（Baf-A1）与放射治疗结合通过抑制肿瘤细胞中的自噬来增强放射敏感性，例如卵巢癌细胞，乳腺癌细胞，鼻咽癌细胞，食管癌细胞，肺癌细胞和结直肠癌细胞等[14-19]。

研究证实，放射治疗与可以增加自噬的药物（例如，雷帕霉素（RAPA）和三氧化二砷（ATO））或可以减少自噬的药物（例如，3-甲基腺嘌呤（3-MA）和氯喹）均可以增强放射敏感性并促进肿瘤细胞死亡。因此，自噬可以对肿瘤放射治疗产生“双重”的影响[20]：在放射治疗的初期，射线照射后引起的细胞应激状态能够扰乱肿瘤细胞内蛋白质的加工过程，而肿瘤细胞为了从这种应激状态生存下来，保护性自噬被迅速激活，肿瘤细胞发生适应性改变，这是肿瘤产生放疗抗拒的一种重要机制，因此，阻断自噬被认为在放射致敏中起重要作用。当自噬的保护作用变得过度时，趋向于一种细胞自身无法控制的自我降解状态，细胞器和关键蛋白的降解超过人体的补偿量，大量降解其他功能尚正常的胞内物质，这个过程被称为自噬细胞死亡，因此，使用药物或基因强化辐射诱导的自噬也会促进肿瘤细胞死亡，也会增强肿瘤细胞的辐射敏感性。自噬在放射治疗中具有双重作用仍存在争议，进一步阐明自噬的保护性和抑制性作用及两重作用如何转化对逆转辐射抗性具有重要意义。

中药成分干预自噬实现肿瘤放射增敏

小檗碱：小檗碱是从中药黄连中分离的一种季铵生物碱，是黄连抗菌的主要有效成分，具有抗菌、抗病毒、抗胃溃疡等药理作用，还在降糖、降血脂、抗肿瘤等方面发挥着重要的作用[21]。小檗碱已被证明可以在体内和体外增强NSCLC细胞的放射敏感性[22]，小檗碱与辐射联合使用对A549细胞生长抑制显着增强，细胞超微结构证实了自噬体的存在，表明小檗碱通过自噬增强了放射敏感性。有研究表明小檗碱介导的放射增敏与LC3II和p62水平升高有关[23]。

姜黄素：姜黄素是从中药姜黄中提取的多酚，在各种类型的癌症中具有抑制肿瘤细胞生长增殖、阻遏细胞周期、诱导细胞自噬和凋亡等作用[24]。戴丽波等[25]人证明姜黄素单独或联合使用GLUT-1AS-ODN对体内喉癌的放射敏感性具有协同作用，其机制是引起细胞凋亡并诱导自噬通量从而增强了喉癌中辐射的放射敏感性。照射主要引起细胞凋亡，当姜黄素[26]和GLUT1siRNA处理联合使用时，不仅促进喉癌细胞的凋亡，而且还通过激活AMPK/mTOR/ULK1信号介导的自噬诱导自噬相关细胞死亡，喉癌的放射敏感性增加。有证据表明，姜黄素介导的PI3K/AKT/mTOR信号通路的抑制有助于自噬的激活和宫颈癌放射敏感性增强[27]。刘建波[28]等研究发现姜黄素显着降低了PC3和DU145细胞中辐射诱导的自噬，并推断姜黄素通过激活miR-143和miR-143诱导的自噬来促进前列腺癌细胞的放射敏感性。姜黄素和放射治疗抑制HUSF的增殖，并通过自噬下调Smad4来抑制纤维化，表明姜黄素可能是HUSF的放射增敏剂[29]。

柴胡皂苷：柴胡皂苷是柴胡的主要药理活性成分，具有抗病毒、抗细菌内毒素、镇静镇痛、抗肿瘤作用等药理作用。辐射可以抑制肝癌细胞的增殖，加入柴胡皂苷后，辐射对肝癌细胞增殖的抑制作用进一步增强，结果初步表明，柴胡皂苷可以通过诱导自噬形成来抑制肝癌细胞的生长并增强细胞的放射敏感性[30]。进一步研究[31]表明，加入柴胡皂苷后，mTOR的磷酸化显著降低，自噬相关蛋白LC3-II和Beclin-1的表达增加，结果表明柴胡皂苷通过抑制mTOR磷酸化促进自噬，从而增加辐射诱导的肝癌细胞凋亡。

冰片醇：胶质瘤是常见的原发性颅脑恶性肿瘤，目前通过手术切除辅以放射治疗来治疗，有研究表明，冰片醇[32]给药与放疗一起显着抑制了原发性胶质瘤细胞的生长，显着增加了胶质瘤细胞中自噬体的数量，显著降低HIF-1α、mTORC1和eIF4E的表达水平，上调了Beclin-1和LC3的表达，Beclin1通过调节自噬体的形成和成熟来启动自噬过程，LC3是自噬体的结构成分，也是自噬通量的标志物。结果表明，冰片醇通过抑制mTORC1/eIF4E/HIF-1α途径诱导自噬，从而使胶质瘤细胞对辐射敏感。

白藜芦醇：白藜芦醇是一种天然存在的多酚化合物，具有多种药理作用，包括抗氧化、抗炎和抗凋亡作用。胶质母细胞瘤[33]是一种恶性人类癌症，预后较差，白藜芦醇通过诱导自噬，促进细胞凋亡和预防DNA修复发挥体外和体内的显着放射增敏能力，协同放疗发挥抗胶质母细胞瘤作用。此外有研究发现，白藜芦醇[34]具有对辐射诱导的肠道损伤的保护作用，部分机制是增加了SIRT1的表达，并通过PI3K-Akt-mTOR途径促进自噬，从而保护肠上皮细胞免受辐射诱导的损伤。

其他：研究表明通关藤苷[35]通过显著提高了自噬相关基因（LC3-II/LC2-I、ATG5、Beclin-1）的mRNA蛋白水平，通过下调PI3K/Akt/mTOR信号通路诱导自噬和凋亡来增加HCC细胞的放射敏感性。芍药醇[36]在体外和体内均对肺腺癌具有放射增敏作用，可能与辐射诱导的细胞凋亡的增强和PI3K/ Akt信号通路及其下游蛋白COX-2的抑制有关。有研究证明染料木黄酮[37]增强了NSCLC细胞的放射敏感性，部分原因是通过促进Bcl-xL和Beclin-1的解离而增加了Beclin-1介导的自噬。天冬凌草素[38]是一种从传统中草药中分离出来的天然二萜类化合物，通过抑制p53突变的结直肠癌细胞中的葡萄糖代谢和AMPK抑制来激活自噬。ENKHBAT等[39]研究表明表没食子儿茶素没食子酸与照射联合处理后结肠癌细胞HCT116自噬相关的蛋白表达水平增加，可见，EGCG和放射联合治疗可诱发肿瘤细胞中的自噬，从而提高了结直肠癌细胞对辐射的敏感性。

讨论

中药辅助治疗肿瘤疗效确切，中药成分可通过干预自噬相关的mRNA和蛋白表达水平达到放疗增敏效果，然而目前关于中药成分可通过干预自噬达到放疗增敏研究还未得到普遍关注，研究尚不深入，仅限于体外细胞实验性研究。我们不应该忽视中药成分在多种肿瘤的放射治疗上所拥有的巨大潜能，此类研究具有很高的研究价值和应用前景，相信随着深入研究，中药成分干预自噬治疗恶性肿瘤的机制将更加明确。