自噬在甲状腺恶性肿瘤中的研究进展*

郝鹏宇 杨云祥 张 贝 田江北 赵 醒 张 刚

1 承德医学院,河北省承德市 067000; 2 保定市第一中心医院; 3 承德医学院附属医院

甲状腺癌是头颈部外科最为常见的恶性肿瘤之一,其起源于甲状腺滤泡上皮细胞或滤泡旁细胞,包括甲状腺乳头状癌(Papilary thyroid carcinoma,PTC)、甲状腺滤泡癌(Follicular thyroid carcinoma,FTC)、甲状腺髓样癌(Medullary thyroid carcinoma,MTC),及甲状腺未分化癌(Anaplastic thyroid carcinoma,ATC)。作为全球范围内发病率增长最快的恶性肿瘤之一,其在女性发病率中位于第五位[1]。目前,外科手术治疗、放射性碘治疗、抑制促甲状腺激素治疗是甲状腺恶性肿瘤的主要治疗方法。但近年来其治疗方法与研究进展较缓慢,针对传统治疗方法无效的患者有必要寻找新的治疗方法。

自噬是细胞通过自噬体将胞质内成分转运至溶酶体进行降解的生理过程[2]。自噬的溶酶体降解过程在细胞和组织中发挥着至关重要的作用,包括适应代谢应激、清除危险货物(如蛋白质聚集体、受损的细胞器、胞内的病原体)、分化和发育过程中的修复以及预防基因组的损伤[3-4]。目前,研究发现自噬在癌症的发生发展过程中起着关键作用。越来越多的研究证实自噬在甲状腺恶性肿瘤的发生、发展和抑制过程中起着重要作用。

本文将从信号通路、甲状腺癌治疗中的研究及应用等方面简要探讨各类常见甲状腺恶性肿瘤发生自噬的相关机制,为临床诊断和治疗提供参考。

1 自噬

当ChristiandeDuve在1963年首次将细胞器和胞浆进入溶酶体的过程称为“自噬”之后的几十年间,各国学者对其进行了广泛深入的研究[4]。自噬是指在外界因素作用下,无核糖体的粗面内质网脱落一部分双层膜,逐渐包裹部分胞浆、细胞器、蛋白质等需要成为核糖体的成分在细胞内进行降解,然后与溶酶体相互融合形成自噬体并被其所降解,起到新陈代谢的作用。自噬的整个过程涉及多种进化上保守的基因,即自噬相关基因(Atg)。自噬的过程分为：自噬的起始、自噬体的形成、自噬溶酶体的形成和降解物质3个阶段。自噬包括巨噬、伴侣介导的自噬(CMA)和微自噬三种形式。其中,巨噬是最主要的发生途径,巨噬是机体调节维持内环境稳态的主要调节形式;CMA是选择性溶酶体降解的过程,主要针对蛋白质进行降解;微自噬是一种非选择性溶酶体降解的过程,溶酶体直接吞噬胞浆内的内容物[5-6]。自噬具有复杂的过程和调控机制,在正常生理和病理学上具有重要的意义。近年来的研究发现,自噬与机体新陈代谢、恶性肿瘤疾病和神经系统疾病有着密切关联。

2 自噬与甲状腺恶性肿瘤

2.1 分化型甲状腺癌(Differentiated thyroid carcinoma,DTC) DTC包括甲状腺乳头状癌(PTC)和甲状腺滤泡状癌(FTC)。PTC是最常见的甲状腺恶性肿瘤,生长缓慢,恶性程度低,在分化型甲状腺癌中占85%,10年生存率约93%,其分化良好,局部侵袭、复发或转移(区域或远处)的概率较低[7]。PTC 的标准治疗包括手术切除、化疗和放疗等。但对于转移性甲状腺癌的治疗,目前尚缺乏有效的治疗措施。FTC较为少见,且恶性程度较高,预后差。自噬参与了许多生理病理过程,并且在DTC中自噬已经成为研究肿瘤发生的新靶点。以下是DTC发生自噬的相关研究报道。(1)转录因子 E3(TFE3)诱导发生自噬：TFE3位于X染色体11.22的短臂上,是小眼睛家族之一。近年来,MiT/TFE 家族被确定为自噬的调节因子。研究表明,TFE3可与许多溶酶体基因启动子区的CLEAR元件结合,并在不同细胞中调控溶酶体。Hongsheng Lu等研究发现PTC中的自噬可以由TFE3诱导发生,P62/sqstm1蛋白表达上调和 LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值增加证实了该结论,因此,TFE3在PTC的自噬—溶酶体系统中起正向调节作用[8]。(2)P62可通过AKT/AMPK/mTOR信号通路诱导发生自噬：序列蛋白1(SQSTM1)又称P62,位于染色体5q35,是泛素化系统中的一个接头蛋白,也是选择性自噬中的一个载体蛋白受体,在调节细胞内蛋白降解中起重要作用。P62由440个氨基酸组成,包括10多个结构域和结合位点,因此,它是调节细胞多种活动的关键。Fangqin Yu等发现P62基因敲除后LC3Ⅱ的表达增加,促进AKT的磷酸化,抑制了AMPK的表达,并导致mTOR的激活,抑制了自噬的发生,P62可通过激活 AKT/AMPK/mTOR信号通路诱导PTC细胞发生自噬[9]。(3)Wilms’tumor 1(WT1)可通过AKT/mTOR和ERK/P65信号通路诱导发生自噬：WT1位于染色体11p13,是编码N端富含脯氨酸/谷氨酰胺结构域和C端4个锌指DNA结合域的转录因子。据报道在多种恶性肿瘤中既是癌基因又是肿瘤抑制基因的WT1,不仅在细胞存活、增殖和分化中起着关键作用,WT1的表达水平也是各种癌症的独立预后因素。研究发现WT1可激活 BRAFV600E PTC细胞中的 AKT/mTOR和ERK/P65信号通路,WT1的高表达可明显抑制PTC细胞的凋亡和促进自噬的发生[10]。(4)乳酸脱氢酶A(LDHA)通过AMPK信号通路诱导发生自噬：LDHA通过将丙酮酸和NADH转化为乳酸来催化Warburg效应,这导致了肿瘤的酸性微环境,促进了上皮间充质转变(EMT)和转移。LDHA的降低明显抑制细胞转化和明显延迟肿瘤形成。研究证实LDHA基因敲除后,AMPK的磷酸化水平升高,自噬活性增强,在PTC细胞中发挥了保护性自噬作用[11]。

2.2 甲状腺髓样癌(Medullary thyroid carcinoma,MTC) MTC 是起源于甲状腺滤泡旁细胞的神经内分泌肿瘤,占所有恶性甲状腺肿瘤的2%～4%[12-13]。因其发生率低且临床多表现为单一的甲状腺结节,故难以在手术前明确诊断,唯一的治疗方式是通过手术切除病灶。相关研究发现MTC细胞中存在以下几种自噬机制。通过miRNA诱导发生自噬;miRNA (micro-RNAs,mirna)是一种内生的、长度为20～24个核苷酸的小RNA,在细胞内具有重要的调节作用。研究已经证明miRNA 在胚胎发育、组织分化、增殖和细胞死亡过程中具有重要作用。Justin S Gundara等对MTC细胞株TT和MZ-CRC转染Mir-9-3p后分析得出以下结果：自噬基因表达显著下降(PIK3C3,mTOR和LAMP-1),自噬是MTC细胞中的一种肿瘤细胞存活机制,一旦失活,便具有了治疗意义,同时推测出Beclin-1的表达可能是一种侵袭性疾病的预后标志物[14]。

2.3 甲状腺未分化癌(Anaplastic thyroid carcinoma,ATC) ATC是一种少见的癌症,占甲状腺癌的1%～4%,好发于老年女性,是一种局部晚期的恶性肿瘤,经常浸润周围的器官、血管和颈部皮肤,可能出现副肿瘤表现,其中约有一半以上的患者会出现肺部和头颅的远处转移。ATC患者的中位生存期为1～6个月[15]。以下是ATC发生自噬的相关研究报道。(1)通过AKT-mTOR信号通路诱导自噬：阿帕替尼(apatinib)作为血管内皮生长因子受体2(VEGFR-2)的小分子抑制剂,可诱导多种肿瘤细胞死亡,抑制肿瘤生长。其已被广泛应用于乳腺癌、食管癌、大肠癌、肝癌和非小细胞肺癌等多种恶性肿瘤的研究。Haoran Feng等研究[16]证实随着apatinib浓度的增加,LC3-Ⅱ、Beclin-1和Atg7的表达量增加,P62的表达量减少。即阿帕替尼可以以剂量依赖的方式诱导ATC细胞自噬的形成。进一步通过对照实验证实了AKT/mTOR信号通路在apatinib诱导细胞自噬的调控中起着重要作用。(2)转化生长因子(TGF)-α诱导自噬的发生：TGF-α与表皮生长因子(EGF)密切相关。有研究发现,TGF-α与EGFR结合,能起到刺激肿瘤的作用。此外,TGF-β1/Smad信号通路在甲状腺癌中也有重要意义,特别是在ATC中,TGF与Smad、AKT等的相互作用也已被发现。TGF-α过表达可诱导ATC细胞发生自噬,抑制其发生凋亡[17]。(3)肺腺癌转移相关转录物1(MALAT1)抑制自噬的发生：MALAT1是一种长链非编码RNA(lncRNAs),与人类癌症存在紧密联系,在包括甲状腺癌在内的多种恶性肿瘤疾病的发生发展中都可以看它的身影。研究报道,MALAT1在不同亚型的甲状腺癌中作为癌基因或肿瘤抑制基因发挥作用[18-19]。Lisha Gou等证实通过抑制MALAT1可增强GFP-LC3阳性信号,并促进SW1736和8505C 细胞中Beclin-1蛋白的高表达,提高了LC3-Ⅱ/LC3-l比值,即导致了自噬的发生[20]。

3 自噬在甲状腺癌细胞中的应用

研究发现,自噬在不同的肿瘤细胞及不同的外界刺激下可得出相反的结论：抑制或促进肿瘤的发展。因此,可以通过给予药物干预促进肿瘤细胞或者抑制肿瘤细胞发生自噬,从而起到治疗的效果[21]。因此自噬可以作为一种手段用来治疗恶性肿瘤疾病。

黄芩素是中药黄芩中含量最高的黄酮类化合物,具有降低脑血管阻力、改善脑循环、增加脑血流量和抗血小板凝集的作用。通过Western blot实验,Yi S等学者发现黄芩素可以通过NF-κB信号通路增加Beclin-1和LC3Ⅱ自噬相关蛋白的表达,并呈剂量依赖性[22]。大蒜素是从大蒜的鳞茎(大蒜头)中提取出来的有机硫化合物,在过去的几年中,亚洲人使用大蒜素作为传统中药用于治疗各种疾病。据报道,大蒜素具有抗感染、抗氧化、抗炎和抗病毒作用,大蒜素在体外也被评估作为肺癌、白血病、大肠癌、前列腺癌和肝细胞性肝癌等疾病的抗肿瘤药物,其能够抑制癌细胞增殖,诱导细胞凋亡,增加活性氧类的积累。Xiang Y等发现大蒜素通过抑制Akt/mTOR信号通路诱导了SW1736和HTH-7细胞发生了自噬性死亡[23]。姜黄素是一种多酚类化合物,其抗癌效果显著,但生物利用度仍然很低。姜黄素对许多癌细胞能起诱导自噬发生的作用。Zhang L等研究发现姜黄素通过抑制 AKT和激活MAPK,从而抑制了mTOR通路,诱导细胞发生了自噬性死亡,加入自噬抑制剂3-MA后,可减缓姜黄素诱导的甲状腺癌细胞死亡的发生[24]。

4 小结

自噬既能促进又能抑制恶性肿瘤的发生发展,虽然自噬在甲状腺癌中的相关研究已经取得很大的进展,许多国内外学者及专家在大量文献中报道了相关研究结论,但其具体作用机制及生物学作用仍需要进一步研究明确。所以有必要深入探索自噬的具体发生机制,何种信号传导通路参与自噬的发生。诱导自噬发生的相关基因和自噬相关蛋白也许可以作为治疗恶性肿瘤的靶点,这对于药物的研发提供了理论支撑,为恶性肿瘤的“治愈”提供了新的思路。