自噬与非小细胞肺癌耐药

吕莹 综述 相龙全 审校

(1济宁医学院临床医学院,济宁 272013;2济宁市第一人民医院病理科,济宁 272011)

在恶性肿瘤中,肺癌的发病率及死亡率位居首位,其中非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)为其主要类型,约占85%。目前,NSCLC的治疗方式主要包括手术、传统放化疗、靶向治疗等,然而传统化疗和靶向治疗应用一段时间后,较多患者出现药物耐受,极大地降低了药物的治疗效果。另外,耐药与肿瘤复发和转移密切相关,这又急剧降低了患者的总体生存期。因而研究NSCLC耐药机制并寻找分子靶点及干预策略将具有重要的临床意义。目前,NSCLC耐药与细胞自噬密切相关[1-3],本文将对自噬与NSCLC耐药研究进展做一综述。

1 自噬

自噬通过自噬小体将某些细胞成分运输到溶酶体进行降解,以维持细胞生物合成和能量需求。自噬分为3种类型,即巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬,我们通常所指的自噬即为巨自噬[4]。巨自噬通过自噬体与溶酶体融合,在溶酶体内分解蛋白、细胞器,从而使胞内的生物大分子能够循环利用,对维持细胞内稳态有着重要作用[5]。自噬主要分为5个阶段:诱导、囊泡成核、囊泡伸长、融合和降解[6]。

2 自噬与NSCLC耐药

自噬与NSCLC发生发展过程以及NSCLC耐药密切相关。自噬在NSCLC形成早期阶段可以抑制肿瘤发生,清除受损细胞器;而在NSCLC生长的后期阶段,由于受到缺氧、药物杀伤、营养素缺乏等应激刺激,肿瘤细胞自噬得到增强并通过多种机制诱导肿瘤产生获得性耐药[7]。但一些具有高基础自噬通量的肿瘤细胞存在内在耐药性,持续或过度的自噬反而会诱导细胞死亡[8]。因此,自噬在NSCLC发生发展过程中发挥了复杂的调控作用,且参与了NSCLC药物耐受过程。

2.1 自噬与NSCLC传统化疗药物耐药

化疗是NSCLC的主要治疗方法之一,而NSCLC的化疗药物耐药性与保护性自噬密切相关。在顺铂治疗后,NSCLC中自噬相关基因表达增加,与敏感细胞系相比,耐药细胞系在血清饥饿和电离辐射处理后LC3-Ⅱ表达水平升高,自噬水平增高表明自噬参与诱导A549细胞对顺铂产生耐受。CUR5g是一种新型自噬抑制剂,能够增强A549细胞顺铂敏感性,有效抑制体内肿瘤组织中的自噬[9]。然而化疗药物不仅诱导产生保护性自噬,还会引起自噬性细胞死亡。如埃索美拉唑通过抑制V-ATPase的表达来诱导自噬,降解一些药物转运蛋白如P糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)。埃索美拉唑处理后,导致紫杉醇在A549/Taxol耐药细胞中积累,细胞增殖速度及耐药指数大幅度降低[10]。可见自噬可以通过清除化疗药物引起的细胞内毒性物质,帮助肿瘤细胞逃避药物的杀伤,从而导致耐药性的产生。此外,自噬还可以通过影响肿瘤微环境、细胞凋亡等途径,进一步加强肿瘤的耐药性。外泌体SNHG7和外泌体LOC85009分别通过诱导和抑制自噬来增强多西紫杉醇耐药性[11-12]。可见自噬在肺癌细胞化疗耐药中发挥的作用是不同的,这可能与药物的类型或肿瘤细胞的类型相关。

在NSCLC中,自噬可能通过多种机制影响化疗药物的耐药性,但自噬的作用在不同的肿瘤类型和不同的治疗阶段可能有所不同,因此,在将自噬作为治疗靶点时需要谨慎。

2.2 自噬与NSCLC分子靶向药物耐药

受益于NSCLC发生发展中驱动基因突变的发现,分子靶向药物已广泛应用于NSCLC的临床治疗。这些分子靶向药物主要是针对EGFR、ALK、ROS1等,抑制突变基因的酪氨酸激酶活性,被称为酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors,TKIs)。相对标准化疗,TKIs可显著抑制肿瘤生长,延长患者无进展生存期,改善生活质量。然而,患者对这些药物的反应通常是短期的,多数患者在治疗一年后出现耐受。患者产生耐药有多种原因,自噬便是其中一个重要因素。

EGFR-TKIs靶向药目前已发展到第3代,第1代吉非替尼可诱导NSCLC细胞自噬,其与自噬抑制剂氯喹合用后,治疗效果更明显。HIF-1α抑制剂YC-1也可以通过破坏自噬体和溶酶体的融合来显著抑制吉非替尼诱导的自噬,从而增强吉非替尼的促凋亡作用[13]。第3代EGFR-TKIs药物奥希替尼(Osimertinib,OSI )增加了细胞自噬小泡,促进肿瘤细胞中LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ转化,增加GFP-LC3自噬流,表明OSI能够促进肿瘤细胞发生自噬,继而抵抗OSI的杀伤作用[14]。而采用自噬抑制剂能够增加OSI杀伤肿瘤细胞作用[14]。由此可见,自噬抑制可以作为克服EGFR-TKIs分子靶向药耐受一种方法。

ALK是NSCLC常见的一种驱动基因,ALK包含多种LC3相互作用区基序,和自噬之间存在直接相互作用,参与调节自噬。自噬的激活参与ALK-TKIs类药物获得性耐药的产生,在YOU的研究中[15]发现第1代ALK-TKIs克唑替尼通过抑制STAT3磷酸化诱导NSCLC细胞自噬而产生耐药,而合用氯喹后,细胞死亡显著增加。可见自噬在ALK-TKIs耐受的NSCLC细胞中能够被有效诱导,而抑制自噬能够克服ALK-TKIs耐药性。劳拉替尼是一种很有前途的第三代ALK-TKIs,已被批准用于治疗既往ALK-TKI治疗失败的ALK阳性NSCLC患者。劳拉替尼能够诱导ALK阳性NSCLC细胞的凋亡和保护性自噬,逐渐导致细胞毒性降低。同时,劳拉替尼和自噬抑制剂CQ的组合可以抑制自噬并促进细胞凋亡,通过Foxo3a的去磷酸化使细胞对劳拉替尼敏感[16]。

综上所述,在分子靶向药物的作用下,肿瘤细胞会通过多条信号通路增加自噬的水平来抵抗药物的毒性,从而获得生存优势。因此,针对自噬的干预可能成为克服NSCLC分子靶向药物耐药性的一种策略。然而,自噬的调控机制复杂,如何精确地调控自噬以达到治疗目的,仍需要进一步的研究。

3 作用机制

3.1 自噬相关RNA和药物耐受

RNA是参与细胞基因表达调控的重要分子,包括mRNA、miRNA、lncRNA等。自噬相关的RNA在癌症药物耐受中发挥了重要作用。miRNA可以调节自噬相关蛋白的表达,继而调节肺癌耐药。例如miR-101-3p可以通过抑制ATG4D介导的自噬来增强NSCLC细胞对顺铂的敏感性[17]。MiR-30a可以靶向调节Beclin-1的3′-UTR而降低Beclin-1表达,抑制自噬,增敏新辅助化疗杀伤肺癌细胞[18]。以上研究发现miRNAs可通过调节Beclin-1、ATG来影响NSCLC耐药,还有研究发现了其他相关自噬基因和信号通路,如ERK[19]、ULK1[20]、EGFR信号通路[21]及PI3K/AKT/mTOR信号通路[22]等。

除了miRNA外,作为miRNA的内源性竞争性抑制因子的lncRNA也可通过调节自噬而影响药物耐受。浆细胞瘤可变易位基因1(plasmacytoma variant translocation 1,PVT1)是一种致癌的长链非编码RNA基因,沉默PVT1表达可通过 miR-216b/Beclin-1通路抑制自噬并增敏顺铂杀伤A549/DDP细胞。除Beclin-1外,PVT1还可通过miR-140-3p/ATG5轴调节自噬,诱导化疗耐药[23]。HOTAIR,ACTA2-AS1也是一种lncRNA,沉默肿瘤细胞内HOTAIR表达能够抑制ULK1磷酸化介导的自噬,继而降低NSCLC细胞的耐药性,使顺铂在A549细胞中的IC50降低大约4倍,但是采用雷帕霉素激活自噬后能抵消该作用[24]。而ACTA2-AS1可以通过抑制TSC2抑制自噬,抑制NSCLC细胞的顺铂耐药性[25]。

这些数据表明RNA-自噬轴在肺癌耐药中起着相当复杂的作用,如上调MiR-30a等表达可以通过多种机制抑制自噬,从而降低NSCLC耐药;而上调miR-3127-5p表达来抑制自噬,却导致NSCLC耐药增强;此外,miRNAs上调可以增强自噬来克服NSCLC耐药,说明miRNA对自噬具有复杂的双向调节作用,自噬途径的这些调节元件是发展自噬诱导剂和抑制剂的关键靶点。总的来说,自噬相关的RNA在NSCLC的药物耐受中发挥了重要作用,通过研究这些RNA,可能为克服NSCLC的药物耐受提供新的策略。然而,这些研究还处于初级阶段,未来还需要进一步的研究来明确这些RNA的具体作用机制和临床应用潜力。

3.2 其他相关因子与自噬相关性耐药

NSCLC耐药与自噬的相关性在国内外引起了广泛关注,除了被广泛研究的 miRNA-自噬轴调控耐药的机制,作用于自噬轴的其他相关因子也有了一定的进展。如Hippo通路效应子Yes相关蛋白(YAP),可在肺癌中促进癌细胞转移,并诱导耐药性。YAP通过激活自噬和抑制AKT/mTOR信号通路,还可以调控p62、ULK1等关键自噬因子在肺腺癌中的表达,调节肺腺癌细胞增殖[26]。因此,YAP有望成为治疗肺癌耐药的靶点。PAQR3是一种新发现的肿瘤抑制因子,通过AMPK和MTORC1信号通路调节营养饥饿诱导的自噬。PAQR3通过阻断Beclin-1与EGFR活化形式的相互作用并抑制Beclin-1的酪氨酸磷酸化,增强EGFR-TKIs诱导的自噬来抑制NSCLC生长,通过敲除ATG7可以消除PAQR3的肿瘤抑制作用[27]。通过干预PAQR3与自噬,有助于开发抑制肺癌耐药和转移的新策略。

自噬相关基因的单核苷酸多态性(SNP)与晚期NSCLC含铂化疗疗效之间密切相关。含铂化疗疗效包括临床获益、无疾病进展时间和总生存时间。目前发现的主要有ULK1、ATG14、ATG3和DRAM等基因,如DRAM的rs7955890和ATG3的rs13082005位点与NSCLC含铂化疗的无疾病进展时间相关,携带有SNP位点的患者的中位无疾病进展时间明显短于野生型[28]。自噬引起的NSCLC化疗耐药还和p53的突变状态有关。p53基因R273H-突变细胞对顺铂和5-FU的敏感性显著降低,且与自噬抑制剂联合治疗不能充分促进细胞死亡,相反,激活自噬能够增强细胞杀伤力[29]。p53野生型H460细胞在顺铂处理后表现出非保护性自噬,而敲除p53基因后表现出保护性自噬,此外,抑制自噬能够增敏顺铂治疗p53基因敲除H460细胞并诱导细胞死亡[30]。

综合以上研究,自噬轴上的相关基因位点突变与NSCLC耐药密切相关,ATG家族、p53及DRAM等基因突变型的患者治疗疗效大幅降低,因此,可尝试通过基因测序技术等确定突变位点,根据具体情况联合用药预防耐药。

3.3 中药单体与自噬相关性耐药

在NSCLC的临床治疗中,中医药可作为一种治疗手段。许多中药来源的活性单体可通过诱发死亡性自噬抑制NSCLC进展,如白藜芦醇[31]、姜黄素[32]以及黄岑素[33]等可通过自噬信号通路发挥抑癌作用。当然还有一些中药单体可以抑制自噬从而抑制肿瘤细胞发展,如姜黄素[20]、方济黄祺[34]和银杏酚C17∶1等[35]。

白藜芦醇处理A549细胞后,Beclin-1、LC3Ⅱ/Ⅰ、Caspase-3等蛋白表达升高,p62及Bcl-2表达下降,细胞过度自噬,发挥抗肿瘤作用[31]。姜黄素通过抑制PI3K/Akt/mTOR轴抑制肺癌细胞的迁移,增强药物的抗肿瘤作用,姜黄素及其衍生物能够刺激肺癌细胞的凋亡和自噬性细胞死亡,降低其活力和增殖[36]。相反,也有研究发现姜黄素能够通过调节miR-142-5p及其靶标Ulk1使自噬失活,从而使NSCLC细胞对克唑替尼敏感[20]。银杏酚C17∶1和顺铂合用可通过Nrf2/Keap1信号通路,抑制Beclin1表达及LC3I/II蛋白的转化,促进P62的表达,进一步抑制MRP1、BCRP等耐药蛋白的表达,抑制肺癌耐药细胞增殖等,使顺铂敏感性增加[35]。

结合这些研究发现,中药单体通过调节自噬来改善NSCLC的耐药性是一种有前景的治疗策略。然而,这一领域的研究还处于初级阶段,需要进一步的实验和临床研究来验证这些发现的有效性和安全性。

4 小结和展望

NSCLC耐药仍是人类尚未攻克的医学难题,自噬和NSCLC细胞耐药的发生发展有着密切的关系,一方面,自噬可以通过清除损坏的蛋白质和细胞器,防止肿瘤细胞的恶性转化,从而抑制肿瘤的发展。另一方面,自噬也可以帮助肿瘤细胞在药物压力下存活下来,从而导致药物耐药性的产生。自噬受一些癌基因、肿瘤抑制因子及非编码RNA的调节,进一步影响NSCLC临床治疗效果,联合应用肺癌治疗药物与自噬调节药物有望减缓或克服NSCLC的耐药,增强NSCLC的临床治疗效果。因此,如何在抑制或者促进自噬的同时避免其副作用,是当前研究的一个重要问题。总的来说,自噬与NSCLC的耐药性之间的关系是复杂的,需要进一步的研究来阐明。

利益冲突:所有作者均申明不存在利益冲突。